漏電電流保護(hù)和等電位聯(lián)結(jié)分析

1999年12月湖北宜昌市某住宅由于去5樓的PE線在3樓與相線短接，致使5樓一住戶女主人在使用電淋浴器時(shí)，不幸遭電擊身亡。這是一起典型的接地故障造成的電擊事故。2002年的一個(gè)雷雨天，某地一男子赤腳在衛(wèi)生間使用鍍鋅鋼管給水的水龍頭時(shí)，一個(gè)雷閃擊中屋頂，該男子即時(shí)斃命。雷電流沿衛(wèi)生間外墻柱內(nèi)引下線引下，給水管穿墻進(jìn)入室內(nèi)，雷電流的反擊造成電擊事故。2003年6月南方某大專院校一教工住宅樓水管帶電，使該樓教職員工人心惶惶，不敢用水，其鄰樓也相繼有類似現(xiàn)象發(fā)生。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)該樓一職工私自將自家N線接至電表箱金屬外殼。電源進(jìn)線采用TN-C-S接地系統(tǒng)，進(jìn)入戶內(nèi)后，N線與PE線又連接起來，一旦該住戶用電（進(jìn)水管進(jìn)戶時(shí)沒有與接地裝置等電位聯(lián)結(jié)），漏電電流流經(jīng)PE線入地，水管與地之間形成電位差。
綜合分析以上三起事件的起因，筆者認(rèn)為，只要采取必要的措施，完全可以避免事故的發(fā)生。第一例事件，在住宅總進(jìn)線處裝設(shè)漏電電流保護(hù)RCD裝置，可以防止接地故障引起的電擊事故，還可以作為插座回路RCD的后備保護(hù)。第二例事件，應(yīng)在住宅衛(wèi)生間，尤其是靠近防雷引下線的衛(wèi)生間做局部等電位聯(lián)結(jié)，降低接觸電壓，保障人員安全。第三例事件，應(yīng)在建筑物進(jìn)線處裝設(shè)RCD，并進(jìn)行總等電位聯(lián)結(jié)，降低不同金屬部件間的電位差。
因此，為了實(shí)現(xiàn)間接接觸電擊保護(hù)，應(yīng)合理選用漏電電流保護(hù)RCD裝置，并輔以等電位聯(lián)結(jié)。
二、電源進(jìn)線裝設(shè)RCD的必要性
漏電電流保護(hù)器RCD，又稱漏電斷路器（residual current protective device 縮寫為RCD）。當(dāng)發(fā)生單相接地故障或設(shè)備漏電時(shí)，其零序電流互感器產(chǎn)生零序磁通，二次側(cè)輸出電流，經(jīng)放大后通入脫扣器，使斷路器跳閘，從而切除電路，避免人員發(fā)生觸電事故。
低壓配電線路電源進(jìn)線都裝有短路保護(hù)和過載保護(hù)，但低壓線路的電氣故障大多由接地故障引起。接地短路故障因回路阻抗大，產(chǎn)生的故障電流小，致使常規(guī)過流保護(hù)裝置不能有效動(dòng)作，容易造成電氣事故。裝設(shè)RCD后可以保護(hù)整個(gè)電氣系統(tǒng)，有效防止接地故障事故的發(fā)生，在前述第一例事件中，如果總進(jìn)線處裝有RCD，當(dāng)干線發(fā)生PE線與相線短接時(shí)，RCD動(dòng)作，可切除故障電源。
在國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50096-1999第6.5.2條里規(guī)定，每棟住宅的總電源進(jìn)線斷路器，應(yīng)具有漏電保護(hù)功能，以便切除接地電弧短路電流?！兜蛪号潆娫O(shè)計(jì)規(guī)范》GB50054-95第4.1.1條規(guī)定，配電線路應(yīng)裝設(shè)短路、過載和接地故障保護(hù)，作用于切斷供電電源或發(fā)出報(bào)警信號(hào)，對于電弧型接地故障而言就是應(yīng)裝設(shè)RCD。
采用RCD作為配電線路漏電保護(hù)時(shí)，會(huì)遇到RCD誤動(dòng)作，究其原因有多種。如裝修質(zhì)量低劣，將N線與PE線錯(cuò)接，相線與N線在施工中不慎破損漏電等等。另一個(gè)重要原因是配電線路和用電設(shè)備存在的自身泄漏電流對保護(hù)電器的影響。筆者曾受邀去幫助解決一棟建筑總面積約4000m2，樓內(nèi)各類燈具及移動(dòng)電器總計(jì)350件的兩層辦公樓，在用電時(shí)，進(jìn)線RCD經(jīng)常跳閘一事。檢查結(jié)果表明，電氣設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)配電線路保護(hù)時(shí)，忽略了配電線路和用電設(shè)備存在的泄漏電流影響，取漏電斷路器的額定泄漏電流值僅為100mA，引起配電線路的RCD誤動(dòng)作跳閘。
GB13955-1992《漏電保護(hù)器安裝和運(yùn)行》中5.3條規(guī)定：“根據(jù)電氣線路的正常泄漏電流，選擇漏電保護(hù)器的額定動(dòng)作電流。選擇漏電保護(hù)器額定動(dòng)作電流時(shí)，應(yīng)充分考慮到被保護(hù)線路和設(shè)備可能發(fā)生的正常泄漏電流值，必要時(shí)可實(shí)際測量取得被保護(hù)線路和設(shè)備的泄漏電流值；選用漏電保護(hù)器的額定漏電不動(dòng)作電流，應(yīng)不小于電氣線路和設(shè)備的正常泄漏電流的最大值的2倍。”有關(guān)配電線路和用電設(shè)備的正常泄漏電流可以查有關(guān)設(shè)計(jì)手冊或?qū)崪y，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)計(jì)算及規(guī)范、規(guī)定要求，正確確定RCD的額定泄漏電流，在電源總進(jìn)線處裝設(shè)RCD，以作為電氣安全的總把關(guān)。
采用RCD可以作為防止單相接地故障、人身觸電的一項(xiàng)重要措施，但也存在局限性，其主要表現(xiàn)在以下幾方面：
1、在TN-C-S配電系統(tǒng)中，當(dāng)出現(xiàn)PEN斷路，RCD拒絕動(dòng)作，三相負(fù)荷不平衡時(shí)，仍然會(huì)使配電系統(tǒng)的中性點(diǎn)嚴(yán)重偏離，出現(xiàn)燒毀電氣設(shè)備事故，以至引起電氣火災(zāi)和發(fā)生人身觸電。
2、當(dāng)配電系統(tǒng)中不全裝有RCD保護(hù)時(shí)，沒有裝RCD保護(hù)的用戶在發(fā)生單相接地故障而保護(hù)裝置不動(dòng)作，導(dǎo)致接地電位提高，影響即使裝有RCD保護(hù)的電氣設(shè)備，此時(shí)RCD也不會(huì)動(dòng)作，極易出現(xiàn)電擊事故。
3、有些場所不允許裝有RCD保護(hù)。如醫(yī)院心臟或者胸腔手術(shù)室等。
為了彌補(bǔ)RCD裝置的不足，防止電擊事故的發(fā)生，則應(yīng)采用等電位聯(lián)結(jié)。引自IEC標(biāo)準(zhǔn)，等電位聯(lián)結(jié)是防止觸電的一項(xiàng)重要安全措施，它可大幅度地降低在接地故障情況下人所遭受的接觸電壓。由分析結(jié)果可知，它比重復(fù)接地降低接觸電壓幅度的效果要大得多。這樣，即使在接地故障保護(hù)裝置失靈的情況下，也能達(dá)到在較大限度范圍內(nèi)消除觸電傷亡事故的效果。
三、等電位聯(lián)結(jié)
等電位聯(lián)結(jié)是使電氣裝置各外露可導(dǎo)電部分和裝置外可導(dǎo)電部分電位基本相等的一種電氣聯(lián)結(jié)。它能夠降低接觸電壓，防止間接接觸電擊及電磁干擾，在電氣設(shè)計(jì)中，是一種行之有效的安全措施，早已為國際上許多國家所采用。我國對等電位聯(lián)結(jié)的作用在1997年編制出版《等電位聯(lián)結(jié)》（97SD567）標(biāo)準(zhǔn)圖后，在認(rèn)識(shí)上已有很大的進(jìn)步，但還沒有引起建設(shè)方、設(shè)計(jì)方、施工方足夠的重視。要么設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)忽略；要么施工方嫌麻煩，且定額上無量化標(biāo)準(zhǔn)而不按圖施工；要么建設(shè)方嫌成本增加而不愿意做，這需要我們加強(qiáng)宣傳，提高認(rèn)識(shí)水平，真正將電氣安全保護(hù)措施落到實(shí)處。
1、等電位聯(lián)結(jié)的分類與作用
等電位聯(lián)結(jié)分為三類，即總等電位聯(lián)結(jié)（Main Equipotential Bonding）、局部等電位聯(lián)結(jié)（Local Equipotential Bonding）和輔助等電位聯(lián)結(jié)（ Supplementary Equipotential Bonding），總等電位聯(lián)結(jié)作用于全建筑物，它在一定程度上可降低建筑物內(nèi)間接接觸電擊的間接接觸電壓和不同金屬部件間的電位差，并消除自建筑物外經(jīng)電氣線路和各種金屬管道引入的危險(xiǎn)故障電壓的危害。在建筑物每一電源進(jìn)線處，一般有總等電位聯(lián)結(jié)端子板，由等電位聯(lián)結(jié)端子板放射連接或鏈接進(jìn)出建筑物的金屬管道、金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件等。輔助等電位聯(lián)結(jié)是在導(dǎo)電部分間，用導(dǎo)線直接連通，使其電位相等或接近，一般是在電氣裝置的某部分接地故障保護(hù)不能滿足切斷回路的時(shí)間要求時(shí)，作輔助等電位聯(lián)結(jié)，把兩導(dǎo)電部分之間聯(lián)結(jié)后能降低接觸電壓。局部等電位聯(lián)結(jié)是一局部場所范圍內(nèi)通過局部等電位聯(lián)結(jié)端子板把各可導(dǎo)電部分連通。一般是在浴室、游泳池、醫(yī)院手術(shù)室、農(nóng)牧業(yè)等特別危險(xiǎn)場所，發(fā)生電擊事故的危險(xiǎn)性較大，要求更低的接觸電壓，或?yàn)闈M足信息系統(tǒng)抗干擾的要求。局部等電位聯(lián)結(jié)也都有一個(gè)端子板。
2、等電位聯(lián)結(jié)用材料與截面
等電聯(lián)結(jié)線及端子板推薦采用銅質(zhì)材料。對于防雷等電位，在與基礎(chǔ)鋼筋連接時(shí)，建議聯(lián)結(jié)線選用鋼材。其截面選擇見下表。
①等電位聯(lián)結(jié)線的截面見下表

防雷等電位聯(lián)結(jié)端子板的最小截面不小于50mm2（銅或熱鍍鋅鋼）。
3、等電位聯(lián)結(jié)對阻值的要求
等電位聯(lián)結(jié)無非是將建筑物內(nèi)所有金屬設(shè)施均進(jìn)行電氣連接，以減少彼此之間的電位差，這樣就否定了以往有些規(guī)范及規(guī)程中要求電子設(shè)備單獨(dú)接地的說法。目前國際上已不提倡此種做法，美國電氣電子工程師標(biāo)準(zhǔn)（IEEE）更尖銳地提出：不建議采用任何一種所謂分開的、獨(dú)立的、絕緣的、專用的、干凈的、靜止的、信號(hào)的、計(jì)算機(jī)的、電子的或其它這類不正確的大地接地體做為設(shè)備接地導(dǎo)體的一個(gè)連接點(diǎn)。
當(dāng)?shù)入娢宦?lián)結(jié)完成后，整個(gè)鋼筋混凝土基礎(chǔ)作為接地網(wǎng)絡(luò)，其接地電阻值很小。目前國際上對接地電阻的阻值已不再提過嚴(yán)要求，只要實(shí)施了良好的等電位聯(lián)結(jié)，接地電阻值可以放寬，甚至可不再做要求。如我國海島巖石上建立的雷達(dá)站、電站根本無法接地，只有進(jìn)行良好的等電位聯(lián)結(jié)措施。日本一信息系統(tǒng)機(jī)房建在沙灘上，也無接地可言，但進(jìn)行了良好的等電位連結(jié)。上述各例，設(shè)備運(yùn)行多年，效果均甚好。
4、特殊場所的等電位聯(lián)結(jié)
特殊場所有浴室、游泳池、噴水池、手術(shù)室、信息系統(tǒng)等。浴室、游泳池、噴水池等潮濕場所，建筑物除總等電位聯(lián)結(jié)外，還應(yīng)設(shè)局部等電位聯(lián)結(jié)。

信息系統(tǒng)的機(jī)房內(nèi)應(yīng)設(shè)等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)絡(luò)，電氣和電子設(shè)備的金屬外殼和機(jī)柜、機(jī)架、計(jì)算機(jī)直流地、防靜電接地、金屬屏蔽線纜外層、安全保護(hù)地及各種SPD接地端均應(yīng)以最短的距離就近與等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)直接連接。對于不能直接參加等電位聯(lián)結(jié)的帶電體，如電源相線和中性線、信號(hào)線等，使用電涌保護(hù)器SPD進(jìn)行等電位聯(lián)結(jié)，它能起到限制瞬態(tài)過電壓、分流電涌電流，保護(hù)信息系統(tǒng)設(shè)備的作用。
四、結(jié)束語
在電源進(jìn)線上裝設(shè)RCD，并輔以等電位聯(lián)結(jié)，是國際上廣泛采用的電氣安全措施。我國電氣事故多發(fā)，尤其是住宅，更應(yīng)重視其應(yīng)用。裝設(shè)RCD及等電位聯(lián)結(jié)，事關(guān)生命財(cái)產(chǎn)安全，不能輕率對待，應(yīng)正確設(shè)計(jì)和施工，并嚴(yán)格檢驗(yàn)、測試，使其正常發(fā)揮作用，以減少我國居高不下的電氣事故。