漏電電流保護和等電位聯(lián)結分析

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，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，一個雷閃擊中屋頂，該男子即時斃命。雷電流沿衛(wèi)生間外墻柱內引下線引下，給水管穿墻進入室內，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。電源進線采用TN-C-S接地系統(tǒng)，進入戶內后，N線與PE線又連接起來，一旦該住戶用電（進水管進戶時沒有與接地裝置等電位聯(lián)結），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，在住宅總進線處裝設漏電電流保護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。第二例事件，應在住宅衛(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，降低接觸電壓，保障人員安全。第三例事件，應在建筑物進線處裝設RCD，并進行總等電位聯(lián)結，降低不同金屬部件間的電位差。
因此，為了實現(xiàn)間接接觸電擊保護，應合理選用漏電電流保護RCD裝置，并輔以等電位聯(lián)結。
二、電源進線裝設RCD的必要性
漏電電流保護器RCD，又稱漏電斷路器（residual current protective device 縮寫為RCD）。當發(fā)生單相接地故障或設備漏電時，其零序電流互感器產(chǎn)生零序磁通，二次側輸出電流，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線都裝有短路保護和過載保護，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)過流保護裝置不能有效動作，容易造成電氣事故。裝設RCD后可以保護整個電氣系統(tǒng)，有效防止接地故障事故的發(fā)生，在前述第一例事件中，如果總進線處裝有RCD，當干線發(fā)生PE線與相線短接時，RCD動作，可切除故障電源。
在國家強制性標準《住宅設計規(guī)范》GB50096-1999第6.5.2條里規(guī)定，每棟住宅的總電源進線斷路器，應具有漏電保護功能，以便切除接地電弧短路電流。《低壓配電設計規(guī)范》GB50054-95第4.1.1條規(guī)定，配電線路應裝設短路、過載和接地故障保護，作用于切斷供電電源或發(fā)出報警信號，對于電弧型接地故障而言就是應裝設RCD。
采用RCD作為配電線路漏電保護時，會遇到RCD誤動作，究其原因有多種。如裝修質量低劣，將N線與PE線錯接，相線與N線在施工中不慎破損漏電等等。另一個重要原因是配電線路和用電設備存在的自身泄漏電流對保護電器的影響。筆者曾受邀去幫助解決一棟建筑總面積約4000m2，樓內各類燈具及移動電器總計350件的兩層辦公樓，在用電時，進線RCD經(jīng)常跳閘一事。檢查結果表明，電氣設計人員在設計配電線路保護時，忽略了配電線路和用電設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誤動作跳閘。
GB13955-1992《漏電保護器安裝和運行》中5.3條規(guī)定：“根據(jù)電氣線路的正常泄漏電流，選擇漏電保護器的額定動作電流。選擇漏電保護器額定動作電流時，應充分考慮到被保護線路和設備可能發(fā)生的正常泄漏電流值，必要時可實際測量取得被保護線路和設備的泄漏電流值；選用漏電保護器的額定漏電不動作電流，應不小于電氣線路和設備的正常泄漏電流的最大值的2倍。”有關配電線路和用電設備的正常泄漏電流可以查有關設計手冊或實測，設計人員應根據(jù)計算及規(guī)范、規(guī)定要求，正確確定RCD的額定泄漏電流，在電源總進線處裝設RCD，以作為電氣安全的總把關。
采用RCD可以作為防止單相接地故障、人身觸電的一項重要措施，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，當出現(xiàn)PEN斷路，RCD拒絕動作，三相負荷不平衡時，仍然會使配電系統(tǒng)的中性點嚴重偏離，出現(xiàn)燒毀電氣設備事故，以至引起電氣火災和發(fā)生人身觸電。
2、當配電系統(tǒng)中不全裝有RCD保護時，沒有裝RCD保護的用戶在發(fā)生單相接地故障而保護裝置不動作，導致接地電位提高，影響即使裝有RCD保護的電氣設備，此時RCD也不會動作，極易出現(xiàn)電擊事故。
3、有些場所不允許裝有RCD保護。如醫(yī)院心臟或者胸腔手術室等。
為了彌補RCD裝置的不足，防止電擊事故的發(fā)生，則應采用等電位聯(lián)結。引自IEC標準，等電位聯(lián)結是防止觸電的一項重要安全措施，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。由分析結果可知，它比重復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裝置失靈的情況下，也能達到在較大限度范圍內消除觸電傷亡事故的效果。
三、等電位聯(lián)結
等電位聯(lián)結是使電氣裝置各外露可導電部分和裝置外可導電部分電位基本相等的一種電氣聯(lián)結。它能夠降低接觸電壓，防止間接接觸電擊及電磁干擾，在電氣設計中，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)結的作用在1997年編制出版《等電位聯(lián)結》（97SD567）標準圖后，在認識上已有很大的進步，但還沒有引起建設方、設計方、施工方足夠的重視。要么設計人員在設計時忽略；要么施工方嫌麻煩，且定額上無量化標準而不按圖施工；要么建設方嫌成本增加而不愿意做，這需要我們加強宣傳，提高認識水平，真正將電氣安全保護措施落到實處。
1、等電位聯(lián)結的分類與作用
等電位聯(lián)結分為三類，即總等電位聯(lián)結（Main Equipotential Bonding）、局部等電位聯(lián)結（Local Equipotential Bonding）和輔助等電位聯(lián)結（ Supplementary Equipotential Bonding），總等電位聯(lián)結作用于全建筑物，它在一定程度上可降低建筑物內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故障電壓的危害。在建筑物每一電源進線處，一般有總等電位聯(lián)結端子板，由等電位聯(lián)結端子板放射連接或鏈接進出建筑物的金屬管道、金屬結構構件等。輔助等電位聯(lián)結是在導電部分間，用導線直接連通，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不能滿足切斷回路的時間要求時，作輔助等電位聯(lián)結，把兩導電部分之間聯(lián)結后能降低接觸電壓。局部等電位聯(lián)結是一局部場所范圍內通過局部等電位聯(lián)結端子板把各可導電部分連通。一般是在浴室、游泳池、醫(yī)院手術室、農(nóng)牧業(yè)等特別危險場所，發(fā)生電擊事故的危險性較大，要求更低的接觸電壓，或為滿足信息系統(tǒng)抗干擾的要求。局部等電位聯(lián)結也都有一個端子板。
2、等電位聯(lián)結用材料與截面
等電聯(lián)結線及端子板推薦采用銅質材料。對于防雷等電位，在與基礎鋼筋連接時，建議聯(lián)結線選用鋼材。其截面選擇見下表。
①等電位聯(lián)結線的截面見下表

防雷等電位聯(lián)結端子板的最小截面不小于50mm2（銅或熱鍍鋅鋼）。
3、等電位聯(lián)結對阻值的要求
等電位聯(lián)結無非是將建筑物內所有金屬設施均進行電氣連接，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)程中要求電子設備單獨接地的說法。目前國際上已不提倡此種做法，美國電氣電子工程師標準（IEEE）更尖銳地提出：不建議采用任何一種所謂分開的、獨立的、絕緣的、專用的、干凈的、靜止的、信號的、計算機的、電子的或其它這類不正確的大地接地體做為設備接地導體的一個連接點。
當?shù)入娢宦?lián)結完成后，整個鋼筋混凝土基礎作為接地網(wǎng)絡，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要求，只要實施了良好的等電位聯(lián)結，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站、電站根本無法接地，只有進行良好的等電位聯(lián)結措施。日本一信息系統(tǒng)機房建在沙灘上，也無接地可言，但進行了良好的等電位連結。上述各例，設備運行多年，效果均甚好。
4、特殊場所的等電位聯(lián)結
特殊場所有浴室、游泳池、噴水池、手術室、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)結外，還應設局部等電位聯(lián)結。

信息系統(tǒng)的機房內應設等電位聯(lián)結網(wǎng)絡，電氣和電子設備的金屬外殼和機柜、機架、計算機直流地、防靜電接地、金屬屏蔽線纜外層、安全保護地及各種SPD接地端均應以最短的距離就近與等電位聯(lián)結網(wǎng)直接連接。對于不能直接參加等電位聯(lián)結的帶電體，如電源相線和中性線、信號線等，使用電涌保護器SPD進行等電位聯(lián)結，它能起到限制瞬態(tài)過電壓、分流電涌電流，保護信息系統(tǒng)設備的作用。
四、結束語
在電源進線上裝設RCD，并輔以等電位聯(lián)結，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，更應重視其應用。裝設RCD及等電位聯(lián)結，事關生命財產(chǎn)安全，不能輕率對待，應正確設計和施工，并嚴格檢驗、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。