漏电电流保护和等电位联结分析

1999年12月湖北宜昌市某住宅由于去5楼的PE线在3楼与相线短接，致使5楼一住户女主人在使用电淋浴器时，不幸遭电击身亡。这是一起典型的接地故障造成的电击事故。2002年的一个雷雨天，某地一男子赤脚在卫生间使用镀锌钢管给水的水龙头时，一个雷闪击中屋顶，该男子即时毙命。雷电流沿卫生间外墙柱内引下线引下，给水管穿墙进入室内，雷电流的反击造成电击事故。2003年6月南方某大专院校一教工住宅楼水管带电，使该楼教职员工人心惶惶，不敢用水，其邻楼也相继有类似现象发生。经检查发现该楼一职工私自将自家N线接至电表箱金属外壳。电源进线采用TN-C-S接地系统，进入户内后，N线与PE线又连接起来，一旦该住户用电（进水管进户时没有与接地装置等电位联结），漏电电流流经PE线入地，水管与地之间形成电位差。
综合分析以上三起事件的起因，笔者认为，只要采取必要的措施，完全可以避免事故的发生。第一例事件，在住宅总进线处装设漏电电流保护RCD装置，可以防止接地故障引起的电击事故，还可以作为插座回路RCD的后备保护。第二例事件，应在住宅卫生间，尤其是靠近防雷引下线的卫生间做局部等电位联结，降低接触电压，保障人员安全。第三例事件，应在建筑物进线处装设RCD，并进行总等电位联结，降低不同金属部件间的电位差。
因此，为了实现间接接触电击保护，应合理选用漏电电流保护RCD装置，并辅以等电位联结。
二、电源进线装设RCD的必要性
漏电电流保护器RCD，又称漏电断路器（residual current protective device 缩写为RCD）。当发生单相接地故障或设备漏电时，其零序电流互感器产生零序磁通，二次侧输出电流，经放大后通入脱扣器，使断路器跳闸，从而切除电路，避免人员发生触电事故。
低压配电线路电源进线都装有短路保护和过载保护，但低压线路的电气故障大多由接地故障引起。接地短路故障因回路阻抗大，产生的故障电流小，致使常规过流保护装置不能有效动作，容易造成电气事故。装设RCD后可以保护整个电气系统，有效防止接地故障事故的发生，在前述第一例事件中，如果总进线处装有RCD，当干线发生PE线与相线短接时，RCD动作，可切除故障电源。
在国家强制性标准《住宅设计规范》GB50096-1999第6.5.2条里规定，每栋住宅的总电源进线断路器，应具有漏电保护功能，以便切除接地电弧短路电流。《低压配电设计规范》GB50054-95第4.1.1条规定，配电线路应装设短路、过载和接地故障保护，作用于切断供电电源或发出报警信号，对于电弧型接地故障而言就是应装设RCD。
采用RCD作为配电线路漏电保护时，会遇到RCD误动作，究其原因有多种。如装修质量低劣，将N线与PE线错接，相线与N线在施工中不慎破损漏电等等。另一个重要原因是配电线路和用电设备存在的自身泄漏电流对保护电器的影响。笔者曾受邀去帮助解决一栋建筑总面积约4000m2，楼内各类灯具及移动电器总计350件的两层办公楼，在用电时，进线RCD经常跳闸一事。检查结果表明，电气设计人员在设计配电线路保护时，忽略了配电线路和用电设备存在的泄漏电流影响，取漏电断路器的额定泄漏电流值仅为100mA，引起配电线路的RCD误动作跳闸。
GB13955-1992《漏电保护器安装和运行》中5.3条规定：“根据电气线路的正常泄漏电流，选择漏电保护器的额定动作电流。选择漏电保护器额定动作电流时，应充分考虑到被保护线路和设备可能发生的正常泄漏电流值，必要时可实际测量取得被保护线路和设备的泄漏电流值；选用漏电保护器的额定漏电不动作电流，应不小于电气线路和设备的正常泄漏电流的最大值的2倍。”有关配电线路和用电设备的正常泄漏电流可以查有关设计手册或实测，设计人员应根据计算及规范、规定要求，正确确定RCD的额定泄漏电流，在电源总进线处装设RCD，以作为电气安全的总把关。
采用RCD可以作为防止单相接地故障、人身触电的一项重要措施，但也存在局限性，其主要表现在以下几方面：
1、在TN-C-S配电系统中，当出现PEN断路，RCD拒绝动作，三相负荷不平衡时，仍然会使配电系统的中性点严重偏离，出现烧毁电气设备事故，以至引起电气火灾和发生人身触电。
2、当配电系统中不全装有RCD保护时，没有装RCD保护的用户在发生单相接地故障而保护装置不动作，导致接地电位提高，影响即使装有RCD保护的电气设备，此时RCD也不会动作，极易出现电击事故。
3、有些场所不允许装有RCD保护。如医院心脏或者胸腔手术室等。
为了弥补RCD装置的不足，防止电击事故的发生，则应采用等电位联结。引自IEC标准，等电位联结是防止触电的一项重要安全措施，它可大幅度地降低在接地故障情况下人所遭受的接触电压。由分析结果可知，它比重复接地降低接触电压幅度的效果要大得多。这样，即使在接地故障保护装置失灵的情况下，也能达到在较大限度范围内消除触电伤亡事故的效果。
三、等电位联结
等电位联结是使电气装置各外露可导电部分和装置外可导电部分电位基本相等的一种电气联结。它能够降低接触电压，防止间接接触电击及电磁干扰，在电气设计中，是一种行之有效的安全措施，早已为国际上许多国家所采用。我国对等电位联结的作用在1997年编制出版《等电位联结》（97SD567）标准图后，在认识上已有很大的进步，但还没有引起建设方、设计方、施工方足够的重视。要么设计人员在设计时忽略；要么施工方嫌麻烦，且定额上无量化标准而不按图施工；要么建设方嫌成本增加而不愿意做，这需要我们加强宣传，提高认识水平，真正将电气安全保护措施落到实处。
1、等电位联结的分类与作用
等电位联结分为三类，即总等电位联结（Main Equipotential Bonding）、局部等电位联结（Local Equipotential Bonding）和辅助等电位联结（ Supplementary Equipotential Bonding），总等电位联结作用于全建筑物，它在一定程度上可降低建筑物内间接接触电击的间接接触电压和不同金属部件间的电位差，并消除自建筑物外经电气线路和各种金属管道引入的危险故障电压的危害。在建筑物每一电源进线处，一般有总等电位联结端子板，由等电位联结端子板放射连接或链接进出建筑物的金属管道、金属结构构件等。辅助等电位联结是在导电部分间，用导线直接连通，使其电位相等或接近，一般是在电气装置的某部分接地故障保护不能满足切断回路的时间要求时，作辅助等电位联结，把两导电部分之间联结后能降低接触电压。局部等电位联结是一局部场所范围内通过局部等电位联结端子板把各可导电部分连通。一般是在浴室、游泳池、医院手术室、农牧业等特别危险场所，发生电击事故的危险性较大，要求更低的接触电压，或为满足信息系统抗干扰的要求。局部等电位联结也都有一个端子板。
2、等电位联结用材料与截面
等电联结线及端子板推荐采用铜质材料。对于防雷等电位，在与基础钢筋连接时，建议联结线选用钢材。其截面选择见下表。
①等电位联结线的截面见下表

防雷等电位联结端子板的最小截面不小于50mm2（铜或热镀锌钢）。
3、等电位联结对阻值的要求
等电位联结无非是将建筑物内所有金属设施均进行电气连接，以减少彼此之间的电位差，这样就否定了以往有些规范及规程中要求电子设备单独接地的说法。目前国际上已不提倡此种做法，美国电气电子工程师标准（IEEE）更尖锐地提出：不建议采用任何一种所谓分开的、独立的、绝缘的、专用的、干净的、静止的、信号的、计算机的、电子的或其它这类不正确的大地接地体做为设备接地导体的一个连接点。
当等电位联结完成后，整个钢筋混凝土基础作为接地网络，其接地电阻值很小。目前国际上对接地电阻的阻值已不再提过严要求，只要实施了良好的等电位联结，接地电阻值可以放宽，甚至可不再做要求。如我国海岛岩石上建立的雷达站、电站根本无法接地，只有进行良好的等电位联结措施。日本一信息系统机房建在沙滩上，也无接地可言，但进行了良好的等电位连结。上述各例，设备运行多年，效果均甚好。
4、特殊场所的等电位联结
特殊场所有浴室、游泳池、喷水池、手术室、信息系统等。浴室、游泳池、喷水池等潮湿场所，建筑物除总等电位联结外，还应设局部等电位联结。

信息系统的机房内应设等电位联结网络，电气和电子设备的金属外壳和机柜、机架、计算机直流地、防静电接地、金属屏蔽线缆外层、安全保护地及各种SPD接地端均应以最短的距离就近与等电位联结网直接连接。对于不能直接参加等电位联结的带电体，如电源相线和中性线、信号线等，使用电涌保护器SPD进行等电位联结，它能起到限制瞬态过电压、分流电涌电流，保护信息系统设备的作用。
四、结束语
在电源进线上装设RCD，并辅以等电位联结，是国际上广泛采用的电气安全措施。我国电气事故多发，尤其是住宅，更应重视其应用。装设RCD及等电位联结，事关生命财产安全，不能轻率对待，应正确设计和施工，并严格检验、测试，使其正常发挥作用，以减少我国居高不下的电气事故。