兩種電氣安全保護方式的分析：接地保護和等電位聯(lián)結(jié)

劉昌明/衛(wèi)正秀（四川建筑職業(yè)技術(shù)學院 四川 德陽 618000）

1 問題的提出

在當今社會的生產(chǎn)和生活中，大量的電氣設(shè)備為人們所使用。由于電氣設(shè)備的使用不當、絕緣老化和保護配置不完整、不到位而引起的火災(zāi)以及人身電擊等事故給人們的生命、財產(chǎn)造成了重大損失。其中常見的故障是漏電，也就是電源的相線與用電設(shè)備的外露不帶電的金屬外殼間的絕緣失效，這樣可能出現(xiàn)兩種情況：產(chǎn)生電弧和人身觸電。電弧可能引發(fā)火災(zāi)，觸電會造成人身傷害。為防止這兩種情況的發(fā)生，傳統(tǒng)的措施是采取接地故障保護，近年來隨著社會的進步和經(jīng)濟的發(fā)展，與國際電工標準接軌，又增加了等電位聯(lián)結(jié)保護。但出現(xiàn)了兩種傾向：一種認為有接地故障保護就足夠了，不需要做等電位聯(lián)結(jié)；另一種認為只要等電位做好了，就不需要接地故障保護了。為了便于設(shè)計、施工，下面對二者的保護原理、作用、具體措施及我國規(guī)范的規(guī)定作一個對比分析。

2 保護原理

2.1 保護接地的概念及原理

將電力系統(tǒng)或建筑物中電氣裝置、設(shè)施的某些部分，經(jīng)接地線連接至接地極，稱為接地（grounded）。電氣裝置的金屬外殼、配電裝置的構(gòu)架和線路桿塔，由于絕緣損壞有可能帶電，為防止其危及人身和設(shè)備的安全而設(shè)的接地，稱為保護接地（protective ground）。接地保護是在基本絕緣失效后的附加防護，屬自動切斷供電的防護（Ⅰ類設(shè)備），它的實現(xiàn)方法是為故障電流提供一個返回電源的通路，在被保護裝置電源端設(shè)置一個可切斷供電的保護電器。

保護接地有兩種型式：電氣裝置的外露可導電部分通過保護中性導體或保護導體連接到電源端的接地點（TN系統(tǒng)）和電氣裝置的外露可導電部分直接接地（TT和IT系統(tǒng)）。如圖1 圖5所示。

對于TN系統(tǒng)（包括TN-S、TN-C、TN-C-S），通過保護接地，使電氣裝置在發(fā)生接地故障（即電氣裝置的基本絕緣失效）時，為故障電流回路提供了一個金屬通路，使故障電流較大，使電路的保護裝置（斷路器或熔斷器）動作，從而起到保護作用。

對于TT系統(tǒng)，可能故障電流不足以使電路的保護裝置的過電流脫扣器動作，切斷供電。但可大大降低預(yù)期接觸電壓，起到一定的保護作用。若安裝零序電流保護或漏電保護，同樣可以使電路的保護裝置動作切斷供電。

對于IT系統(tǒng)，發(fā)生單相接地故障時，故障電流很小，不用切斷供電，預(yù)期接觸電壓也降到很低，不會造成觸電事故。只有再發(fā)生第二及第三相再接地時，故障電流才會很大，使電路的保護裝置的過電流脫扣器動作，從而起到保護作用。

2.2 等電位聯(lián)結(jié)的概念及保護原理

等電位聯(lián)結(jié)的概念源于電路的基本原理。電壓即電位差，所謂“等電位”，就是電位差（電壓）為零或很小接近為零。若在電路系統(tǒng)中做等電位聯(lián)結(jié)，即被連的兩點間電壓為零或接近為零不會引起電擊，從而起到防止人身觸電和避免引發(fā)火災(zāi)的作用。

3 作用

3.1 保護接地的作用

保護接地可防止人身間接電擊以及電氣火災(zāi)、線路損壞等事故。

3.2 等電位聯(lián)結(jié)的作用

1） 建筑物內(nèi)導電金屬物做等電位聯(lián)結(jié)，可降低建筑物的間接接觸電壓和不同金屬物之間的電位差，避免自建筑物外經(jīng)電氣線路和各種管道引入的事故電壓的危害，減少保護電器動作不可靠帶來的危害。

2） 防止雷電波侵入帶來的危害。

3） 防止常用的TN系統(tǒng)內(nèi)沿PEN線和PE線傳導的故障電壓引起的電氣事故。

4） 避免外界電磁場的干擾，改善電磁兼容環(huán)境。

4 現(xiàn)行規(guī)范要求

4.1 GB 50303-2002 建筑電氣工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范

第27.1.1 條 建筑物等電位聯(lián)結(jié)干線應(yīng)從與接地裝置有不少于2處直接連接的接地干線或總等電位箱引出，等電位聯(lián)結(jié)干線或局部等電位箱間的連接線形成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)應(yīng)就近與等電位聯(lián)結(jié)干線或局部等電位箱連接。支線間不應(yīng)串聯(lián)連接。

第27.1.2條 等電位聯(lián)結(jié)的線路最小允許截面應(yīng)符合表27.1.2的規(guī)定：

表2 7.1.2 線路最小允許截面（mm2）

第27.2.1條 等電位聯(lián)結(jié)的可接近裸露導體或其他金屬部件、構(gòu)件與支線連接應(yīng)可靠，熔焊、釬焊或機械堅固應(yīng)導通正常。

第27.2.2條 需等電位聯(lián)結(jié)的高級裝修金屬部件或零件，應(yīng)有專用接線螺栓與等電位聯(lián)結(jié)支線連接，且有標識；連接處螺帽緊固、防松零件齊全。

4.2 GB 14050-2008 系統(tǒng)接地的型式及安全技術(shù)要求

第4.1.1條 凡可被人體同時觸及的外露可導電部分，應(yīng)連接到同一接地系統(tǒng)。

第4.1.2條 系統(tǒng)中盡量實施主等電位聯(lián)結(jié)。

建筑物內(nèi)的主等電位聯(lián)結(jié)導體應(yīng)與下列可導電部分互相連接：a.主保護導體（保護線干線）；b.主接地導體（接地線干線）或總接地端子；

c.建筑物內(nèi)的公用金屬管道和類似金屬構(gòu)件（如自來水管、煤氣管等）；

d.建筑結(jié)構(gòu)中的金屬部分及集中采暖和空調(diào)系統(tǒng)。

來自建筑物外面的可導電體，應(yīng)在建筑物內(nèi)盡量靠近入口處與等電位聯(lián)結(jié)導體連接。

第4.1.3條 在局部區(qū)域，當自動切斷供電的條件得不到滿足時，應(yīng)考慮實施輔助等電位聯(lián)結(jié)。

輔助等電位聯(lián)結(jié)導體應(yīng)與區(qū)域內(nèi)的下列可導電部分互相連接：

a.固定設(shè)備的所有能同時觸及的外露可導電部分；

b.保護導體（包括設(shè)備的和插座內(nèi)的）；

c.裝置外的可導電部分（如果可行，還應(yīng)包括鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的主鋼筋）。

4.3 DL/T 621-1997 交流電氣裝置的接地

第7.2.4條 TT系統(tǒng)中當系統(tǒng)接地點和電氣裝置外露導電部分已進行總等電位聯(lián)結(jié)時，電氣裝置外露導電部分不另設(shè)接地裝置。否則，電氣裝置外露導電部分應(yīng)設(shè)保護接地的接地裝置。

第7.2.5條 IT系統(tǒng)的各電氣裝置外露導電部分保護接地的接地裝置可共用同一接地裝置，亦可個別地或成組地用單獨的接地裝置。

第7.2.6條 建筑物電氣裝置采用接地故障保護時，建筑物內(nèi)電氣裝置應(yīng)采用總等電位聯(lián)結(jié)。

第8.5.3條 當建筑物的水管被用作接地線或保護線時，水表必須跨接聯(lián)結(jié)。

4.4 GB 50054-95 低壓配電設(shè)計規(guī)范

第4.4.1條 接地故障保護的設(shè)置應(yīng)能防止人身間接電擊以及電氣火災(zāi)、線路損壞等事故。

第4.4.5條 當電氣裝置或電氣裝置某一部分的接地故障保護不能滿足切斷故障回路的時間要求時，尚應(yīng)在局部范圍內(nèi)作輔助等電位聯(lián)結(jié)。

當難以確定輔助等電位聯(lián)結(jié)的有效性時，可采用下式進行校驗：

式中 R——可同時觸及的外露可導電部分和裝置外可導電部分之間，故障電流產(chǎn)生的電壓降引起接觸電壓的一段電阻（Ω）。

Ia——切斷故障回路時間不超過5s的保護電器動作電流（A）。當保護電器為瞬時或短延時動作的低壓斷路器時，值應(yīng)取低壓斷路器瞬時或短延時過電流脫扣器整定電流的1.3倍。

第4.4.7條 相線對地標稱電壓為220V的TN系統(tǒng)配電線路的接地故障保護，其切斷故障回路的時間應(yīng)符合下列規(guī)定：

一、配電線路或僅供給固定式電氣設(shè)備用電的末端線路，不宜大于5s；

二、供電給手握式電氣設(shè)備和移動式電氣設(shè)備的末端線路或插座回路，不應(yīng)大于0.4s。

第4.4.10條 TN系統(tǒng)配電線路應(yīng)采用下列的接地故障保護：

一、當過電流保護能滿足本規(guī)范第4.4.7條要求時，宜采用過電流保護兼作接地故障保護；

二、在三相四線制配電線路中，當過電流保護不能滿足本規(guī)范第4.4.7條的要求且零序電流保護能滿足時，宜采用零序電流保護，此時保護整定值應(yīng)大于配電線路正常工作最大不平衡電流；

三、當上述一、二款的保護不能滿足要求時，應(yīng)采用漏電電流動作保護。

4.5 GB 50096-2003 住宅設(shè)計規(guī)范

第6.5.2條規(guī)定:“住宅供電系統(tǒng)的設(shè)計，應(yīng)符合下列基本安全要求:①應(yīng)采用TT、TN-C-S或TN-S接地方式，并進行總等電位聯(lián)結(jié)；⑥設(shè)洗浴設(shè)備的衛(wèi)生間應(yīng)作等電位聯(lián)結(jié)”。

綜上所述，國家標準GB14050-2008、GB50054-1995以及電力行業(yè)標準DL/T621-1997均有規(guī)定：建筑物電氣裝置采用接地故障保護時，建筑物內(nèi)電氣裝置應(yīng)采用總等電位聯(lián)結(jié)。由此可見，接地故障保護和等電位聯(lián)結(jié)都是必須的，它們是互為補充的附加保護。

5 等電位聯(lián)結(jié)的應(yīng)用

1）一般場所人站立處不超過10m的地下有金屬管道或結(jié)構(gòu)時，可以認為滿足等電位要求。如果完全沒有金屬構(gòu)件，可埋設(shè)20m×20m金屬網(wǎng)格，并納入等電位聯(lián)結(jié)系統(tǒng)內(nèi)。游泳池等特殊場所需加大地下金屬導體網(wǎng)格密度。

2）衛(wèi)生間局部等電位聯(lián)結(jié)的底板鋼筋網(wǎng)格必須焊成不大于0.6m×0.6m的網(wǎng)格；底板鋼筋網(wǎng)連接后，不必與防雷引下線焊接，可以不與附近的柱內(nèi)豎向主筋焊接，與總等電位聯(lián)通；底板鋼筋網(wǎng)格，與基礎(chǔ)地梁焊接不一樣，不一定要焊接底板筋，也可以焊接面筋；底板鋼筋連接處應(yīng)焊接，不能用鐵絲綁扎代替；四周圈梁一定用圓鋼跨接焊通，但只需對四周圈梁用Φ12圓鋼六倍鋼筋直徑雙面焊接，對其余Φ10以下的鋼筋連接處采用點焊即可。

3）衛(wèi)生間內(nèi)金屬給排水管、金屬浴盆、金屬采暖管以及建筑物鋼筋網(wǎng)等均應(yīng)做好等電位聯(lián)結(jié)，衛(wèi)生間內(nèi)明露可觸及的管道配件（鋁塑復合、銅塑復合管等）也應(yīng)做好等電位聯(lián)結(jié)。對于施工比較困難時，可對末端的金屬水龍頭進行局部等電位聯(lián)結(jié)。同樣道理，卡箍式連接的PRK型柔性鑄鐵管連接處雖然使用絕緣的橡膠墊隔絕，也必須做好局部等電位聯(lián)結(jié)。衛(wèi)生間管道穿樓板金屬套管、管道金屬支架也必須進行等電位聯(lián)結(jié)。孤立的金屬地漏、扶手、浴巾架、肥皂盒等可不做等電位聯(lián)結(jié)。

4）衛(wèi)生間內(nèi)如果沒有配電箱或引入PE線的設(shè)施，不必由LEB端子板專門引出一根LEB線與衛(wèi)生間外的PE線或PE母排相連。如果衛(wèi)生間內(nèi)有插座或其他用電設(shè)備，LEB端子板應(yīng)與PE線連接。插座PE端子引出線與LEB端子板連接，如果在插座PE端子處接線困難，可用配電箱引出的PE線與LEB端子板連接。且最好由配電箱PE母排引導線與LEB端子板連接，因為可靠性較高。

5）建筑物較大時，宜采用環(huán)形等電位聯(lián)結(jié)。在建筑物外墻處做一圈環(huán)形等電位聯(lián)結(jié)導體，各種金屬管道、電源進線就近與環(huán)形等電位聯(lián)結(jié)導體連接，不必采用放射狀星形聯(lián)結(jié)?？偟入娢荒概藕途植康入娢宦?lián)結(jié)端子板之間不需人為連通；多個電源進線作各自的總等電位聯(lián)結(jié)，之間就近連通；不能用配電箱內(nèi)的PE母排代替箱外的等電位端子板。

6）在做等電位聯(lián)結(jié)時，嚴禁將輸送爆炸氣體或液體的金屬管道作為聯(lián)結(jié)線使用。此類等電位聯(lián)結(jié)線不能穿鋼管敷設(shè)，必須穿塑料管。

7）塑料管、鋁塑管、塑鋼窗不需做等電位聯(lián)結(jié)。天花龍骨、金屬門窗等的外露可導電部分在伸臂范圍以外時，可以不做等電位聯(lián)結(jié)。

8）等電位聯(lián)結(jié)不是做接地電阻的測試，而是做導通有效性測試。不能用接地電阻測量儀、絕緣電阻測試儀、萬用表等進行測試，應(yīng)用專用測試儀進行測試或者采用伏安法測量。

6 結(jié)束語

接地保護和等電位聯(lián)結(jié)是兩種不同的電氣安全保護方式，它們有不同的概念及保護原理、作用，它們是互為補充的附加保護，在電氣設(shè)計和施工中二者都是必須的。

等電位聯(lián)結(jié)和剩余電流動作保護器也是兩種不同的人身安全保護措施，不能相互代替。剩余電流動作保護器作為接地故障保護原理是放大其流經(jīng)電流矢量和切斷電源。當設(shè)備外殼發(fā)生對地故障時，接地故障電流經(jīng)PE線流走，剩余電流動作保護器能在數(shù)十毫秒的瞬間切斷故障電流。但其僅是保護本地線路，無法切斷沿金屬管道傳遞的危險電位。

等電位是接地故障保護實現(xiàn)安全要求的不可缺少的基本條件，并對防雷、電子信息系統(tǒng)都有保護作用。因此，在工程設(shè)計和施工中，做好建筑物總等電位聯(lián)結(jié)、輔助和局部等電位聯(lián)結(jié)至關(guān)重要。

[1]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局,中國國家標準化管理委員會.GB 14050-2008系統(tǒng)接地的型式及安全技術(shù)要求[S].北京: 中國標準出版社, 2008.

[2]中華人民共和國電力工業(yè)部.DL/T 621-1997交流電氣裝置的接地[S].北京：中國電力出版社, 1997.

[3]中華人民共和國機械工業(yè)部.GB50054-95低壓配電設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社, 1995.

[4]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB 50303-2002建筑電氣工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2002.

[5]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB 50096-2003住宅設(shè)計規(guī)范[S]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2003.