两种电气安全保护方式的分析：接地保护和等电位联结

刘昌明/卫正秀（四川建筑职业技术学院 四川 德阳 618000）

1 问题的提出

在当今社会的生产和生活中，大量的电气设备为人们所使用。由于电气设备的使用不当、绝缘老化和保护配置不完整、不到位而引起的火灾以及人身电击等事故给人们的生命、财产造成了重大损失。其中常见的故障是漏电，也就是电源的相线与用电设备的外露不带电的金属外壳间的绝缘失效，这样可能出现两种情况：产生电弧和人身触电。电弧可能引发火灾，触电会造成人身伤害。为防止这两种情况的发生，传统的措施是采取接地故障保护，近年来随着社会的进步和经济的发展，与国际电工标准接轨，又增加了等电位联结保护。但出现了两种倾向：一种认为有接地故障保护就足够了，不需要做等电位联结；另一种认为只要等电位做好了，就不需要接地故障保护了。为了便于设计、施工，下面对二者的保护原理、作用、具体措施及我国规范的规定作一个对比分析。

2 保护原理

2.1 保护接地的概念及原理

将电力系统或建筑物中电气装置、设施的某些部分，经接地线连接至接地极，称为接地（grounded）。电气装置的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔，由于绝缘损坏有可能带电，为防止其危及人身和设备的安全而设的接地，称为保护接地（protective ground）。接地保护是在基本绝缘失效后的附加防护，属自动切断供电的防护（Ⅰ类设备），它的实现方法是为故障电流提供一个返回电源的通路，在被保护装置电源端设置一个可切断供电的保护电器。

保护接地有两种型式：电气装置的外露可导电部分通过保护中性导体或保护导体连接到电源端的接地点（TN系统）和电气装置的外露可导电部分直接接地（TT和IT系统）。如图1 图5所示。

对于TN系统（包括TN-S、TN-C、TN-C-S），通过保护接地，使电气装置在发生接地故障（即电气装置的基本绝缘失效）时，为故障电流回路提供了一个金属通路，使故障电流较大，使电路的保护装置（断路器或熔断器）动作，从而起到保护作用。

对于TT系统，可能故障电流不足以使电路的保护装置的过电流脱扣器动作，切断供电。但可大大降低预期接触电压，起到一定的保护作用。若安装零序电流保护或漏电保护，同样可以使电路的保护装置动作切断供电。

对于IT系统，发生单相接地故障时，故障电流很小，不用切断供电，预期接触电压也降到很低，不会造成触电事故。只有再发生第二及第三相再接地时，故障电流才会很大，使电路的保护装置的过电流脱扣器动作，从而起到保护作用。

2.2 等电位联结的概念及保护原理

等电位联结的概念源于电路的基本原理。电压即电位差，所谓“等电位”，就是电位差（电压）为零或很小接近为零。若在电路系统中做等电位联结，即被连的两点间电压为零或接近为零不会引起电击，从而起到防止人身触电和避免引发火灾的作用。

3 作用

3.1 保护接地的作用

保护接地可防止人身间接电击以及电气火灾、线路损坏等事故。

3.2 等电位联结的作用

1） 建筑物内导电金属物做等电位联结，可降低建筑物的间接接触电压和不同金属物之间的电位差，避免自建筑物外经电气线路和各种管道引入的事故电压的危害，减少保护电器动作不可靠带来的危害。

2） 防止雷电波侵入带来的危害。

3） 防止常用的TN系统内沿PEN线和PE线传导的故障电压引起的电气事故。

4） 避免外界电磁场的干扰，改善电磁兼容环境。

4 现行规范要求

4.1 GB 50303-2002 建筑电气工程施工质量验收规范

第27.1.1 条 建筑物等电位联结干线应从与接地装置有不少于2处直接连接的接地干线或总等电位箱引出，等电位联结干线或局部等电位箱间的连接线形成环形网络，环形网络应就近与等电位联结干线或局部等电位箱连接。支线间不应串联连接。

第27.1.2条 等电位联结的线路最小允许截面应符合表27.1.2的规定：

表2 7.1.2 线路最小允许截面（mm2）

第27.2.1条 等电位联结的可接近裸露导体或其他金属部件、构件与支线连接应可靠，熔焊、钎焊或机械坚固应导通正常。

第27.2.2条 需等电位联结的高级装修金属部件或零件，应有专用接线螺栓与等电位联结支线连接，且有标识；连接处螺帽紧固、防松零件齐全。

4.2 GB 14050-2008 系统接地的型式及安全技术要求

第4.1.1条 凡可被人体同时触及的外露可导电部分，应连接到同一接地系统。

第4.1.2条 系统中尽量实施主等电位联结。

建筑物内的主等电位联结导体应与下列可导电部分互相连接：a.主保护导体（保护线干线）；b.主接地导体（接地线干线）或总接地端子；

c.建筑物内的公用金属管道和类似金属构件（如自来水管、煤气管等）；

d.建筑结构中的金属部分及集中采暖和空调系统。

来自建筑物外面的可导电体，应在建筑物内尽量靠近入口处与等电位联结导体连接。

第4.1.3条 在局部区域，当自动切断供电的条件得不到满足时，应考虑实施辅助等电位联结。

辅助等电位联结导体应与区域内的下列可导电部分互相连接：

a.固定设备的所有能同时触及的外露可导电部分；

b.保护导体（包括设备的和插座内的）；

c.装置外的可导电部分（如果可行，还应包括钢筋混凝土结构的主钢筋）。

4.3 DL/T 621-1997 交流电气装置的接地

第7.2.4条 TT系统中当系统接地点和电气装置外露导电部分已进行总等电位联结时，电气装置外露导电部分不另设接地装置。否则，电气装置外露导电部分应设保护接地的接地装置。

第7.2.5条 IT系统的各电气装置外露导电部分保护接地的接地装置可共用同一接地装置，亦可个别地或成组地用单独的接地装置。

第7.2.6条 建筑物电气装置采用接地故障保护时，建筑物内电气装置应采用总等电位联结。

第8.5.3条 当建筑物的水管被用作接地线或保护线时，水表必须跨接联结。

4.4 GB 50054-95 低压配电设计规范

第4.4.1条 接地故障保护的设置应能防止人身间接电击以及电气火灾、线路损坏等事故。

第4.4.5条 当电气装置或电气装置某一部分的接地故障保护不能满足切断故障回路的时间要求时，尚应在局部范围内作辅助等电位联结。

当难以确定辅助等电位联结的有效性时，可采用下式进行校验：

式中 R——可同时触及的外露可导电部分和装置外可导电部分之间，故障电流产生的电压降引起接触电压的一段电阻（Ω）。

Ia——切断故障回路时间不超过5s的保护电器动作电流（A）。当保护电器为瞬时或短延时动作的低压断路器时，值应取低压断路器瞬时或短延时过电流脱扣器整定电流的1.3倍。

第4.4.7条 相线对地标称电压为220V的TN系统配电线路的接地故障保护，其切断故障回路的时间应符合下列规定：

一、配电线路或仅供给固定式电气设备用电的末端线路，不宜大于5s；

二、供电给手握式电气设备和移动式电气设备的末端线路或插座回路，不应大于0.4s。

第4.4.10条 TN系统配电线路应采用下列的接地故障保护：

一、当过电流保护能满足本规范第4.4.7条要求时，宜采用过电流保护兼作接地故障保护；

二、在三相四线制配电线路中，当过电流保护不能满足本规范第4.4.7条的要求且零序电流保护能满足时，宜采用零序电流保护，此时保护整定值应大于配电线路正常工作最大不平衡电流；

三、当上述一、二款的保护不能满足要求时，应采用漏电电流动作保护。

4.5 GB 50096-2003 住宅设计规范

第6.5.2条规定:“住宅供电系统的设计，应符合下列基本安全要求:①应采用TT、TN-C-S或TN-S接地方式，并进行总等电位联结；⑥设洗浴设备的卫生间应作等电位联结”。

综上所述，国家标准GB14050-2008、GB50054-1995以及电力行业标准DL/T621-1997均有规定：建筑物电气装置采用接地故障保护时，建筑物内电气装置应采用总等电位联结。由此可见，接地故障保护和等电位联结都是必须的，它们是互为补充的附加保护。

5 等电位联结的应用

1）一般场所人站立处不超过10m的地下有金属管道或结构时，可以认为满足等电位要求。如果完全没有金属构件，可埋设20m×20m金属网格，并纳入等电位联结系统内。游泳池等特殊场所需加大地下金属导体网格密度。

2）卫生间局部等电位联结的底板钢筋网格必须焊成不大于0.6m×0.6m的网格；底板钢筋网连接后，不必与防雷引下线焊接，可以不与附近的柱内竖向主筋焊接，与总等电位联通；底板钢筋网格，与基础地梁焊接不一样，不一定要焊接底板筋，也可以焊接面筋；底板钢筋连接处应焊接，不能用铁丝绑扎代替；四周圈梁一定用圆钢跨接焊通，但只需对四周圈梁用Φ12圆钢六倍钢筋直径双面焊接，对其余Φ10以下的钢筋连接处采用点焊即可。

3）卫生间内金属给排水管、金属浴盆、金属采暖管以及建筑物钢筋网等均应做好等电位联结，卫生间内明露可触及的管道配件（铝塑复合、铜塑复合管等）也应做好等电位联结。对于施工比较困难时，可对末端的金属水龙头进行局部等电位联结。同样道理，卡箍式连接的PRK型柔性铸铁管连接处虽然使用绝缘的橡胶垫隔绝，也必须做好局部等电位联结。卫生间管道穿楼板金属套管、管道金属支架也必须进行等电位联结。孤立的金属地漏、扶手、浴巾架、肥皂盒等可不做等电位联结。

4）卫生间内如果没有配电箱或引入PE线的设施，不必由LEB端子板专门引出一根LEB线与卫生间外的PE线或PE母排相连。如果卫生间内有插座或其他用电设备，LEB端子板应与PE线连接。插座PE端子引出线与LEB端子板连接，如果在插座PE端子处接线困难，可用配电箱引出的PE线与LEB端子板连接。且最好由配电箱PE母排引导线与LEB端子板连接，因为可靠性较高。

5）建筑物较大时，宜采用环形等电位联结。在建筑物外墙处做一圈环形等电位联结导体，各种金属管道、电源进线就近与环形等电位联结导体连接，不必采用放射状星形联结。总等电位母排和局部等电位联结端子板之间不需人为连通；多个电源进线作各自的总等电位联结，之间就近连通；不能用配电箱内的PE母排代替箱外的等电位端子板。

6）在做等电位联结时，严禁将输送爆炸气体或液体的金属管道作为联结线使用。此类等电位联结线不能穿钢管敷设，必须穿塑料管。

7）塑料管、铝塑管、塑钢窗不需做等电位联结。天花龙骨、金属门窗等的外露可导电部分在伸臂范围以外时，可以不做等电位联结。

8）等电位联结不是做接地电阻的测试，而是做导通有效性测试。不能用接地电阻测量仪、绝缘电阻测试仪、万用表等进行测试，应用专用测试仪进行测试或者采用伏安法测量。

6 结束语

接地保护和等电位联结是两种不同的电气安全保护方式，它们有不同的概念及保护原理、作用，它们是互为补充的附加保护，在电气设计和施工中二者都是必须的。

等电位联结和剩余电流动作保护器也是两种不同的人身安全保护措施，不能相互代替。剩余电流动作保护器作为接地故障保护原理是放大其流经电流矢量和切断电源。当设备外壳发生对地故障时，接地故障电流经PE线流走，剩余电流动作保护器能在数十毫秒的瞬间切断故障电流。但其仅是保护本地线路，无法切断沿金属管道传递的危险电位。

等电位是接地故障保护实现安全要求的不可缺少的基本条件，并对防雷、电子信息系统都有保护作用。因此，在工程设计和施工中，做好建筑物总等电位联结、辅助和局部等电位联结至关重要。

[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.GB 14050-2008系统接地的型式及安全技术要求[S].北京: 中国标准出版社, 2008.

[2]中华人民共和国电力工业部.DL/T 621-1997交流电气装置的接地[S].北京：中国电力出版社, 1997.

[3]中华人民共和国机械工业部.GB50054-95低压配电设计规范[S].北京:中国计划出版社, 1995.

[4]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB 50303-2002建筑电气工程施工质量验收规范[S].北京：中国计划出版社，2002.

[5]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB 50096-2003住宅设计规范[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2003.