触电防护基本安全准则及防护措施分类与应用探讨——论IEC至今仍未解决好的触电防护基本问题

赵秋生

(中国劳动关系学院安全工程学院 北京 100048)

0 引言

触电(电击)防护基本规则、基本准则及触电防护措施分类是触电防护的最基本问题。国际电工委员会(IEC)标准《电击防护 装置和设备的通用部分》[1-3]和《建筑物电气装置 第4-41部分：安全防护 电击防护》[4-5]是回答和解决这些基本问题的权威文献(我国颁布了相应等效或等同标准[6-9])。回顾梳理这些标准修订调整过程，发现即使是科技高度发展的最近20多年，我们仍然使用了许多存在“明显”甚至是“根本性”错误的触电防护措施及分类概念，甚至2016年最新版《IEC 61140》[3]仍有许多存疑问题。因此，完全有必要对这些触电防护基本问题进行再探讨。

1 IEC“电击防护基本规则”演变

上世纪90年代《IEC 1140：1992》[1]给出的“电击防护的基本规则”(Fundamental Rule of Protection against Electric Shock)总体要求是：在正常及单一故障条件下人体都不能触及危险带电导体；在“正常条件”下采取“直接接触防护措施”；“单一故障条件”下采取采用两个“独立”的防护措施”或“加强防护措施。

2001年《IEC 61140》进一步增加了“特殊条件”下的触电防护要求：采用附加防护措施[2]。2016年，将“单一故障条件”下的采用“两个”独立的防护措施改为采用“数个”独立的防护措施，此外还增加了对电气烧伤和生理健康负效应的基本防护要求[3]。现行电击防护基本规则主要内容见表1。

表1 现行IEC标准给出的电击防护基本规则

2 IEC触电防护措施分类演变与纠错

2.1 IEC触电防护措施分类演变

IEC触电防护措施分类与应用是对其电击防护基本规则的进一步体现与细化。上世纪90年代IEC主要依据防护功能将触电防护措施分为三大类[4,5,8-9]，见图1。

图1 2000年前IEC触电防护措施分类框架

2001年IEC标准[2]对触电防护措施分类框架做了根本性改变，不再把所有防护措施并行放在同一个分类层级，而是将触电防护措施首先分为“protective provision(element of protective measure)”和“protective measure”两个层级，然后再做进一步分类。这是触电防护措施分类的一个“革命性”进步，因为从此开始区分单项措施和组合措施了。然而，我国等同标准对这两个分类术语的翻译却未能充分体现这一根本性改进，将其不加区分地都翻译成了“防护措施”[7]。为此本文将“protective provision”译为“单项防护措施”；将“protective measure”译为“复合防护措施”。此外，2001年IEC标准[2]没有采用“直接接触和间接接触两者兼有的防护措施”分类概念，并将原来属于这个类别的“安全特低电压(SELV)”、“双重绝缘”等防护措施归为“复合防护措施”，同时新增“加强防护措施”分类概念。考虑到“加强防护措施”在结构上属于单项防护措施，在功效上相当于复合防护措施，所以这两个分类层级上都包括了该项防护措施，见图2。

图2 2001年IEC触电防护措施分类框架

2016年IEC对所谓触电“高风险条件”新增一类单项防护措施“附加防护措施(Provisions for additional protection)”，具体包括“不超过30 mA的剩余电流保护装置”和“辅助等电位联结”两个单项防护措施。相应地，复合防护措施的类型也增加了一些项目[3]，见图3。

图3 2016年版IEC触电防护措施分类框架

2.2 IEC触电防护措施分类与应用纠错回顾

从上世纪90年代至今，IEC自我纠正了许多触电防护措施分类概念及应用方法错误，见表2。这些“明显”甚至“根本性”错误说明IEC对触电防护基本问题的认识一直处在探索中。

表2 上世纪90年代至今IEC已经自我纠正的主要触电防护错误概念

3 触电防护基本安全准则探讨

3.1 现行IEC“电击防护基本规则”存在的问题

(1)视角基于防护功能而不是防护的安全可靠性

IEC电击防护基本规则总体上是基于“防护功能”，没有从触电风险的角度与高度正面明确回答什么样的防护才是安全可靠的。换言之，IEC过于关注“圆满完成基本防护和故障防护任务”，忽略对防护深层次本质问题的考虑，出发点和视角存在根本性的问题。

(2)理念上视功能区别为安全作用与地位差别

IEC把防护措施的功能区别不自觉地认定为安全作用的地位差别，其所说的“单一故障”只是基本防护的故障，而“故障防护措施”只是专门服务于基本防护的措施。这种观念在暗含假定：故障防护措施是不会出现故障，或者即使出现故障也总是在基本防护措施之后，这种假设显然与实际不符。事实上两种防护措施都有可能出现故障，从安全可靠性的角度而言它们是互为保险的“平等”关系，彼此都因对方的存在提高了防护的安全可靠性。

2016年IEC新增的“附加防护措施”[3]强化了防护措施安全地位的不平等性。其结果是人为弱化了“剩余电流保护装置”和“辅助等电位联结”这类防护措施的作用，并人为限制了其使用范围。

(3)“单项防护措施”界定存在问题

贯彻实施IEC触电防护基本规则的关键性工作就是明确界定什么是“单项防护措施”。为此，2016年版的IEC标准给出了定义：“用于特定条件下防止电击的独立防护措施”。然而仅凭这样一个“模糊”的定义是不能解决其界定问题的。

首先，该定义没有对单项防护措施所能达到安全水平提出明确要求，导致“保护导体”这类只能降低触电危险但达不到安全水平的防护措施被用作了单项防护措施。其次，IEC所给出的某些具体单项防护措施内涵外延不具有唯一确定性。此外，单项防护措施“自动切断电源”的使用前提是提供“保护等电位联结”，这与定义所要求的“独立”性相矛盾。

3.2 基于触电风险及防护可靠性的“触电防护基本安全准则”探讨

导致触电的带电导体与一般导体在外观上没有任何区别，触电隐患往往具有高度隐蔽性。触电事故一旦发生，瞬间就可能导致人的死亡，躲避逃生的机会很小。触电是死亡率很高的一类事故，80%以上触电事故伴随着人员死亡。

鉴于触电事故风险特点，采用单一防护措施显然是不够安全可靠的，必须至少准备两个防护措施，“双保险”是起码要求。此外，还要考虑用电环境及用电条件对触电风险的影响，采取足够的“保险重数”以确保防护的可靠性。基于此，触电防护基本安全准则可表述为：①触电防护的最低要求是采取两个独立的“单保险防护措施”，即防护的安全可靠水平不低于“双保险”；②一般用电环境或条件下触电防护要做到“双保险”；③危险用电环境或条件下触电防护要做到“三保险”。

为了正确理解和运用该基本安全准则，对比IEC触电防护规则有以下两个方面需要说明。

(1)运用该基本安全准则关键是对“单保险防护措施”进行定义和界定。本文所指“单保险防护措施”是“可独立使用的能够避免触电伤害后果的基本防护措施单元”。与IEC“单项防护措施”概念相同的是二者都强调防护的独立性(Independent)，不同的是IEC“单项防护措施”只强调防护性(Protect)没有明确强调其所能达到的安全水平，而“单保险防护措施”明确规定了防护所能达到的安全水平是能够避免(Prevent)触电后果。因此尽管IEC把“接地保护”、“接零保护”这类能降低触电电压但不能避免触电死亡防护措施视为单项防护措施，而“单保险防护措施”将这类措施排除在外。

(2)虽然各单保险防护措施防护功能有差别，有的实现基本(直接接触)防护功能，有的实现故障(间接接触)防护功能，有的甚至同时能实现两种防护功能，但从安全可靠性的角度而言，每种防护措施只能起到“一重”保险作用。比如，尽管剩余电流保护(RCD)同时具备直接接触和间接接触两种防护功能，一旦出现故障，这两种防护功能一同消失。也就是说一种防护措施的安全可靠性并不因为功能差别和功能多少而不同，一种防护措施只是起到“一重”保险作用。因此说单保险防护措施之间是互为保险的“平等”关系。

4 触电防护措施分类探讨

4.1 现有IEC触电防护措施分类存疑问题

基于“触电防护基本安全准则”及“单保险防护措施”定义，可对最新《IEC 61140：2016》[3]提出各种存疑问题，见表3。

表3 《IEC 61140：2016》存疑问题一览表

现行IEC标准最大的问题之一是2016年新增的“附加防护措施”分类，这是一个多余且使用要求存在严重问题的分类，强烈建议取消该分类。

(1)存在分类逻辑错误：分类依据不一致。“基本(直接接触)防护措施”和“故障(间接接触)防护措施”是从防护功能角度划分的，而“附加防护措施”显然不是从防护功能角度给出的分类。

(2)存在重叠分类问题。附加防护措施所含“剩余电流保护装置RCD”属于“自动切断电源”防护措施范畴；所含“辅助等电位联联结”属于“保护等电位联结”防护措施范畴，实际上它们都属于故障防护措施。新增“附加防护措施分类”导致一些单项防护措施内涵重叠、外延不确定的问题(见图4)，而这最终会导致使用者产生迷茫：到底是采用“保护等电位联结”还是采用“辅助等电位联结”足够安全？

(3)弱化了RCD和辅助等电位联结的作用，人为地限制了其使用范围。RCD是最为普遍使用的自动断电保护装置，如果将其列为“附加防护措施”，从“自动切断电源”分类中刨除，那么“自动切断电源”近乎成为空壳(因为其他自动断电装置如过流保护装置完成漏电自动断电保护是不可靠的)。而且RCD即使作为“附加防护措施”，其使用范围又被进一步加以限制，比如RCD作为附加防护措施的使用范围不包括加强防护措施[3]，这显然是有悖常识的。实际上，在危险环境使用II类(双重绝缘或加强绝缘)电动工具通常采用RCD作为“附加”防护措施。类似的情况也发生在“辅助等电位联结”身上，见图4。

图4 IEC内涵重叠、外延不确定的单项防护措施

4.2 基于触电防护基本安全准则的防护措施分类

基于触电防护基本安全准则，根据其所能达到的安全及可靠水平将触电防护措施分为4个层级，分别是：辅助防护措施、单保险防护措施、双保险防护措施、三保险防护措施，见表4。

表4 基于“触电防护基本安全准则”的触电防护措施分类

“辅助防护措施”是指自己不能独立实现足够安全的保护功能，而是用于配合其他装置或措施一起完成保护功能的防护措施，如接地保护，用于配合剩余电流保护装置RCD完成自动切断电源保护。

“单保险防护措施”定义及界定要求见上文。参比IEC相应分类“单项防护措施”，取消其名下的“加强防护措施”和“附加防护措施”两个子分类，只保留“基本防护措施”和“故障防护措施”。加强防护措施只保留在“双保险防护措施”分类层级。

“双保险”和“三保险”防护措施对应IEC“复合防护措施”范畴，但构成“三保险防护措施”的第3个防护措施不再称为“附加防护措施”，而是“第二故障措施”。

需要特别说明的是安全特低电压(SELV)系统和保护特低电压(PELV)系统属于三保险防护措施。其中特低电压是基本防护措施，其故障防护措施是保护分隔，而保护分隔是一种采用“基本绝缘”和“附加绝缘”的电气分隔，实际上起到了“双保险”作用。因此，最终将其归为“三保险防护措施”。

5 结论

(1)IEC在触电防护的基本出发点、整体视角以及防护理念上存在根本性问题，导致其在触电防护基本问题上走了不少弯路，而且仍在不正确的方向上徘徊。

(2)IEC基于“防护功能”的电击防护基本规则忽视了对安全可靠性这个最本质问题的考量，因而对防护措施的分类及使用要求缺少统一尺度，从而出现了防护措施分类依据不统一、分类内涵重叠以及使用要求与分类定义冲突等问题。这给单项防护措施的选择带来困惑，同时也给出了一些不够安全可靠的复合防护措施。

(3)IEC触电防护措施分类方法弱化了一些防护措施或装置的作用，并人为限制了其使用范围，RCD就是典型。RCD是一种身兼直接接触和间接接触两种防护功能应用最为广泛的触电防护措施之一，必须为其正名，摘掉“附加防护措施”的帽子。

(4)提出的“触电防护防护基本安全准则”及防护措施分类是基于防护的“安全性和可靠性”：安全性强调对“单保险防护措施”安全水平的界定；可靠性强调采用“多重保险”措施。在理念上认为具有不同功能的单保险防护措施是互为保险的“平等”关系，这与IEC出发角度及理念有着本质不同。

(5)“单保险”、“双保险”等防护措施分类方法，使得各类各层级防护措施的安全可靠性非常明确，且与触电防护基本安全准则有着高度一致的对接，因此，触电防护基本安全准则易于贯彻实施。

(6)界定筛选“单保险防护措施”是运用“触电防护基本安全准则”的关键且首要工作。例如，面对IEC给出的“保护等电位联结”、“辅助等电位联结”一对内涵重叠的单项防护措施，以及属于同一范畴的“总等电位联结”、“局部等电位联结”，到底哪种等电位联结才能算的上是达到安全水平的“单保险防护措施”仍有待研究界定。