輔助保護(hù)等電位聯(lián)結(jié)誤解剖析

問題的提出等電位聯(lián)結(jié)最早源于德國文獻(xiàn)，后編入德國標(biāo)準(zhǔn)VDE0100-410《Schutzmaβnahmen;Schutzgegengef?hrlicheK?rperstr?me》；1977年寫入IEC60364-4-41：1977《Electricalinstallationsofbuildings

—Part4-41:Protectionforsafety-Protectionagainstelectricshock》（第1版）。國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)始于1993年發(fā)布的JGJ/T16-92《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》，1997年編制了標(biāo)準(zhǔn)圖集97SD567《等電位聯(lián)結(jié)安裝》。等電位聯(lián)結(jié)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用一直在發(fā)展中，我國國家標(biāo)準(zhǔn)和IEC/TC64標(biāo)準(zhǔn)始終保持協(xié)調(diào)一致。近期，《建筑電氣》2023年第12期發(fā)表的《輔助等電位聯(lián)結(jié)設(shè)計探討》（以下簡稱《探討》）提出了很多不同的看法，令部分同行很不理解。本文謹(jǐn)就《探討》的一些論點(diǎn)進(jìn)行討論、分析，希望能澄清其中的誤解。限于筆者水平，論述或有不當(dāng)，歡迎同行批評指正。術(shù)語的變化《探討》首要關(guān)鍵詞是“輔助等電位聯(lián)結(jié)”，文中也提到與“總等電位聯(lián)結(jié)”的關(guān)系。但是，術(shù)語的名稱、概念和內(nèi)涵都已經(jīng)發(fā)生了變化。GB/T16895.21-2011/IEC60364-4-41：2005《低壓電氣裝置第4-11部分：安全防護(hù)電擊防護(hù)》（第4版）開始對等電位聯(lián)結(jié)有較大的改動，如總等電位聯(lián)結(jié)（mainequipotentialbonding）改為保護(hù)等電位聯(lián)結(jié)（protectiveequipotentialbonding）；輔助等電位聯(lián)結(jié)（supplementaryequipotentialbonding）改為輔助保護(hù)等電位聯(lián)結(jié)（supplementaryprotectiveequipotentialbonding）。>>>>

概念上區(qū)分首先，將“等電位聯(lián)結(jié)”和“輔助等電位聯(lián)結(jié)”分別改為“保護(hù)等電位聯(lián)結(jié)”（以下簡稱：PEB）和“輔助保護(hù)等電位聯(lián)結(jié)”（以下簡稱：SPEB）是為了在概念上明確區(qū)分以下兩種應(yīng)用：a.保護(hù)等電位聯(lián)結(jié)，為了安全目的的等電位聯(lián)結(jié)，屬于電擊防護(hù)的范疇，相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)見GB/T16895.21-2020/IEC60364-4-41：2017《低壓電氣裝置第4-11部分：安全防護(hù)電擊防護(hù)》；b.功能等電位聯(lián)結(jié)，非安全目的而為運(yùn)行原因進(jìn)行的等電位聯(lián)結(jié)。目的是為信息技術(shù)系統(tǒng)建立穩(wěn)定的基準(zhǔn)信號，相應(yīng)規(guī)定見GB/T16895.10-2021《低壓電氣裝置第4-44部分：安全防護(hù)電壓騷擾和電磁騷擾防護(hù)》第444.5部分。信息技術(shù)設(shè)備比傳統(tǒng)的電氣設(shè)備更加敏感，采用功能等電位聯(lián)結(jié)可以顯著降低電磁干擾水平，保障信息系統(tǒng)正常運(yùn)行。為了更準(zhǔn)確地界定保護(hù)等電位聯(lián)結(jié)和功能等電位聯(lián)結(jié)之間的區(qū)別，標(biāo)準(zhǔn)對術(shù)語進(jìn)行概念上的區(qū)分并精確描述，以便在工程中采取針對性的聯(lián)結(jié)措施。>>>>

內(nèi)涵上立足電擊防護(hù)尊崇三重保護(hù)原理：基本防護(hù)、故障防護(hù)和附加防護(hù)。基本防護(hù)提供正常狀態(tài)下的防護(hù)，使得低壓設(shè)備的帶電部件在整個運(yùn)行過程中始終保持絕緣；基本防護(hù)一旦失效將使外露可導(dǎo)電部分出現(xiàn)故障電位，保護(hù)接地、自動切斷電源和保護(hù)等電位聯(lián)結(jié)一起構(gòu)成故障防護(hù)屏障；特別情況下，還需要附加防護(hù)，輔助保護(hù)等電位聯(lián)結(jié)即是附加防護(hù)的一種。通過將“保護(hù)等電位聯(lián)結(jié)”和“輔助保護(hù)等電位聯(lián)結(jié)”兩個術(shù)語重建，清晰化電擊防護(hù)中故障防護(hù)和附加防護(hù)這兩個方面的層次和內(nèi)涵。保護(hù)等電位聯(lián)結(jié)設(shè)置條件《探討》5結(jié)語b說：還要考慮用電設(shè)備最長切斷時間要求不一致的情況，來確定是否設(shè)置輔助等電位聯(lián)結(jié)。殊不知，標(biāo)準(zhǔn)早已發(fā)生了變化，輔助保護(hù)等電位聯(lián)結(jié)通常在以下兩種情況下需要設(shè)置：a.在電擊風(fēng)險增加的裝置和地點(diǎn)，例如IEC60364第7部分涉及的場所；b.在發(fā)生接地故障時，無法在規(guī)定時間內(nèi)自動切斷電源的情況。>>>>

標(biāo)準(zhǔn)的變遷GB/T16895.21-2011/IEC60364-4-41：2005不再區(qū)分“固定設(shè)備”和“手持式或移動式設(shè)備”的相關(guān)保護(hù)措施，對于TN系統(tǒng)，將不大于32A的終端回路的故障切斷時間統(tǒng)一定為0.4s，即第411.3.2.2條：“對于不超過32A的終端回路，其最長的切斷電源的時間見表41.1”，刪除了IEC60364-4-41：2001第413.1.3.5條（同GB50054-2011《低壓配電設(shè)計規(guī)范》第5.2.10條）“當(dāng)配電箱或配電回路同時直接或間接給固定式、手持式和移動式電氣設(shè)備供電時，校驗配電箱至總等電位聯(lián)結(jié)點(diǎn)之間的一段保護(hù)導(dǎo)體的阻抗”作為是否設(shè)置輔助保護(hù)等電位聯(lián)結(jié)的條件。>>>>

IEC/TC64標(biāo)準(zhǔn)負(fù)責(zé)人的意見對于這項改變，當(dāng)初中國專家意見很大，理由是：a.固定式設(shè)備和回路本身的接地故障，以及人體接觸發(fā)生故障的這類設(shè)備的幾率相對較小，即使人接觸故障設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分時，也能迅速擺脫；而手持式或移動式設(shè)備和回路的情況恰好相反。因此，對于固定式設(shè)備和手持式或移動式設(shè)備允許的切斷電源的時間理應(yīng)加以區(qū)分。b.大量存在額定電流不超過32A的固定式設(shè)備，如果都要求在0.4s以內(nèi)切斷電源，在回路較長的情況下可能要放大線路的截面積，結(jié)果是不經(jīng)濟(jì)。c.大量額定電流大于32A的移動式設(shè)備，其切斷時間也應(yīng)為0.4s。2005年IEC/TC64國際年會時，IEC標(biāo)準(zhǔn)修訂草案的負(fù)責(zé)人專門對此做出解釋：a.固定式設(shè)備例如機(jī)床類的操作者在工作中手握的操作手輪與機(jī)床上的電氣設(shè)備外露可導(dǎo)電部分連通，一旦機(jī)床上的電氣設(shè)備或線路發(fā)生接地故障，手握操作手柄的人也會像使用手持式電氣設(shè)備遭受電擊的情況一樣危險，可見不存在固定式或移動式的區(qū)別。b.電氣裝置發(fā)生接地故障時，采用微型低壓斷路器可以迅速切斷電源，不需要放大線路的截面積。c.劃分額定電流32A為界限是參加標(biāo)準(zhǔn)草案修訂組的國家協(xié)商后的折中方案。實際上，大多數(shù)終端回路額定電流確實為32A及以下，對于TN系統(tǒng)的這些終端回路切斷時間不再區(qū)分“固定設(shè)備”和“手持式或移動式設(shè)備”，統(tǒng)一按GB/T16895.21-2011/IEC60364-4-41：2005表41.1中0.4s，實際安全性大大提高。額定電流大于32A的設(shè)備主要由專業(yè)人員操作和維護(hù)，措施正規(guī)，電擊事故也大大降低。這直接造成同一配電箱引出的固定式電氣設(shè)備和手持式或移動式電氣設(shè)備不再需要考慮不同切斷時間可能帶來的電擊危害，也就不需要設(shè)置輔助保護(hù)等電位聯(lián)結(jié)。>>>>

接地故障有安全邊界《探討》2.1.2說：在b處（指配電箱內(nèi)母線處）發(fā)生接地故障時，按a-b段PE線故障電壓是否大于50V，來確定是否要設(shè)置輔助等電位聯(lián)結(jié)。殊不知，電擊防護(hù)是建立在風(fēng)險評估的基礎(chǔ)上，并不要求100%的安全。安全極限是根據(jù)生理學(xué)研究得出的，絕對安全只是一個理想，危險是生命的組成部分。制定安全標(biāo)準(zhǔn)過程中的一個用途是簡化措施且不至于增加危險，以便標(biāo)準(zhǔn)能更容易地應(yīng)用于實際。統(tǒng)計表明，絕大多數(shù)電擊事故發(fā)生在終端設(shè)備處，因為設(shè)備眾多，人接觸的機(jī)會較大，發(fā)生電擊的幾率也高；而配電回路通常固定敷設(shè)，人接觸的機(jī)會小，風(fēng)險也小。至于配電箱內(nèi)發(fā)生電擊事故，通常只存在于理論上。若統(tǒng)一按照最嚴(yán)酷的風(fēng)險考慮，則既不經(jīng)濟(jì)也無必要。因此，IEC標(biāo)準(zhǔn)化小組從一開始就認(rèn)定，電擊防護(hù)的目標(biāo)是達(dá)到可接受的邊界風(fēng)險，其中允許包含一些剩余風(fēng)險，但是剩余風(fēng)險應(yīng)不大于可接受的風(fēng)險；不存在所謂絕對的安全，追求100%的安全性從來不是標(biāo)準(zhǔn)化工作的目標(biāo)。因此，配電箱內(nèi)母線處發(fā)生接地故障的風(fēng)險可以忽略，否則，標(biāo)準(zhǔn)就沒有了立足的邊界，缺乏了共同的基礎(chǔ)。輔助保護(hù)等電位聯(lián)結(jié)的性質(zhì)>>>>

故障電壓限制與接地故障電流大小無直接關(guān)系《探討》2.3用很大篇幅分析“輔助等電位聯(lián)結(jié)對接地故障電流大小的影響”，并得出結(jié)論：當(dāng)變電所在樓內(nèi)時，設(shè)置等電位聯(lián)結(jié)的接地故障電流是未設(shè)置等電位聯(lián)結(jié)的1.2~1.4倍；當(dāng)變電所不在樓內(nèi)時，設(shè)置等電位聯(lián)結(jié)后接地故障電流大小可近似為不變。這里犯了兩個錯誤：①等效分析圖錯誤；②分析方法南轅北轍，對接地故障電流的分析與輔助保護(hù)等電位聯(lián)結(jié)降低預(yù)期接觸電壓的根本目的相違背。以下試做具體分析。圖1變配電所在建筑物外，K1處發(fā)生接地故障，已設(shè)保護(hù)等電位聯(lián)結(jié)。當(dāng)不設(shè)輔助保護(hù)等電位聯(lián)結(jié)時，等效電路圖見圖2，人體預(yù)期接觸電壓Uc主要取決于RPE，而RPEN部分的故障電壓被排除在外。當(dāng)設(shè)有輔助保護(hù)等電位聯(lián)結(jié)時，等效電路圖見圖3，人體預(yù)期接觸電壓Uc僅取決于RSPEB上的故障電壓?？梢?，設(shè)置輔助保護(hù)等電位聯(lián)結(jié)后，人體預(yù)期接觸電壓值與接地故障電流大小沒有直接關(guān)系，而與輔助保護(hù)等電位聯(lián)結(jié)線上的故障電壓有關(guān)，通過電壓限制措施就能實現(xiàn)保障人身安全的目標(biāo)。>>>>

電壓限制與自動切斷電源無直接關(guān)系《探討》3說：式（5）,即Ut

=c·m/（1+m）U0,基本上等同于式（3）,即RL

≤（50/U0）Rs。這句話明顯錯誤。Ut

=c·m/（1+m）U0通常用于保護(hù)電器靈敏度的初步校驗，以保證保護(hù)電器在規(guī)定時間內(nèi)切斷電源，屬于故障防護(hù)的范疇。而RL

≤（50/U0）Rs在早期的標(biāo)準(zhǔn)中是用于確定是否設(shè)置SPEB的條件。這種措施和附加防護(hù)采用SPEB類似，同屬于電壓限制措施。對于SPEB，標(biāo)準(zhǔn)要求同時觸及的外露可導(dǎo)電部分和外界可導(dǎo)電部分之間的電壓應(yīng)滿足下式:R≤50V/

Ia

（1）式中:Ia

——保護(hù)電器的動作電流，A，對于過電流保護(hù)電器為5s內(nèi)動作的電流。

R——同時觸及的外露可導(dǎo)電部分和外界可導(dǎo)電部分之間的電阻。很多人不理解的是，等電位聯(lián)結(jié)線只傳導(dǎo)電位，不流過或只流過很小的故障電流，聯(lián)結(jié)線上的分流明顯小于PE線，為什么在式（1）中采用Ia校驗？實際上，這就是故障電壓的限制措施，限制聯(lián)結(jié)線上的故障電壓即為限制人體的預(yù)期接觸電壓：Uc≤R

IL

（2）式中：IL

——聯(lián)結(jié)線上流過的故障電流，A。當(dāng)IL小于式（1）中Ia時，Uc小于限制電壓50V，故障電壓可以持續(xù)存在，沒有電擊危險；當(dāng)IL大于等于Ia時，保護(hù)電器在約定時間內(nèi)跳閘，故障電壓消失，保障了人身安全。因此，電壓限制與自動切斷電源并無直接關(guān)系。結(jié)論輔助保護(hù)等電位聯(lián)結(jié)的應(yīng)用需要厘正相關(guān)概念，理解IEC標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定和內(nèi)部邏輯，統(tǒng)一思路、消除分歧，并貫徹以下要點(diǎn)：a.電擊防護(hù)的輔助等電位聯(lián)結(jié)術(shù)語已經(jīng)改為輔助保護(hù)等電位聯(lián)結(jié)，體現(xiàn)了附加防護(hù)的目標(biāo)和內(nèi)涵。b.IEC標(biāo)準(zhǔn)刪除了配電箱同時給固定式、手持式和移動式電氣設(shè)備供電時