辅助保护等电位联结误解剖析

发布时间：2025-01-04 10:39:09 丨 文章来源：海湾电气火灾 | 作者：http://dq.gstxf.com/丨 浏览次数：130

等电位联结最早源于德国文献，后编入德国标准VDE 0100 - 410《Schutzmaβnahmen;Schutz gegen gefährliche Körperströme》；1977年写入IEC 60364 - 4 - 41：1977《Electrical installations of buildings — Part 4 - 41:Protection for safety - Protection against electric shock》（第1版）。国内标准始于1993年发布的JGJ / T 16 - 92《民用建筑电气设计规范》，1997年编制了标准图集97SD567《等电位联结安装》。

等电位联结的相关标准和应用一直在发展中，我国国家标准和IEC / TC 64标准始终保持协调一致。近期，《建筑电气》2023年第12期发表的《辅助等电位联结设计探讨》（以下简称《探讨》）提出了很多不同的看法，令部分同行很不理解。本文谨就《探讨》的一些论点进行讨论、分析，希望能澄清其中的误解。限于笔者水平，论述或有不当，欢迎同行批评指正。

《探讨》首要关键词是“辅助等电位联结”，文中也提到与“总等电位联结”的关系。但是，术语的名称、概念和内涵都已经发生了变化。

GB / T 16895.21 - 2011 / IEC 60364 - 4 - 41：2005《低压电气装置 第4 - 11部分：安全防护 电击防护》（第4版）开始对等电位联结有较大的改动，如总等电位联结（main equipotential bonding）改为保护等电位联结（protective equipotential bonding）；辅助等电位联结（supplementary equipotential bonding）改为辅助保护等电位联结（supplementary protective equipotential bonding）。

>>>>  概念上区分

首先，将“等电位联结”和“辅助等电位联结”分别改为“保护等电位联结”（以下简称：PEB）和“辅助保护等电位联结”（以下简称：SPEB）是为了在概念上明确区分以下两种应用 ：

a. 保护等电位联结，为了安全目的的等电位联结，属于电击防护的范畴，相应标准见GB / T 16895.21 - 2020 / IEC 60364 - 4 - 41：2017《低压电气装置 第4 - 11部分：安全防护 电击防护》；

b. 功能等电位联结，非安全目的而为运行原因进行的等电位联结。目的是为信息技术系统建立稳定的基准信号，相应规定见GB / T 16895.10 - 2021《低压电气装置 第4 - 44部分：安全防护 电压骚扰和电磁骚扰防护》第444.5部分 。

信息技术设备比传统的电气设备更加敏感，采用功能等电位联结可以显著降低电磁干扰水平，保障信息系统正常运行。为了更准确地界定保护等电位联结和功能等电位联结之间的区别，标准对术语进行概念上的区分并精确描述，以便在工程中采取针对性的联结措施。

>>>> 内涵上立足

电击防护尊崇三重保护原理：基本防护、故障防护和附加防护。基本防护提供正常状态下的防护，使得低压设备的带电部件在整个运行过程中始终保持绝缘；基本防护一旦失效将使外露可导电部分出现故障电位，保护接地、自动切断电源和保护等电位联结一起构成故障防护屏障；特别情况下，还需要附加防护，辅助保护等电位联结即是附加防护的一种。

通过将“保护等电位联结”和“辅助保护等电位联结”两个术语重建，清晰化电击防护中故障防护和附加防护这两个方面的层次和内涵。

《探讨》5结语b说：还要考虑用电设备最长切断时间要求不一致的情况，来确定是否设置辅助等电位联结。殊不知，标准早已发生了变化，辅助保护等电位联结通常在以下两种情况下需要设置：

a. 在电击风险增加的装置和地点，例如IEC 60364第7部分涉及的场所；

b. 在发生接地故障时，无法在规定时间内自动切断电源的情况。

>>>>  标准的变迁

GB / T 16895.21 - 2011 / IEC 60364 - 4 - 41：2005不再区分“固定设备”和“手持式或移动式设备”的相关保护措施，对于TN系统，将不大于32 A的终端回路的故障切断时间统一定为0.4 s，即第411.3.2.2条：“对于不超过32 A的终端回路，其最长的切断电源的时间见表41.1”，删除了IEC 60364 - 4 - 41：2001第413.1.3.5条（同GB 50054 - 2011《低压配电设计规范》第5.2.10条）“当配电箱或配电回路同时直接或间接给固定式、手持式和移动式电气设备供电时，校验配电箱至总等电位联结点之间的一段保护导体的阻抗”作为是否设置辅助保护等电位联结的条件。

>>>>  IEC/TC 64标准负责人的意见

对于这项改变，当初中国专家意见很大，理由是：

a. 固定式设备和回路本身的接地故障，以及人体接触发生故障的这类设备的几率相对较小，即使人接触故障设备的外露可导电部分时，也能迅速摆脱；而手持式或移动式设备和回路的情况恰好相反。因此，对于固定式设备和手持式或移动式设备允许的切断电源的时间理应加以区分。

b. 大量存在额定电流不超过32 A的固定式设备，如果都要求在0.4 s以内切断电源，在回路较长的情况下可能要放大线路的截面积，结果是不经济。

c. 大量额定电流大于32 A的移动式设备，其切断时间也应为0.4 s。

2005年IEC/TC 64国际年会时，IEC标准修订草案的负责人专门对此做出解释：

a. 固定式设备例如机床类的操作者在工作中手握的操作手轮与机床上的电气设备外露可导电部分连通，一旦机床上的电气设备或线路发生接地故障，手握操作手柄的人也会像使用手持式电气设备遭受电击的情况一样危险，可见不存在固定式或移动式的区别。

b. 电气装置发生接地故障时，采用微型低压断路器可以迅速切断电源，不需要放大线路的截面积。

c. 划分额定电流32 A为界限是参加标准草案修订组的国家协商后的折中方案。

实际上，大多数终端回路额定电流确实为32 A及以下，对于TN系统的这些终端回路切断时间不再区分“固定设备”和“手持式或移动式设备”，统一按GB / T 16895.21 - 2011 / IEC 60364 - 4 - 41：2005表41.1中0.4 s，实际安全性大大提高。额定电流大于32 A的设备主要由专业人员操作和维护，措施正规，电击事故也大大降低。

这直接造成同一配电箱引出的固定式电气设备和手持式或移动式电气设备不再需要考虑不同切断时间可能带来的电击危害，也就不需要设置辅助保护等电位联结。

>>>>  接地故障有安全边界

《探讨》2.1.2说：在b处（指配电箱内母线处）发生接地故障时，按a - b段PE 线故障电压是否大于50 V，来确定是否要设置辅助等电位联结。殊不知，电击防护是建立在风险评估的基础上，并不要求100 % 的安全。

安全极限是根据生理学研究得出的，绝对安全只是一个理想，危险是生命的组成部分。制定安全标准过程中的一个用途是简化措施且不至于增加危险，以便标准能更容易地应用于实际。

统计表明，绝大多数电击事故发生在终端设备处，因为设备众多，人接触的机会较大，发生电击的几率也高；而配电回路通常固定敷设，人接触的机会小，风险也小。至于配电箱内发生电击事故，通常只存在于理论上。若统一按照最严酷的风险考虑，则既不经济也无必要。

因此，IEC标准化小组从一开始就认定，电击防护的目标是达到可接受的边界风险，其中允许包含一些剩余风险，但是剩余风险应不大于可接受的风险；不存在所谓绝对的安全，追求100 % 的安全性从来不是标准化工作的目标。

因此，配电箱内母线处发生接地故障的风险可以忽略，否则，标准就没有了立足的边界，缺乏了共同的基础。

>>>>  故障电压限制与接地故障电流大小无直接关系

《探讨》2.3用很大篇幅分析“辅助等电位联结对接地故障电流大小的影响”，并得出结论：当变电所在楼内时，设置等电位联结的接地故障电流是未设置等电位联结的1.2 ~ 1.4倍；当变电所不在楼内时，设置等电位联结后接地故障电流大小可近似为不变。这里犯了两个错误：① 等效分析图错误；② 分析方法南辕北辙，对接地故障电流的分析与辅助保护等电位联结降低预期接触电压的根本目的相违背。以下试做具体分析。

图1变配电所在建筑物外，K1处发生接地故障，已设保护等电位联结。

当不设辅助保护等电位联结时，等效电路图见图2，人体预期接触电压U_c主要取决于R_PE，而R_PEN部分的故障电压被排除在外。

当设有辅助保护等电位联结时，等效电路图见图3，人体预期接触电压U_c仅取决于R_SPEB上的故障电压。

可见，设置辅助保护等电位联结后，人体预期接触电压值与接地故障电流大小没有直接关系，而与辅助保护等电位联结线上的故障电压有关，通过电压限制措施就能实现保障人身安全的目标。

>>>>  电压限制与自动切断电源无直接关系

《探讨》3说：式（5）,即U_t = c·m / （1 + m） U₀,基本上等同于式（3）,即R_L ≤ （50 / U₀） R_s。这句话明显错误。

U_t = c·m / （1 + m）U₀通常用于保护电器灵敏度的初步校验，以保证保护电器在规定时间内切断电源，属于故障防护的范畴。

而R_L ≤ （50 / U₀）R_s在早期的标准中是用于确定是否设置SPEB的条件。这种措施和附加防护采用SPEB类似，同属于电压限制措施。对于SPEB，标准要求同时触及的外露可导电部分和外界可导电部分之间的电压应满足下式:

R ≤50 V / I_a    （1）

式中:I_a —— 保护电器的动作电流，A，对于过电流保护电器为5 s内动作的电流。

  R —— 同时触及的外露可导电部分和外界可导电部分之间的电阻。

很多人不理解的是，等电位联结线只传导电位，不流过或只流过很小的故障电流，联结线上的分流明显小于PE线，为什么在式（1）中采用I_a校验？

实际上，这就是故障电压的限制措施，限制联结线上的故障电压即为限制人体的预期接触电压：

Uc ≤R I_L     （2）

式中：I_L —— 联结线上流过的故障电流，A。

当I_L小于式（1）中I_a时，U_c小于限制电压50 V，故障电压可以持续存在，没有电击危险；当I_L大于等于I_a时，保护电器在约定时间内跳闸，故障电压消失，保障了人身安全。

因此，电压限制与自动切断电源并无直接关系。