【導讀】配電系統的安全防護中，電氣裝置的電擊防護是十分重要的設計內容。電擊防護的基本原則是危險的帶電部分必須不可觸及，而可觸及的可導電部分在正常情況下或在單一故障的情況下必須不帶危險電位。做好電擊防護的電氣設計，應學點電擊防護的基礎理論。
在GB 50054 - 2011《低壓配電設計規范》中，電擊防護分為直接接觸防護及間接接觸防護。在GB 16895. 21 - 2011 / IEC 60364 - 4 - 41：2005《低壓電氣裝置 第4 - 41部分：安全防護 電擊防護》中則分為基本防護及故障防護。住建部2018年12月14日發布的《低壓配電設計標準》（征求意見稿2018 - 11）沿用IEC的分法將其分為基本防護及故障防護。
電擊概念
觸及不同電位的導電部分時，電位差會使電流流經人體，這種接觸稱為“電接觸”。視該電流大小和持續時間長短，它對人體產生不同的效應：電流小時于人體無害，如常用于診斷和治病的醫療電氣設備，當這些微量電流通過人體某些部位時能治病救人，這種接觸稱為“微電接觸”；如果通過人體的電流較大，持續時間較長，電流效應會使人受到傷害，以致引起心室纖顫、心臟停搏、器官損傷等病態生理效應，這種電接觸稱為“電擊”，電擊危及人身安全，十分危險。因此電氣設計及工作者應采取各類防電擊措施，預防及避免電擊傷害事故的發生。
特別要提出的是，按IEC標準規定進行心臟手術設備的正常泄漏電流不得大于10 μA；當發生一個接地故障時，其故障電流不得大于50 μA。因為通過人體心臟的電流如超過50 μA可導致病人心室纖顫而死亡，這種電擊死亡稱為“微電擊死亡”。
人體的“電流效應”和學習“電流效應”的重要性
電流通過人體時的效應是“電流效應”。了解電流通過人體時的電流效應對學習、理解以及執行相關的電氣規范提供幫助，對電氣設計工作有十分重要的意義。
人體能感覺到的最小電流值一般為0. 5 mA，也稱為“感覺閾值”，該值與通過電流持續時間的長短無關。
GB 50054 - 2011之5. 2. 9條第2款規定了在TN系統中配電線路的間接接觸防護電器在供給手持式和移動式電氣設備時，TN系統最長切斷時間不大于0. 4 s，這種規定也與“電流效應”有關。當人用手持握帶電導體時，如流過手掌的電流超過此值，手掌肌肉的反應將是不依人意地緊握帶電導體而不是擺脫帶電導體，從而使電流得以持續通過人體，導致此效應的最小電流稱作“擺脫閾值”。在GB / T 13870. 1 - 2008 / IEC / TS 60479 - 1：2005《電流對人和家畜的效應 第1部分：通用部分》規定：“約10 mA的值是針對成年男人而假設的”“約5 mA的數值適用于所有人”。
在實際的配電設計中，手握式及移動式電氣設備的特點是功率小、體量輕，便于手握及移動式設備，通常由插座供電。當發生接地故障時，因“擺脫閾值”的緣故，難以擺脫故障設備，時間長了極易被電擊致傷致亡，這也是插座回路要裝設瞬間動作的剩余電流保護器（RCD）的原因。
為了保護人身安全，無論是民用、居住及工廠建筑的插座均要裝設額定剩余動作電流IΔn = 30 mA的RCD，為什么對IΔn作如此規定呢？
圖1示出了交流電流通過人體時的效應，圖中的曲線c是IEC測試得出的導致心室纖顫的曲線，曲線的橫坐標是通過人體的15 ~ 100 Hz交流電流Ib，縱坐標表示通電時間t。當通過人體電流大小在曲線c的右側區域時，不僅會出現肌肉收縮、呼吸困難、心房纖顫等病理反應，還會出現導致死亡的心室纖顫、心室停搏、呼吸停止等反應。也就是說通過人體的電流和通電的持續時間在c曲線的右側即在 ④ 區內，人體就有死亡的危險。另外曲線c是在實驗室所指定的外界條件下測定和繪制，由于實驗室所指定的外界條件可能與室外的條件有所不同，應為室外條件的變化留出一些余量，因此以在區域 ③ 內距離曲線c一段距離的曲線L作為人體是否安全的界限。查曲線L可知，當Ib < 30 mA時，人體就不會因電擊引起心室纖顫而致死。這就是國際上將防電擊的高靈敏度剩余電流動作保護裝置RCD的額定剩余動作電流IΔn定為30 mA的根據。
當電流Ib通過人體阻抗為Zs時，會產生電壓Ut，電壓Ut稱為接觸電壓，電流Ib是接觸電流，Ib越大，接觸電壓Ut也越大。實際工作時，計算Ib較困難，而計算接觸電壓比較方便，于是IEC又提出在干燥和潮濕環境條件下相應的預期接觸電壓Ut―通電時間t的曲線L1和L2（如圖2所示），這里預期的接觸電壓是最大的接觸電壓，為確保電氣安全和簡化計算，在實際應用中，接觸電壓都采用預期接觸電壓。
從圖2可知：
a. 人電擊致死的原因是電流，而電流是因施加在人體阻抗上的電壓產生的。例如，10 kV架空線斷線落在街邊，街邊的行人只要遠離是不會被電擊的，如若去接觸斷線的落地導體，由于不同電位差產生的電壓施加在人體上，產生接觸電流，令人遭受電擊而致傷致亡。
b. 人體的阻抗是人體內部阻抗和皮膚阻抗之和，但主要是皮膚阻抗。在干燥場所，人的皮膚干燥，人體的阻抗大，一般要50 V的接觸電壓才能達到30 mA電擊致死的接觸電流。而在潮濕場所，達到上述的30 mA只需要25 V的接觸電壓。所以，IEC將50 V和25 V分別定為干燥場所和潮濕場所的接觸電壓限值UL1和UL2。
以上所述電擊電流通過人體的通道環境是在地面上，接觸電流經手、腳和不同電位導體接觸，有可能經心臟引發電擊事故。表1是不同電流路徑的心臟電流系數，引自GB / T 13870. 1 - 2008 / IEC / TS 60479 - 1：2005《電流對人和家畜的效應 第1部分：通用部分》表12。
電氣工程師注冊考試中有一個考題與表1有關，考題如下：交流電通過人身達一定數值，將引起人身發生心室纖維性顫動現象。如果電流通路為左手到右腳時這一數值為50 mA，那么，當電流通路變為右手到雙腳時，引起發生心室纖維性顫動相同效應的人身電流是多少？
［A］30 mA ［B］50 mA
［C］62. 5 mA ［D］100 mA
解答過程：根據GB / T 13870. 1 - 2008表12可知：左手到右腳心臟電流系數為1. 0，而右手到雙腳心臟電流系數為0. 8，則引發心室纖維性顫動電流為 I = I′/ 0. 8 = 50 / 0. 8 = 62. 5 mA，選答案C。可見，人體通過電流時不同的電流通道，人體的電流效應是不同的。
如果接觸電流流經人體通道的環境是在水下，則情況十分危險及復雜。一般來說，純水是不導電或其導電性極弱，生活中的水不是純水，或多或少含有雜質，含有雜質水的電阻率是依雜質的濃度和種類而不同，十分復雜，當水中存在不同電位的導體時，兩個不同電位導體間會形成電場和電位梯度。人體處于這種水下環境中時，不僅人體皮膚電阻大幅下降，而且接觸電流會直接從胸骨間通過心臟，也可直接在頭顱兩側通過大腦。和地面上人體通過電流的通道相比，水下的電流通道更為危險，也就是說水下環境的電流效應比地面上更嚴峻，所以IEC規定進入水下的電氣設備的額定電壓不得超過12 V，若能采用6 V則更為安全。
在低壓配電設計中，TN及TT低壓配電系統的接地系統設計與防雷裝置的接地設計是共用接地裝置
在低壓配電設計中，當任一電壓等級的供電系統確定后，都要考慮及處理兩個接地事宜，這就是通常所說的系統內電源側接地和負荷側接地，即系統的工作接地和負荷的保護接地。IEC根據系統接地及保護接地的不同構成對配電系統進行分類：TN（包括TN - S、TN - C及TN - C - S）、T T及IT系統，由于種種原因，民用建筑大多采用TN系統。不同接地方式的配電系統對其配電線路的間接接觸防護電器的動作特性作了規定，這是屬于電擊防護設計范疇。
建筑物的外部防雷包括接閃器、引下線及接地裝置。接閃器是直擊雷防護措施中的重要一環，發生直擊雷時接閃器將雷電流吸引過來，并通過后端的引下線、接地裝置將雷電流泄放入地，這是防雷設計的功能要求，也就是說不論配電系統是何種接地方式，都不影響接閃器通過引下線、接地裝置將雷電電流泄放入地的要求。“此接地非彼接地”，兩種接地毫無任何關聯。只是按照規范規定兩類接地應共用接地裝置，僅此而已。
在電氣設計中，大多數設計者的電氣設計說明都有“防雷與接地”這一節的描述，往往將配電系統的接地方式如TN - S等都納入其內，這樣一來將兩種性質不同的接地混為一談，是不妥的。
現在相關地區都在新修或擴建大學校園，其中最大的亮點是建設各種前端科學的物理、化學等實驗室，于是儀表接地問題引起注意及爭議。業主根據供應商或境外專家的意見，要求這些高精尖的儀表設置單獨的接地裝置，且要求接地電阻不大于0. 5 Ω。這種要求合理否？一時間意見紛紜，莫衷一是，難以定案。
對此，筆者愿借一角談談看法及意見，以饗讀者：
a. 校園建筑配電系統的接地方式是TN - S，按照該接地方式的規定，負荷側的接地應是“外露導電部分通過接地的電源中性點的連接而接地”，可知當配電系統接地方式確定后，負荷側的接地方式也確定了。對于TN - S接地方式配電系統其負荷側是通過與電源側引出的PE線連接而接地，所以負荷側即儀表不應要求單獨再設接地裝置，供應商等的要求只不過是給現有的TN系統做了一個重復接地而已。
b. 如果供應商或境外專家堅持儀表設單獨的接地裝置，只能將配電系統的接地方式改為T T系統，設計人員應該明白，T T與TN系統的防電擊保護的措施是大相徑庭的。當然，也可以在TN系統中采用局部的T T系統，問題是在同一建筑物內實施TN與T T系統的兼容，從理論上說是可行的，而在施工中極為困難，似難實現。特別應引起注意的是在“寸土寸金”的環境里，有無實現T T系統的可能!
c. 說到儀表所使用的頻率，設計人員竟一問三不知，如此一來無法討論0. 5 Ω的必要性。對接大地的接地裝置而言，是可以降低工頻時接地極的接地電阻，卻無法降低高頻在接地線中的高頻阻抗，這就是為什么信息系統電氣裝置要設計高頻低阻抗等電位聯結來替代通常用的接大地，從而減少信息設備對地電位的高頻電位差的原因。
表2是電阻及電抗隨工作頻率變化而變化的關系。由表2可知：對于同一截面（如25 mm2）的銅導體在高頻1 MHz時，其感抗量為電阻量的625倍；頻率為100 MHz時，兩者的倍數高達6 250。當導體截面增大為107 mm2、頻率為1 MHz時，其感抗量為電阻量的1 284倍；頻率為100 MHz時，兩者的倍數高達12 840。
表2比較說明，工作頻率越高、導體截面越大時，相對導體的感抗而言，導體的電阻幾乎可以忽略不計。這就是說接地電阻再小（如0. 5 Ω），也無法抵消高頻在接地線中的高頻阻抗影響，所以工作在高頻條件下的信息設備，要求小接地電阻是無意義的。
d. 儀器儀表的這種接地及接地電阻的要求，由來已久。過去由于“閉關自鎖”，不明白緣由，只能照辦。接觸IEC后，GB 50343 - 2012《建筑物電子信息系統防雷技術規范》5. 2. 4條條文說明中指出：“對于某些特殊而又重要的電子信息系統的接地設置等電位連接，可以設置專用的垂直接地干線減少干擾。”垂直干線由建筑物的等電位接地端子盤引出。在工頻時，垂直接地干線的最小截面為50 mm2；高頻或高層建筑時，垂直干線截面還要酌情增加。具體做法詳見圖3。
防電擊設計及理論得不到重視的原因分析
電氣設計時，設計人員都要進行各類保護電器選用設計，為什么要這樣做？答曰：為了安全。再進一步詢問，無非是各類保護電器動作的解釋。直到接觸IEC后，才知道“電擊防護”，才知道選用保護電器是“間接接觸防護的自動切斷電源防護措施”，也就是說“電擊防護”是引進IEC后才知曉的。
2016年11月住建部發布的《建筑工程設計文件編制深度規定（2016年版）》并未按GB 50054 - 2011第5章要求對電擊防護的電氣設計提出相應的深度規定。“深度規定”都如此，建筑電氣設計忽略或者不重視電擊防護就不足為奇了。
這些忽略或不重視主要表現在電氣設計說明成百上千字，竟無“電擊防護”一席之地！往往將配電系統接地方式納入防雷接地中；將防電擊附加措施的RCD歸入開關的選用；將另一附加措施：“等電位聯結”不是與防雷設計的等電位要求混淆，就是并列在管道的設計中等等。
更有甚者，要求按照GB 50057 - 2010《建筑物防雷設計規范》中等電位連接部件的最小截面作為設計浴室的防電擊等電位依據，雖說這兩種等電位聯結（連接）的目的都是為了安全，然而兩者安全防范對象、各自的特點等等均不相同，“此等電位連接非彼等電位聯結”，兩者不能通用，不能混為一談。
RCD在防電擊保護的設計中是使用較為廣泛的保護電器設備，RCD與斷路器在工作機理、用途及使用范圍是不同的，它是“間接接觸防護的自動切斷電源防護措施”的附加措施之一。有的設計者在設計說明中要求RCD動作時間小于0. 4 s，這種要求全面嗎？
GB 50054 - 2011 5. 2. 9條第2款規定“供給手持式電氣設備和移動式電氣設備用電的末端線路或插座回路，TN系統的最長切斷時間”當標稱電壓為220 V，不應超過0. 4 s。顯然，RCD是能滿足這個要求的，許多廠家表示在IΔn時（即額定剩余動作電流為30 mA），RCD的動作時間可以達到 ≤ 0. 1 s。顯然上述要求能滿足規范的要求，然而設計者卻忽略了GB 50054 - 2011 5. 1. 12條的規定：“額定剩余動作電流不超過30 mA的剩余電流動作保護器，可作為其他直接接觸保護措施失效或使用者疏忽時的附加防護，但不能單獨作為直接接觸防護措施。”這表明RCD不僅是自動切斷電源間接接觸的附加防護，還是直接接觸的附加防護。這是因為RCD在剩余電流為IΔn時，t ≤ 0. 1 s；在 ≥ 5IΔn（即5 × 30 = 150 mA）時，其動作時間僅為0. 04 s，遠遠小于規范要求的直接接觸時間；當系統電壓在120 V ＜ U0 ≤ 230 V，最長的切斷時間不超過0. 2 s的要求，是可以作為直接接觸的附加防護。所以設計者對RCD動作時間的要求是不妥的。
自動切斷電源防護措施中，要重視附加防護措施的功效及實施
在自動切斷電源防護措施中，不言而喻，應選用優質的保護電器，確保自動切斷電源防護措施可靠實施。然而對“電”的安全而言，一定確保不能出現“萬一”的情況。再者，接地故障是一種發生幾率遠大于帶電導體間的短路故障。接地故障分金屬性短路及電弧性起火，故障情況比較復雜，據統計斷路器90 % 的故障跳閘是接地故障所致，但接地故障并不都能令斷路器跳閘，它的存在給人們的安全造成極大的危害。為此“自動切斷電源防護措施”的附加防護措施應運而生。
附加措施一：等電位聯結
大部分建筑物的配電設計都采用TN系統。規程、規范都規定TN系統在采用自動切斷電源措施時，一定要輔以等電位聯結。
在GB 16895. 21 - 2011 / IEC 60364 - 4 - 41：2005《低壓電氣裝置 第4 - 41部分：安全防護 電擊防護》及GB 50054 - 2011都規定在低壓配電系統中采用自動切斷電源的防電擊防護措施，以及該措施失效時的附加保護措施。對于TN系統而言，等電位聯結是十分重要的且必須的附加保護之一。
為了說明原因，還得從TN系統的接線特點說起：TN系統的第一個字母表示電源的一點（通常是中性點N）與大地直接連接，第二個字母表示電氣裝置外露導電部分通過與接地的電源中性點的連接而接地。也就是說，TN系統電源側的PE線是與負荷側全程貫通的。這樣，當電源側或負荷側某處接地故障，故障電壓會通過PE線傳到其他負荷的外露可導電金屬外殼，例如電動伸縮門的金屬外殼。TN系統這種“城門失火，殃及池魚”的特點，設計者應給予關注。
之前媒體報道的浙江小女孩爬在未運行的電動門上玩耍、深圳一名保安無意觸及靜止的電動門均遭電擊，不幸身亡，經查門衛處的配電箱并未發生過故障，恐怕都與系統內傳導的危險故障電壓有關！
根據電氣設備和電氣裝置防間接接觸電擊的組合防護，可以將電氣設備分為0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類，最為廣泛使用的電氣設備是Ⅰ類，它是藉自動切斷電源和經PE 線接地而實現間接接觸電擊防護，這是在配電設計中采用最多的一種電擊防護。
各類保護電器如斷路器、熔斷器等因各種原因可能拒動，無法起到保護作用，所以要輔以附加保護來彌補其不足。而等電位聯結及剩余電流保護裝置就是自動切斷電源保護措施的兩個附加保護措施。
防電擊設計中，等電位聯結常分為總等電位聯結及輔助等電位聯結。總等電位聯結雖然能大大地降低接觸電壓，但當建筑物離電源較遠，建筑物內保護線路過長，則保護電器的動作時間和接觸電壓都可能超過規定的限值，為此可采取輔助等電位聯結或局部等電位聯結。
IEC 60364標準所規定的輔助等電位是2. 5 m伸臂范圍內可同時觸及的導電部分之間的聯結。輔助等電位聯結能使2. 5 m伸臂范圍內可能出現的電位差降至0 V或接近0 V。
局部等電位聯結好似我們自己的命名，現行IEC標準中未見此提法。局部等電位聯結可視為局部范圍內的“總等電位聯結”，但它與總等電位聯結的關系并非總配電箱與分配電箱之間的上下級關系。實施局部等電位聯結使降低接觸電壓值須小于安全電壓限值50 V，方能認為局部等電位聯結是有效的。
可見，無論局部等電位聯結還是輔助等電位聯結，其目的在于是接觸電壓減低至安全電壓限值50 V以下或接近0 V，而不是縮短保護電器動作時間。
等電位聯結作為附加保護不能單獨使用，一定要與自動切斷電源保護聯合實施。還要說明的是等電位聯結能保護人身安全，是不能保護電氣設備的。
附加措施二：剩余電流保護器（
RCD
）
剩余電流保護器的原理是基于基爾霍夫定律，即電流流入同一節點之和等于零。它不同于TN系統與T T系統關于盡量減小電抗（阻抗）或電阻的基本思想。
現在各國多采用電流型剩余電流保護器（RCD）。追溯至1928年，德國人提出的“人體觸及帶電導體時所通過的電流，以剩余電流互感器檢測，并在人受傷害之前快速切斷電流，從而達到保護的目的”的專利，這無疑是從事電器災害預防工作的人所希望的理想保護方式。
RCD對電氣回路接地故障的防護非常有效。由于其工作原理所限，RCD不能防止別處故障沿PE線或裝置外導電部分傳導來的故障電壓所引起的電擊事故，所以，RCD不是萬能的，這點應引起設計人員重視！
還需說明的是，設計人員只注意額定剩余動作電流IΔn的選用，以為IΔn越小越好，因為靈敏度高嘛！但往往忘記了還有一個IΔn0需要考慮！
IΔn0是額定剩余不動作電流。規范對此的解釋是：額定剩余不動作電流的優選值為0. 5IΔn，如采用其他值時應大于0. 5IΔn。通常，對于IΔn = 30 mA的RCD，其額定剩余不動作電流IΔn0 = 0. 5 IΔn= 0. 5 × 30 mA = 15 mA。
制造廠告知IΔn、IΔn0的含義是：對于IΔn = 30 mA的RCD，當其泄漏電流大于15 mA時，RCD一定動作；泄漏電流小于15 mA時，RCD一定不動作。泄漏電流在 ＞ 15 mA及 ＜ 30 mA區間內，RCD可能動作，也可能不動作，均屬于正常狀態。
有人以為IΔn的選值越小越好，其實不然。通常IΔn0 ≥ 2 Ix（Ix為正常運行時的最大泄漏電流），已知IΔn = 2 IΔn0，所以IΔn ≥ 4 Ix，如果不滿足這個式子，或者說IΔn選得太小，則會造成RCD誤動。
另外，如前所述，RCD與用于間接接觸防護的自動切斷電源保護電器不同，不僅是間接接觸防護的附加保護，還是直接接觸防護的附加保護。
需要提醒的是，使用RCD時請注意場所的電壓。IEC 60479 - 1標準提供的數據表明，人在干燥環境下分別接觸230 V和400 V時，人體平均電阻分別為1. 2 kΩ和950 Ω，流過人體的電流估算為191 mA和420 mA。從電流對人體作用曲線可以看到人觸及電壓高于400 V的對地電壓時，即使在系統中安裝5IΔn在0. 04 s動作的RCD，也不能保證不進入圖1中④ 的危險區。也就是說，在高于400 V的對地電壓時，任何剩余電流等級的RCD都不能用于人體直接接觸防護的附加保護。
有了RCD是否可以不接地，不做等電位聯結呢？答案是否定的！人體電擊致死的危險程度決定于兩個因素：一是通過人體電流的大小或人體接觸電壓的高低；二是人體通過電流時間的長短。接地和等電位聯結的作用是降低接觸電壓；RCD 則是縮短通電時間，兩者各司其職，各盡其責，兩者兼用，相輔相成。所以采用了RCD，仍要實施接地及做等電位聯結。
結語
a. 做好電擊防護電氣設計，應學習電擊防護的基礎理論。
b. 不同的低壓配電系統接地方式，防電擊的要求各不相同。低壓配電系統當采用TN或T T時，與防雷裝置的接地設計是共用接地裝置，僅此而已。
c. 在自動切斷電源電擊防護措施中，應重視附加防護措施的應用，即等電位聯結及剩余電流保護裝置的應用。
