农宅电击防护
1.1故障保护

根据《农村低压电力技术规程》第3.4.1条，农宅的供电宜采用TT系统。
按照GB 16895.21-2011 / IEC 60364-4-41 : 2005《低压电气装置第4-41部分：安全防护 电击防护》
“411. 5TT 系统 411. 5. 1 由同一个保护电器保护的所有外露可导电部分，都应通过保护导体连接至共用的接地极上。


411. 5. 2 在TT 系统中通常应采用RCD 作故障保护。
411. 5. 3 采用剩余电流保护器作为故障保护时，应满足下列条件：
a）切断电源的时间符合411. 3. 2. 2 或411. 3. 2. 4 的要求（笔者注：TT系统不超过32A的终端回路，最长切断时间不大于0.2s）；和
b）RA × I△n ≤ 50 V
式中:RA——外露可导电部分的接地极和保护导体的电阻之和，单位为欧（Ω）;
I△n——RCD 的额定剩余动作电流，单位为安(A) 。”
很多农村老房子没有PE线，故障回路的阻抗Zs会非常大，即使设置了RCD，也不太可能满足b）公式。也就是说，缺少PE线的TT系统实际上缺乏故障保护。
同理，少数农宅如果采用两线的TN系统供电，也缺少故障保护。
1.2附加保护
一旦设备漏电，故障保护不起作用，外壳的故障电压接近220V。如果人体接触带电的金属外壳，相当于直接接触了带电导体。TT系统设置的RCD（户内大多选30mA），能否保证人身安全呢？
根据GB 16895.21-2011 /IEC 60364-4-41 : 2005《低压电气装置第4-41 部分:安全防护 电击防护》
“415. 1 附加保护：剩余电流保护器(RCD)


415. 1. 1 在交流系统内装设额定剩余电流不大于30 mA 的RCD ，用作基本保护失效和（或）故障保护失效，或用电不慎时的附加保护措施。
即，30mARCD可以做为基本保护和（或）故障保护的附加保护。
然而，根据415. 1.2 ，“不能将RCD 的装用作为唯一的保护措施，也不能为它的装用而取消按照411-414 规定的其中一种保护措施。”
可见，附加保护不能替代故障保护。两者的主要区别在于：
a 故障保护是利用装置本身做为故障回路，因此，只有小部分故障电流通过人体。接触电压需要根据两个接地极电阻情况而定。
b 附加保护是将人体做为故障回路的一部分，因此，全部故障电流通过人体。接触电压接近220V。
当选用I△n =30mARCD，按b）公式，得到：
RA≤ 50/0.03 = 1667Ω
即，仅当故障回路电阻（主要是人体电阻）不大于1667Ω时，RCD动作保护。
当故障回路电阻大于1667Ω时（人体电阻一般在500~3000Ω之间），RCD可能不动作，故障将长期保持。此时，不大于30mA的故障电流通过人体，是否安全呢？
其实，危险并未解除，原因是：
1）GB/T 13870.1-2008/IEC/TS 60479-1：2005《电流对人和家畜的效应第1部分：通用部分》中30mA的安全阈值是考虑左手到双脚路径的交流电流对人体的效应，对于其他电击途径则未必安全。对低压系统来说，心室纤维性颤动是致死的最主要因素，最终，要看流过心脏的电流大小。
2）即使不大于30mA电流通过从左手到双脚的人体路径，不会造成心室纤维性颤动，却可能导致呼吸困难、心脏功能障碍、活动抑制和器官破坏等生理效应。
一份来自美国的资料（表1）显示，人体内通过10mA以上的泄漏电流将不易摆脱，造成持续电击。
表1电击防护电流等级评估“摆脱”限值百分比电击电流水平（有效值）6mA10mA20mA30mA男人100%98.5%7.5%0%女人99.5%60%0%0%儿童92.5%7.5%0%0%


小结：
a人体接触缺乏故障保护的漏电的设备金属外壳，一定会发生电击事故。


b缺乏故障保护的前提下，30mA RCD的附加保护能提供一定程度的保护，但不能确保安全。


美国的经验

2.1 GFCI的应用


美国NEC标准也要求，插座的接地端应有效地连接到分支回路的PE线上。同样，美国也遇到过老旧的住宅内两线式非接地型插座，这些插座没有接地端。他们怎么做的？
根据EC&M杂志的专栏文章，美国专家允许采用以下做法：
（1）用一个GFCI断路器保护的接地型插座替换。因为插座的接地端没有接地，所以，必须在插座上用文字标明“GFCI保护”和“设备不接地”。



图2GFCI 断路器



图3GFCI 插座
（2）用GFCI型插座替换原插座，并在插座上用文字标明“设备不接地”。
GFCI （ground fault circuit interrupter）即接地故障断路器，它属于美标UL的产品，是和RCD类似的剩余电流保护装置。
正常的GFCI保护不需要设备接地线（PE线），见下图。



图4正常的GFCI保护不需要设备接地线

因为，当故障电流为5mA（±1mA）时，GFCI装置立即动作，而此电流远小于使人遭受严重电击或电击死亡所需的电流。如果是我们通常使用的30mA RCD则可能产生危险的电击。
在美国专家看来，有GFCI保护，但没有接地线的接地型插座比没有GFCI保护，但有接地线的接地型插座更安全。


2.2借鉴美国的经验
当年，比格尔迈耶博士为了探索电流对人体的效应，利用自己的身体做通电试验，就采用了GFCI保护电器。可见，这位生物医学工程师对GFCI产品的信赖。
GFCI的输入交流电压为120V/60Hz，不适用于我国的家用电器。我们可以在终端分支回路使用泄漏电流较小的10mA RCD产品，这比30mA RCD产品要安全得多。
然而，农宅的安装条件导致线路泄漏电流差别较大，可能造成10mA RCD误动作。实际上，可以选择其他终端类GFCI产品。
我国也有不少厂商在生产这种GFCI类产品（下文把泄漏电流在5~6mA，断开时间为25ms的高灵敏度RCD称为GFCI类产品），如：
交流220V，泄漏电流6mA的便携式插头系列产品可以用在浴室热水器回路，见下图。



图5使用中的电热水器GFCI插头

还有，GFCI系列插座类产品，下图为带过载、速断及漏电保护功能的插座。可以灵活地替换普通墙壁插座。



图6   带过载、速断及漏电保护功能的插座

结语农村老房子的用电安全需要引起关注，应加大普及农村居民的电气安全意识，提高农村电工的电气水平。
应有组织、有系统地增加接地线，增设故障保护措施。如果增加接地线不可行，又希望保障人身安全，可选用以下方案：
（1）如果线路自然泄漏电流有保证，可以在终端分支回路选用10mA RCD产品；
（2）如果线路的泄漏电流较大，厂家可为农村用户特别配套6mAGFCI插头类产品，或者，用户自己可以选择6mAGFCI插座类终端产品。
拆除线路，增加PE线，增设RCD，改造费用不菲且会造成施工过程中使用不便。不如换用GFCI插座，其特点是，造价较低，改动最小，即插即用，能提供极大的安全性。
参考文献：
[1] DL/T499-2001《农村低压电力技术规程》2001,10
[2] GB 16895.21-2011 /IEC 60364-4-41 : 2005《低压电气装置第4-41 部分:安全防护 电击防护》.
[3]GB/T 13870.1-2008/IEC/TS 60479-1：2005《电流对人和家畜的效应第1部分：通用部分》
[4] Electrical Construction & Maintenance (EC&M) 2000,12

作者信息：陈谦，山东意匠建筑设计有限公司，工程技术应用研究员，电气总工程师，机电所所长。