您可能多次聽說過與設(shè)施電氣系統(tǒng)相關(guān)的“接地故障”一詞。接地故障是低級短路，可能無法被保險絲或斷路器檢測和中斷，因此需要專門的保護。本月，我們將回顧插座電路接地故障斷路器 (GFCI) 提供的人員接地故障保護的基礎(chǔ)知識。下個月，我們將對設(shè)備的接地故障保護做同樣的事情。

    圖 1. 檢測和中斷接地泄漏電流的接地故障斷路器 (GFCI) 的工作原理
    危險
    120 V 插座電路包含三根電線：相線、中性線和地線。電機繞組、加熱器元件或其他負載設(shè)備連接在相線（也稱為“火”線）和中性線之間。在正常操作中，電流從電源流經(jīng)相線、負載，然后通過中性線流回電源。接地線連接到服務(wù)端的中性線和負載端的設(shè)備外殼，通常不承載電流。它的功能是安全；它提供了一條低電阻路徑，可以將由于絕緣失效、臟污或潮濕而從帶電導(dǎo)體“泄漏”的任何電流帶回源頭。
    良好的接地路徑可確保外殼相對于其他接地物體保持零電壓。如果此路徑在插座和服務(wù)之間的任何一點被破壞或產(chǎn)生高電阻，泄漏電流可能會使外殼通電至接近 120 伏線路的電壓。如果一個人在接觸或站在接地表面上時接觸到帶電外殼，泄漏電流可能會通過身體流回電源。
    接地泄漏電流對人員構(gòu)成危險，因為只需要非常低的電流即可影響人的心律。通常引用的用于在普通成年男性中誘發(fā)心室顫動的閾值僅為 100 mA（安培的千分之 100）。一個 120 V 的電源電路可以通過 1,000 歐姆的總電阻推動如此大的電流，這在人體與皮膚接觸的電阻范圍內(nèi)。如此小的泄漏電流比正常負載電流低幾個數(shù)量級，因此不會被保險絲和斷路器檢測到。
    解決方案
    檢測和中斷接地泄漏電流是 GFCI 的作用，其工作原理如圖 1 所示。電線中流動的電流會在電線周圍產(chǎn)生磁場，該磁場可以在放置在場中的另一根電線中感應(yīng)出電壓，而無需物理兩根線之間的連接。在 GFCI 設(shè)備中，布置了一個傳感變壓器，以便將火線和中性線產(chǎn)生的磁場相加。如果所有流過火線的電流都通過中性線返回，則磁場相互抵消，感應(yīng)變壓器中不會感應(yīng)出電壓。接地泄漏電流在火線中流動但不會通過中性線返回，從而產(chǎn)生凈磁場，該磁場感應(yīng)出與感應(yīng)變壓器中“缺失”電流成比例的電壓。當此電壓超過預(yù)設(shè)值時，
    這些設(shè)備可用作插座和斷路器。GFCI 插座可以獨立安裝，也可以接線以保護與其連接的標準插座。GFCI 斷路器保護與其相連的所有插座。所有用于人員保護的 GFCI 設(shè)備都需要在 5 mA 的泄漏電流下跳閘。
    應(yīng)用
    NEC 僅在特定位置要求 GFCI 保護。在住宅中，這包括浴室、廚房、車庫、未完工的地下室、爬行空間和室外空間。在商業(yè)設(shè)施中，這包括所有浴室和屋頂位置、建筑工地、碼頭和造船廠、醫(yī)療保健設(shè)施中的潮濕位置、游泳池、噴泉和阻抗加熱應(yīng)用。
    盡管規(guī)范未作要求，但為所有潮濕場所和室外插座提供 GFCI 保護是常見做法，也是明智的做法。
    某些類型的設(shè)備，包括帶有大型電機的設(shè)備，其固有泄漏電流水平超過 GFCI 的 5 mA 跳閘設(shè)置，可能會導(dǎo)致 GFCI 設(shè)備跳閘。出于這個原因，NEC 免除了 GFCI 保護插座專用于單個設(shè)備的要求，該插座無法用于其他用途。該設(shè)備必須依靠牢固的接地連接，以在這些低泄漏電流水平下將外殼保持在安全電位。