关于电位梯度（Potential grading）的IEC电击防护要求要求。

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因为最近总是有人在论坛里面宣传在低压系统里面设置电位“均衡线”，把一个高压系统和防雷系统的电击防护概念引入到低压配电系统，谈论这个问题的一个重要依据就是“电位梯度”，把人唬的一愣一愣的。今天我查看规范的时候正好看到了IEC里面的这个概念，这里截图分享给大家，标准出处是IEC61140。

dqaq

你引用的这个文献，并不能说明你的结论。
1、电位梯度是物理学中的一个概念，指电势最大变化方向上的变化率，实际就是电场强度，跟高压低压没任何关系。
2、IEC这里用的动名词grading，以及定义的语句，都说明这个术语不是电位梯度，而是电位均衡。grading也有减缓坡度的含义。
3、定义的语句，只说了高压装置的电位均衡，而且只说了正常条件下normal conditions，但并没说低压装置就不需要电位均衡。

dqaq

      认真地看了下楼主提供的IEC的这份标准，这是关于电击防护的通用标准，谈下看法。
      1、potential grading 这个术语，出现在基本防护的条目中，属基本防护要素之一。这说明，标准提到针对高压装置，只存在于在作基本防护的时候。
      2、等电位联结这个术语，出现在故障防护的条目中，属故障防护要素之一。
      等电位连接和potential grading，都是降低电位差的措施。之前讨论的“均衡线”，是作为辅助等电位联结的等电位对象之一出现的，作用是降低手——脚之间的电位差，原理是平滑伸臂范围内的电位梯度，是故障防护措施的补充保护，与作为高压装置应设置的基本防护措施potential grading没有任何冲突。

wangguichao66

均衡线/金属网真不是高压系统和防雷系统的电击防护的专用概念，
举个例子，16895.24-2005的辅助等电位联结中就有提到类似的导电地板网格。

wangguichao66

常见的例子的还有泳池的底板金属网格。

机械岛

在德国这个概念叫电位控制(Potentialsteuerung)，早先确实是用在1kV以上交流系统，但是发现这个措施对降低预期接触电压非常管用，所以电位控制(Potentialsteuerung)就成了主/附加保护等电位联结措施的补充。

墙壁和地板什么时候被视为外界导电部件，又或是什么时候不是，我也想过这个问题，我在想国外的大佬有没有也想过这个问题，果不其然还真有，懒得翻译了，直接上图。


参考文献
Walther Koch: Erdungen in Wechselstromanlagen über 1 kV. Zweite völlig neu bearbeitete Auflage, Springer Verlag, Berlin Heidelberg 1955, S. 48–71.

Schmolke, Herbert; Callondann, Karsten . Potentialausgleich, Erdungsanlage, Korrosionsgefährdung,VDE Verlag 2013 S118-120.

yeesun

这个链接：https://worksafe.nt.gov.au/forms-and-resources/bulletins/electrical-safety-in-the-construction-of-showers-and-bathrooms

是澳洲/新西兰标准 AS/NZS 3000:2018  Clause 5.6.2.5 Showers and Bathrooms 之条款摘录及说明。

供参考。

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dqaq 发表于 2024-6-28 17:54
你引用的这个文献，并不能说明你的结论。
1、电位梯度是物理学中的一个概念，指电势最大变化方向上的变化率 ...

我截图主要想说明的是下面的那个NOTE里面Potential grading的主要应用场所，这次重点不是要表达低压系统里面不能做，而是要表达这套东西在低压系统里面非必须。经wangguichao66上次提醒（均衡网与电击回路并联的说法）我确实也想到了这个均衡网在低压系统的一些应用场景，不能只考虑人是站立的情况，在人和动物非直立的情况下，确实可以构成均衡网与人体故障电流并联的情况，理论上好像是能起作用的，比如牛棚和游泳池。
但是这种情况是极少的，这套电位均衡网在低压系统的使用中是极其受限制，很多时候还会带来更多的危害：
地面均衡网本质是通过靠降低地面内部阻抗起作用，但是在人身触电事故(站立)中，这种均衡网是同时降低设备故障回路和人体故障回路的总阻抗，甚至可能只降低了人体故障回路的阻抗。增大了总的故障电流，对人体故障防护只有危害。
在人们习惯认知里，降低阻抗是有助于电击防护，但这个情况是针对降低设备故障回路的阻抗，对于由人体构成的故障回路，应该是想方设法增加阻抗，减少流经人体的故障电流。

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dqaq 发表于 2024-6-28 17:54
你引用的这个文献，并不能说明你的结论。
1、电位梯度是物理学中的一个概念，指电势最大变化方向上的变化率 ...

这里用一下您的图，你这个图里有一个问题，那就是这里只强调了均衡线可以降低Ul/Ud，但是忽略了一个问题，那就是这个均衡线也降低了人体下方地面的电阻，必然会提升Ud值。
对于淋浴间这种地面潮湿甚至有积水的场所，均衡线降低Ul/Ud的效果会大幅降低，但是增大Ud的危害实打实存在。

dqaq

?_446231510 发表于 2024-7-1 11:10
我截图主要想说明的是下面的那个NOTE里面Potential grading的主要应用场所，这次重点不是要表达低压系统 ...

在人们习惯认知里，降低阻抗是有助于电击防护，但这个情况是针对降低设备故障回路的阻抗，对于由人体构成的故障回路，应该是想方设法增加阻抗，减少流经人体的故障电流。

你说的是对偶性的两种技术中的一种。
1、非导电环境，就是你说的这种思路的极端情况——完全阻断电流通道，是“堵”的思路。
2、等电位联结，是消除回路电流的驱动力，属釜底抽薪的思路。简单说，当你不能降低手上电位时，将脚底电位抬到与手上电位一样高，这样手——脚电位差就消除了。电压都没了，阻抗大小完全无所谓。
所以，用故障回路阻抗分析等电位问题，技术路线走偏了。

wangguichao66

电击防护说到底是降低接触电压（就是施加在人或动物身上）的故障电压，
在保护对象电阻不变的情况下，电压降低，流经身体的电击电流就降低，
在故障电压流经保护对象的串联回路里，
等电位联结是通过身体并联小电阻降低身体分担的电压，
非导电环境是加大其他部分的绝缘电阻降低身体分担的电压，
异曲同工。

wangguichao66

通过这几个帖子探讨，
大家都积极研读IEC或者其他国家的电气规范了，
绝对是好事！

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dqaq 发表于 2024-7-1 11:36
在人们习惯认知里，降低阻抗是有助于电击防护，但这个情况是针对降低设备故障回路的阻抗，对于由人体构成 ...

地面均衡网不是等电位连接应该理解为跟等电位间接并列的一种措施（比如路灯系统敷设的防雷均压环）。


等电位连接是要消除设备外壳和金属导体之间的电位差，这个思路是正确的，我一直都是认可这个概念的。

但是地面均衡网的思路是消除人体不同部位之间的电位差，这思路就有问题了，因为这套系统只在人发生触电的时候才起作用，那就必然要让这套均衡网与人体故障回路构成并联，如果能构成并联（基本构不成），那就能起到等电位的作用，如果不能构成并联回路，那作用就只有降低地面内阻。

均衡网降低地面内阻，极端点的例子就是我之前举过的，电工检修地面不铺绝缘垫，改用钢板，这种防电击做法与均衡网的有本质什么差别，但是铺钢板大家都知道不靠谱，到了卫生间里确搞出来了均衡网做法。

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wangguichao66 发表于 2024-7-1 11:47
电击防护说到底是降低接触电压（就是施加在人或动物身上）的故障电压，
在保护对象电阻不变的情况下，电压 ...

地面均衡网不是等电位连接
讨论了这么久其实核心问题就是，地面金属网（包括地面内阻）在电击故障中，到底是并联进故障回路还是串联进故障回路，如果是并联进去，那就是起到等电位作用，是好东西。
如果是串联进故障回路，那均衡网就没起到等电位租用，相反降低流经人体的故障回路总阻抗，是个坏东西。
我的观点是，这个地面金属网是串接入人体（站立姿态）电击回路，所以它是坏的。
我能想到的并联情况是一个人一手按着地面的插座，然后整个人在那做俯卧撑这场景挺辣眼睛的。

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很多人讨论电位均衡，都把电位均衡作为了辅助等电位连接下面的一种措施。
这里我的观点是辅助等电位和电位均衡应该是两个独立的措施，讨论的时候不要混在一起，把辅助等电位的功用算到电位均衡的头上。这里我的观点依据如下：
1)IEC61140 的 “pontential grading ”分别是在5.2.8（基本防护措施，主要应用变电所） 5.3.9（谢谢dqaq提醒，故障防护措施 ，如防雷均压环）而辅助等电位是在5.5.2（附加防护措施）。
2）在基本防护上面的应用，pontential grading与基本绝缘是并列措施；在故障防护上，pontential grading与自动切除故障回路措施并列。
3）需要注意的是IEC61140是同时适用于高、低压系统的，这里还可以对比一下国标《GB50054》里面低压配电系统采用的基础防护措施和故障防护措施，都排除了“电位均衡”的措施。
5.1 直接接触防护措施
（Ⅰ）将带电部分绝缘
（Ⅱ）采用遮拦或外护物
（Ⅲ）采用阻挡物
（Ⅳ）置于伸臂范围之外
5.2.1 对于未按现行国家标准《建筑物电气装置 第4-41部分：安全防护 电击保护》GB 16895.21的规定采用下列间接接触防护措施者，应采用本节所规定的防护措施：
    1 采用Ⅱ类设备；
    2 采取电气分隔措施；
    3 采取特低电压供电；
    4 将电气设备安装在非导电场所内；
    5 设置不接地的等电位联结。