接地故障斷路器是如何工作的

接地故障斷路器（GFCI）在住宅布線中很常見。了解它們很重要，因?yàn)樗鼈兊拇嬖谑菫榱吮Ｗo(hù)用戶和日常使用的電氣系統(tǒng)。

我們?cè)谧≌季€中隨處可見接地故障斷路器或GFCI插座。一些斷路器甚至具有接地故障保護(hù)特性。然而，即使接地在工業(yè)中如此重要，為什么我們沒有看到每個(gè)插座都配備了接地保護(hù)呢？那么什么是接地故障，這些插座的局限性是什么？

大多數(shù)人已經(jīng)習(xí)慣于看到帶有綠色小LED以及測(cè)試和重置按鈕的插座。它們存在于每個(gè)房屋中，并且經(jīng)常出現(xiàn)在戶外插座上。它們的名稱為接地故障斷路器，通?？s寫為GFCI或簡(jiǎn)稱GFI。這些插座具有防止某些類型故障的特殊功能，盡管它們有局限性。

什么是接地故障？

在整個(gè)電氣系統(tǒng)中，每根中性線都連接到接地的接地導(dǎo)體。這種連接發(fā)生在電氣服務(wù)面板上，以及在每個(gè)電源隔離設(shè)備（如變壓器）之后。此外，幾乎所有金屬物體也都接地，例如電氣服務(wù)面板，甚至是您家中的熱水器。

當(dāng)負(fù)載設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，通過火線供電并通過零線返回電源。在三相系統(tǒng)中，電力是共享的——供應(yīng)和返回——作為通過所有三根熱線的平衡。

地線永遠(yuǎn)不會(huì)連接到任何內(nèi)部電路或負(fù)載設(shè)備，因此永遠(yuǎn)不應(yīng)有任何理由將地線帶回共享中性連接的面板。大多數(shù)時(shí)候，綠色地線只是用螺絲釘連接到機(jī)器的金屬外殼或框架上，然后就在那里終止。

該接地線的存在是為了防止接地故障-如果內(nèi)部熱線松動(dòng)并且該線以某種方式接觸到接地的金屬外殼，則設(shè)備不再起作用，但電流現(xiàn)在可以繞過負(fù)載設(shè)備?？赡軙?huì)產(chǎn)生大量電流，并且設(shè)計(jì)合理的系統(tǒng)會(huì)響應(yīng)斷路器跳閘或保險(xiǎn)絲熔斷。

何時(shí)會(huì)發(fā)生接地故障？

接地故障可能發(fā)生在振動(dòng)或安裝不當(dāng)?shù)脑O(shè)備上——例如不了解扭矩規(guī)格或錯(cuò)誤的接線螺母尺寸。

與所有電子產(chǎn)品一樣，濕氣也可能是一個(gè)特別具有挑戰(zhàn)性的情況。即使沒有電線松動(dòng)，水或其他導(dǎo)電液體也會(huì)形成從熱線到外殼的路徑。濕氣還可以形成從一臺(tái)機(jī)器的熱線到另一臺(tái)機(jī)器的接地的導(dǎo)電路徑，這就是為什么必須小心接近潮濕環(huán)境的原因。

接地故障斷路器如何工作？

必須正確安裝GFCI插座，其一組端子直接連接到電源的火線、中性線和接地端。當(dāng)電路處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，此連接為插座內(nèi)的一組電路供電，并通過綠色LED指示功能。如果不通電，電路將無法工作。因此，在這些插座上，在連接電源之前，您無法按下測(cè)試或重置按鈕。

在插座內(nèi)，兩個(gè)小感應(yīng)線圈非常精確地測(cè)量流過火線和中性線的電流。這些數(shù)字在所有情況下都應(yīng)該相等。無論負(fù)載是連接到該插座還是連接到下游，通過熱線提供的所有電流都應(yīng)通過中性線返回。

如果由于任何原因，熱線提供的電流超過零線中的電流5mA以上，它會(huì)立即用一個(gè)小的電磁線圈斷開電路。如果檢測(cè)到這種過電流，則意味著電流以某種方式離開電路并通過另一條接地路徑返回。如果存在水，則返回路徑可能會(huì)通過附近的任何金屬。

GFCI網(wǎng)點(diǎn)的局限性

5mA的值是這些設(shè)備在某些情況下如此重要但在其他情況下無效的原因。

當(dāng)然，如果連接了一個(gè)GFCI插座來為每個(gè)設(shè)備供電，無論電源的電壓或相位如何，它都不會(huì)損害系統(tǒng)——相反，它會(huì)非常安全。但是連接的接地路徑已經(jīng)完成了任務(wù)，斷路器將在不損壞機(jī)器的情況下跳閘。它們可以方便地放置、鎖定，然后在故障被糾正后重新設(shè)置。GFCI插座不會(huì)為保護(hù)機(jī)器增加任何價(jià)值。

但是，如果該接地故障具有將人用作導(dǎo)體的能力，我們必須非常關(guān)心他們的安全。僅10mA的電流就能引起非常痛苦的電擊和肌肉收縮。超過10mA，它會(huì)達(dá)到導(dǎo)致死亡的不同水平。如果在有人在場(chǎng)時(shí)發(fā)生接地故障，并且該人恰好位于故障和接地返回路徑之間，則他們可能會(huì)被殺死。

當(dāng)電流超過15A-20A或許多機(jī)器可能超過100A時(shí)，普通斷路器會(huì)跳閘。這將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過致命的電流。如果操作員在達(dá)到過電流之前很久就被殺死，那么斷路器的保護(hù)有什么用？GFCI插座的目的是在電流故障超過5mA時(shí)使電路跳閘，可能會(huì)感覺到輕微的震動(dòng)，但僅此而已。

何時(shí)應(yīng)使用GFCI插座？

有幾個(gè)領(lǐng)域需要GFCI網(wǎng)點(diǎn)。首先，根據(jù)NFPA70第210.8節(jié)的要求，它們必須用于任何存在潮濕問題的地方，包括但不限于浴室、戶外、車庫(kù)、水槽和洗衣房。其次，它們可以可選地用于當(dāng)操作員在附近時(shí)負(fù)載可能會(huì)遇到接地故障的任何插座，如果該操作員可能會(huì)接觸到該電。

三相設(shè)備不存在GFCI插座，因此不能在那里使用。它們也不會(huì)安裝在超過20A（或GFCI插座額定值）的單相設(shè)備上，也不會(huì)安裝在沒有實(shí)施適當(dāng)安全步驟的情況下，任何人不會(huì)遭受接地故障的地方。

GFCI網(wǎng)點(diǎn)的快速總結(jié)

GFCI插座是一種標(biāo)準(zhǔn)化方法，可保護(hù)操作人員免受因意外連接帶電接地而造成的傷害和死亡。在水可能導(dǎo)致更快故障的區(qū)域以及不期望人類操作員利用適當(dāng)?shù)陌踩蚉PE實(shí)踐來保證自身安全的區(qū)域中，它們最受重視。