觸電防護基本安全準則及防護措施分類與應(yīng)用探討
——論IEC至今仍未解決好的觸電防護基本問題

趙秋生

(中國勞動關(guān)系學(xué)院安全工程學(xué)院 北京 100048)

0 引言

觸電(電擊)防護基本規(guī)則、基本準則及觸電防護措施分類是觸電防護的最基本問題。國際電工委員會(IEC)標準《電擊防護 裝置和設(shè)備的通用部分》[1-3]和《建筑物電氣裝置 第4-41部分：安全防護 電擊防護》[4-5]是回答和解決這些基本問題的權(quán)威文獻(我國頒布了相應(yīng)等效或等同標準[6-9])。回顧梳理這些標準修訂調(diào)整過程，發(fā)現(xiàn)即使是科技高度發(fā)展的最近20多年，我們?nèi)匀皇褂昧嗽S多存在“明顯”甚至是“根本性”錯誤的觸電防護措施及分類概念，甚至2016年最新版《IEC 61140》[3]仍有許多存疑問題。因此，完全有必要對這些觸電防護基本問題進行再探討。

1 IEC“電擊防護基本規(guī)則”演變

上世紀90年代《IEC 1140：1992》[1]給出的“電擊防護的基本規(guī)則”(Fundamental Rule of Protection against Electric Shock)總體要求是：在正常及單一故障條件下人體都不能觸及危險帶電導(dǎo)體；在“正常條件”下采取“直接接觸防護措施”；“單一故障條件”下采取采用兩個“獨立”的防護措施”或“加強防護措施。

2001年《IEC 61140》進一步增加了“特殊條件”下的觸電防護要求：采用附加防護措施[2]。2016年，將“單一故障條件”下的采用“兩個”獨立的防護措施改為采用“數(shù)個”獨立的防護措施，此外還增加了對電氣燒傷和生理健康負效應(yīng)的基本防護要求[3]。現(xiàn)行電擊防護基本規(guī)則主要內(nèi)容見表1。

表1 現(xiàn)行IEC標準給出的電擊防護基本規(guī)則

2 IEC觸電防護措施分類演變與糾錯

2.1 IEC觸電防護措施分類演變

IEC觸電防護措施分類與應(yīng)用是對其電擊防護基本規(guī)則的進一步體現(xiàn)與細化。上世紀90年代IEC主要依據(jù)防護功能將觸電防護措施分為三大類[4,5,8-9]，見圖1。

圖1 2000年前IEC觸電防護措施分類框架

2001年IEC標準[2]對觸電防護措施分類框架做了根本性改變，不再把所有防護措施并行放在同一個分類層級，而是將觸電防護措施首先分為“protective provision(element of protective measure)”和“protective measure”兩個層級，然后再做進一步分類。這是觸電防護措施分類的一個“革命性”進步，因為從此開始區(qū)分單項措施和組合措施了。然而，我國等同標準對這兩個分類術(shù)語的翻譯卻未能充分體現(xiàn)這一根本性改進，將其不加區(qū)分地都翻譯成了“防護措施”[7]。為此本文將“protective provision”譯為“單項防護措施”；將“protective measure”譯為“復(fù)合防護措施”。此外，2001年IEC標準[2]沒有采用“直接接觸和間接接觸兩者兼有的防護措施”分類概念，并將原來屬于這個類別的“安全特低電壓(SELV)”、“雙重絕緣”等防護措施歸為“復(fù)合防護措施”，同時新增“加強防護措施”分類概念。考慮到“加強防護措施”在結(jié)構(gòu)上屬于單項防護措施，在功效上相當(dāng)于復(fù)合防護措施，所以這兩個分類層級上都包括了該項防護措施，見圖2。

圖2 2001年IEC觸電防護措施分類框架

2016年IEC對所謂觸電“高風(fēng)險條件”新增一類單項防護措施“附加防護措施(Provisions for additional protection)”，具體包括“不超過30 mA的剩余電流保護裝置”和“輔助等電位聯(lián)結(jié)”兩個單項防護措施。相應(yīng)地，復(fù)合防護措施的類型也增加了一些項目[3]，見圖3。

圖3 2016年版IEC觸電防護措施分類框架

2.2 IEC觸電防護措施分類與應(yīng)用糾錯回顧

從上世紀90年代至今，IEC自我糾正了許多觸電防護措施分類概念及應(yīng)用方法錯誤，見表2。這些“明顯”甚至“根本性”錯誤說明IEC對觸電防護基本問題的認識一直處在探索中。

表2 上世紀90年代至今IEC已經(jīng)自我糾正的主要觸電防護錯誤概念

3 觸電防護基本安全準則探討

3.1 現(xiàn)行IEC“電擊防護基本規(guī)則”存在的問題

(1)視角基于防護功能而不是防護的安全可靠性

IEC電擊防護基本規(guī)則總體上是基于“防護功能”，沒有從觸電風(fēng)險的角度與高度正面明確回答什么樣的防護才是安全可靠的。換言之，IEC過于關(guān)注“圓滿完成基本防護和故障防護任務(wù)”，忽略對防護深層次本質(zhì)問題的考慮，出發(fā)點和視角存在根本性的問題。

(2)理念上視功能區(qū)別為安全作用與地位差別

IEC把防護措施的功能區(qū)別不自覺地認定為安全作用的地位差別，其所說的“單一故障”只是基本防護的故障，而“故障防護措施”只是專門服務(wù)于基本防護的措施。這種觀念在暗含假定：故障防護措施是不會出現(xiàn)故障，或者即使出現(xiàn)故障也總是在基本防護措施之后，這種假設(shè)顯然與實際不符。事實上兩種防護措施都有可能出現(xiàn)故障，從安全可靠性的角度而言它們是互為保險的“平等”關(guān)系，彼此都因?qū)Ψ降拇嬖谔岣吡朔雷o的安全可靠性。

2016年IEC新增的“附加防護措施”[3]強化了防護措施安全地位的不平等性。其結(jié)果是人為弱化了“剩余電流保護裝置”和“輔助等電位聯(lián)結(jié)”這類防護措施的作用，并人為限制了其使用范圍。

(3)“單項防護措施”界定存在問題

貫徹實施IEC觸電防護基本規(guī)則的關(guān)鍵性工作就是明確界定什么是“單項防護措施”。為此，2016年版的IEC標準給出了定義：“用于特定條件下防止電擊的獨立防護措施”。然而僅憑這樣一個“模糊”的定義是不能解決其界定問題的。

首先，該定義沒有對單項防護措施所能達到安全水平提出明確要求，導(dǎo)致“保護導(dǎo)體”這類只能降低觸電危險但達不到安全水平的防護措施被用作了單項防護措施。其次，IEC所給出的某些具體單項防護措施內(nèi)涵外延不具有唯一確定性。此外，單項防護措施“自動切斷電源”的使用前提是提供“保護等電位聯(lián)結(jié)”，這與定義所要求的“獨立”性相矛盾。

3.2 基于觸電風(fēng)險及防護可靠性的“觸電防護基本安全準則”探討

導(dǎo)致觸電的帶電導(dǎo)體與一般導(dǎo)體在外觀上沒有任何區(qū)別，觸電隱患往往具有高度隱蔽性。觸電事故一旦發(fā)生，瞬間就可能導(dǎo)致人的死亡，躲避逃生的機會很小。觸電是死亡率很高的一類事故，80%以上觸電事故伴隨著人員死亡。

鑒于觸電事故風(fēng)險特點，采用單一防護措施顯然是不夠安全可靠的，必須至少準備兩個防護措施，“雙保險”是起碼要求。此外，還要考慮用電環(huán)境及用電條件對觸電風(fēng)險的影響，采取足夠的“保險重數(shù)”以確保防護的可靠性。基于此，觸電防護基本安全準則可表述為：①觸電防護的最低要求是采取兩個獨立的“單保險防護措施”，即防護的安全可靠水平不低于“雙保險”；②一般用電環(huán)境或條件下觸電防護要做到“雙保險”；③危險用電環(huán)境或條件下觸電防護要做到“三保險”。

為了正確理解和運用該基本安全準則，對比IEC觸電防護規(guī)則有以下兩個方面需要說明。

(1)運用該基本安全準則關(guān)鍵是對“單保險防護措施”進行定義和界定。本文所指“單保險防護措施”是“可獨立使用的能夠避免觸電傷害后果的基本防護措施單元”。與IEC“單項防護措施”概念相同的是二者都強調(diào)防護的獨立性(Independent)，不同的是IEC“單項防護措施”只強調(diào)防護性(Protect)沒有明確強調(diào)其所能達到的安全水平，而“單保險防護措施”明確規(guī)定了防護所能達到的安全水平是能夠避免(Prevent)觸電后果。因此盡管IEC把“接地保護”、“接零保護”這類能降低觸電電壓但不能避免觸電死亡防護措施視為單項防護措施，而“單保險防護措施”將這類措施排除在外。

(2)雖然各單保險防護措施防護功能有差別，有的實現(xiàn)基本(直接接觸)防護功能，有的實現(xiàn)故障(間接接觸)防護功能，有的甚至同時能實現(xiàn)兩種防護功能，但從安全可靠性的角度而言，每種防護措施只能起到“一重”保險作用。比如，盡管剩余電流保護(RCD)同時具備直接接觸和間接接觸兩種防護功能，一旦出現(xiàn)故障，這兩種防護功能一同消失。也就是說一種防護措施的安全可靠性并不因為功能差別和功能多少而不同，一種防護措施只是起到“一重”保險作用。因此說單保險防護措施之間是互為保險的“平等”關(guān)系。

4 觸電防護措施分類探討

4.1 現(xiàn)有IEC觸電防護措施分類存疑問題

基于“觸電防護基本安全準則”及“單保險防護措施”定義，可對最新《IEC 61140：2016》[3]提出各種存疑問題，見表3。

表3 《IEC 61140：2016》存疑問題一覽表

現(xiàn)行IEC標準最大的問題之一是2016年新增的“附加防護措施”分類，這是一個多余且使用要求存在嚴重問題的分類，強烈建議取消該分類。

(1)存在分類邏輯錯誤：分類依據(jù)不一致。“基本(直接接觸)防護措施”和“故障(間接接觸)防護措施”是從防護功能角度劃分的，而“附加防護措施”顯然不是從防護功能角度給出的分類。

(2)存在重疊分類問題。附加防護措施所含“剩余電流保護裝置RCD”屬于“自動切斷電源”防護措施范疇；所含“輔助等電位聯(lián)聯(lián)結(jié)”屬于“保護等電位聯(lián)結(jié)”防護措施范疇，實際上它們都屬于故障防護措施。新增“附加防護措施分類”導(dǎo)致一些單項防護措施內(nèi)涵重疊、外延不確定的問題(見圖4)，而這最終會導(dǎo)致使用者產(chǎn)生迷茫：到底是采用“保護等電位聯(lián)結(jié)”還是采用“輔助等電位聯(lián)結(jié)”足夠安全？

(3)弱化了RCD和輔助等電位聯(lián)結(jié)的作用，人為地限制了其使用范圍。RCD是最為普遍使用的自動斷電保護裝置，如果將其列為“附加防護措施”，從“自動切斷電源”分類中刨除，那么“自動切斷電源”近乎成為空殼(因為其他自動斷電裝置如過流保護裝置完成漏電自動斷電保護是不可靠的)。而且RCD即使作為“附加防護措施”，其使用范圍又被進一步加以限制，比如RCD作為附加防護措施的使用范圍不包括加強防護措施[3]，這顯然是有悖常識的。實際上，在危險環(huán)境使用II類(雙重絕緣或加強絕緣)電動工具通常采用RCD作為“附加”防護措施。類似的情況也發(fā)生在“輔助等電位聯(lián)結(jié)”身上，見圖4。

圖4 IEC內(nèi)涵重疊、外延不確定的單項防護措施

4.2 基于觸電防護基本安全準則的防護措施分類

基于觸電防護基本安全準則，根據(jù)其所能達到的安全及可靠水平將觸電防護措施分為4個層級，分別是：輔助防護措施、單保險防護措施、雙保險防護措施、三保險防護措施，見表4。

表4 基于“觸電防護基本安全準則”的觸電防護措施分類

“輔助防護措施”是指自己不能獨立實現(xiàn)足夠安全的保護功能，而是用于配合其他裝置或措施一起完成保護功能的防護措施，如接地保護，用于配合剩余電流保護裝置RCD完成自動切斷電源保護。

“單保險防護措施”定義及界定要求見上文。參比IEC相應(yīng)分類“單項防護措施”，取消其名下的“加強防護措施”和“附加防護措施”兩個子分類，只保留“基本防護措施”和“故障防護措施”。加強防護措施只保留在“雙保險防護措施”分類層級。

“雙保險”和“三保險”防護措施對應(yīng)IEC“復(fù)合防護措施”范疇，但構(gòu)成“三保險防護措施”的第3個防護措施不再稱為“附加防護措施”，而是“第二故障措施”。

需要特別說明的是安全特低電壓(SELV)系統(tǒng)和保護特低電壓(PELV)系統(tǒng)屬于三保險防護措施。其中特低電壓是基本防護措施，其故障防護措施是保護分隔，而保護分隔是一種采用“基本絕緣”和“附加絕緣”的電氣分隔，實際上起到了“雙保險”作用。因此，最終將其歸為“三保險防護措施”。

5 結(jié)論

(1)IEC在觸電防護的基本出發(fā)點、整體視角以及防護理念上存在根本性問題，導(dǎo)致其在觸電防護基本問題上走了不少彎路，而且仍在不正確的方向上徘徊。

(2)IEC基于“防護功能”的電擊防護基本規(guī)則忽視了對安全可靠性這個最本質(zhì)問題的考量，因而對防護措施的分類及使用要求缺少統(tǒng)一尺度，從而出現(xiàn)了防護措施分類依據(jù)不統(tǒng)一、分類內(nèi)涵重疊以及使用要求與分類定義沖突等問題。這給單項防護措施的選擇帶來困惑，同時也給出了一些不夠安全可靠的復(fù)合防護措施。

(3)IEC觸電防護措施分類方法弱化了一些防護措施或裝置的作用，并人為限制了其使用范圍，RCD就是典型。RCD是一種身兼直接接觸和間接接觸兩種防護功能應(yīng)用最為廣泛的觸電防護措施之一，必須為其正名，摘掉“附加防護措施”的帽子。

(4)提出的“觸電防護防護基本安全準則”及防護措施分類是基于防護的“安全性和可靠性”：安全性強調(diào)對“單保險防護措施”安全水平的界定；可靠性強調(diào)采用“多重保險”措施。在理念上認為具有不同功能的單保險防護措施是互為保險的“平等”關(guān)系，這與IEC出發(fā)角度及理念有著本質(zhì)不同。

(5)“單保險”、“雙保險”等防護措施分類方法，使得各類各層級防護措施的安全可靠性非常明確，且與觸電防護基本安全準則有著高度一致的對接，因此，觸電防護基本安全準則易于貫徹實施。

(6)界定篩選“單保險防護措施”是運用“觸電防護基本安全準則”的關(guān)鍵且首要工作。例如，面對IEC給出的“保護等電位聯(lián)結(jié)”、“輔助等電位聯(lián)結(jié)”一對內(nèi)涵重疊的單項防護措施，以及屬于同一范疇的“總等電位聯(lián)結(jié)”、“局部等電位聯(lián)結(jié)”，到底哪種等電位聯(lián)結(jié)才能算的上是達到安全水平的“單保險防護措施”仍有待研究界定。