接地故障断路器是如何工作的

接地故障断路器（GFCI）在住宅布线中很常见。了解它们很重要，因为它们的存在是为了保护用户和日常使用的电气系统。

我们在住宅布线中随处可见接地故障断路器或GFCI插座。一些断路器甚至具有接地故障保护特性。然而，即使接地在工业中如此重要，为什么我们没有看到每个插座都配备了接地保护呢？那么什么是接地故障，这些插座的局限性是什么？

大多数人已经习惯于看到带有绿色小LED以及测试和重置按钮的插座。它们存在于每个房屋中，并且经常出现在户外插座上。它们的名称为接地故障断路器，通常缩写为GFCI或简称GFI。这些插座具有防止某些类型故障的特殊功能，尽管它们有局限性。

什么是接地故障？

在整个电气系统中，每根中性线都连接到接地的接地导体。这种连接发生在电气服务面板上，以及在每个电源隔离设备（如变压器）之后。此外，几乎所有金属物体也都接地，例如电气服务面板，甚至是您家中的热水器。

当负载设备正常运行时，通过火线供电并通过零线返回电源。在三相系统中，电力是共享的——供应和返回——作为通过所有三根热线的平衡。

地线永远不会连接到任何内部电路或负载设备，因此永远不应有任何理由将地线带回共享中性连接的面板。大多数时候，绿色地线只是用螺丝钉连接到机器的金属外壳或框架上，然后就在那里终止。

该接地线的存在是为了防止接地故障-如果内部热线松动并且该线以某种方式接触到接地的金属外壳，则设备不再起作用，但电流现在可以绕过负载设备。可能会产生大量电流，并且设计合理的系统会响应断路器跳闸或保险丝熔断。

何时会发生接地故障？

接地故障可能发生在振动或安装不当的设备上——例如不了解扭矩规格或错误的接线螺母尺寸。

与所有电子产品一样，湿气也可能是一个特别具有挑战性的情况。即使没有电线松动，水或其他导电液体也会形成从热线到外壳的路径。湿气还可以形成从一台机器的热线到另一台机器的接地的导电路径，这就是为什么必须小心接近潮湿环境的原因。

接地故障断路器如何工作？

必须正确安装GFCI插座，其一组端子直接连接到电源的火线、中性线和接地端。当电路处于活动状态时，此连接为插座内的一组电路供电，并通过绿色LED指示功能。如果不通电，电路将无法工作。因此，在这些插座上，在连接电源之前，您无法按下测试或重置按钮。

在插座内，两个小感应线圈非常精确地测量流过火线和中性线的电流。这些数字在所有情况下都应该相等。无论负载是连接到该插座还是连接到下游，通过热线提供的所有电流都应通过中性线返回。

如果由于任何原因，热线提供的电流超过零线中的电流5mA以上，它会立即用一个小的电磁线圈断开电路。如果检测到这种过电流，则意味着电流以某种方式离开电路并通过另一条接地路径返回。如果存在水，则返回路径可能会通过附近的任何金属。

GFCI网点的局限性

5mA的值是这些设备在某些情况下如此重要但在其他情况下无效的原因。

当然，如果连接了一个GFCI插座来为每个设备供电，无论电源的电压或相位如何，它都不会损害系统——相反，它会非常安全。但是连接的接地路径已经完成了任务，断路器将在不损坏机器的情况下跳闸。它们可以方便地放置、锁定，然后在故障被纠正后重新设置。GFCI插座不会为保护机器增加任何价值。

但是，如果该接地故障具有将人用作导体的能力，我们必须非常关心他们的安全。仅10mA的电流就能引起非常痛苦的电击和肌肉收缩。超过10mA，它会达到导致死亡的不同水平。如果在有人在场时发生接地故障，并且该人恰好位于故障和接地返回路径之间，则他们可能会被杀死。

当电流超过15A-20A或许多机器可能超过100A时，普通断路器会跳闸。这将远远超过致命的电流。如果操作员在达到过电流之前很久就被杀死，那么断路器的保护有什么用？GFCI插座的目的是在电流故障超过5mA时使电路跳闸，可能会感觉到轻微的震动，但仅此而已。

何时应使用GFCI插座？

有几个领域需要GFCI网点。首先，根据NFPA70第210.8节的要求，它们必须用于任何存在潮湿问题的地方，包括但不限于浴室、户外、车库、水槽和洗衣房。其次，它们可以可选地用于当操作员在附近时负载可能会遇到接地故障的任何插座，如果该操作员可能会接触到该电。

三相设备不存在GFCI插座，因此不能在那里使用。它们也不会安装在超过20A（或GFCI插座额定值）的单相设备上，也不会安装在没有实施适当安全步骤的情况下，任何人不会遭受接地故障的地方。

GFCI网点的快速总结

GFCI插座是一种标准化方法，可保护操作人员免受因意外连接带电接地而造成的伤害和死亡。在水可能导致更快故障的区域以及不期望人类操作员利用适当的安全和PPE实践来保证自身安全的区域中，它们最受重视。