您可能多次听说过与设施电气系统相关的“接地故障”一词。接地故障是低级短路，可能无法被保险丝或断路器检测和中断，因此需要专门的保护。本月，我们将回顾插座电路接地故障断路器 (GFCI) 提供的人员接地故障保护的基础知识。下个月，我们将对设备的接地故障保护做同样的事情。

    图 1. 检测和中断接地泄漏电流的接地故障断路器 (GFCI) 的工作原理
    危险
    120 V 插座电路包含三根电线：相线、中性线和地线。电机绕组、加热器元件或其他负载设备连接在相线（也称为“火”线）和中性线之间。在正常操作中，电流从电源流经相线、负载，然后通过中性线流回电源。接地线连接到服务端的中性线和负载端的设备外壳，通常不承载电流。它的功能是安全；它提供了一条低电阻路径，可以将由于绝缘失效、脏污或潮湿而从带电导体“泄漏”的任何电流带回源头。
    良好的接地路径可确保外壳相对于其他接地物体保持零电压。如果此路径在插座和服务之间的任何一点被破坏或产生高电阻，泄漏电流可能会使外壳通电至接近 120 伏线路的电压。如果一个人在接触或站在接地表面上时接触到带电外壳，泄漏电流可能会通过身体流回电源。
    接地泄漏电流对人员构成危险，因为只需要非常低的电流即可影响人的心律。通常引用的用于在普通成年男性中诱发心室颤动的阈值仅为 100 mA（安培的千分之 100）。一个 120 V 的电源电路可以通过 1,000 欧姆的总电阻推动如此大的电流，这在人体与皮肤接触的电阻范围内。如此小的泄漏电流比正常负载电流低几个数量级，因此不会被保险丝和断路器检测到。
    解决方案
    检测和中断接地泄漏电流是 GFCI 的作用，其工作原理如图 1 所示。电线中流动的电流会在电线周围产生磁场，该磁场可以在放置在场中的另一根电线中感应出电压，而无需物理两根线之间的连接。在 GFCI 设备中，布置了一个传感变压器，以便将火线和中性线产生的磁场相加。如果所有流过火线的电流都通过中性线返回，则磁场相互抵消，感应变压器中不会感应出电压。接地泄漏电流在火线中流动但不会通过中性线返回，从而产生净磁场，该磁场感应出与感应变压器中“缺失”电流成比例的电压。当此电压超过预设值时，
    这些设备可用作插座和断路器。GFCI 插座可以独立安装，也可以接线以保护与其连接的标准插座。GFCI 断路器保护与其相连的所有插座。所有用于人员保护的 GFCI 设备都需要在 5 mA 的泄漏电流下跳闸。
    应用
    NEC 仅在特定位置要求 GFCI 保护。在住宅中，这包括浴室、厨房、车库、未完工的地下室、爬行空间和室外空间。在商业设施中，这包括所有浴室和屋顶位置、建筑工地、码头和造船厂、医疗保健设施中的潮湿位置、游泳池、喷泉和阻抗加热应用。
    尽管规范未作要求，但为所有潮湿场所和室外插座提供 GFCI 保护是常见做法，也是明智的做法。
    某些类型的设备，包括带有大型电机的设备，其固有泄漏电流水平超过 GFCI 的 5 mA 跳闸设置，可能会导致 GFCI 设备跳闸。出于这个原因，NEC 免除了 GFCI 保护插座专用于单个设备的要求，该插座无法用于其他用途。该设备必须依靠牢固的接地连接，以在这些低泄漏电流水平下将外壳保持在安全电位。