使用電纜接頭進行正確的電氣接合與接地如何拯救生命？

管理工業設施的電力安全？一次接地故障可能會將例行維護工作變成致命事故。

透過纜線接頭進行適當的電氣接合和接地，可提供重要的保護，防止觸電、設備損壞和火災危險 - 不適當的接地系統每年在工業環境中造成 200 多起工作場所死亡事故和數千人受傷。

今天早上，一家化學品加工廠的安全主任 Sarah 打電話給我，告訴我發生了一宗險些失手的事故，令她非常震驚。一名承包商在例行維護期間，因觸摸接地不當的控制面板而遭受嚴重電擊。調查發現，腐蝕的電纜壓蓋連接損害了整個接地系統。只有附近工人的快速反應才避免了一場死亡事故。

目錄

• 為何電氣接合和接地對工業安全至關重要？
• 電纜接頭如何確保正確的電氣連續性？
• 哪些是基本的安裝和測試要求？
• 如何維持接地系統的長期完整性？

為何電氣接合和接地對工業安全至關重要？

瞭解接地原理不僅僅是技術知識，更是保護生命和防止災難性事故的電氣安全基礎。

電氣接地¹ 提供故障電流流向大地的安全路徑，而接合則可確保所有金屬元件維持相同的電勢，防止危險的電壓差造成震動、火災或爆炸。

基本安全原則

接地系統功能：

故障電流路徑：
當電氣絕緣失效時，接地系統可提供低阻抗路徑，讓故障電流安全流向大地，使保護裝置快速運作並斷開電源。

電壓穩定：
接地可為電氣系統建立參考點（零伏），防止危險電壓在設備外殼和金屬結構上累積。

防雷保護：
適當的接地系統可安全地消散雷擊和電湧，保護設備和人員免受危險的過電壓傷害。

靜電消散：
在工業環境中，接地可防止靜電積聚，以免引起火災、爆炸或設備損壞。

接合與接地的區別

電氣接合：

• 連接金屬元件以確保電勢相等
• 防止相鄰金屬表面之間的電壓差
• 在設備中建立連續的電氣通路
• 消除潛在差異造成的震動危險

電氣接地：

• 透過接地電極連接電氣系統與大地
• 提供故障電流返回來源的路徑
• 建立系統電壓參考點
• 啟用保護裝置操作

關鍵整合：
接合和接地必須同時進行 - 接合而不接地會使系統「浮動」，而接地而不接合則會在元件之間產生電位差。

工業危害類別

電擊危險：

直接聯絡：

• 接觸通電導體
• 絕緣故障暴露帶電部件
• 通電設備上的不當工作程序
• 個人防護裝備不足

間接接觸：

• 接觸因故障而通電的金屬外殼
• 步進和觸發電位² 近接地系統
• 接合元件之間的電壓差
• 靜電放電

弧闪和爆炸危险：

弧光閃電的原因：

• 接地不良系統的接地故障
• 具有高阻抗路徑的相對地故障
• 接地不足導致設備故障
• 不當接地系統的維護工作

保護要求：

• 低阻抗接地路徑可快速清除故障
• 保護裝置的適當協調
• 弧光危害分析與標示
• 個人防護裝備要求

真實世界的後果

莎拉化學工廠事件 證明接地故障會造成危及生命的後果：

初始條件：

• 480V 馬達控制中心的電纜接頭已腐蝕
• 濕氣侵入已損害接地的連續性
• 目視檢查並未發現內部腐蝕
• 最近未進行接地系統測試

故障順序：

1. 馬達絕緣故障造成相對地故障
2. 高電阻接地通路無法承載故障電流
3. 控制面板外殼在 240V 時通電
4. 承包商在維護期間接觸到通電表面
5. 故障電流流經工人身體接地

促成因素：

• 接地系統維護不足
• 缺失定期測試與檢查
• 腐蝕的電纜壓蓋連接
• 面板部分之間的接合不足

已實施的預防措施：

• 完整的接地系統檢查與測試
• 使用耐腐蝕材料更換電纜壓蓋
• 強化維護程序與時間表
• 工人的電力安全程序訓練

法規和標準要求

OSHA 要求 (29 CFR 1910.304)：

接地系統標準：

• 設備接地導體要求
• 接地電極系統規格
• 金屬元件的接合要求
• 測試和維護義務

NFPA 70（國家電氣法規）：

第 250 條 - 接地與接合³:

• 系統接地要求
• 設備接地規格
• 接地電極系統
• 金屬元件的接合

國際標準：

IEC 60364 - 電氣裝置：

• 接地系統分類 (TN, TT, IT)
• 防電擊保護
• 等電位鍵合要求
• 安裝與測試程序

特定產業的考慮因素

危險場所：

• 加強防爆的接合要求
• 本質安全系統接地
• 靜電控制措施
• 適用於易燃氣氛的特殊接地方式

海洋和近海：

• 陰極保護系統整合
• 鹽水環境的腐蝕問題
• 外露結構的防雷保護
• 隔離變壓器接地系統

資料中心與 IT 設施：

• 用於設備保護的信號參考接地
• 電源品質與電磁相容性
• 敏感設備的隔離接地
• 突波保護裝置協調

電纜接頭如何確保正確的電氣連續性？

電纜接頭是維持接地系統完整性的關鍵元件 - 選擇或安裝不當會造成危險的高阻抗連接。

電纜接頭透過電纜鎧裝、接頭本體和設備外殼之間金屬與金屬的直接接觸提供電氣連續性，同時在所有操作條件下保持環境密封性和機械電纜保持力。

電纜接地座接地機制

鎧裝電纜系統：

鋼絲裝甲 (SWA)：

• 從電源到負載的連續金屬路徑
• 電纜壓蓋鎧裝提供接地連接
• 多股電線形成冗餘電流通路
• 防腐保護可維持長期的連續性

鋁線護甲 (AWA)：

• 重量較輕，可替代鋼製裝甲
• 需要相容的鋁質等級電纜接頭
• 防止異種金屬間的電化腐蝕
• 與鋼鎧相比，具有更強的傳導性

編織屏蔽系統：

• 柔性金屬編織網覆蓋線芯
• 高頻雜訊抗擾性
• 需要適當的端接以達到接地效果
• 專為編織端接設計的特殊接頭

接地連接方法

直接鎧裝終端：

壓縮型接頭：

• 機械壓縮夾具鎧裝至壓蓋本體
• 金屬與金屬之間的接觸確保低電阻
• 均勻的壓力分佈可防止熱點
• 耐候密封可保持連接完整性

屏障型接觸網：

• 物理屏障可防止護甲股移動
• 在震動下仍能穩定終止
• 強化拉出強度
• 適用於高壓力應用

間接接地方法：

獨立接地導體：

• 獨立設備接地導體 (EGC)
• 端接於專用接地端子
• 裝甲連續性失效時的備份保護
• 非金屬電纜系統所需

接合跳線：

• 壓蓋與外殼之間的外部連接
• 提供備援接地路徑
• 可適應熱膨脹差異
• 方便測試與維護

接地材料選擇

導電材料：

黃銅合金：

• 優異的導電性
• 在大多數環境下都具有耐腐蝕性
• 與銅、鋁導體相容
• 提供符合 RoHS 標準的無鉛配方

不銹鋼：

• 優異的耐腐蝕性
• 適用於嚴苛環境的機械強度
• 導電率比黃銅低，但足以接地
• 可為特殊應用提供非磁性等級

鋁合金：

• 重量輕，適合對重量敏感的應用
• 良好的導電性和耐腐蝕性
• 需要適當的表面處理
• 與鋁製電纜護甲相容

電鍍與表面處理：

鍍鎳：

• 增強防腐保護
• 長時間保持導電性
• 與大多數電纜材料相容
• 船用標準處理

鍍錫：

• 防止基本金屬氧化
• 如有需要，具有極佳的可焊性
• 符合成本效益的保護方法
• 適用於大多數工業環境

環境考量

防腐蝕：

電離相容性：

• 與電纜鎧裝相匹配的壓蓋材料
• 避免異種金屬組合
• 必要時使用隔離墊圈
• 塗上防護塗層

防潮保護：

• 環境密封可防止進水
• 耐腐蝕材料與處理
• 適當的排水與通風設計
• 定期檢查和維護

溫度影響：

熱膨脹：

• 不同的膨脹率可能會對連接造成應力
• 靈活的連接設計可適應移動
• 彈簧式端子可維持接觸壓力
• 溫度循環測試驗證性能

高溫應用：

• 用於高溫環境的特殊合金
• 增強抗氧化性
• 熱循環耐久性
• 絕緣材料相容性

連接電阻要求

可接受的電阻值：

NFPA 70 要求：

• 設備接地導體電阻 ≤ 25 ohms
• 接合跳線電阻 ≤ 0.1 ohms
• 連接電阻 ≤ 0.05 ohms
• 總路徑電阻可使保護裝置運作

測試標準：

• IEEE 142 - 工業和商業電源系統的接地
• IEEE 80 - 交流變電站接地安全指南
• IEC 61936 - 超過 1 kV AC 的電力裝置

測量技術：

• 四線電阻測量⁴ 精確度
• 頻率效應的交流阻抗測試
• 接地故障電流測試
• 觸點和階梯電勢測量

在 Bepto，我們的電纜接頭經過設計和測試，可提供可靠的接地連接，其電阻值遠低於業界要求，確保長期的電氣安全和系統完整性。

哪些是基本的安裝和測試要求？

正確的安裝和測試對於接地系統的有效性至關重要 - 在這些方面走捷徑可能會造成危及生命的危險。

成功的接地安裝需要適當的纜線準備、正確的扭力應用、環境密封性驗證，以及使用校準儀器進行全面測試，以驗證所有操作條件下的電阻值和連續性。

安裝前規劃

系統設計審查：

接地系統分析：

• 單線圖檢查與驗證
• 接地電極系統是否足夠
• 故障電流計算和保護裝置協調
• 設備接地導體尺寸驗證
• 接合需求識別

電纜接頭選擇標準：

• 電纜類型和鎧裝結構相容性
• 環境條件和 IP 等級要求
• 額定載流能力和故障電流
• 材料相容性及耐腐蝕性
• 機械強度與抗震性

安裝環境評估：

• 環境溫度範圍和熱循環
• 濕氣、化學物質和紫外線曝露條件
• 振動和機械應力因素
• 維護與測試的可及性
• 未來擴充與修改需求

電纜準備程序

鎧裝電纜準備：

鋼絲鎧裝 (SWA) 電纜：

1. 電纜切割:使用適當的工具以防止裝甲損壞
2. 剝甲:移除精確的長度，以利壓蓋嚙合
3. 盔甲清潔:清除切削油和碎屑
4. 分股:確保單線移動
5. 核心準備:將絕緣層剝離至所需長度

鋁線鎧裝 (AWA) 電纜：

1. 特殊切削工具:防止鋁絞線變形
2. 去除氧化物:清潔鋁材表面，使其接觸良好
3. 抗氧化化合物:應用於防止未來氧化
4. 溫和的處理:避免斷裂鋁絞線
5. 立即安裝:縮短曝光時間

編織屏蔽電纜：

1. 編織準備:折回電纜護套
2. 終端套管:使用適當的編織連接器
3. 接觸壓力:確保均勻壓縮
4. 遮罩連續性:驗證電氣連接
5. 應力消除:防止辮子因移動而損壞

安裝最佳實務

機械安裝：

扭力需求：

• 嚴格遵循製造商規格
• 使用已校正的扭力扳手
• 以正確的順序施加扭力
• 熱循環後再檢查
• 記錄所有扭力值

線程參與：

• 鋼製接頭至少有 5 個完整螺紋
• 使用適合應用的螺紋密封劑
• 避免過度緊固而損壞螺紋
• 檢查墊片壓縮是否正確
• 驗證環境密封性

電氣連接驗證：

連續性測試：

• 安裝前測試電纜鎧裝的連續性
• 驗證壓蓋與機殼的連接
• 檢查端對端系統連續性
• 機械應力下的測試
• 記錄所有測量結果

電阻測量：

• 使用四線測量技術
• 在多個電流級別進行測試
• 驗證長時間的穩定性
• 與設計要求比較
• 記錄基準值以供日後參考

測試程序與標準

初始驗收測試：

絕緣電阻測試：

• 導體與地線間的測試
• 施加適當的測試電壓
• 符合最低電阻要求
• 安裝前後的測試
• 記錄環境條件

接地故障電流測試：

• 驗證保護裝置的運作
• 測量實際故障電流等級
• 檢查結算時間
• 驗證協調設定
• 在各種系統條件下進行測試

持續測試要求：

定期檢查時間表：

• 目視檢查：每月或每季
• 阻抗測試：每年或每半年
• 熱成像：關鍵系統每年一次
• 機械完整性：停機維護期間
• 文件審查：持續

測試設備要求：

校準儀器：

• 精確度為 0.1% 的數位萬用表
• 用於低電阻測量的微歐姆錶
• 絕緣電阻測試器 (兆赫)
• 接地故障電流注入設備
• 熱成像攝影機

常見安裝錯誤

根據我協助 Sarah 和其他安全人員調查接地故障的經驗，這些安裝錯誤造成的問題最多：

電纜準備不足：

• 鎧裝剝離長度不足
• 製備過程中損壞的鎧甲股
• 受污染的連接表面
• 核心導體準備不當
• 缺失抗氧化處理

安裝程序不正確：

• 錯誤的扭力值或順序
• 螺紋齧合不足
• 墊片或密封件損壞
• 混合材料組合
• 做工品質差

測試捷徑：

• 跳過連續性測試
• 電阻測量不足
• 遺失文件
• 未校正的測試設備
• 測試程序不完整

文件要求

安裝記錄：

所需文件：

• 電纜壓蓋規格表
• 安裝程序合規性
• 扭力值記錄
• 測試結果與量測
• 材料證書和可追蹤性
• 工人資格記錄

測試文件：

測試報告內容：

• 測試設備校正證書
• 測試期間的環境條件
• 完整的測量資料
• 合格/不合格標準和結果
• 已採取的糾正行動
• 檢查員簽名和日期

維護記錄：

持續的文件：

• 定期檢查結果
• 電阻測量趨勢
• 修正維護行動
• 元件更換記錄
• 系統修改文件

品質保證程序

安裝驗證：

多點檢測：

• 根據規格進行材料驗證
• 安裝程序符合性檢查
• 工藝品質評估
• 測試程序驗證
• 文件完整性審查

獨立驗證：

• 關鍵系統的第三方檢驗
• 測試結果的同儕審查
• 工作的監督批准
• 客戶驗收測試
• 法規檢查準備

在 Bepto，我們提供全面的安裝支援，包括詳細的程序、訓練計畫和技術協助，以確保正確的接地系統安裝和長期的可靠性。

如何維持接地系統的長期完整性？

如果沒有適當的維護，接地系統會隨著時間退化 - 一開始的安全安裝可能會變成致命的危險。

有效的接地維護需要定期目視檢查、定期電阻測試、環境監控，並在損害系統安全性和可靠性之前主動更換劣化的元件。

退化機制與警示訊號

與腐蝕有關的故障：

電鍍腐蝕⁵:

• 在有電解質的情況下，發生在不同的金屬之間
• 長期建立高阻抗連接
• 通常隱藏在電纜接頭和連接處內
• 濕氣、鹽和化學物質曝曬會加速惡化
• 預防需要材料相容性和保護塗層

環境腐蝕：

• 金屬組件的一般氧化
• 氯化物環境中的點狀腐蝕
• 機械負載下的應力腐蝕開裂
• 受微生物影響的腐蝕 (MIC)
• 防護塗層的紫外線降解

視覺警告標誌：

• 接頭周圍變色或染色
• 白色、綠色或鐵鏽色沉澱物
• 保護層破裂或損壞
• 鬆脫或損壞的硬體
• 濕氣侵入的證據

機械降解：

熱循環效應：

• 伸縮應力連接
• 螺紋連接會隨著時間變松
• 導致材料產生疲勞裂紋
• 墊片和密封材料老化
• 建立間歇性高阻抗連接

震動與移動：

• 鬆開機械連接
• 造成接觸面的磨損腐蝕
• 斷開電纜鎧裝中的線股
• 損壞電纜接頭內部元件
• 產生應力集中點

檢查程序和頻率

視覺檢驗規範：

每月檢查：

• 檢查是否有明顯的腐蝕或損壞
• 驗證環境密封完整性
• 檢查硬體或連接是否鬆動
• 檢查是否有適當的電纜支撐和應力消除
• 記錄之前檢查的任何變更

每季詳細檢查：

• 取下蓋子檢查內部元件
• 檢查可接觸連接的扭力
• 確認正確的接地導體連接
• 檢查電纜鎧裝狀況
• 測試環境密封效果

年度全面檢查：

• 完整的系統文件審查
• 對所有連接進行熱成像
• 詳細電阻測量
• 機械完整性測試
• 環境狀況評估

測試與量測方案

電阻測試要求：

測試頻率：

• 關鍵安全系統：每半年一次
• 一般工業設備：每年
• 非關鍵應用：每 2-3 年
• 進行任何系統修改後：立即
• 環境事件發生後：視需要而定

測量技術：

四線電阻測試：

• 消除測試導線電阻誤差
• 提供精確的低電阻測量
• 電阻值低於 1 ohm 時需要
• 使用獨立的電流和電壓連接
• 經校正的儀器對於精確度而言至關重要

接地故障電流測試：

• 驗證保護裝置的操作
• 測試實際故障電流路徑
• 驗證系統設計假設
• 識別高阻抗連接
• 確保工人保護的有效性

趨勢與分析：

資料管理：

• 保持歷史電阻測量結果
• 追蹤長期趨勢
• 及早識別退化的連接
• 與驗收標準比較
• 規劃預防性維護活動

預測性維護：

• 建立基線測量
• 設定變更的警示臨界值
• 在故障發生前安排維護
• 優化檢測頻率
• 減少計劃外停機時間

預防性維護策略

元件更換計劃：

預定更換：

• 定期更換墊片和密封件
• 以改良設計更新電纜接頭
• 升級為耐腐蝕材料
• 更換老化的纜線和連接
• 保護系統現代化

根據狀況更換：

• 當電阻超過極限時更換
• 更換出現腐蝕的組件
• 環境破壞後的更新
• 升級下列程式碼變更
• 更換過時設備

環境保護：

防腐蝕：

• 定期塗上保護塗層
• 適當使用防銹劑
• 改善排水與通風
• 控制濕度和溫度
• 消除電偶

濕度控制：

• 保持環境密封性
• 改善外殼設計
• 新增排水系統
• 適當使用乾燥劑
• 監控濕度

維護文件和記錄

記錄保存要求：

檢查記錄：

• 日期、時間和檢查員識別
• 檢驗期間的環境條件
• 詳細結果和觀察
• 狀況的攝影記錄
• 已採取或建議的糾正行動

測試結果：

• 校準儀器識別
• 完整的測量資料
• 測試條件與程序
• 與驗收標準比較
• 趨勢分析與建議

維護活動：

• 執行的工作和使用的材料
• 人員資格與訓練
• 品質控制與驗證
• 成本追蹤與預算管理
• 保固與保證資訊

緊急應變與故障調查

事件回應程序：

立即行動：

• 確保人員安全第一
• 在安全的情況下，解除受影響系統的通電
• 隔離受損部位
• 記錄事件現場
• 通知適當機關

調查過程：

• 保存證據以供分析
• 進行根本原因分析
• 檢閱維修記錄
• 訪問相關人員
• 找出誘因

糾正行動：

• 修復即時的安全隱患
• 實施臨時防護措施
• 開發永久性解決方案
• 更新程序與訓練
• 透過設計變更防止重複發生

訓練與能力要求

人員資格：

電氣工人：

• NFPA 70E 電氣安全訓練
• 弧閃危害意識
• 閉鎖/挂牌程序
• 個人防護裝備的使用
• 緊急應變程序

維護技術員：

• 接地系統原則
• 測試設備操作
• 安裝程序
• 故障排除技術
• 文件要求

安全人員：

• 法規遵循要求
• 危害識別與評估
• 事件調查技巧
• 訓練計畫發展
• 稽核與檢查程序

維護計劃的成本效益分析

Sarah 的植物維護計劃：

年度維護投資：

• 檢查人工：$15,000
• 測試設備和校正：$8,000
• 預防性組件更換：$12,000
• 培訓和認證：$5,000
• 年度總成本：$40,000

避免的成本：

• 防止觸電事故：$500,000+ 電位
• 避免設備損壞：每年 $100,000
• 減少意外停機時間：每年 $200,000
• 降低保險費：每年 $25,000
• 避免的總成本：每年 $825,000+

ROI：1,960%
風險降低：95% 電氣事故減少

總結

透過電纜接頭進行適當的電氣接合與接地，對於工業安全而言至關重要 - 系統化的維護與測試計畫可保護生命，同時透過事故預防與設備保護，提供卓越的財務回報。

有關使用纜線接頭進行電氣接合與接地的常見問題解答

1. 重溫 OSHA 有關電氣安全和系統接地的基本原則。 ↩

2. 瞭解在發生電力故障時，地面上如何會產生危險的電壓梯度。 ↩

3. 探索國家電氣規範中詳細規定的接地和接合的具體要求。 ↩

4. 探索為什麼四線法 (Kelvin) 可以提供高度精確的低電阻測量。 ↩

5. 瞭解造成異種金屬間加速腐蝕的電化學過程。 ↩