接地故障是指相線、中性線等帶電導體，因絕緣損壞或接觸不良等原因而與外露可導電金屬外殼、裝置外可導電部分、pe線、pen線、大地等發生的短路。接地故障是一種短路，但又區別與一般的短路．它要比一般短路更具有危險性，其引起的間接接觸電擊是 常見的電擊事故，引起的電氣對地電弧和火花也是 常見的電氣起火源，因此應當特別重視。當然接地故障保護也區別于一般的短路保護，它是一種主要著重于防止間接接觸電擊的關系到人身安全方面的防護。
　　
　　1．接地故障保護的原理
　　
　　實驗表明，當人體接觸到的電流值小于ioma時（因入而異，iec所取平均值），人體會有本能的擺脫欲望，然而一旦超過這個界限值，手掌心肌肉的反應將是不依人的意志地緊握帶電導體，而不是擺脫帶電導體。這時，在長時間作用下將會使人體遭受電傷，如果此值大于30 ma，那么將會造成電擊致死的危險。由此可見，電流是使人體遭受電擊的元兇，并與其大小有關，且在一定程度上與其持續的時間有關。
　　
　　在工程計算上，通過人體的電流值表示起來較為繁瑣，而用施加在人體上的電壓值來表示較為容易。
　　
　　人體的阻抗主要是皮膚阻抗，在干燥條件下，皮膚阻抗大，達到30ma的電流需50v的接觸電壓，在潮濕條件下。皮膚阻抗小，達到30ma的電流僅需25v的接觸電壓。故而接地故障保護的原理在于當發生故障時，盡量降低人體的接觸電壓值至上述安全電壓以下，并使用保護電器來限制此電壓值對人體的作用時間，從而使人體避免電傷的危險。
　　
　　2．降低接觸電壓值
　　
　　(1)重復接地
　　
　　《民用建筑電氣設計規范》( jgj16-2008)第12.2.2條中規定：“保護導體或保護接地中性導體應在靠近配電變壓器處接地，且應在進入建筑物處接地。”可見重復接地是在tn系統中對電源端的工作接地的重復設置。顧名思義，重復接地有多個接地，但都是對pe (pen)導體的接地，相互之間是關聯的，因而不同于tt系統。
　　
　　假設一個末端配電箱，一它的外露可導電部分已通過pe線與電源端中性點的地實現了連接，達到了保護接地的要求，但如果就近有現成的接地體可用來作重復接地，發生故障時的接觸電壓則會大大降低。下圖所示為作重復接地的tn-c-s接地系統，ra為重復接地電阻，rb為變壓器中性點接地電阻。zpen和zpe分別為pen線和pe線的阻抗。此時如發生接地故障，人體的預期接觸電壓為故障電流id在pe線與ra 上產生的壓降之和，而ra與rr串聯后再與z。
　　
　　并聯，即ra上的電壓降為zpen上電壓降的分壓，從　　在無重復接地的情況下，如發生接地故障．故障電流ld經相線．pe線及pen線后返回變壓器中性點，此時人體的預期接觸電壓ut=ld．zpe+ld．zpen。
　　
　　從上述分析上看，作重復接地后在一定程度上減小了在發生接地故障時人體的接觸電壓值，一般重復接地的電阻值不宜超過10ω。需要強調的是重復接地是保護導體(pe)或保護接地中性導體(pen)的重復接地，而非中性導體(n)的重復接地。

　　(2)等電位聯結
　　
　　在tn系統中，假如某處發生了不與pe線或pen線相連通的接地故障，由于此類故障回路阻抗大，滿足不了短路保護的動作電流值，使得故障電壓持續存在，產生的故障電壓將沿pe線或pen線傳導蔓延至其他建筑物。這時建筑物內與pe線或pen線連接的金屬可導電外殼便帶有故障電壓，此值如果超過安全電壓，就有發生電擊事故的危險。總等電位聯結的作用便是消除由類似上述原因造成的危險電位差，并使得建筑物內各金屬可導電部分之間的電位趨于接近。而輔助和局部等電位聯結是作用于一個建筑物中的局部范圍，旨在進一步降低不同金屬部件間的電位差。
　　
　　如下圖所示，bm和bl分別為總等電位連結板和局部等電位連結板，虛線為局部等電位連結線。當無局部等電位連結時，人體接觸到的故障電壓ut為a-c段的電位差，其值為故障電流id經a-b-e段pe線的電壓降，c點到電源段的電壓降已在等電位連結以外，對人體接觸電壓不產生影響。

　　3．保護電器的應用
　　
　　tn系統的特點是當發生接地故障時，有較其他接地系統更大的接地故障電流，一般情況下，可利用斷路器的短路保護兼做接地故障保護，如果接地故障電流值應為斷路器瞬動脫扣器整定電流值的1.3倍以上便認為是滿足要求的，此為 經濟的保護措施，但有時配電線路過長，回路阻抗大，接地故障電流很小，經過計算并不能滿足上述要求，歸納起來大約有三點解決措施：
　　
　　(1)適當加大線纜截面積，以此來減小回路阻抗，增大接地故障電流，從而滿足上述要求。以大代小勢必會加大初始投資，這時便要根據實際情況及其他因素綜合考慮，如電纜的抗機械強度、經濟壽命期內的線路損耗費用以及用電負荷的可擴容性等。
　　
　　(2)選用帶有接地故障保護功能的斷路器。目前應用較為廣泛的是剩余電流動作保護器(rcd)，它的整定值只需躲開被保護回路的正常對地泄露電流。由于三相不平衡電流和諧波電流在磁路內被抵消，所以它具有靈敏度高的特點。需要注意其電流互感器包繞了相線和中性線，但卻不包含pe線，故而此措施并不適用于tn-c系統。
　　
　　(3)電動機保護器(emc)。近年來電動機保護器由于具有非常全面的功能而被廣泛使用，特別是化工裝置，大多數用電設備為電動機，這時便可以利用電動機保護器所帶有的接地故障保護功能來實現保護。
　　
　　復接地和等電位聯結用于降低接觸電壓，而保護器用于縮短電流對人體的作用時間，在設計過程中，兩者缺一不可，要相輔相成，才能達到 好的防電擊效果。

　　
　　此時如果b—-e段距離較長，會導致接觸電壓過大，但如果如按圖中虛線作局部等電位連結，其人體接觸電壓將降為a-b段的電位差，便很容易達到安全電壓以下。譬如如果采用整定值為16a的斷路器，其瞬動電流脫扣器整定電流為160a．為使其可靠動作，故障電流的 小值id=1.3x160=208a，所以只要使a-b線段的電阻小于0.24ω便可以接觸電壓降低到一般場所的安全電壓50v。
　　
　　從以上分析可以看出等電位連結的實施在降低接觸電壓方面能起到較為顯著的效果。在電氣設計中，應依據實際情況分別做以總等位連結和局部等電位連結來保證人身安全，幾根連線，既簡單又經濟，卻可以取得很好的效果。

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