王林暉

（山東核電有限公司，山東 煙臺(tái) 265116）

1 前言

電氣設(shè)備應(yīng)用廣泛，正確使用電氣設(shè)備，不發(fā)生人身和設(shè)備傷害事故，是安全生產(chǎn)的基本要求。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在使用電氣設(shè)備過(guò)程中發(fā)生的傷害事故中，電弧事故占比超過(guò)3/4，直接造成的永久殘疾和死亡事故也是據(jù)高不下。可見(jiàn)，電弧事故已經(jīng)成為電氣事故中的頭號(hào)殺手。因此，有必要認(rèn)真分析電弧在實(shí)際工作中發(fā)生的可能并做好防范措施。

目前，雖然國(guó)內(nèi)并沒(méi)有強(qiáng)制性法規(guī)或標(biāo)準(zhǔn)，要求電業(yè)操作人員必須穿戴電弧防護(hù)用品，但是加強(qiáng)電弧防護(hù)卻是必然的趨勢(shì)。

2 電弧防護(hù)的必要性

2.1 電弧危害的定義

所謂電弧危害，是指因電弧釋放大量能量對(duì)人身的傷害或?qū)υO(shè)備造成的損壞。

從實(shí)踐中看，電弧對(duì)人身的傷害，主要是由于電弧燃燒時(shí)產(chǎn)生的高溫引發(fā)的人體組織的灼傷，另外由于這種高溫燃弧引發(fā)的瞬間金屬熔?；蛘羝?、巨大的壓力波等作用于人體，對(duì)人的視力、聽(tīng)力、呼吸道等產(chǎn)生傷害，以及物體打擊等形成的機(jī)械類(lèi)傷害。

2.2 電弧的能量

電弧產(chǎn)生的能量可高達(dá)8MW～60MW，它主要與電弧的燃燒時(shí)間以及短路電流的平方值成正比，其它因素則包括柜體幾何尺寸以及所使用的材料等等。電弧燃燒持續(xù)時(shí)間超過(guò)100ms，所釋放的能量開(kāi)始急劇增加，大約150ms左右電纜開(kāi)始燃燒，200ms左右銅排燃燒，到了250ms左右鋼材開(kāi)始燃燒。從保護(hù)設(shè)備的角度來(lái)說(shuō)，特別是后備過(guò)流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，對(duì)于為開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部弧光短路來(lái)說(shuō)其保護(hù)效果是很差的，往往是開(kāi)關(guān)柜燒得面目全非保護(hù)才動(dòng)作，事后故障電弧起始點(diǎn)地沒(méi)有辦法確定了，而在這一期間電弧燃燒釋放的巨大的能量對(duì)附近工作人員的傷害也是不可避免的了，特別是在開(kāi)關(guān)柜門(mén)打開(kāi)維修的情形。

電弧灼傷是電氣工作者除感電以外最可能傷害的原因，因?yàn)閲?yán)重電弧發(fā)生點(diǎn)的溫度是太陽(yáng)表面溫度的4倍（約35，000℉），周遭的材料物質(zhì)系被氣化或燒熔高溫后噴出，也有電弧強(qiáng)光、氣浪推力與爆炸聲響等傷害，其中如果工作者衣服被點(diǎn)燃則會(huì)造成身體更大面積的燒燙傷，而更易致命。美國(guó)燒傷協(xié)會(huì)（American Burn Association）在1991-1993年燒傷存活數(shù)據(jù)方面的研究結(jié)果指出：治療的存活率與受害者的燒傷面積比率以及年齡大小兩者有密切的關(guān)系，例如20-29歲年齡層的人被燒傷時(shí)約有60%的存活機(jī)會(huì)，但如果是50-59歲年齡層則降至20%。因此如何避免在萬(wàn)一電弧事故發(fā)生時(shí)被灼傷，特別是衣服不能被點(diǎn)燃或熔化成為防范電弧傷害的重點(diǎn)之一（注：熔化的衣服質(zhì)料會(huì)增加傷口清理費(fèi)時(shí)）。除直接燒傷致命以外，電弧氣浪壓力（或推力）是其次可能致命的傷害原因（或造成墜落），嚴(yán)重電弧事故受害者也可能遭受視力損害、聽(tīng)力損失以及呼吸的、肌肉的、骨骼的或神經(jīng)的系統(tǒng)損傷，所以對(duì)電弧傷害的完整防護(hù)應(yīng)是從頭到腳的全身保護(hù)配備系統(tǒng)。

3 個(gè)人電弧防護(hù)用品的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 常規(guī)的個(gè)人防護(hù)

《GB26164.1-2010 電業(yè)安全工作規(guī)程第1部分：熱力和機(jī)械》中3.3.9規(guī)定“……進(jìn)入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)必須穿著材質(zhì)合格的工作服……工作服禁止使用尼龍、化纖或棉、化纖混紡的衣料制作，以防遇火燃燒加重?zé)齻潭取佑|帶電設(shè)備工作，必須穿絕緣鞋?！?/p>

《GB26860-2011 電力安全工作規(guī)程發(fā)電廠和變電站電氣部分》中6.3.2“高壓驗(yàn)電應(yīng)戴絕緣手套”，7.1.3“高壓設(shè)備發(fā)生接地故障時(shí)，室內(nèi)人員進(jìn)入接地點(diǎn)4m以?xún)?nèi)，室外人員進(jìn)入接地點(diǎn)8m以?xún)?nèi)，均應(yīng)穿絕緣靴。接觸設(shè)備的外殼和構(gòu)架時(shí)，還應(yīng)戴絕緣手套”，7.2.2“雷雨天氣巡視室外高壓設(shè)備時(shí)，應(yīng)穿絕緣靴”，7.3.6.4“用絕緣棒拉合隔離開(kāi)關(guān)、高壓熔斷器，或經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)拉合斷路器和隔離開(kāi)關(guān)，均應(yīng)戴絕緣手套”，7.3.6.6“裝卸高壓熔斷器，應(yīng)戴護(hù)目眼鏡和絕緣手套，必要時(shí)使用絕緣夾鉗，并站在絕緣物或絕緣臺(tái)上”。

可見(jiàn)，常規(guī)的電業(yè)安全防護(hù)中，僅從絕緣方面提出了防護(hù)，并從防止燒傷加重考慮，要求衣物材質(zhì)合格（一般通行的做法是采用純棉衣物），并沒(méi)有特別提出防止電弧傷害的衣著要求。

3.2 新的推薦標(biāo)準(zhǔn)

《DLT 320-2010 個(gè)人電弧防護(hù)用品通用技術(shù)要求》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《技術(shù)要求》）中，4.1“對(duì)于經(jīng)電弧危害分析可能面臨電弧能量不小于25.74J/cm2的人員或進(jìn)入可能有電弧危害區(qū)域的人員宜配置相應(yīng)的個(gè)人電弧防護(hù)用品”。

一般來(lái)說(shuō)，防電弧服之所以能對(duì)電弧傷害有很好的防護(hù)效果，主要源于防電弧服是采用高科技的材料制成。該材料具有：耐熱、阻燃、不助燃、不熔融和H 級(jí)電絕緣等永久性的防火、絕緣等特點(diǎn)，通過(guò)外在的服裝來(lái)阻隔電弧燃燒產(chǎn)生的巨大能量，以達(dá)到保護(hù)人身的目的。

4 選用方法

4.1 標(biāo)準(zhǔn)中的計(jì)算方法

《技術(shù)要求》4.3“需要根據(jù)工作崗位可能存在的電弧危害大小選擇個(gè)人電弧防護(hù)用品。個(gè)人防護(hù)用品以ATPV和Ebt電弧值表征的防電弧能力應(yīng)當(dāng)高于工作崗位的電弧危害。”

按照《技術(shù)要求》，計(jì)算步驟分為計(jì)算電弧電流Ia；計(jì)算典型事故能量En；計(jì)算事故能量E。

4.1.1 計(jì)算電弧電流

1kV以下：

式中：

Ia-電弧電流，kA；

K-常數(shù)，開(kāi)放結(jié)構(gòu)為0.153；封閉式結(jié)構(gòu)為0.097；

Ibf-三相短路故障電流，kA；

V-系統(tǒng)電壓，kV；

G-導(dǎo)體間隙，mm；

4.1.2 計(jì)算典型事故能量

典型條件為電弧放電時(shí)間0.2s，工作距離610mm。

式中：

En-典型電弧放電時(shí)間和工作距離的事故能量，J/cm2；

K1-常數(shù)，開(kāi)放結(jié)構(gòu)為-0.792，箱型結(jié)構(gòu)為-0.555；

K2-常數(shù)，未接地及高壓電阻接地系統(tǒng)為0，接地系統(tǒng)為-0.113；

G-導(dǎo)體間隙

4.1.3 計(jì)算事故能量

式中：

E-事故能量，J/cm2；

Cf-系數(shù)，1kV以上為1.0，1kV以下為1.5；

En-典型事故能量，J/cm2；

t-電弧時(shí)間，s；

D-操作距離，mm；

x-距離指數(shù)

4.2 典型設(shè)備的計(jì)算結(jié)果和防護(hù)服選擇

考慮到電站的廠用電壓等級(jí)基本上在10.5kV及以下，高于這一等級(jí)的設(shè)備基本上沒(méi)有就地操作的可能，因此本文僅探討10.5kV及以下電氣設(shè)備的電弧防護(hù)問(wèn)題。

4.2.1 10kV設(shè)備

某電廠10kV設(shè)備選用的是ABB VD4型斷路器。分析計(jì)算輸入條件如下：

（a）系統(tǒng)作業(yè)電壓10.5kV。操作距離910mm；

（b）依照設(shè)計(jì)單位給出的各段中壓母線故障電流中取最大值為42kA；

（c）電弧持續(xù)時(shí)間按保護(hù)切除故障的最大時(shí)間考慮。對(duì)于中壓母線，由于配置有高阻抗差動(dòng)保護(hù)，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間按0.025s，開(kāi)關(guān)分閘時(shí)間按0.065s，則電弧時(shí)間t=0.025+0.065=0.9s。

代入公式（2），可得電弧電流Ia=39.78kA。

代入公式（3），可得計(jì)算典型事故能量En=22J/cm2。

代入公式（4），可得計(jì)算事故能量E=28.17J/cm2。

根據(jù)《技術(shù)要求》中表1，此電弧能量對(duì)應(yīng)的可能危害級(jí)別為Ⅰ級(jí)。說(shuō)明在此母線上的操作過(guò)程中，凡是可能產(chǎn)生電弧傷害的環(huán)節(jié)，均應(yīng)使用Ⅰ級(jí)防護(hù)服，及其對(duì)應(yīng)的面屏、手套/鞋罩。

4.2.2 400V設(shè)備

某電廠400kV設(shè)備選用的是ABB E-MAX型斷路器。分析計(jì)算輸入條件如下：

（a）系統(tǒng)作業(yè)電壓0.4kV，操作距離610mm；

（b）依照設(shè)計(jì)單位給出的各段400V母線故障電流中取最大值為62kA；

（c）電弧持續(xù)時(shí)間按保護(hù)切除故障的最大時(shí)間考慮。對(duì)于400V母線，由于配置有瞬時(shí)/短延時(shí)過(guò)流保護(hù)，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間按0s（如果保護(hù)動(dòng)作時(shí)間按實(shí)際整定的短延時(shí)0.3s，則電弧能量在不可接受的范圍，讀者可自行計(jì)算分析），開(kāi)關(guān)分閘時(shí)間按0.03s，則電弧時(shí)間t=0.03s。

代入公式（1），可得電弧電流Ia=58.88kA。

代入公式（3），可得典型事故能量En=39.8J/cm2。

代入公式（4），可得計(jì)算事故能量E=7.47.J/cm2。

根據(jù)《技術(shù)要求》中表1，此電弧能量對(duì)應(yīng)的可能危害級(jí)別為Ⅱ級(jí)。說(shuō)明在此母線上的操作過(guò)程中，凡是可能產(chǎn)生電弧傷害的環(huán)節(jié)，均應(yīng)使用Ⅱ級(jí)防護(hù)服，及其對(duì)應(yīng)的面屏/頭罩、手套/鞋罩。

哪些環(huán)節(jié)可能會(huì)產(chǎn)生電弧傷害呢？首先，由于ABB開(kāi)關(guān)柜均為成套設(shè)備，母線封閉于柜內(nèi)，無(wú)法直接觸碰；其次，在手車(chē)開(kāi)關(guān)搖入搖出過(guò)程中，當(dāng)手車(chē)的靜觸頭即將離開(kāi)或即將接觸母線觸頭時(shí)，可能產(chǎn)生電弧傷害；最后，在開(kāi)關(guān)分、合閘瞬間，也可能產(chǎn)生電弧傷害。因此，要求操作人員在保持開(kāi)關(guān)手車(chē)柜門(mén)緊閉時(shí)，穿戴符合Ⅰ級(jí)防護(hù)服，及其對(duì)應(yīng)的面屏、手套/鞋罩，才能進(jìn)行此類(lèi)高壓開(kāi)關(guān)手車(chē)的操作。

5 當(dāng)前影響電弧防護(hù)服推廣使用的因素

既然對(duì)于電弧危害的認(rèn)識(shí)是清楚的，而且，無(wú)論是從美國(guó)國(guó)家防火協(xié)會(huì)的NFPA-70E（工作場(chǎng)所的電氣安全）中對(duì)于個(gè)人電弧防護(hù)用品的要求，還是我國(guó)的《技術(shù)要求》均對(duì)于電弧防護(hù)有著明確的技術(shù)要求，那么為什么時(shí)至今日，除了南方電網(wǎng)公司的部分單位外，很少見(jiàn)到有作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用這類(lèi)防護(hù)用品呢？

筆者認(rèn)為主要有以下3點(diǎn)原因：

一是法規(guī)沒(méi)有明令的、強(qiáng)制性條文要求。如前文3.1所述，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的電力安全工業(yè)規(guī)程中并沒(méi)有要求作業(yè)人員在著裝上必須穿戴電弧防護(hù)用品。

二是雖然有《技術(shù)要求》，但作業(yè)人員還是無(wú)法自行評(píng)估電弧能量大小，從而無(wú)法選用合適的防護(hù)用品。如前文4選用方法所述，電弧防護(hù)服的選用必須基于電弧能量的大小，而電弧能量的大小需要計(jì)算。盡管計(jì)算過(guò)程并不復(fù)雜，但公式中的參數(shù)卻并非每一個(gè)作業(yè)人員所能了解到的。比如作業(yè)地點(diǎn)的計(jì)算短路電流，一般由設(shè)計(jì)單位計(jì)算得出，但很少會(huì)直接提供給生產(chǎn)人員；再比如導(dǎo)體間隙、操作距離的數(shù)據(jù)又由設(shè)備廠家掌握，一般也不會(huì)直接提供給生產(chǎn)人員，等等。使得作業(yè)人員在實(shí)際選用中存在困難。

三是業(yè)主單位不夠重視，沒(méi)有將電弧能量計(jì)算、電弧傷害預(yù)防和評(píng)估從設(shè)計(jì)和采購(gòu)階段就納入工作計(jì)劃。運(yùn)營(yíng)中的生產(chǎn)企業(yè)也沒(méi)有積極性去開(kāi)展這一工作。

因此，如果想要推廣電弧防護(hù)用品的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，必須從以上三點(diǎn)著手。首先要在法規(guī)上明確要求電氣作業(yè)人員必須在可能有電弧傷害風(fēng)險(xiǎn)時(shí)要穿戴適用的電弧防護(hù)用品；其次，要由業(yè)主單位出面，聯(lián)合設(shè)計(jì)單位和電氣設(shè)備廠家，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)地點(diǎn)逐一計(jì)算并給出預(yù)計(jì)危害級(jí)別和相應(yīng)防護(hù)級(jí)別，最后，將選用對(duì)應(yīng)防護(hù)級(jí)別的防護(hù)服要求寫(xiě)入運(yùn)行操作規(guī)程，將危害級(jí)別標(biāo)識(shí)于各作業(yè)地點(diǎn)以提醒作業(yè)人員注意和指導(dǎo)其正確選用防護(hù)用品。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)電弧防護(hù)必要性、能量分析和計(jì)算、防護(hù)用品的選擇實(shí)例，對(duì)電氣工作中合理避免電弧傷害提供了指導(dǎo)。同時(shí)也澄清了之前對(duì)于電弧傷害的兩點(diǎn)誤區(qū)：一是電弧傷害并不等同于觸電和燒傷傷害；二是電弧能量大小與電壓等級(jí)并無(wú)直接關(guān)聯(lián)。電壓越低可能風(fēng)險(xiǎn)越大。

我們也要看到，安全工作永無(wú)止境，任何防護(hù)都是多重屏障中的一道防線。電氣操作的規(guī)范性、人員的培訓(xùn)、配電設(shè)備的質(zhì)量、盡可能地避免就地操作等因素，同樣是規(guī)避電弧傷害的有力保證。

[1]DL/T 320-2010，個(gè)人電弧防護(hù)用品通用技術(shù)要求[S].

[2]Genevieve Laverty.電弧防護(hù)服性能測(cè)量[J].電力安全技術(shù)，2008（09）.

[3]陳增發(fā)，張澤.電弧防護(hù)發(fā)展歷史與防護(hù)服的選擇[M].電力安全技術(shù)，2008（11）.

[4]馬新安，張瑩.紡織品熱防護(hù)技術(shù)研究[C].第11屆功能性紡織品、納米技術(shù)應(yīng)用及低碳紡織研討會(huì)論文集，2011.

[5]丘必養(yǎng).合理配用防電弧產(chǎn)品，降低電弧傷害[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2010（30）.