電站個人電弧防護用品的選用

王林暉

（山東核電有限公司，山東 煙臺 265116）

1 前言

電氣設備應用廣泛，正確使用電氣設備，不發生人身和設備傷害事故，是安全生產的基本要求。

據統計，在使用電氣設備過程中發生的傷害事故中，電弧事故占比超過3/4，直接造成的永久殘疾和死亡事故也是據高不下。可見，電弧事故已經成為電氣事故中的頭號殺手。因此，有必要認真分析電弧在實際工作中發生的可能并做好防范措施。

目前，雖然國內并沒有強制性法規或標準，要求電業操作人員必須穿戴電弧防護用品，但是加強電弧防護卻是必然的趨勢。

2 電弧防護的必要性

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人身的傷害或對設備造成的損壞。

從實踐中看，電弧對人身的傷害，主要是由于電弧燃燒時產生的高溫引發的人體組織的灼傷，另外由于這種高溫燃弧引發的瞬間金屬熔粒或蒸汽、巨大的壓力波等作用于人體，對人的視力、聽力、呼吸道等產生傷害，以及物體打擊等形成的機械類傷害。

2.2 電弧的能量

電弧產生的能量可高達8MW～60MW，它主要與電弧的燃燒時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。電弧燃燒持續時間超過100ms，所釋放的能量開始急劇增加，大約150ms左右電纜開始燃燒，200ms左右銅排燃燒，到了250ms左右鋼材開始燃燒。從保護設備的角度來說，特別是后備過流保護動作時間相對較長，對于為開關柜內部弧光短路來說其保護效果是很差的，往往是開關柜燒得面目全非保護才動作，事后故障電弧起始點地沒有辦法確定了，而在這一期間電弧燃燒釋放的巨大的能量對附近工作人員的傷害也是不可避免的了，特別是在開關柜門打開維修的情形。

電弧灼傷是電氣工作者除感電以外最可能傷害的原因，因為嚴重電弧發生點的溫度是太陽表面溫度的4倍（約35，000℉），周遭的材料物質系被氣化或燒熔高溫后噴出，也有電弧強光、氣浪推力與爆炸聲響等傷害，其中如果工作者衣服被點燃則會造成身體更大面積的燒燙傷，而更易致命。美國燒傷協會（American Burn Association）在1991-1993年燒傷存活數據方面的研究結果指出：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系，例如20-29歲年齡層的人被燒傷時約有60%的存活機會，但如果是50-59歲年齡層則降至20%。因此如何避免在萬一電弧事故發生時被灼傷，特別是衣服不能被點燃或熔化成為防范電弧傷害的重點之一（注：熔化的衣服質料會增加傷口清理費時）。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），嚴重電弧事故受害者也可能遭受視力損害、聽力損失以及呼吸的、肌肉的、骨骼的或神經的系統損傷，所以對電弧傷害的完整防護應是從頭到腳的全身保護配備系統。

3 個人電弧防護用品的應用現狀

3.1 常規的個人防護

《GB26164.1-2010 電業安全工作規程第1部分：熱力和機械》中3.3.9規定“……進入生產現場必須穿著材質合格的工作服……工作服禁止使用尼龍、化纖或棉、化纖混紡的衣料制作，以防遇火燃燒加重燒傷程度……接觸帶電設備工作，必須穿絕緣鞋?！?/p>

《GB26860-2011 電力安全工作規程發電廠和變電站電氣部分》中6.3.2“高壓驗電應戴絕緣手套”，7.1.3“高壓設備發生接地故障時，室內人員進入接地點4m以內，室外人員進入接地點8m以內，均應穿絕緣靴。接觸設備的外殼和構架時，還應戴絕緣手套”，7.2.2“雷雨天氣巡視室外高壓設備時，應穿絕緣靴”，7.3.6.4“用絕緣棒拉合隔離開關、高壓熔斷器，或經傳動機構拉合斷路器和隔離開關，均應戴絕緣手套”，7.3.6.6“裝卸高壓熔斷器，應戴護目眼鏡和絕緣手套，必要時使用絕緣夾鉗，并站在絕緣物或絕緣臺上”。

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

3.2 新的推薦標準

《DLT 320-2010 個人電弧防護用品通用技術要求》（以下簡稱《技術要求》）中，4.1“對于經電弧危害分析可能面臨電弧能量不小于25.74J/cm2的人員或進入可能有電弧危害區域的人員宜配置相應的個人電弧防護用品”。

一般來說，防電弧服之所以能對電弧傷害有很好的防護效果，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 級電絕緣等永久性的防火、絕緣等特點，通過外在的服裝來阻隔電弧燃燒產生的巨大能量，以達到保護人身的目的。

4 選用方法

4.1 標準中的計算方法

《技術要求》4.3“需要根據工作崗位可能存在的電弧危害大小選擇個人電弧防護用品。個人防護用品以ATPV和Ebt電弧值表征的防電弧能力應當高于工作崗位的電弧危害?！?/p>

按照《技術要求》，計算步驟分為計算電弧電流Ia；計算典型事故能量En；計算事故能量E。

4.1.1 計算電弧電流

1kV以下：

式中：

Ia-電弧電流，kA；

K-常數，開放結構為0.153；封閉式結構為0.097；

Ibf-三相短路故障電流，kA；

V-系統電壓，kV；

G-導體間隙，mm；

4.1.2 計算典型事故能量

典型條件為電弧放電時間0.2s，工作距離610mm。

式中：

En-典型電弧放電時間和工作距離的事故能量，J/cm2；

K1-常數，開放結構為-0.792，箱型結構為-0.555；

K2-常數，未接地及高壓電阻接地系統為0，接地系統為-0.113；

G-導體間隙

4.1.3 計算事故能量

式中：

E-事故能量，J/cm2；

Cf-系數，1kV以上為1.0，1kV以下為1.5；

En-典型事故能量，J/cm2；

t-電弧時間，s；

D-操作距離，mm；

x-距離指數

4.2 典型設備的計算結果和防護服選擇

考慮到電站的廠用電壓等級基本上在10.5kV及以下，高于這一等級的設備基本上沒有就地操作的可能，因此本文僅探討10.5kV及以下電氣設備的電弧防護問題。

4.2.1 10kV設備

某電廠10kV設備選用的是ABB VD4型斷路器。分析計算輸入條件如下：

（a）系統作業電壓10.5kV。操作距離910mm；

（b）依照設計單位給出的各段中壓母線故障電流中取最大值為42kA；

（c）電弧持續時間按保護切除故障的最大時間考慮。對于中壓母線，由于配置有高阻抗差動保護，保護動作時間按0.025s，開關分閘時間按0.065s，則電弧時間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），可得計算典型事故能量En=22J/cm2。

代入公式（4），可得計算事故能量E=28.17J/cm2。

根據《技術要求》中表1，此電弧能量對應的可能危害級別為Ⅰ級。說明在此母線上的操作過程中，凡是可能產生電弧傷害的環節，均應使用Ⅰ級防護服，及其對應的面屏、手套/鞋罩。

4.2.2 400V設備

某電廠400kV設備選用的是ABB E-MAX型斷路器。分析計算輸入條件如下：

（a）系統作業電壓0.4kV，操作距離610mm；

（b）依照設計單位給出的各段400V母線故障電流中取最大值為62kA；

（c）電弧持續時間按保護切除故障的最大時間考慮。對于400V母線，由于配置有瞬時/短延時過流保護，保護動作時間按0s（如果保護動作時間按實際整定的短延時0.3s，則電弧能量在不可接受的范圍，讀者可自行計算分析），開關分閘時間按0.03s，則電弧時間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），可得計算事故能量E=7.47.J/cm2。

根據《技術要求》中表1，此電弧能量對應的可能危害級別為Ⅱ級。說明在此母線上的操作過程中，凡是可能產生電弧傷害的環節，均應使用Ⅱ級防護服，及其對應的面屏/頭罩、手套/鞋罩。

哪些環節可能會產生電弧傷害呢？首先，由于ABB開關柜均為成套設備，母線封閉于柜內，無法直接觸碰；其次，在手車開關搖入搖出過程中，當手車的靜觸頭即將離開或即將接觸母線觸頭時，可能產生電弧傷害；最后，在開關分、合閘瞬間，也可能產生電弧傷害。因此，要求操作人員在保持開關手車柜門緊閉時，穿戴符合Ⅰ級防護服，及其對應的面屏、手套/鞋罩，才能進行此類高壓開關手車的操作。

5 當前影響電弧防護服推廣使用的因素

既然對于電弧危害的認識是清楚的，而且，無論是從美國國家防火協會的NFPA-70E（工作場所的電氣安全）中對于個人電弧防護用品的要求，還是我國的《技術要求》均對于電弧防護有著明確的技術要求，那么為什么時至今日，除了南方電網公司的部分單位外，很少見到有作業現場使用這類防護用品呢？

筆者認為主要有以下3點原因：

一是法規沒有明令的、強制性條文要求。如前文3.1所述，國家標準的電力安全工業規程中并沒有要求作業人員在著裝上必須穿戴電弧防護用品。

二是雖然有《技術要求》，但作業人員還是無法自行評估電弧能量大小，從而無法選用合適的防護用品。如前文4選用方法所述，電弧防護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算。盡管計算過程并不復雜，但公式中的參數卻并非每一個作業人員所能了解到的。比如作業地點的計算短路電流，一般由設計單位計算得出，但很少會直接提供給生產人員；再比如導體間隙、操作距離的數據又由設備廠家掌握，一般也不會直接提供給生產人員，等等。使得作業人員在實際選用中存在困難。

三是業主單位不夠重視，沒有將電弧能量計算、電弧傷害預防和評估從設計和采購階段就納入工作計劃。運營中的生產企業也沒有積極性去開展這一工作。

因此，如果想要推廣電弧防護用品的現場應用，必須從以上三點著手。首先要在法規上明確要求電氣作業人員必須在可能有電弧傷害風險時要穿戴適用的電弧防護用品；其次，要由業主單位出面，聯合設計單位和電氣設備廠家，對于現場作業地點逐一計算并給出預計危害級別和相應防護級別，最后，將選用對應防護級別的防護服要求寫入運行操作規程，將危害級別標識于各作業地點以提醒作業人員注意和指導其正確選用防護用品。

結語

通過對電弧防護必要性、能量分析和計算、防護用品的選擇實例，對電氣工作中合理避免電弧傷害提供了指導。同時也澄清了之前對于電弧傷害的兩點誤區：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并無直接關聯。電壓越低可能風險越大。

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

[1]DL/T 320-2010，個人電弧防護用品通用技術要求[S].

[2]Genevieve Laverty.電弧防護服性能測量[J].電力安全技術，2008（09）.

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

[4]馬新安，張瑩.紡織品熱防護技術研究[C].第11屆功能性紡織品、納米技術應用及低碳紡織研討會論文集，2011.

[5]丘必養.合理配用防電弧產品，降低電弧傷害[J].中國高新技術企業，2010（30）.