電弧防護應該引起重視

文/安彪

電弧事故對人身安全和設備安全的影響是巨大的，而我國對電弧防護還處在觸電、電燒傷的認識階段，亟待制定電弧防護服國家標準和相關配備規范。

電流通過人體產生熱電效應、電生理效應、電化學效應和電弧等致人體以及皮膚、皮下組織、深層肌肉、血管、神經、骨關節和內部臟器的廣泛損傷，同時電弧造成的高溫高達6 000℃甚至20 000℃，能讓服裝瞬間燃燒，皮膚被大面積燒傷，后續治療困難，極容易感染，因沒有很好的治療辦法，形成更大的二次傷害，造成更多的事故后死亡。除了電弧燒傷本身造成當事人的傷痛外，給被燒傷人員帶來的精神痛苦會更大，對他們今后的生活造成很大的生理影響和社交障礙，對他們的親人、社交團體也造成不可計算的負面心理影響。電弧防護已經成為一個不可回避的技術和社會課題。

電弧現象及危害

電弧是一種氣體放電現象，是電流通過某些絕緣介質（例如空氣）所產生的瞬間火花。電弧屬于一種自持氣體導電，即電離氣體中的電傳導，其大多數載流子為一次電子發射所產生的電子。觸頭金屬表面因一次電子發射（熱離子發射、場致發射或光電發射）導致電子逸出，間隙中氣體原子或分子會因電離（碰撞電離、光電離和熱電離）而產生電子和離子。電子或離子轟擊發射表面又會引起二次電子發射。當間隙中離子濃度足夠大時，間隙被電擊穿而發生電弧。

我們可以簡單地認為電火花就是電弧，也就是高壓電源將空氣等絕緣介質等離子化后的導電和放熱現象，在我們的生活中無處不在。比如我們穿脫毛衣的靜電放電的火花，插拔電源插頭的電火花，電弧焊的弧光，天空中的閃電等。電弧的共同特征是要釋放大量的焦耳熱，產生大量紫外線，電弧區域的溫度很高，維持的時間不確定。電弧分為有源電弧和無源電弧兩種情況，有源電弧可維持的時間相對長，無源電弧能維持的時間非常短。有源電弧又分為交流和直流，無源電弧一般是指雷電和日常生活中的靜電火花。以下無特別說明均指有源電弧。

電弧分為陰極區、陽極區和弧柱三大部分。陰極會發出電子，攻擊空氣中氣體分子使其電離為離子，最后電子再回到陽極，如果電子和離子達到一定的平衡，并能提供穩定的電源，我們就能得到穩定的電弧放電現象。電弧焊就是利用了這樣的原理。但弧柱區域是漂浮不定的，電弧會隨等離子化的氣體不停移動，如果電極的固定性不佳，根據動量守恒的原則，電極本身會做相應的反沖運動，讓電弧的形狀和漂浮變得更為復雜。

在日常的生產活動中，除去電弧焊、電弧爐等人工熱源用途外，絕大部分電弧現象是我們不需要的，對人身安全和設備安全是不利的，常常會發生電弧事故，包括平常說的電燒傷事故，與觸電事故相伴相隨。

電弧事故防護

如何防范電弧事故呢？一般說來分主動預防和被動防護兩個辦法。主動預防的最好方法就是完全斷電操作，并確保操作過程中不會重新被接通電源。被動防護又分為三種，一是使用絕緣操作桿、絕緣操作臺等辦法，讓人遠離可能產生電弧的區域；二是在特別危險的操作或崗位上穿著厚重的高防護性能的電絕緣服套裝、屏蔽服或電弧防護服；三是在所有的帶電區域的工作人員、管理人員、參觀人員等穿著具有相當防護性能的電弧防護服，也就是穿戴具備相應防護性能的日常工作服。

不容置疑，完全斷電操作是最可靠的，但是發電廠、高壓輸電、變電站、變電箱、自動化生產車間存在不能完全斷電的場合太多，有時實施完全斷電還是被禁止的，況且斷電開閘和送電合閘本身就是產生電弧事故的高危險性操作，有時斷電引起的事故和損失往往會更大，因此必要的帶電作業是不可避免的。特別危險的操作或崗位要求事先對操作人員進行專門的培訓并考核合格，作業現場必須準備相應的電弧防護裝備和其他防范措施，按章作業，發生重大事故的頻率并不高。

圖2 電弧燒傷

電弧防護服裝

配備具有相應防護性能的防電弧工作服，作為日常的工作服是十分科學有效的被動防護策略，但往往容易被管理者忽視。

一般說來超過200 V均需要電弧防護。稍微有規模的工廠，5 kV或10 kV以上電壓的電源進廠，然后再變壓使用是常有的事，普及有防護性能的防電弧工作服是十分必要的。電力、電網、變電站等企業更應該如此。可以根據電壓、距離、空氣濕度等計算出具體崗位所需要的電弧防護等級，正確選擇和穿著相應性能的防護服，明確避開電弧傷害的警戒線是不可或缺的有效措施。

根據歐美的經驗，一般采用以下的方法來規范性配備。第一，特殊或危險操作，可以請專家根據專業的計算公式配備高級別的崗位操作服（一般要求電弧量級ATPV值達30～40 Cal/cm2或以上），作為該操作裝備必不可少的一部分；第二，電力、電網、變電站等工人或有機會去現場的管理人員配備達到二級防護能力（電弧量級ATPV值8.0 Cal/cm2以上）的工作服；第三，電力、電網、變電站以外的工廠，一定存在動力管理、變電室、配點室、電工、維修工等工種，他們需要配備達到一定防護能力（電弧量級ATPV值6.0～8.0 Cal/cm2或以上）的工作服。

由于電弧事故的突發性和高危險性，我們很難用真人進行電弧防護測試，分析事故監控視頻成為研究電弧危害性的重要手段。從某普通工廠變電間的監控視頻得知，先后相距不到0.2 s的時間內，電弧事故突然發生，電工沒有穿著有電弧防護性能的工作服，當場死亡。另一個視頻中，有兩人同在一區域，一人應該為專業技術人員，穿戴有專門的防電弧服，另一人可能是管理人員或路過人員，沒有穿著防電弧工作服。突然發生電弧放電，穿防電弧工作服的工人本能反射性地后退，安全撤離，而另一位未穿著電弧防護服的人員的衣服立即被點燃，造成嚴重燒傷。防電弧工作服能讓周邊人員有更多的反應時間，迅速撤出電弧放電的危險區域，這正是防電弧工作服的價值所在。

由于電弧測試的費用非常貴，能測試的實驗室也很少，并屬于破壞性測試，所以對購買的電弧防護服進行防電弧性能確認性檢驗是不太現實的。那么在購買電弧防護服時，一定要把防電弧性能的可靠性和穩定性放在第一位。從歐美市場的情況看，使用方均選用性能穩定持久的材料阻燃面料縫制的電弧防護服，主動避開后整理阻燃面料制作的電弧防護服。因為后整理阻燃面料的生產批次間差異大，且工作服需要頻繁洗滌，對性能的下降程度無法把握，又不能簡單進行確認性檢測的情況下，不敢冒險選用后整理阻燃面料。部分國家的配備規范中索性明確規定只能使用材料阻燃面料的電弧防工作服。我國電力行業的DL/T 320-2010 《個人電弧防護用品通用技術要求》標準也作了類似的規定。值得注意的是，防電弧服必須具備阻燃性，但阻燃性不與防電弧性能正相關，防電弧的機理還沒有公認的理論，不能用阻燃性測試數據替代防電弧性能的測試。

我們的生活已經離不開電，電弧事故的風險隨時存在。通過不斷的探索和研究，對電弧防護的測試已經形成歐洲和美國兩大電弧防護測試體系。歐洲的測試方法標準為EN61482-1-2，美國的電弧測試標準為ASTM F 1959，其中美國的防電弧測試更加嚴格、更加嚴謹，越來越成為國際上廣泛認可的測試標準。由于電弧測試產生的電脈沖對電網的污染，需要獨立的電網供電，全世界范圍內具備發放電弧防護測試報告的實驗室只有兩個。一個在加拿大，一個在西班牙。我國對電弧的防護還處在觸電、電燒傷的認識階段，還沒有建立電弧防護測試實驗室的計劃，也沒有電弧防護服國家標準和相關配備規范，改善和提高廣大涉電工人們的電弧防護水平任重道遠，應該引起相關人士的重視。

我們相信隨著大家對電弧危害認識的加深，隨著國家個體防護頂層設計的不斷完善，我國電弧防護一定能逐步提高，包括電弧防護測試在內完全有可能實現彎道超車，走到世界的前列。