電弧防護程序實踐簡論

徐燎原

摘 要：由對電弧防護問題探討，提出初步解決方案。通過對NFPA 70E即員工工作場所電氣安全要求標準的解析，最終提出完整的解決方案：電弧危害防護程序流程。具體程序流程為危險評估；出具電弧危險評估的報告；針對現場情況，編制員工勞動防護用品的計劃；人員培訓等步驟，讓作業操作人員了解作業時存在何種危險，危險的大小，并針對危害大小采取相應的防護手段和防護用品。最終，在整個實施過程中，提升整體人員的安全意識，改變我們的觀念。

關鍵詞：電弧防護；NFPA 70E；防護界線；危險評估；防護用品

1 問題提出

中、低壓線路和設備發生短路故障時，所產生的電弧光對設備和人員造成很大的傷害。目前在國內中低壓系統中一般不配置專用的保護，而是依賴上一級變壓器的后備保護切除短路故障，這樣導致了故障切除時間的延長，加大了設備的損傷程度，破壞嚴重時可能造成事故進一步擴大，威脅到系統的穩定運行，該問題已引起業內專業人士的高度重視。

此問題解決方法的探討，應從弧光的產生原因分析入手，弧光產生原因有：人為原因、技術原因及包括環境原因在內的其他原因等。人為原因又分為：誤入帶電間隔、隔離開關誤操作、帶接地線合閘等誤操作導致的原因；技術原因又分為：設備故障和帶電設備的誤操作、設備正常檢修后，遺漏工具在開關設備內、錯誤的接線和母線連接等原因；其他原因分為絕緣老化、機械磨損、過電壓、小動物（尤其是老鼠）、灰塵、溫度、濕度及腐蝕等環境因素。

電弧防護作者認為可以從采用專用設備和采用合適的防護方法方面來考慮解決辦法。如設備方面：采用電氣公司的弧光母線保護系統等；防護方法方面：“掛牌上鎖”防護方法，在設備上工作前應將所有的設備和系統與電氣能源隔離。

以上的解決方法，都只能照顧到特定的情況和方面，真要從根本上解決弧光危害，應遵從美國NFPA 70E標準規定：不得帶電作業，如需帶電必須穿戴個人防護用品。

2 NFPA 70E防護知識簡介

NFPA 70E是美國職業安全和監控管理局主導下開始實施的，作為一項統一的電氣安全標準，目的是幫助工作人員遵守《美國國家電氣規范》的同時達到美國職業安全和監控管理局的安全要求。經過多次修訂后，在2004年增加關于防護電弧事故的安全規定。

70E規定了如何安全切斷電源并上牌掛鎖，并規定了帶電作業時需要穿戴哪些防護用具，如何操作，以及使用哪些工具，規定得相當細致，并具有操作性。2004版增加了電弧能量計算公式，以及 “電弧保護的安全距離”等內容。

3 應用事例

我們知道帶電作業一旦發生電弧將：產生地球上最高的熱量——最高到19，000攝氏度；劇烈的高溫導致空氣的瞬間膨脹，導致高壓電沖擊波（閃電是自然界的電弧）；所有已知的材料全部氣化（銅膨脹67，000倍，水1670倍）；密閉空間的電弧，像配電室（MCCs）或者開關設備，能量會通過開放的一側進行爆炸并被放大；電弧會將融化的金屬以高速噴射出來，高速的金屬回進入人體；爆炸的氣浪會將人扔出房間和拋到樓梯上，人體胸部承受的壓力大于1kgf/cm2；衣服會在幾英寸內燃燒，穿衣的區域比暴露的皮膚會受到更多的傷害；聽力損傷，離電弧兩英尺處的聲音可以達到140分貝。

我們如何能知道帶電作業時存在何種危險，危險的大小，并針對危害大小采取相應的防護手段呢？

首先，我們要準備電力線路或電力系統的單線系統圖，即把三相交流電力系統中的各種元件，用規定的圖形或符號，按它們的實際連接方式，以等效單線表示的系統電氣接線圖。其次，我們將運用“電弧危害防護程序”流程。

步驟如下：

第一步，危險評估：弧光能量的大小取決于以下因素：系統電壓、故障電流大小、發生的持續時間。應有專業人員根據電力系統的參數，計算電弧防護界線，及瞬時的釋放能量和危險的分類確定。

防護界線分為四類：（1）有限進入界線：只有合格人員進入或者不合格人員在合格人員的陪伴下才能進入；（2）限制性進入界線：只有合格人員才能進入，要求具備防止電擊的知識；（3）禁止進入界線：只有合格人員才能進入，并配備與直接帶電部分接觸要求的防護設備；（4）電弧保護界線：離電弧產生點安全的區域線。

根據計算能量，區分危險等級：小于等于1.2cal/cm2，為危險等級類型0；1.2cal/cm2-4cal/cm2，為危險等級類型1；4.1cal/cm2-8cal/cm2，為危險等級類型2；8.1cal/cm2-25cal/cm2為危險等級類型3；25.1cal/cm2-40cal/cm2，為危險等級類型4；大于等于40cal/cm2，無定義。

第二步，輸出文件：出具電弧危險評估的報告；如圖1所示。

第三步，針對現場情況，編制員工勞動防護用品的計劃。

針對不同危險，推薦使用的防護如下：

一類危險：阻燃長袖襯衫和/或外套，袖子應放下，并扣緊袖口（阻燃服應全部蓋住皮膚和可燃性衣服）；工作褲采用自然纖維面料；橡膠手套上部應帶有防護層；護目鏡；安全帽；皮靴；不得佩戴首飾、鑰匙、手表；絕緣工具。

二類危險：阻燃長袖襯衫和/或外套，袖子應放下，并扣緊袖口（阻燃服應全部蓋住皮膚和可燃性衣服）；阻燃工作褲（不得使用牛仔褲）或采用自然纖維織物工作服；橡膠手套上部應帶有防護層；皮靴；頭盔和聽力保護裝置；不得佩戴首飾、鑰匙、手表；絕緣工具。

三類危險：全套防護服（外套、工裝褲、頭盔）；橡膠手套上部應帶有防護層；皮靴；不得佩戴首飾、鑰匙、手表；絕緣工具，等等。

第四步，員工的培訓，讓作業操作、維護人員了解作業時存在何種危險，危險的大小，并針對危害大小采取相應的防護手段。

4 展望

既然NFPA70E對鼓勵工人和雇主慎重對待帶電作業起到了巨大的保護作用，為什么NFPA70E電弧防護應用并不普遍呢？主要原因是缺乏安全意識和教育，瞬時的釋放能量（短路電流）、“電弧保護的安全距離”等要由專業技術人員來計算并計算繁瑣，以及如何正確洗滌阻燃服、防護用具的保養和檢測不便等一些實際應用問題的阻礙。

NFPA70E（2004）標準中采用了最新的技術，但我們企業的技術仍然很落后，它正在改變我們的觀念：過去電工人員以處理問題快、熟悉業務作為主要技能，隨著安全意識的加強，如今技能已經無法代替防護用品了。