配電箱電弧灼傷的危害分析

王修儉 丁力

摘 要：本文首先探討IEEE 1584標準的電弧灼傷危害的分析方法，并歸納有關電弧個人防護裝備的選用及危險警告標示，最后以供電系統22kV、380 V和220 V三個配電等級，建立配電箱電弧灼傷危害分析的分析實例，以供配電設計者、供電企業、鋼鐵的電力用戶單位進行電弧灼傷危害評估，降低配電箱作業時的電弧灼傷危害事故。

關鍵詞：配電箱；個人防護設備；電弧灼傷；危害評估

中圖分類號：TM93 文獻標識碼：A

配電箱電弧會造成人員與設備的傷亡與損害，電弧燃燒常發生在盤門及匯流排上，造成設備與導線的熔斷，釀成火災。在配電箱附近工作的人員，身體會因高溫而灼傷，燃燒可能產生含有一氧化碳、銅或鋁氣化的有毒氣體造成電力工人身體的傷害。因此電弧危害一直是現場電氣工作人員除電感外的最大隱藏風險，其嚴重性與電感一樣可危及生命，所以有必要對其防護進行研究。

一、危害分析

IEEE 1584是國際間弧光分析的重要參考標準，因此有關電弧危害的分析主要依據IEEE 1584所提的能量模型基表格，決定弧光能量的大小和等級。IEEE 1584的弧光能量計算方程適用的電壓范圍從208 V至15kV，短路電流從0.7kA到106kA。

采用IEEE 1584進行危害分析時，其分析流程如下：

1）資料收集：包括系統資料及現場安裝資料、系統單線圖、變壓器、回路分布、保護繼電器等各元器件的參數；

2）系統操作方式：如系統含一個或多個饋線、備用匯流排斷路器開關狀態等；

3）計算三相短路電流：計算短路電流，弧光分析所需的短路電流為三相短路電流；

4）系統電壓及導線間距：收集每個匯流排的系統電壓及導線間距，IEEE 1584有導線間距值的規范。

5）計算弧光閃絡電流：利用三相短路電流根據IEEE 1584公式推算弧光閃絡電流，一般比三相短路電流小；

6）預測故障消除時間：根據電流逆時特性曲線及不同保護設備，選用不同的時間消除故障，如保險絲熔斷、斷路器跳脫；

7）工作距離：電弧能量定義為閃光點與人員臉與胸接觸面的距離，而非與手的距離，IEEE 1584有工作距離的典型值。

8）計算弧光能量：通過IEEE 1584經驗公式，計算弧光能量。

二、能量模型

IEEE 1584弧光分析方程式，即通過三相短路電流的計算，以討論弧光電流、弧光能量與弧光危險距離的關系，表1為設備與電壓等級的距離系數。

IEEE 1584規定危險距離由中心點開始，分別為活電區、限制區、限制接近邊界、管制區、管制接近邊界與弧光保護邊界。弧光保護邊界定義為能量等于1.2cal/cm2時，人員與弧光發生處的距離；管制接近邊界：僅允許受訓合格人員接近暴露活電設備部分的邊界；限制接近邊界：僅合格人員具有適當點擊防護及個人防護設備才可接觸活電部分的邊界區域。

三、個人防護設備與危險標識

通過IEEE 1584可計算弧光能量，并以1.2cal/cm2為基準簡單分為三個能量等級，在個人防護設備選用上只需計算弧光能量，選用合適的個人防護設備即可，如表2所示的弧光危險等級與個人防護設備選用表。

IEEE 1584弧光危險標志應包含下列三點：

1）該設備的電壓等級；

2）禁止接近邊界、限制接近邊界、管制接近邊界及弧光保護邊界；

3）弧光電流、防護衣物最少應承受的能量、個人保護裝備等級。

在新版中將禁止接近距離刪除，未來警告標記呈現限制接近距離，且弧光能量與危險等級不能同時標示。

四、結論

電弧閃光事故的發生，其伴隨的高溫、高壓及爆炸物，將可能對工作人員造成包括身體燒傷、灼傷或視力的損害，更嚴重的可導致死亡。其發生原因主要可歸為人為因素、設備因素或系統因素，雖然通過各種努力改善，但僅能降低其發生概率，無法完全避免。電弧閃光事故的預防，首先必須進行弧光分類及危險等級分類，以作為電力工人弧光預防與改善的參考。短路電流與弧光燃燒時間為決定弧光能量的主要因素，在整個系統結構確定的情況下，短路電流為定值，因此縮短弧光燃燒時間為減少弧光能量的主要方法，然而傳統的過電流保護因為選擇性保護，必須延長跳脫時間，因此在不更改設備設定的情況下，建議加裝弧光保護繼電器以降低燃燒時間。