電焊機(jī)保護(hù)技術(shù)及裝置的應(yīng)用技巧

（中國平煤神馬集團(tuán) 職工技術(shù)協(xié)會(huì)，河南平頂山 467021）

0 前言

電焊機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，特別是在機(jī)械制造、設(shè)備維修和建筑工程等行業(yè)更是大量使用，是國民經(jīng)濟(jì)中不可或缺的技術(shù)裝備。然而，由于種種原因，使用電焊機(jī)的各種事故時(shí)常發(fā)生。本研究將從促進(jìn)安全生產(chǎn)和保護(hù)勞動(dòng)者的角度出發(fā)，就電焊機(jī)及線路系統(tǒng)和焊接操作者的保護(hù)裝置進(jìn)行介紹。

1 電焊機(jī)及其安全隱患

電焊機(jī)是弧焊電源的統(tǒng)稱，常見的類型有交流弧焊變壓器、直流弧焊發(fā)電機(jī)、硅弧焊整流器、晶閘管式弧焊整流器、脈沖弧焊電源、逆變式弧焊電源等[1]，常見的產(chǎn)品外形如圖1所示。

電焊機(jī)及其線路系統(tǒng)的隱患較多，由于電焊機(jī)及焊接操作引發(fā)的設(shè)備燒毀、人身傷亡和火災(zāi)事故屢屢發(fā)生，給國家財(cái)產(chǎn)和職工的生命健康造成了巨大且難以彌補(bǔ)的損失。而在高溫、高濕、高粉塵、水下、容器、管道與地溝內(nèi)或船艙等惡劣條件下的焊接作業(yè)中，觸電事故和電焊機(jī)損壞現(xiàn)象更是頻頻發(fā)生。

2 剩余電流動(dòng)作保護(hù)器的應(yīng)用

2.1 技術(shù)背景和保護(hù)原理

傳統(tǒng)的防觸電方法是將電焊機(jī)的金屬機(jī)殼及二次回路側(cè)連接焊件的一端一起接地（或接零），這主要是用于防范電焊機(jī)繞組間絕緣損壞或其他原因引起的機(jī)殼及焊接回路帶上危險(xiǎn)電壓，當(dāng)人體觸及這些帶電體時(shí)造成的觸電事故[2]。盡管電焊機(jī)機(jī)殼和二次回路已經(jīng)接地（或接零），但保護(hù)接地與保護(hù)接零措施只是防止間接接觸觸電最基本的措施[3]，并非萬全之策。因?yàn)楸Ｗo(hù)接地與保護(hù)接零措施的保護(hù)能力和范圍有限，首先該措施無法保護(hù)直接接觸觸電；其二是當(dāng)保護(hù)線PE或保護(hù)中性線PEN中斷后，該措施將完全失去保護(hù)作用；其三是若為TT電源系統(tǒng)，即使是制作了性能良好的接地系統(tǒng)（比如接地電阻為4 Ω），也不能將預(yù)期的觸電電壓限制到安全電壓范圍以內(nèi)[4]。基于上述原因，在電焊機(jī)配電箱中裝設(shè)剩余電流動(dòng)作保護(hù)器（以下稱RCD，見圖2）就顯得格外重要。

圖1 常見的產(chǎn)品外形

RCD用于防范觸電的原理示意如圖3所示。在正常情況下，作為一次側(cè)貫穿于零序電流互感器的電源線的電流有效值相量之和等于零，即

圖2RCD

式（1）表明，無論三相負(fù)載是否平衡，剩余電流恒等于零。因此，對(duì)應(yīng)相線電流和中性線電流IN在零序電流互感器鐵心中所產(chǎn)生的磁通的相量和也等于零，零序電流互感器的二次線圈中不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，脫扣器無動(dòng)作指令，則主開關(guān)不發(fā)生動(dòng)作（處于閉合狀態(tài)），繼續(xù)向電焊機(jī)正常供電。當(dāng)有人觸及帶電的電焊機(jī)機(jī)殼、帶電的焊接回路以及其他漏電部位，或觸及電焊機(jī)一次回路時(shí)，零序電流互感器一次側(cè)的電流有效值向量之和不再等于零，而等于通過人體的電流 Ir， 即

圖3 RCD用于防范觸電的原理示意

從而相線電流IL1、IL2、IL3和中性線電流IN在零序電流互感器鐵心中所產(chǎn)生的磁通 ΦL1、ΦL2、ΦL3和ΦN的相量和也不等于零，而是等于剩余磁通Φr，即

此時(shí)零序電流互感器二次側(cè)的線圈中感應(yīng)出剩余電流，該電流驅(qū)使脫扣器動(dòng)作，使主開關(guān)跳閘，切斷電焊機(jī)的供電回路，可有效防止人體繼續(xù)受到電擊的傷害[5]。

2.2 實(shí)施方案和使用技巧

RCD在電焊機(jī)漏電保護(hù)方面的應(yīng)用實(shí)例如圖4所示。

圖4 RCD在電焊機(jī)漏電保護(hù)方面的應(yīng)用實(shí)例

RCD在選型及維修更換時(shí)必須注意要與電焊機(jī)的容量相適應(yīng)，同時(shí)還要適用于電焊機(jī)的電氣特性，即在產(chǎn)生涌流時(shí)不能誤動(dòng)作。顯然普通的剩余電流動(dòng)作保護(hù)器難以勝任，除非對(duì)其瞬時(shí)脫扣動(dòng)作電流進(jìn)行特殊整定或采用其他措施，但最好選用專門為電焊機(jī)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的產(chǎn)品，如能夠區(qū)分電擊電流和漏電電流，且沒有不靈敏動(dòng)作死區(qū)的ZCB型等全自動(dòng)觸電保護(hù)器或適用于電焊機(jī)的類似產(chǎn)品；在一般的工作場(chǎng)所中，應(yīng)選用額定剩余動(dòng)作電流不大于30 mA、分?jǐn)鄷r(shí)間不大于0.1 s的高靈敏度、快速動(dòng)作型產(chǎn)品；如果工作場(chǎng)所特別潮濕、有腐蝕性介質(zhì)，則應(yīng)選用防濺、防腐蝕型產(chǎn)品，額定剩余動(dòng)作電流不大于15 mA；如果工作場(chǎng)所灰塵特別大，則應(yīng)選用防塵型產(chǎn)品[5]；RCD的極數(shù)和線數(shù)應(yīng)與電焊機(jī)的電源要求相適應(yīng)；就運(yùn)行方式而言，應(yīng)選用無輔助電源型（電磁式）產(chǎn)品，或選用能自動(dòng)斷開的輔助電源型（電子式）產(chǎn)品。

RCD在使用中必須定期對(duì)其進(jìn)行動(dòng)作試驗(yàn)，當(dāng)按動(dòng)試驗(yàn)按鈕后，RCD應(yīng)能可靠動(dòng)作，不動(dòng)作或動(dòng)作不可靠的應(yīng)查明原因并將其退出運(yùn)行。對(duì)于固定場(chǎng)所使用的電焊機(jī)，當(dāng)使用條件和環(huán)境較好時(shí)，每周應(yīng)當(dāng)試驗(yàn)一次，較差時(shí)應(yīng)每天試驗(yàn)一次；對(duì)于移動(dòng)式或臨時(shí)場(chǎng)所使用的電焊機(jī)，每變動(dòng)一次工作地點(diǎn)就應(yīng)進(jìn)行一次動(dòng)作試驗(yàn)。

3 空載自動(dòng)保護(hù)裝置的應(yīng)用

3.1 技術(shù)背景與保護(hù)原理

交流電焊機(jī)二次側(cè)的空載電壓為60～80 V，最高可達(dá)90 V左右，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了安全電壓的上限值（50 V），由此造成的觸電事故屢見不鮮。電焊機(jī)配電箱中裝設(shè)的RCD只能對(duì)電焊機(jī)一次側(cè)的直接接觸觸電、機(jī)殼和二次側(cè)因漏電而造成的間接接觸觸電起保護(hù)作用，但不能對(duì)二次側(cè)空載電壓造成的觸電起保護(hù)作用，這和RCD對(duì)相線與相線間觸電、相線與中性線間觸電不起保護(hù)作用的道理是一樣的。電焊機(jī)空載電壓觸電不是對(duì)地漏電觸電，而是電焊機(jī)空載電壓通過電焊鉗、被焊接的物體等帶電體施加在人體的不同部位造成的，觸電電流的回路與正常工作電流類似，所以一次側(cè)的RCD無法區(qū)分二者，從而無法對(duì)二次側(cè)空載電壓造成的觸電提供保護(hù)作用。

圖5 熄弧斷電裝置

為了避免電焊機(jī)空載電壓造成的觸電，在通常情況下，應(yīng)裝設(shè)空載自動(dòng)保護(hù)裝置（亦稱熄弧斷電裝置，見圖5）；凡是在潮濕地、高空、水下、容器、管道與地溝內(nèi)或船艙等處的焊接作業(yè)，必須安裝電焊機(jī)空載自動(dòng)保護(hù)裝置[6]。該裝置能夠有效避免焊工在進(jìn)行更換焊條等操作時(shí)接觸二次回路的帶電體所造成的觸電事故，其原理是將空載狀態(tài)下電焊機(jī)的二次電壓降至安全電壓范圍內(nèi)，在安全電壓下進(jìn)行更換焊條等操作[7]，通常還兼?zhèn)渎╇姳Ｗo(hù)功能，故具有安全和節(jié)電的雙重意義。

以BFWB-8型弧焊機(jī)防觸（漏）電保護(hù)器為例（見表1），其特點(diǎn)如下：

表1 BFWB-8型弧焊機(jī)防觸（漏）電保護(hù)器的技術(shù)規(guī)格和主要參數(shù)

（1）集成了電焊機(jī)一次側(cè)漏電保護(hù)與二次側(cè)焊接安全保護(hù)的功能，當(dāng)發(fā)生電焊機(jī)內(nèi)線圈絕緣擊穿等漏電故障時(shí)，本裝置可在0.1s內(nèi)迅速切斷總電源，保護(hù)焊工安全。當(dāng)電焊機(jī)發(fā)生一次側(cè)斷路或過載時(shí)，本保護(hù)器也可迅速切斷電源。

（2）電焊機(jī)節(jié)電防觸（漏）電保護(hù)器具有保護(hù)電焊機(jī)二次側(cè)焊接安全的功能，不需要輔助啟動(dòng)裝置，而且起弧速度極快，性能穩(wěn)定可靠。由于采用了獨(dú)特的熄弧和滅弧電路，大大延長了使用壽命，焊接質(zhì)量不受任何影響。

（3）采用初級(jí)感應(yīng)式專利技術(shù)使裝置體積小巧，安裝極為方便，無需任何輔助線和信號(hào)線，直接安裝在配電柜內(nèi)串入電焊機(jī)供電回路就可以使用。

（4）電焊機(jī)節(jié)電防觸（漏）電保護(hù)器具有節(jié)能省電的功能（空載節(jié)能省電最高可達(dá)98%）。

3.2 實(shí)施方案與使用技巧

BFWB-8型弧焊機(jī)防觸（漏）電保護(hù)器實(shí)際應(yīng)用電路如圖6所示。

圖6 BFWB-8型弧焊機(jī)防觸（漏）電保護(hù)器實(shí)際應(yīng)用電路

BFWB-8型弧焊機(jī)防觸（漏）電保護(hù)器的工作條件如下：

①海拔高度不超過1 000 m。

②環(huán)境溫度為－25～40℃。

③相對(duì)濕度：最濕月的最大平均濕度為90%，同時(shí)該月的平均溫度為25℃。

④安裝在無沖擊振動(dòng)及無雨雪侵襲的地方，左端進(jìn)線接電源，右端出線接負(fù)載。

⑤使用場(chǎng)所應(yīng)嚴(yán)禁使用有影響的氣體、蒸汽、化學(xué)性沉積、塵埃、霉菌及其他爆炸性、腐蝕性介質(zhì)，并且無劇烈震動(dòng)和顛簸。

電焊機(jī)空載自動(dòng)斷電保護(hù)裝置在使用過程中應(yīng)定期檢測(cè)其空載斷電時(shí)電焊機(jī)二次側(cè)的輸出電壓，該值必須符合安全電壓值要求，并測(cè)試其最短斷電延時(shí)時(shí)間，一般為1±0.3 s。

4 結(jié)論

介紹了關(guān)于電焊機(jī)保護(hù)裝置的選配和使用經(jīng)驗(yàn)技巧，已在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)揮了良好的作用。大量電氣安全事故的教訓(xùn)及安全生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)證明，采用安全可靠的保護(hù)裝置并合理選型、正確操作與維護(hù)，是保證焊接作業(yè)正常進(jìn)行，防止發(fā)生電氣安全事故的重要環(huán)節(jié)。

[1]胡繩蓀，楊立軍．現(xiàn)代弧焊電源及其控制[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007：254-257．

[2]祁政敏，李保法，佘如春，等．施工現(xiàn)場(chǎng)用電安全手冊(cè)[M]．北京：中國計(jì)劃出版社，2006：22-40．

[3]張應(yīng)立，張莉．焊接安全與衛(wèi)生技術(shù)[M]．北京：中國電力出版社，2003：33-37，41-54．

[4]電世界雜志編輯部．實(shí)用接地技術(shù)[C]．上海：電世界雜志社，1996：49-50，238-248．

[5]國家經(jīng)貿(mào)委安全生產(chǎn)局．電工作業(yè)[M]．北京：氣象出版社，2004：149．

[6]山西省電力公司．焊接與高處安全作業(yè)[M]．北京：中國電力出版社，2001：25-33．

[7]北京市工傷及職業(yè)危害預(yù)防中心．焊工[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005：218-231．