电弧防护程序实践简论

徐燎原

摘 要：由对电弧防护问题探讨，提出初步解决方案。通过对NFPA 70E即员工工作场所电气安全要求标准的解析，最终提出完整的解决方案：电弧危害防护程序流程。具体程序流程为危险评估；出具电弧危险评估的报告；针对现场情况，编制员工劳动防护用品的计划；人员培训等步骤，让作业操作人员了解作业时存在何种危险，危险的大小，并针对危害大小采取相应的防护手段和防护用品。最终，在整个实施过程中，提升整体人员的安全意识，改变我们的观念。

关键词：电弧防护；NFPA 70E；防护界线；危险评估；防护用品

1 问题提出

中、低压线路和设备发生短路故障时，所产生的电弧光对设备和人员造成很大的伤害。目前在国内中低压系统中一般不配置专用的保护，而是依赖上一级变压器的后备保护切除短路故障，这样导致了故障切除时间的延长，加大了設备的损伤程度，破坏严重时可能造成事故进一步扩大，威胁到系统的稳定运行，该问题已引起业内专业人士的高度重视。

此问题解决方法的探讨，应从弧光的产生原因分析入手，弧光产生原因有：人为原因、技术原因及包括环境原因在内的其他原因等。人为原因又分为：误入带电间隔、隔离开关误操作、带接地线合闸等误操作导致的原因；技术原因又分为：设备故障和带电设备的误操作、设备正常检修后，遗漏工具在开关设备内、错误的接线和母线连接等原因；其他原因分为绝缘老化、机械磨损、过电压、小动物（尤其是老鼠）、灰尘、温度、湿度及腐蚀等环境因素。

电弧防护作者认为可以从采用专用设备和采用合适的防护方法方面来考虑解决办法。如设备方面：采用电气公司的弧光母线保护系统等；防护方法方面：“挂牌上锁”防护方法，在设备上工作前应将所有的设备和系统与电气能源隔离。

以上的解决方法，都只能照顾到特定的情况和方面，真要从根本上解决弧光危害，应遵从美国NFPA 70E标准规定：不得带电作业，如需带电必须穿戴个人防护用品。

2 NFPA 70E防护知识简介

NFPA 70E是美国职业安全和监控管理局主导下开始实施的，作为一项统一的电气安全标准，目的是帮助工作人员遵守《美国国家电气规范》的同时达到美国职业安全和监控管理局的安全要求。经过多次修订后，在2004年增加关于防护电弧事故的安全规定。

70E规定了如何安全切断电源并上牌挂锁，并规定了带电作业时需要穿戴哪些防护用具，如何操作，以及使用哪些工具，规定得相当细致，并具有操作性。2004版增加了电弧能量计算公式，以及 “电弧保护的安全距离”等内容。

3 应用事例

我们知道带电作业一旦发生电弧将：产生地球上最高的热量——最高到19，000摄氏度；剧烈的高温导致空气的瞬间膨胀，导致高压电冲击波（闪电是自然界的电弧）；所有已知的材料全部气化（铜膨胀67，000倍，水1670倍）；密闭空间的电弧，像配电室（MCCs）或者开关设备，能量会通过开放的一侧进行爆炸并被放大；电弧会将融化的金属以高速喷射出来，高速的金属回进入人体；爆炸的气浪会将人扔出房间和抛到楼梯上，人体胸部承受的压力大于1kgf/cm2；衣服会在几英寸内燃烧，穿衣的区域比暴露的皮肤会受到更多的伤害；听力损伤，离电弧两英尺处的声音可以达到140分贝。

我们如何能知道带电作业时存在何种危险，危险的大小，并针对危害大小采取相应的防护手段呢？

首先，我们要准备电力线路或电力系统的单线系统图，即把三相交流电力系统中的各种元件，用规定的图形或符号，按它们的实际连接方式，以等效单线表示的系统电气接线图。其次，我们将运用“电弧危害防护程序”流程。

步骤如下：

第一步，危险评估：弧光能量的大小取决于以下因素：系统电压、故障电流大小、发生的持续时间。应有专业人员根据电力系统的参数，计算电弧防护界线，及瞬时的释放能量和危险的分类确定。

防护界线分为四类：（1）有限进入界线：只有合格人员进入或者不合格人员在合格人员的陪伴下才能进入；（2）限制性进入界线：只有合格人员才能进入，要求具备防止电击的知识；（3）禁止进入界线：只有合格人员才能进入，并配备与直接带电部分接触要求的防护设备；（4）电弧保护界线：离电弧产生点安全的区域线。

根据计算能量，区分危险等级：小于等于1.2cal/cm2，为危险等级类型0；1.2cal/cm2-4cal/cm2，为危险等级类型1；4.1cal/cm2-8cal/cm2，为危险等级类型2；8.1cal/cm2-25cal/cm2为危险等级类型3；25.1cal/cm2-40cal/cm2，为危险等级类型4；大于等于40cal/cm2，无定义。

第二步，输出文件：出具电弧危险评估的报告；如图1所示。

第三步，针对现场情况，编制员工劳动防护用品的计划。

针对不同危险，推荐使用的防护如下：

一类危险：阻燃长袖衬衫和/或外套，袖子应放下，并扣紧袖口（阻燃服应全部盖住皮肤和可燃性衣服）；工作裤采用自然纤维面料；橡胶手套上部应带有防护层；护目镜；安全帽；皮靴；不得佩戴首饰、钥匙、手表；绝缘工具。

二类危险：阻燃长袖衬衫和/或外套，袖子应放下，并扣紧袖口（阻燃服应全部盖住皮肤和可燃性衣服）；阻燃工作裤（不得使用牛仔裤）或采用自然纤维织物工作服；橡胶手套上部应带有防护层；皮靴；头盔和听力保护装置；不得佩戴首饰、钥匙、手表；绝缘工具。

三类危险：全套防护服（外套、工装裤、头盔）；橡胶手套上部应带有防护层；皮靴；不得佩戴首饰、钥匙、手表；绝缘工具，等等。

第四步，员工的培训，让作业操作、维护人员了解作业时存在何种危险，危险的大小，并针对危害大小采取相应的防护手段。

4 展望

既然NFPA70E对鼓励工人和雇主慎重对待带电作业起到了巨大的保护作用，为什么NFPA70E电弧防护应用并不普遍呢？主要原因是缺乏安全意识和教育，瞬时的释放能量（短路电流）、“电弧保护的安全距离”等要由专业技术人员来计算并计算繁琐，以及如何正确洗涤阻燃服、防护用具的保养和检测不便等一些实际应用问题的阻碍。

NFPA70E（2004）标准中采用了最新的技术，但我们企业的技术仍然很落后，它正在改变我们的观念：过去电工人员以处理问题快、熟悉业务作为主要技能，随着安全意识的加强，如今技能已经无法代替防护用品了。