配电箱电弧灼伤的危害分析

王修俭 丁力

摘 要：本文首先探讨IEEE 1584标准的电弧灼伤危害的分析方法，并归纳有关电弧个人防护装备的选用及危险警告标示，最后以供电系统22kV、380 V和220 V三个配电等级，建立配电箱电弧灼伤危害分析的分析实例，以供配电设计者、供电企业、钢铁的电力用户单位进行电弧灼伤危害评估，降低配电箱作业时的电弧灼伤危害事故。

关键词：配电箱；个人防护设备；电弧灼伤；危害评估

中图分类号：TM93 文献标识码：A

配电箱电弧会造成人员与设备的伤亡与损害，电弧燃烧常发生在盘门及汇流排上，造成设备与导线的熔断，酿成火灾。在配电箱附近工作的人员，身体会因高温而灼伤，燃烧可能产生含有一氧化碳、铜或铝气化的有毒气体造成电力工人身体的伤害。因此电弧危害一直是现场电气工作人员除电感外的最大隐藏风险，其严重性与电感一样可危及生命，所以有必要对其防护进行研究。

一、危害分析

IEEE 1584是国际间弧光分析的重要参考标准，因此有关电弧危害的分析主要依据IEEE 1584所提的能量模型基表格，决定弧光能量的大小和等级。IEEE 1584的弧光能量计算方程适用的电压范围从208 V至15kV，短路电流从0.7kA到106kA。

采用IEEE 1584进行危害分析时，其分析流程如下：

1）资料收集：包括系统资料及现场安装资料、系统单线图、变压器、回路分布、保护继电器等各元器件的参数；

2）系统操作方式：如系统含一个或多个馈线、备用汇流排断路器开关状态等；

3）计算三相短路电流：计算短路电流，弧光分析所需的短路电流为三相短路电流；

4）系统电压及导线间距：收集每个汇流排的系统电压及导线间距，IEEE 1584有導线间距值的规范。

5）计算弧光闪络电流：利用三相短路电流根据IEEE 1584公式推算弧光闪络电流，一般比三相短路电流小；

6）预测故障消除时间：根据电流逆时特性曲线及不同保护设备，选用不同的时间消除故障，如保险丝熔断、断路器跳脱；

7）工作距离：电弧能量定义为闪光点与人员脸与胸接触面的距离，而非与手的距离，IEEE 1584有工作距离的典型值。

8）计算弧光能量：通过IEEE 1584经验公式，计算弧光能量。

二、能量模型

IEEE 1584弧光分析方程式，即通过三相短路电流的计算，以讨论弧光电流、弧光能量与弧光危险距离的关系，表1为设备与电压等级的距离系数。

IEEE 1584规定危险距离由中心点开始，分别为活电区、限制区、限制接近边界、管制区、管制接近边界与弧光保护边界。弧光保护边界定义为能量等于1.2cal/cm2时，人员与弧光发生处的距离；管制接近边界：仅允许受训合格人员接近暴露活电设备部分的边界；限制接近边界：仅合格人员具有适当点击防护及个人防护设备才可接触活电部分的边界区域。

三、个人防护设备与危险标识

通过IEEE 1584可计算弧光能量，并以1.2cal/cm2为基准简单分为三个能量等级，在个人防护设备选用上只需计算弧光能量，选用合适的个人防护设备即可，如表2所示的弧光危险等级与个人防护设备选用表。

IEEE 1584弧光危险标志应包含下列三点：

1）该设备的电压等级；

2）禁止接近边界、限制接近边界、管制接近边界及弧光保护边界；

3）弧光电流、防护衣物最少应承受的能量、个人保护装备等级。

在新版中将禁止接近距离删除，未来警告标记呈现限制接近距离，且弧光能量与危险等级不能同时标示。

四、结论

电弧闪光事故的发生，其伴随的高温、高压及爆炸物，将可能对工作人员造成包括身体烧伤、灼伤或视力的损害，更严重的可导致死亡。其发生原因主要可归为人为因素、设备因素或系统因素，虽然通过各种努力改善，但仅能降低其发生概率，无法完全避免。电弧闪光事故的预防，首先必须进行弧光分类及危险等级分类，以作为电力工人弧光预防与改善的参考。短路电流与弧光燃烧时间为决定弧光能量的主要因素，在整个系统结构确定的情况下，短路电流为定值，因此缩短弧光燃烧时间为减少弧光能量的主要方法，然而传统的过电流保护因为选择性保护，必须延长跳脱时间，因此在不更改设备设定的情况下，建议加装弧光保护继电器以降低燃烧时间。