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电弧危害及防护

文档作者：蒋平锁文档来源：大唐甘肃发电有限公司		点击数：	更新时间： 2022年01月23日
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第10 卷( 2008 年第7 期) 电力安全技术
电弧事故是一种不可预测的事故。每天，都有
成千上万的工作者暴露在电弧的危险之中。这个巨
大的人群不仅包括电力工人，还包括在石化、化工
工业、燃气、自来水公司、炼油厂及其他一些大中
型企业的雇员。
绝大多数欧洲国家每年对电弧事故都有记录，
包括事故的次数、事故发生时的设备安装类型、事
故设备电压等级等内容。例如1997年的瑞典，有48
项电弧事故的报道。其中，大约1/ 3 的事故发生在
配电网，几乎90 %的事故都发生在不超过1 000V
的低电压下，超过1/ 2的事故发生在开关组件附近，
包括电缆终端盒。最近2～3年中，英国发生了许多
由于地下导线穿透引起的严重烧伤事故。在1987-
1998 年间，共有10起灾难、727 起伤害事故和1 197
人次超过3天的旷工纪录汇报给英国健康与安全部，
绝大多数涉及到低电压电缆。在法国，在平均每年
125 起电气事故中，电弧事故占70 ％，这其中造成
永久伤害的占20 ％以上。
虽然对高压工人面临的危险进行了很好的评
估，而且为这些工人配备了合适的个人防护装置，
但在整个欧洲，成千上万的产业工人面临着低电压
电弧事故的潜在威胁，可能引起严重甚至致命的后
果，并且由于对此危险的疏忽而导致2度、3度烧伤
事故正在不断增加。考虑事故受害者的医疗费用，
误工费、设备损坏费、诉讼费和赔偿费，根据不同
国家的估计，平均一起电弧事故的损失在50万德国
马克(约合237.68 万元人民币)以上。因此，评估特
定工作环境下的危险程度，为劳动者提供合适的个
人防护装置对雇主来说是有益的。
1 电弧事故的特性
在过去的20年，对于电弧事故的特性以及事故
对附近工人潜在危害的了解取得了较大进展。电弧
事故除了有明显的电死和休克的危险外，另一种比
较敏感的威胁就是它的热效应。说它敏感是因为在
这个过程中会产生大面积的辐射热，这是人眼看不
到的，但是却能够对人的皮肤产生～3 度灼伤，进
而产生严重甚至致命的后果。
蒋平锁
（大唐甘肃发电有限公司，甘肃兰州730050）
电弧危害及防护
电弧事故是一种意外事故，因此它是无法预期
的。与人们所熟悉的电火花相比，电弧发生速度非
常快，基本持续不到1 s。电弧事故产生的总能量是
严重火灾所产生的总能量的3～4倍，核心温度可达
摄氏20 000 ℃，比太阳表面温度高2 倍多。这种短
时间内聚集的高能量会对在电弧界面附近的工人产
生致命伤害。另外一个重要的区别在于火灾产生的
火焰具有视觉冲击，其热能大约有50%的对流热(如
火焰)和50 %的辐射热，而在电弧事故中，辐射热
可以达到90%以上。这就意味着即使事故只产生一
点火焰或者根本没有火焰也会引起严重的伤害。
2 电弧的形成
根据国外的研究和试验结果，电弧的形成可分
为4 个阶段。
2.1 压缩阶段
这一阶段持续时间5～15ms。在这一阶段温度
上升，并产生动态压力波。
2.2 膨胀阶段
这一阶段持续时间5～15ms。在这一阶段短暂
的时间内，因燃弧区和周围空气之间存在压力差，
开始产生气流。
2.3 排放阶段
这一阶段可能持续几百毫秒。在这一阶段由于
电弧能量继续输入燃弧点，产生空气流、气流和微
粒流。这种强力高速气流的热量及其所带的炽热微
粒，内部电弧开始形成对外部的影响。
2.4 热效应阶段
热效应阶段即燃弧的最后阶段。在这一阶段最
终使包围短路电弧的空气几乎达到电弧的温度。从
这一阶段开始，大部分燃弧能量作用于开关设备的
固体零部件。此时开关设备有烧穿的危险。故障清
除后，这一阶段随之结束。
电弧产生的能量可高达8～60MW，其大小与
电弧的燃烧时间以及短路电流的平方成正比，其他
影响因素则包括柜体几何尺寸以及所使用的材料
等。电弧燃烧持续时间超过，所释放的能量
开始急剧增加， 5 左右电缆开始燃烧，
Anq uan jiangzuo
安全讲座
9
2 100 ms
1 0ms 200 ms
电力安全技术 第10 卷 ( 2008年第7期)
左右铜排燃烧，到了250ms 左右钢材开始燃烧。所
以，从保护设备的角度来说，目前所采用的变压器
过流保护长达1.2～2.0 s 的动作时间，对于开关柜
内部弧光短路来说，其保护效果是很差的，往往是
在开关柜烧得面目全非后保护才动作，致使事后故
障电弧起始地点没有办法确定，而在这一期间电弧
燃烧所释放的巨大能量对附近工作人员的伤害已不
可避免，特别是在开关柜门打开维修的情形下。
3 电弧对人身的伤害
电弧故障是一种不可预测的偶发事故。与大多
数人非常熟悉的火灾情况相比，电弧故障是一种发
展非常快的事件，在一个非常短的时间内高度集中
释放的能量，因而可能对附近工作人员造成致命的
危害。电弧对人的主要伤害有以下几个方面。
3.1 电击致死
当工作者直接触电，可能造成触电身亡或严重
灼伤。事实上，即使具有防火功能的防护衣也不能
够使工作者免于触电身亡的危险。
3.2 衣服燃烧造成的严重灼伤
工人未必要被电弧接触到才会受伤。电弧产生
的辐射热可以在很短的时间内熔化工具、使日常衣
物起火燃烧。如棉衣及聚酯衣服在没有火焰的情况
下也会起火燃烧，且此种衣服一旦被点燃，便会继
续燃烧从而对穿着者造成致命的伤害。
3.3 衣服爆裂造成严重灼伤
电弧所产生的爆炸或震荡力会使日常衣服绷裂
开，而使工作人员的身体直接暴露于高热、火焰或
熔融的金属(如熔化的金属工具及设备)当中。
3.4 合成纤维内衣滴熔造成严重灼伤
即使在外衣没有燃烧的情况之下，电弧所产生
的高热也足以熔化由合成纤维材料制成的内衣，由
于内衣紧贴皮肤，而给穿着者造成非常严重的、甚
至是致命的伤害。
3.5 续发性火焰引起严重伤害
电弧的高热足以引起续发性火灾，并引起更多
的爆炸。例如，使变压器燃烧或使附近建筑物爆炸。
3.6 其他伤害
巨大而集中的辐射能量从开关设备向外爆发，
所产生的压力波可能损坏人的听力；高强度的闪光
可能损坏人的视力；超高温的电弧火球可能严重烧
伤工作人员的身体；压力波也可能使某些松脱的材
料抛出，对人造成伤害。还有电弧燃烧所产生的有
毒气体(一氧化碳、铝及铜蒸汽等)对人的呼吸系统
也会造成伤害。
在美国，许多实例显示，这些工作者在工作时
若穿着日常服装，往往使他们受到更大的伤害。事
实上，半数以上报告至OSHA(美国职业安全健康委
员会)和电弧相关的受伤案例，都是由工作者的衣物
燃烧所引起的。因此，评估特定工作环境下的危险
程度，为劳动者提供合适的电弧个人防护装备已成
为欧美国家普遍的安全标准要求。抗衡电弧热效应
的个人防护用品可以提供更多的逃离时间和降低烧
伤程度，从而提高事故受害者的生存率。但同时需
要强调的是，穿戴个人防护用品永远都不能代替对
安全操作规范的重视。
4 电弧伤害的防护措施
电弧事故的危害是真实的，无论是经济上还是
从生命代价上考虑，其后果都是昂贵的。无论是中
压设备还是低压设备，故障电弧是偶发事件，对维
护操作工作人员来说是防不胜防的，单单强调执行
操作规程是不够的。为防止故障电弧可能造成的伤
害，提出以下建议。
(1) 严格执行操作规程是必不可少的，但应该
注意， 在各种环境及心情不佳的情况下，发生误操
作等违反规程的事情还是可能发生的，危险还是存
在的，最好是在不带电的情况下工作。
(2) 尽量避免带电工作。值得注意的是：有些
时候带电工作是不可避免的，或者只是本间隔停
电，而旁边间隔是带电的，因此一样地存在着危险。
(3) 穿戴电弧防护装备，如防护手套、防护外
套、防护面罩及防护眼镜等，这在发达国家已广泛
应用。应注意的是，这里提到的防护装备是对某一
工作环境有针对性地选用的。实际应用中要根据工
作场所的电压等级、短路电流大小、工作点与可能
发生电弧点的距离等，计算出工作人员可能受到的
辐射强度，然后选择相应防护等级的装备，才能有
效地达到防护作用。
需要强调的是，使用个人防护装置永远都不能
代替对安全操作规范的重视。制定安全措施的目标
是消除所有的危险源，对于与电相关的工作，意味
着首先考虑的是避免带电工作。如果不能避免，就
必须对特定的工作环境进行危险评估，为劳动者提
供合适的个人防护装置。采用个人防护装置的目
的，是在发生电弧事故时为工作人员提供逃离的时
间，并减少电弧热效应的烧伤程度，从而增加了事
故受害者的生存机会。(收稿日期： 6 )
Anq uanjian gzuo
安全讲座
70
2008- 0 - 10

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