电弧防护应该引起重视

文/安彪

电弧事故对人身安全和设备安全的影响是巨大的，而我国对电弧防护还处在触电、电烧伤的认识阶段，亟待制定电弧防护服国家标准和相关配备规范。

电流通过人体产生热电效应、电生理效应、电化学效应和电弧等致人体以及皮肤、皮下组织、深层肌肉、血管、神经、骨关节和内部脏器的广泛损伤，同时电弧造成的高温高达6 000℃甚至20 000℃，能让服装瞬间燃烧，皮肤被大面积烧伤，后续治疗困难，极容易感染，因没有很好的治疗办法，形成更大的二次伤害，造成更多的事故后死亡。除了电弧烧伤本身造成当事人的伤痛外，给被烧伤人员带来的精神痛苦会更大，对他们今后的生活造成很大的生理影响和社交障碍，对他们的亲人、社交团体也造成不可计算的负面心理影响。电弧防护已经成为一个不可回避的技术和社会课题。

电弧现象及危害

电弧是一种气体放电现象，是电流通过某些绝缘介质（例如空气）所产生的瞬间火花。电弧属于一种自持气体导电，即电离气体中的电传导，其大多数载流子为一次电子发射所产生的电子。触头金属表面因一次电子发射（热离子发射、场致发射或光电发射）导致电子逸出，间隙中气体原子或分子会因电离（碰撞电离、光电离和热电离）而产生电子和离子。电子或离子轰击发射表面又会引起二次电子发射。当间隙中离子浓度足够大时，间隙被电击穿而发生电弧。

我们可以简单地认为电火花就是电弧，也就是高压电源将空气等绝缘介质等离子化后的导电和放热现象，在我们的生活中无处不在。比如我们穿脱毛衣的静电放电的火花，插拔电源插头的电火花，电弧焊的弧光，天空中的闪电等。电弧的共同特征是要释放大量的焦耳热，产生大量紫外线，电弧区域的温度很高，维持的时间不确定。电弧分为有源电弧和无源电弧两种情况，有源电弧可维持的时间相对长，无源电弧能维持的时间非常短。有源电弧又分为交流和直流，无源电弧一般是指雷电和日常生活中的静电火花。以下无特别说明均指有源电弧。

电弧分为阴极区、阳极区和弧柱三大部分。阴极会发出电子，攻击空气中气体分子使其电离为离子，最后电子再回到阳极，如果电子和离子达到一定的平衡，并能提供稳定的电源，我们就能得到稳定的电弧放电现象。电弧焊就是利用了这样的原理。但弧柱区域是漂浮不定的，电弧会随等离子化的气体不停移动，如果电极的固定性不佳，根据动量守恒的原则，电极本身会做相应的反冲运动，让电弧的形状和漂浮变得更为复杂。

在日常的生产活动中，除去电弧焊、电弧炉等人工热源用途外，绝大部分电弧现象是我们不需要的，对人身安全和设备安全是不利的，常常会发生电弧事故，包括平常说的电烧伤事故，与触电事故相伴相随。

电弧事故防护

如何防范电弧事故呢？一般说来分主动预防和被动防护两个办法。主动预防的最好方法就是完全断电操作，并确保操作过程中不会重新被接通电源。被动防护又分为三种，一是使用绝缘操作杆、绝缘操作台等办法，让人远离可能产生电弧的区域；二是在特别危险的操作或岗位上穿着厚重的高防护性能的电绝缘服套装、屏蔽服或电弧防护服；三是在所有的带电区域的工作人员、管理人员、参观人员等穿着具有相当防护性能的电弧防护服，也就是穿戴具备相应防护性能的日常工作服。

不容置疑，完全断电操作是最可靠的，但是发电厂、高压输电、变电站、变电箱、自动化生产车间存在不能完全断电的场合太多，有时实施完全断电还是被禁止的，况且断电开闸和送电合闸本身就是产生电弧事故的高危险性操作，有时断电引起的事故和损失往往会更大，因此必要的带电作业是不可避免的。特别危险的操作或岗位要求事先对操作人员进行专门的培训并考核合格，作业现场必须准备相应的电弧防护装备和其他防范措施，按章作业，发生重大事故的频率并不高。

图2 电弧烧伤

电弧防护服装

配备具有相应防护性能的防电弧工作服，作为日常的工作服是十分科学有效的被动防护策略，但往往容易被管理者忽视。

一般说来超过200 V均需要电弧防护。稍微有规模的工厂，5 kV或10 kV以上电压的电源进厂，然后再变压使用是常有的事，普及有防护性能的防电弧工作服是十分必要的。电力、电网、变电站等企业更应该如此。可以根据电压、距离、空气湿度等计算出具体岗位所需要的电弧防护等级，正确选择和穿着相应性能的防护服，明确避开电弧伤害的警戒线是不可或缺的有效措施。

根据欧美的经验，一般采用以下的方法来规范性配备。第一，特殊或危险操作，可以请专家根据专业的计算公式配备高级别的岗位操作服（一般要求电弧量级ATPV值达30～40 Cal/cm2或以上），作为该操作装备必不可少的一部分；第二，电力、电网、变电站等工人或有机会去现场的管理人员配备达到二级防护能力（电弧量级ATPV值8.0 Cal/cm2以上）的工作服；第三，电力、电网、变电站以外的工厂，一定存在动力管理、变电室、配点室、电工、维修工等工种，他们需要配备达到一定防护能力（电弧量级ATPV值6.0～8.0 Cal/cm2或以上）的工作服。

由于电弧事故的突发性和高危险性，我们很难用真人进行电弧防护测试，分析事故监控视频成为研究电弧危害性的重要手段。从某普通工厂变电间的监控视频得知，先后相距不到0.2 s的时间内，电弧事故突然发生，电工没有穿着有电弧防护性能的工作服，当场死亡。另一个视频中，有两人同在一区域，一人应该为专业技术人员，穿戴有专门的防电弧服，另一人可能是管理人员或路过人员，没有穿着防电弧工作服。突然发生电弧放电，穿防电弧工作服的工人本能反射性地后退，安全撤离，而另一位未穿着电弧防护服的人员的衣服立即被点燃，造成严重烧伤。防电弧工作服能让周边人员有更多的反应时间，迅速撤出电弧放电的危险区域，这正是防电弧工作服的价值所在。

由于电弧测试的费用非常贵，能测试的实验室也很少，并属于破坏性测试，所以对购买的电弧防护服进行防电弧性能确认性检验是不太现实的。那么在购买电弧防护服时，一定要把防电弧性能的可靠性和稳定性放在第一位。从欧美市场的情况看，使用方均选用性能稳定持久的材料阻燃面料缝制的电弧防护服，主动避开后整理阻燃面料制作的电弧防护服。因为后整理阻燃面料的生产批次间差异大，且工作服需要频繁洗涤，对性能的下降程度无法把握，又不能简单进行确认性检测的情况下，不敢冒险选用后整理阻燃面料。部分国家的配备规范中索性明确规定只能使用材料阻燃面料的电弧防工作服。我国电力行业的DL/T 320-2010 《个人电弧防护用品通用技术要求》标准也作了类似的规定。值得注意的是，防电弧服必须具备阻燃性，但阻燃性不与防电弧性能正相关，防电弧的机理还没有公认的理论，不能用阻燃性测试数据替代防电弧性能的测试。

我们的生活已经离不开电，电弧事故的风险随时存在。通过不断的探索和研究，对电弧防护的测试已经形成欧洲和美国两大电弧防护测试体系。欧洲的测试方法标准为EN61482-1-2，美国的电弧测试标准为ASTM F 1959，其中美国的防电弧测试更加严格、更加严谨，越来越成为国际上广泛认可的测试标准。由于电弧测试产生的电脉冲对电网的污染，需要独立的电网供电，全世界范围内具备发放电弧防护测试报告的实验室只有两个。一个在加拿大，一个在西班牙。我国对电弧的防护还处在触电、电烧伤的认识阶段，还没有建立电弧防护测试实验室的计划，也没有电弧防护服国家标准和相关配备规范，改善和提高广大涉电工人们的电弧防护水平任重道远，应该引起相关人士的重视。

我们相信随着大家对电弧危害认识的加深，随着国家个体防护顶层设计的不断完善，我国电弧防护一定能逐步提高，包括电弧防护测试在内完全有可能实现弯道超车，走到世界的前列。