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電弧防護(hù)服防護(hù)性能測(cè)量

文檔作者： Genevi eve Laver t y 文檔來(lái)源：杜邦歐洲實(shí)驗(yàn)室技術(shù)專家		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年01月23日
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第l O卷( 2008年第9期) 電力安全技術(shù)
1概述
G燃
電弧謗護(hù)服謗護(hù)性能測(cè)量
Genevi eve Laver t y
(杜邦歐洲實(shí)驗(yàn)室技術(shù)專家，瑞士日內(nèi)瓦)
在過(guò)去10年里，人們對(duì)電弧事故的本質(zhì)以及電
弧對(duì)附近工人造成的人身傷害等方面的認(rèn)知取得了
顯著進(jìn)展。電弧造成的人身傷害，除了有觸電和電
擊等顯著傷害外，還有其他相對(duì)不直觀的傷害，如
電弧事故中形成的熱效應(yīng)。熱效應(yīng)是由電弧產(chǎn)生的
較大比例的熱輻射引起的，肉眼不可見(jiàn)，所以相對(duì)
不直觀；但是卻可能對(duì)人體皮膚造成一定程度的灼
傷，甚至導(dǎo)致更嚴(yán)重或致命的傷害。
電弧事故是一種非主觀和非預(yù)期的偶然性事
故。相對(duì)于爆燃事故，偶然性電弧事故更常見(jiàn)。電
弧事故由斷路器等安全設(shè)施在事故發(fā)生時(shí)自動(dòng)引
發(fā)，持續(xù)時(shí)間短暫，往往不到l S。電弧產(chǎn)生的總能
量可能是嚴(yán)重爆燃事故的3～4倍以上，這種高強(qiáng)度
熱能在短時(shí)間內(nèi)作用于附近工人的小范圍皮膚上，
會(huì)形成致命傷害。此外，爆燃事故是肉眼可見(jiàn)的，因
為爆燃過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生煙霧，其熱能一半通過(guò)對(duì)流傳
遞( 火焰) ，一半通過(guò)輻射傳遞；而電弧事故產(chǎn)生的
熱能有90％以上為輻射熱，即使電弧沒(méi)有產(chǎn)生火焰
或者產(chǎn)生少量火焰，也會(huì)造成嚴(yán)重傷害。
電弧產(chǎn)生的熱能會(huì)點(diǎn)燃或者熔化工人的防護(hù)
服，使防護(hù)服開(kāi)裂，從而對(duì)皮膚產(chǎn)生嚴(yán)重傷害。灼
傷根據(jù)傷害的程度可以分為3類：一度灼傷，表現(xiàn)
為疼痛、皮膚發(fā)紅，但沒(méi)有形成水泡；二度灼傷，表
現(xiàn)為皮膚形成水泡，表皮必須再生；三度灼傷，表
現(xiàn)為徹底破壞表皮，皮膚本身無(wú)法再生，形成結(jié)疤
組織。
絕大多數(shù)歐洲國(guó)家每年都會(huì)對(duì)發(fā)生的電弧事故
數(shù)量、事故發(fā)生中裝置的類型以及電弧條件(包括事
故電壓)等進(jìn)行記錄。例如，1997年瑞典盡管已經(jīng)建
立了非常完善的安全管理制度，但依然公布了48起
電弧事故。其中，大約1／3的事故發(fā)生在配電網(wǎng)絡(luò)，
另外1／3的事故發(fā)生在加工工業(yè)領(lǐng)域，大約90％的
事故發(fā)生在低壓電( 如l kV以下) 系統(tǒng)中，其中一半
以上發(fā)生在開(kāi)關(guān)部件，包括電纜分配箱。在過(guò)去2～
3年時(shí)間內(nèi)，英國(guó)也發(fā)生了很多與低壓電纜相關(guān)的
致命重灼傷事故。在1987—1998年間，英國(guó)健康
和安全執(zhí)行局總共接收到10起死亡、727起重傷以
及1 197起超過(guò)3天事假的報(bào)告，主要事故原因均與
低壓電纜相關(guān)；在同一時(shí)期，地面挖掘作業(yè)過(guò)程中
發(fā)生的電纜損害事故超過(guò)68 250起。
一般工業(yè)界對(duì)高壓電系統(tǒng)所能產(chǎn)生的傷害較為
重視，會(huì)對(duì)這些危害進(jìn)行評(píng)估和采取一定的措施，
并使用個(gè)人防護(hù)裝備(PPE)進(jìn)行防護(hù)。但是，整個(gè)歐
洲對(duì)低壓電系統(tǒng)發(fā)生的電弧傷害警惕性較低，使工
人面臨被電弧灼傷的危險(xiǎn)。這些工人不僅包括電力
工人，也包括石油化工、天然氣、水設(shè)施以及煉油
廠中的工人。根據(jù)不同國(guó)家的情況估計(jì)，電弧事故
造成的經(jīng)濟(jì)花費(fèi)一般約為20萬(wàn)英鎊，其中包括事故
受害者的醫(yī)療費(fèi)用、誤工費(fèi)用、設(shè)備損壞費(fèi)用、法
律費(fèi)用和賠償費(fèi)用。因此，企業(yè)對(duì)特定環(huán)境下的風(fēng)
險(xiǎn)程度進(jìn)行評(píng)估并為工人提供合適的PPE，是十分
必要的。這也是EC指令89／686的要求。
此外，為工人提供PPE的同時(shí)還必須規(guī)范工人
的安全操作行為習(xí)慣，以最終消除危險(xiǎn)源。例如，在
電氣裝置附近工作時(shí)，首先應(yīng)避免帶電作業(yè)；當(dāng)無(wú)
法避免帶電作業(yè)時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體工作環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)程
度評(píng)估使用合適的PPE，以防護(hù)電弧熱效應(yīng)，從而
為工人增加逃逸時(shí)間，降低灼傷等級(jí)，增加事故受
害者的生存機(jī)會(huì)。
2灼傷程度測(cè)量
19世紀(jì)60年代，St ol l 和Chi ant a對(duì)人體皮膚
和組織對(duì)熱能的響應(yīng)進(jìn)行了研究，并給出了定量結(jié)
果。當(dāng)人體組織溫度從36．5℃提高到大約44℃，開(kāi)
始發(fā)生皮膚灼傷，皮膚灼傷的等級(jí)取決于溫度的升
高程度。例如，在50℃，皮膚傷害速度比45℃快
100倍；在72℃幾乎立刻發(fā)生表皮損傷。考慮到電
弧的高強(qiáng)度熱能會(huì)產(chǎn)生大約13 000℃的高溫，因此，
事故附近人體造成二度或三度灼傷的風(fēng)險(xiǎn)非常高。
St oU和Chi ant a以及其他工作者在研究早期采
用溫度傳感器來(lái)測(cè)量人體皮膚對(duì)高溫的反應(yīng)情況，
以描述在可控實(shí)驗(yàn)室條件下二度灼傷的起始溫度。
這些溫度傳感器由已知熱容的銅片后面粘附熱電偶
組成，向計(jì)算機(jī)程序傳遞溫度變化信息，形成圖像
輸出。圖1給出了St oH曲線的典型輸出結(jié)果，即在
一口一
G燃電力安全技術(shù)第10卷( 2008年第9期)
傳感器一側(cè)的溫度升高速度。測(cè)試可以在臺(tái)式測(cè)量
儀上進(jìn)行，使用可控的對(duì)流熱源、輻射熱源或者是
兩者結(jié)合的熱源。一旦熱源的熱能水平已知，將織
物放置到傳感器前方，由于織物能夠阻止熱量傳輸
到傳感器，從而可以測(cè)量出織物的熱防護(hù)性能；該
數(shù)值越大，說(shuō)明織物的熱防護(hù)陛能越高。這樣就可
以對(duì)不同織物的熱防護(hù)性能進(jìn)行評(píng)估。
時(shí)間( s )
圖l St ol l 曲線：傳感器溫度隨之變化升高的典型曲線
除去在臺(tái)式測(cè)量?jī)x上進(jìn)行織物性能測(cè)試外，該
方法還可以擴(kuò)展使用，用于檢測(cè)人體模型上的服裝
系統(tǒng)。人體模型與熱量傳感器連接方式相似，并帶
有計(jì)算機(jī)軟件，用于定量分析。圖2所示的人體模
3 電弧熱效應(yīng)防護(hù)
型是美國(guó)杜邦公司的熱人模型，該模型全身配有
122個(gè)傳感器，燃燒時(shí)產(chǎn)生一定時(shí)間的明火，軟件
將溫度升高數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為二度和i 度灼傷預(yù)測(cè)百分比。
圖2杜邦熱人試驗(yàn)
由于電弧的熱能遠(yuǎn)高于典型明火，因此發(fā)展了
專門裝置用于產(chǎn)生可控電弧。圖3所示為織物和防
護(hù)服測(cè)試裝置示意圖，根據(jù)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASTM F19585
和F19596，該測(cè)試裝置可以幫助最終用戶對(duì)織物和
服裝系統(tǒng)進(jìn)行定性和定量評(píng)估，獲得產(chǎn)品對(duì)電弧熱
效應(yīng)的防護(hù)性能。
監(jiān)控傳感器監(jiān)控傳感器
人體模犁位置人體模型位置
圖3織物和防護(hù)服測(cè)試裝置示意
企業(yè)要做好電弧熱效應(yīng)防護(hù)，首先必須對(duì)工人
的具體工作環(huán)境進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)程度評(píng)估，要考慮到由最
大的電弧電流、電弧電壓、電弧距離以及電弧持續(xù)
時(shí)間等造成的最惡劣條件，同時(shí)還要考慮工人和事
故電弧源之間的常規(guī)距離。根據(jù)這些相關(guān)因素的數(shù)
據(jù)就可以計(jì)算出具體工況下的電弧熱能( ca l ／cm：) 。
同時(shí)，對(duì)織物進(jìn)行多次電弧暴露測(cè)試，使用已有的
電弧測(cè)試裝置，測(cè)量織物的熱防護(hù)性能( ca l ／cm2)。
在具體的電弧防護(hù)情況下，這個(gè)熱防護(hù)性能參數(shù)稱
為電弧熱性能值(ATPV)，定義為使用者出現(xiàn)二度灼
傷前能夠承受的最大事故熱能。顯然，ATPV值越
一p一
大，織物的熱防護(hù)性能越好。
企業(yè)結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)程度評(píng)估以及不同織物的ATPV
值測(cè)量結(jié)果，就可以為工人選擇正確的防護(hù)服。例
如，在最惡劣條件下，如果風(fēng)險(xiǎn)程度評(píng)估電弧產(chǎn)生
的熱能為6 cal ／cm2，則防護(hù)服的ATPV值至少應(yīng)
為6ca l ／cmz。美國(guó)杜邦公司在可控實(shí)驗(yàn)室條件下已
經(jīng)進(jìn)行了8 000多次電弧測(cè)試，根據(jù)測(cè)試結(jié)果制定
了電弧危害用防護(hù)服導(dǎo)則表(表1)，該表給出了不同
工作條件下可以使用的工作服。例如，按照此表，在
最惡劣條件下電弧熱能為6 ca l ／cm2的工作環(huán)境中使
用的工作服種類為2 A，即一般的棉質(zhì)內(nèi)衣(未處理)
再加上單層阻燃服就可以有效防護(hù)電弧熱效應(yīng)。多
第10卷( 2008年第9期) 電力安全技術(shù)G燃
表1 電弧危害用防護(hù)服導(dǎo)則
次測(cè)試表明，這種工作服一般具有的ATPV最小值
為8cal ／cm2。
隨著工作服的重量增加，ATPV值也增加。另
外，雙層輕薄織物相對(duì)于單層厚重織物具有相對(duì)較
高的電弧防護(hù)性能，并且是單層輕薄織物防護(hù)服防
護(hù)能力的2倍以上。這主要是因?yàn)?層織物間的空
氣起到了隔離效果。例如，220 g／m2的Pr ot er aTM
( 美國(guó)杜邦公司的電弧防護(hù)材料商標(biāo)) 舒適型防護(hù)服
的ATPV值為8．7cal ／cm2，這種布料的雙層防護(hù)服
ATPV值不是17．4( 2 X 8．7) cal ／cm2，而是33．1
cal ／cm2；熱防護(hù)性能增加了15．7cal ／cm2。
最惡劣條件下的電弧熱能值可以通過(guò)不同方式
獲得，因?yàn)樗怯呻娀‰娏鳌㈦娀‰妷骸㈦娀〕掷m(xù)
時(shí)間、電弧間距以及工人和電弧之間的距離等多種
因素綜合作用的結(jié)果。例如，電弧熱能值6c al ／cm2
可以通過(guò)表2中給出的方式獲得，此時(shí)電弧電流
4kA、電弧持續(xù)時(shí)間0．5 S、電弧電壓300V、電弧
間距15 cm、工人與電弧之間的距離為30 cm( 表示
肘部到指尖的距離，這是一個(gè)典型的低壓操作工
況) 。從表2可以看出，如果電弧電流、電弧持續(xù)時(shí)
間或電弧間距增加，電弧熱能將顯著提高。而工人
和電弧之間距離的平方與電弧熱能成反比，并且非
常關(guān)鍵；如果將工作距離減少一半，即工人靠近電
弧，電弧能量相對(duì)于原來(lái)的工作距離將增加到4倍。
因此，增加工人與帶電設(shè)備的距離，可以大幅度降
低電弧熱效應(yīng)。特別要指出的是，在較高的電弧熱
能水平下，工人不能僅靠個(gè)人防護(hù)裝備就獲得足夠
的熱防護(hù)能力，還應(yīng)當(dāng)增加自身和帶電設(shè)備之間的
距離。
在電弧實(shí)驗(yàn)室裝備上進(jìn)行的服裝測(cè)試屬于織物
體系A(chǔ)TPV值的補(bǔ)充試驗(yàn)，這是一個(gè)定性測(cè)試方
法，可以對(duì)ATPV值已知的服裝先進(jìn)行目測(cè)檢查，
然后通過(guò)服裝測(cè)試檢查是否會(huì)產(chǎn)生點(diǎn)燃、熔化或開(kāi)
裂現(xiàn)象。同時(shí)，如果熱電偶連接了合適的計(jì)算機(jī)軟
件，就能夠生成St oH曲線圖。服裝的熱防護(hù)性能的
對(duì)應(yīng)曲線會(huì)位于St oH曲線參考值的上或下，如
果曲線在參考曲線的上方，就表明服裝使用者在測(cè)
試條件下不能對(duì)二度灼傷產(chǎn)生有效防護(hù)；如果曲線
位于St oH曲線下方，就表明服裝使用者在測(cè)試條件
下能對(duì)二度灼傷產(chǎn)生有效防護(hù)。
表2工況和電弧熱能值范例
4 0．5
4 1．O
8 O． 5
8 1．0
12 0．5
12 1．O
15 O．5
15 1．0
5．9
11．8
14．1
28．1
22．8
45．6
29．7
59．3
2A
2B
2B
4
3
>4
4
>4
注：電壓為300 V，到電弧的距離為30cm，電極間距為15 cl n。
4結(jié)論
電弧事故不僅會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)造
成人身傷害甚至導(dǎo)致人員死亡。和其他風(fēng)險(xiǎn)狀況相
同，企業(yè)有責(zé)任對(duì)工作環(huán)境進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)程度評(píng)估，在
可能發(fā)生電弧事故的場(chǎng)所，為工人提供合適的人身
防護(hù)裝備。
電弧防護(hù)服必須具有永久阻燃性能，暴露于電
弧時(shí)絕對(duì)不能夠發(fā)生熔化或點(diǎn)燃以及持續(xù)燃燒，同
時(shí)不能開(kāi)裂，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電弧熱能的隔離作用。而很
多日常工作服均能被點(diǎn)燃并燃燒，增加了工人灼傷
的范圍，這些容易點(diǎn)燃的織物包括棉、粘膠和羊毛，
能夠點(diǎn)燃并熔化的織物包括聚酯和尼龍，至今仍有
大量的工人使用這些織物制備的防護(hù)服。在電弧事
故中，這些防護(hù)服不能夠?qū)Υ罅康臒崮苓M(jìn)行防護(hù)，
因此，應(yīng)該使用耐熱和阻燃纖維制備的防護(hù)服，提
高電弧危害的防護(hù)水平。
從事任何工作時(shí)，都必須選擇滿足最惡劣條件
下的防護(hù)服，以避免因防護(hù)不足而造成一定程度的
灼傷。但也應(yīng)當(dāng)避免過(guò)分防護(hù)，因?yàn)檫@樣會(huì)導(dǎo)致服
裝重量大，穿著不舒適且行動(dòng)不便，影響工作效率，
而且厚重的服裝會(huì)增加服裝內(nèi)的溫度，增加工人因
悶熱而將襯衫上面的扣子解開(kāi)或者將袖子挽起甚至
一口一
G勰電力安全技術(shù)第10卷( 2008年第9期)
脫掉防護(hù)服的可能，從而留下安全隱患。因此，應(yīng)
該綜合考慮服裝重量和織物層數(shù)，取得熱防護(hù)性能
和舒適| 生能之間的最佳平衡。服裝設(shè)計(jì)還會(huì)導(dǎo)致整
體舒適感和熱防護(hù)性能的不同，寬松的服裝由于空
氣的隔離效果，會(huì)產(chǎn)生附加的熱防護(hù)性能，織物體
系還必須具有耐久性。這樣的PPE性價(jià)比高，企業(yè)
也更容易接受采用。其中，本質(zhì)阻燃面料，如美國(guó)
杜邦公司的Pr ot er aTM，能夠滿足不同條件的需求，
具有本質(zhì)阻燃性，在電弧熱量作用下，不會(huì)點(diǎn)燃、熔
化或持續(xù)燃燒，同時(shí)可以耐熱開(kāi)裂，能對(duì)使用者起
到很好的熱防護(hù)效果。(本文由杜邦中國(guó)研發(fā)中心戚
敏譯自POWER ENGINEERING JOURNAL．
Febr uary 2001)
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( 上接第66頁(yè)) 2．2提高了班組安全活動(dòng)的實(shí)效性
內(nèi)容”一欄必須包含以下內(nèi)容并按照相應(yīng)的順序填規(guī)范活動(dòng)形式和活動(dòng)內(nèi)容后，要求每個(gè)班組長(zhǎng)
寫：上周提出的存在問(wèn)題的整改情況、本周存在問(wèn)必須學(xué)習(xí)有關(guān)安全管理標(biāo)準(zhǔn)，做到有計(jì)劃、有重點(diǎn)
題分析、下周工作安全注意事項(xiàng)、相關(guān)文件的學(xué)習(xí)、安排；學(xué)習(xí)事故通報(bào)，讓每個(gè)成員結(jié)合實(shí)際參與討
“兩票三制”的執(zhí)行情況、安全生產(chǎn)中的好人好事、論、分析，大大提高了他們學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性
自選活動(dòng)、參加活動(dòng)領(lǐng)導(dǎo)的指導(dǎo)意見(jiàn)等。活動(dòng)記錄和有效性。尤其是要求每月固定開(kāi)展模擬作業(yè)、事
應(yīng)簡(jiǎn)要清晰，不得流于形式，不應(yīng)大篇幅照搬事故故剖析，安全技能培訓(xùn)、反事故措施演練等一系列
通報(bào)、簡(jiǎn)報(bào)等，應(yīng)重點(diǎn)記錄本班組存在問(wèn)題的防范的動(dòng)態(tài)現(xiàn)場(chǎng)活動(dòng)，更加強(qiáng)了班組安全活動(dòng)與實(shí)際工
整改措施以及工作的危險(xiǎn)點(diǎn)分析和合理化建議等。作的聯(lián)系，使班組成員在活動(dòng)中學(xué)到了安全知識(shí)和
對(duì)各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)抽查、批閱班組的安全活動(dòng)記錄的技能。
要求為：二級(jí)生產(chǎn)部門的分管副主任、各供電所分2．3 提高了班組成員的參與度
管所長(zhǎng)，應(yīng)該每月至少審閱l 份所轄范圍內(nèi)班組的
安全活動(dòng)記錄；二級(jí)生產(chǎn)部門的各分部主管、各供
電所部門經(jīng)理，應(yīng)該每月審閱所轄各班組的安全活
動(dòng)記錄。
通過(guò)采取這些措施，保證班組安全活動(dòng)有開(kāi)
展、有檢查、有反饋。
2 規(guī)范安全活動(dòng)收到的效果
2．1 實(shí)現(xiàn)了班組安全活動(dòng)的統(tǒng)一、規(guī)范
通過(guò)對(duì)班組安全活動(dòng)的周期及時(shí)間、參加活動(dòng)
人員的要求、參加人員的職責(zé)、活動(dòng)形式、活動(dòng)內(nèi)
容、活動(dòng)記錄和審閱要求等6方面的詳細(xì)規(guī)范，為
安全活動(dòng)提供了一個(gè)具體的、一致的活動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)和檢
查依據(jù)，對(duì)各級(jí)人員參加安全活動(dòng)及其相應(yīng)職責(zé)提
出了詳細(xì)的要求，實(shí)現(xiàn)了班組安全活動(dòng)的統(tǒng)一、規(guī)
范，提高了活動(dòng)的質(zhì)量，加強(qiáng)了班組安全管理。
一D一
班組安全活動(dòng)立足于“靈活、新穎、實(shí)用”的
原則，總體要求“結(jié)合實(shí)際，形式多樣，內(nèi)容豐富，
群策群力”。活動(dòng)既有嚴(yán)密的組織，要求每位班組成
員都認(rèn)真參與、積極發(fā)言；又要有活躍的氣氛，使
班組成員易于接受、樂(lè)于參加、敢于發(fā)言，提高了
他們的參與度；同時(shí)，引入了安全活動(dòng)的多種形式，
激發(fā)了班組成員的積極陛和主觀能動(dòng)性，使他們對(duì)
如何進(jìn)一步開(kāi)展好安全活動(dòng)進(jìn)行了很多有益的探索。
2．4減輕了班組的負(fù)擔(dān)
通過(guò)統(tǒng)一班組安全活動(dòng)的記錄格式和規(guī)范記錄
內(nèi)容，解決了原來(lái)安全活動(dòng)記錄內(nèi)容繁復(fù)、形式多
樣、不切實(shí)際的問(wèn)題，為班組成員減少了不必要的
文字工作，減輕了班組的負(fù)擔(dān)；同時(shí)要求重點(diǎn)記錄
本班組存在問(wèn)題的防范整改措施、工作的危險(xiǎn)點(diǎn)分
析和合理化建議等內(nèi)容，確保了班組安全活動(dòng)記錄
的高質(zhì)、精練。( 收稿日期：2008—0 6—13)

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