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電弧防護服防護性能測量

文檔來源：杜邦歐洲實驗室技術專家			點擊數(shù)：
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第l O卷( 2008年第9期) 電力安全技術
1概述
G燃
電弧謗護服謗護性能測量
Genevi eve Laver t y
(杜邦歐洲實驗室技術專家，瑞士日內(nèi)瓦)
在過去10年里，人們對電弧事故的本質(zhì)以及電
弧對附近工人造成的人身傷害等方面的認知取得了
顯著進展。電弧造成的人身傷害，除了有觸電和電
擊等顯著傷害外，還有其他相對不直觀的傷害，如
電弧事故中形成的熱效應。熱效應是由電弧產(chǎn)生的
較大比例的熱輻射引起的，肉眼不可見，所以相對
不直觀；但是卻可能對人體皮膚造成一定程度的灼
傷，甚至導致更嚴重或致命的傷害。
電弧事故是一種非主觀和非預期的偶然性事
故。相對于爆燃事故，偶然性電弧事故更常見。電
弧事故由斷路器等安全設施在事故發(fā)生時自動引
發(fā)，持續(xù)時間短暫，往往不到l S。電弧產(chǎn)生的總能
量可能是嚴重爆燃事故的3～4倍以上，這種高強度
熱能在短時間內(nèi)作用于附近工人的小范圍皮膚上，
會形成致命傷害。此外，爆燃事故是肉眼可見的，因
為爆燃過程中會產(chǎn)生煙霧，其熱能一半通過對流傳
遞( 火焰) ，一半通過輻射傳遞；而電弧事故產(chǎn)生的
熱能有90％以上為輻射熱，即使電弧沒有產(chǎn)生火焰
或者產(chǎn)生少量火焰，也會造成嚴重傷害。
電弧產(chǎn)生的熱能會點燃或者熔化工人的防護
服，使防護服開裂，從而對皮膚產(chǎn)生嚴重傷害。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，皮膚本身無法再生，形成結疤
組織。
絕大多數(shù)歐洲國家每年都會對發(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，
另外1／3的事故發(fā)生在加工工業(yè)領域，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)生在開關部件，包括電纜分配箱。在過去2～
3年時間內(nèi)，英國也發(fā)生了很多與低壓電纜相關的
致命重灼傷事故。在1987—1998年間，英國健康
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3天事假的報告，主要事故原因均與
低壓電纜相關；在同一時期，地面挖掘作業(yè)過程中
發(fā)生的電纜損害事故超過68 250起。
一般工業(yè)界對高壓電系統(tǒng)所能產(chǎn)生的傷害較為
重視，會對這些危害進行評估和采取一定的措施，
并使用個人防護裝備(PPE)進行防護。但是，整個歐
洲對低壓電系統(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。這些工人不僅包括電力
工人，也包括石油化工、天然氣、水設施以及煉油
廠中的工人。根據(jù)不同國家的情況估計，電弧事故
造成的經(jīng)濟花費一般約為20萬英鎊，其中包括事故
受害者的醫(yī)療費用、誤工費用、設備損壞費用、法
律費用和賠償費用。因此，企業(yè)對特定環(huán)境下的風
險程度進行評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的同時還必須規(guī)范工人
的安全操作行為習慣，以最終消除危險源。例如，在
電氣裝置附近工作時，首先應避免帶電作業(yè)；當無
法避免帶電作業(yè)時，應根據(jù)具體工作環(huán)境的風險程
度評估使用合適的PPE，以防護電弧熱效應，從而
為工人增加逃逸時間，降低灼傷等級，增加事故受
害者的生存機會。
2灼傷程度測量
19世紀60年代，St ol l 和Chi ant a對人體皮膚
和組織對熱能的響應進行了研究，并給出了定量結
果。當人體組織溫度從36．5℃提高到大約44℃，開
始發(fā)生皮膚灼傷，皮膚灼傷的等級取決于溫度的升
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?？紤]到電
弧的高強度熱能會產(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險非常高。
St oU和Chi ant a以及其他工作者在研究早期采
用溫度傳感器來測量人體皮膚對高溫的反應情況，
以描述在可控實驗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，向計算機程序傳遞溫度變化信息，形成圖像
輸出。圖1給出了St oH曲線的典型輸出結果，即在
一口一
G燃電力安全技術第10卷( 2008年第9期)
傳感器一側(cè)的溫度升高速度。測試可以在臺式測量
儀上進行，使用可控的對流熱源、輻射熱源或者是
兩者結合的熱源。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，從而可以測量出織物的熱防護性能；該
數(shù)值越大，說明織物的熱防護陛能越高。這樣就可
以對不同織物的熱防護性能進行評估。
時間( s )
圖l St ol l 曲線：傳感器溫度隨之變化升高的典型曲線
除去在臺式測量儀上進行織物性能測試外，該
方法還可以擴展使用，用于檢測人體模型上的服裝
系統(tǒng)。人體模型與熱量傳感器連接方式相似，并帶
有計算機軟件，用于定量分析。圖2所示的人體模
3 電弧熱效應防護
型是美國杜邦公司的熱人模型，該模型全身配有
122個傳感器，燃燒時產(chǎn)生一定時間的明火，軟件
將溫度升高數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為二度和i 度灼傷預測百分比。
圖2杜邦熱人試驗
由于電弧的熱能遠高于典型明火，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
護服測試裝置示意圖，根據(jù)美國標準ASTM F19585
和F19596，該測試裝置可以幫助最終用戶對織物和
服裝系統(tǒng)進行定性和定量評估，獲得產(chǎn)品對電弧熱
效應的防護性能。
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織物和防護服測試裝置示意
企業(yè)要做好電弧熱效應防護，首先必須對工人
的具體工作環(huán)境進行風險程度評估，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)
時間等造成的最惡劣條件，同時還要考慮工人和事
故電弧源之間的常規(guī)距離。根據(jù)這些相關因素的數(shù)
據(jù)就可以計算出具體工況下的電弧熱能( ca l ／cm：) 。
同時，對織物進行多次電弧暴露測試，使用已有的
電弧測試裝置，測量織物的熱防護性能( ca l ／cm2)。
在具體的電弧防護情況下，這個熱防護性能參數(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，織物的熱防護性能越好。
企業(yè)結合風險程度評估以及不同織物的ATPV
值測量結果，就可以為工人選擇正確的防護服。例
如，在最惡劣條件下，如果風險程度評估電弧產(chǎn)生
的熱能為6 cal ／cm2，則防護服的ATPV值至少應
為6ca l ／cmz。美國杜邦公司在可控實驗室條件下已
經(jīng)進行了8 000多次電弧測試，根據(jù)測試結果制定
了電弧危害用防護服導則表(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電弧熱效應。多
第10卷( 2008年第9期) 電力安全技術G燃
表1 電弧危害用防護服導則
次測試表明，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，雙層輕薄織物相對于單層厚重織物具有相對較
高的電弧防護性能，并且是單層輕薄織物防護服防
護能力的2倍以上。這主要是因為2層織物間的空
氣起到了隔離效果。例如，220 g／m2的Pr ot er aTM
( 美國杜邦公司的電弧防護材料商標) 舒適型防護服
的ATPV值為8．7cal ／cm2，這種布料的雙層防護服
ATPV值不是17．4( 2 X 8．7) cal ／cm2，而是33．1
cal ／cm2；熱防護性能增加了15．7cal ／cm2。
最惡劣條件下的電弧熱能值可以通過不同方式
獲得，因為它是由電弧電流、電弧電壓、電弧持續(xù)
時間、電弧間距以及工人和電弧之間的距離等多種
因素綜合作用的結果。例如，電弧熱能值6c al ／cm2
可以通過表2中給出的方式獲得，此時電弧電流
4kA、電弧持續(xù)時間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
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，電弧能量相對于原來的工作距離將增加到4倍。
因此，增加工人與帶電設備的距離，可以大幅度降
低電弧熱效應。特別要指出的是，在較高的電弧熱
能水平下，工人不能僅靠個人防護裝備就獲得足夠
的熱防護能力，還應當增加自身和帶電設備之間的
距離。
在電弧實驗室裝備上進行的服裝測試屬于織物
體系ATPV值的補充試驗，這是一個定性測試方
法，可以對ATPV值已知的服裝先進行目測檢查，
然后通過服裝測試檢查是否會產(chǎn)生點燃、熔化或開
裂現(xiàn)象。同時，如果熱電偶連接了合適的計算機軟
件，就能夠生成St oH曲線圖。服裝的熱防護性能的
對應曲線會位于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
試條件下不能對二度灼傷產(chǎn)生有效防護；如果曲線
位于St oH曲線下方，就表明服裝使用者在測試條件
下能對二度灼傷產(chǎn)生有效防護。
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結論
電弧事故不僅會造成嚴重的經(jīng)濟損失，還會造
成人身傷害甚至導致人員死亡。和其他風險狀況相
同，企業(yè)有責任對工作環(huán)境進行風險程度評估，在
可能發(fā)生電弧事故的場所，為工人提供合適的人身
防護裝備。
電弧防護服必須具有永久阻燃性能，暴露于電
弧時絕對不能夠發(fā)生熔化或點燃以及持續(xù)燃燒，同
時不能開裂，以實現(xiàn)對電弧熱能的隔離作用。而很
多日常工作服均能被點燃并燃燒，增加了工人灼傷
的范圍，這些容易點燃的織物包括棉、粘膠和羊毛，
能夠點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服。在電弧事
故中，這些防護服不能夠?qū)Υ罅康臒崮苓M行防護，
因此，應該使用耐熱和阻燃纖維制備的防護服，提
高電弧危害的防護水平。
從事任何工作時，都必須選擇滿足最惡劣條件
下的防護服，以避免因防護不足而造成一定程度的
灼傷。但也應當避免過分防護，因為這樣會導致服
裝重量大，穿著不舒適且行動不便，影響工作效率，
而且厚重的服裝會增加服裝內(nèi)的溫度，增加工人因
悶熱而將襯衫上面的扣子解開或者將袖子挽起甚至
一口一
G勰電力安全技術第10卷( 2008年第9期)
脫掉防護服的可能，從而留下安全隱患。因此，應
該綜合考慮服裝重量和織物層數(shù)，取得熱防護性能
和舒適| 生能之間的最佳平衡。服裝設計還會導致整
體舒適感和熱防護性能的不同，寬松的服裝由于空
氣的隔離效果，會產(chǎn)生附加的熱防護性能，織物體
系還必須具有耐久性。這樣的PPE性價比高，企業(yè)
也更容易接受采用。其中，本質(zhì)阻燃面料，如美國
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，不會點燃、熔
化或持續(xù)燃燒，同時可以耐熱開裂，能對使用者起
到很好的熱防護效果。(本文由杜邦中國研發(fā)中心戚
敏譯自POWER ENGINEERING JOURNAL．
Febr uary 2001)
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( 上接第66頁) 2．2提高了班組安全活動的實效性
內(nèi)容”一欄必須包含以下內(nèi)容并按照相應的順序填規(guī)范活動形式和活動內(nèi)容后，要求每個班組長
寫：上周提出的存在問題的整改情況、本周存在問必須學習有關安全管理標準，做到有計劃、有重點
題分析、下周工作安全注意事項、相關文件的學習、安排；學習事故通報，讓每個成員結合實際參與討
“兩票三制”的執(zhí)行情況、安全生產(chǎn)中的好人好事、論、分析，大大提高了他們學習的積極性、主動性
自選活動、參加活動領導的指導意見等?；顒佑涗浐陀行?。尤其是要求每月固定開展模擬作業(yè)、事
應簡要清晰，不得流于形式，不應大篇幅照搬事故故剖析，安全技能培訓、反事故措施演練等一系列
通報、簡報等，應重點記錄本班組存在問題的防范的動態(tài)現(xiàn)場活動，更加強了班組安全活動與實際工
整改措施以及工作的危險點分析和合理化建議等。作的聯(lián)系，使班組成員在活動中學到了安全知識和
對各級領導抽查、批閱班組的安全活動記錄的技能。
要求為：二級生產(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，應該每月至少審閱l 份所轄范圍內(nèi)班組的
安全活動記錄；二級生產(chǎn)部門的各分部主管、各供
電所部門經(jīng)理，應該每月審閱所轄各班組的安全活
動記錄。
通過采取這些措施，保證班組安全活動有開
展、有檢查、有反饋。
2 規(guī)范安全活動收到的效果
2．1 實現(xiàn)了班組安全活動的統(tǒng)一、規(guī)范
通過對班組安全活動的周期及時間、參加活動
人員的要求、參加人員的職責、活動形式、活動內(nèi)
容、活動記錄和審閱要求等6方面的詳細規(guī)范，為
安全活動提供了一個具體的、一致的活動標準和檢
查依據(jù)，對各級人員參加安全活動及其相應職責提
出了詳細的要求，實現(xiàn)了班組安全活動的統(tǒng)一、規(guī)
范，提高了活動的質(zhì)量，加強了班組安全管理。
一D一
班組安全活動立足于“靈活、新穎、實用”的
原則，總體要求“結合實際，形式多樣，內(nèi)容豐富，
群策群力”。活動既有嚴密的組織，要求每位班組成
員都認真參與、積極發(fā)言；又要有活躍的氣氛，使
班組成員易于接受、樂于參加、敢于發(fā)言，提高了
他們的參與度；同時，引入了安全活動的多種形式，
激發(fā)了班組成員的積極陛和主觀能動性，使他們對
如何進一步開展好安全活動進行了很多有益的探索。
2．4減輕了班組的負擔
通過統(tǒng)一班組安全活動的記錄格式和規(guī)范記錄
內(nèi)容，解決了原來安全活動記錄內(nèi)容繁復、形式多
樣、不切實際的問題，為班組成員減少了不必要的
文字工作，減輕了班組的負擔；同時要求重點記錄
本班組存在問題的防范整改措施、工作的危險點分
析和合理化建議等內(nèi)容，確保了班組安全活動記錄
的高質(zhì)、精練。( 收稿日期：2008—0 6—13)

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