1．前言

早在1998年，我當時在一家外企從事推廣變電站保護及自動化系統(tǒng)方面的推廣工作，一位供電局的朋友告訴我他們局的開關柜弧光短路故障時有發(fā)生，并且有一位同事不幸因此而死亡，并問我國外是否有10kv中壓母線方面的保護，這就是我最初接觸到的故障電弧傷害事件，也就是我們現(xiàn)在推廣電弧光保護系統(tǒng)的主要原因。從網(wǎng)上得到的消息，去年9月國內某供電局在220kV變電站進行檢修時，配電房進線柜內部故障發(fā)生爆炸，附近的6名工作人員被電弧火球燒傷，配電房外一變壓器因短路燒毀，變電站停電。事故造成該市部分地區(qū)大面積停電1小時。去年底，我的一位朋友告訴我一個令我非常吃驚的消息，我以前公司的一位部門經(jīng)理在為用戶檢查有問題的開關柜時的電纜箱突然爆炸，他的面部嚴重被燒傷而毀容，在醫(yī)院住了幾個月。故障電弧真是無情啊！

電弧燒傷的電氣工作中較常見的傷害事故。根據(jù)統(tǒng)計，在檢修及調試低壓電器設備中，電弧燒傷比其它傷害事故要多，約占總事故的60%。低壓系統(tǒng)中電弧燃燒的溫度高達3000 - 5000°C； 而中壓系統(tǒng)則高達20000°C，為太陽表面溫度的4倍。電弧燃燒期間所產(chǎn)生壓力效應、燃燒效應（熱效應）、輻射和聲響效應以及有毒氣體，均對人體產(chǎn)生嚴重的傷害。尤其是電弧的熱效應對人的傷害，它產(chǎn)生很大比例的輻射熱能，而它是人眼所看不見的，它可能造成皮膚的二度和三度燒傷，它對人的傷害是嚴重的、甚至是致命的。

我現(xiàn)在從事的正好是和故障電弧防護相關的工作，推廣電弧光保護系統(tǒng)，它同時可為配電設備和附近工作提供有效的保護。通過和國外廠家和研究機構的交流，對故障電弧對人身的傷害及對設備的損害有一些的認識，在些希望將所了解信息提供給各位朋友，希望對搞運行的朋友在保障安全方面有所幫助。

2．開關柜的故障電弧特性

根據(jù)國外的研究和試驗結果，故障電弧的形成可分為以下四個階段：

第1階段為壓縮階段，持續(xù)時間約5~15ms。在這一階段溫度上升，并產(chǎn)生動態(tài)壓力波。

第2階段為膨脹階段，持續(xù)時間約5~15ms。在這一階段短暫的時間內，因燃弧區(qū)和周圍空氣之間存在壓力差，開始產(chǎn)生氣流。

第3階段為排放階段，這一階段可能持續(xù)幾百毫秒。在這一階段由于電弧能量繼續(xù)輸入燃弧點，產(chǎn)生空氣流、氣流和微粒流。這種強力高速氣流的熱量及所帶的熾熱微粒，內部電弧開始形成對外部的影響。

第4階段為熱效應階段，亦即為燃弧的最后階段。在這一階段最終包圍短路電弧的空氣幾乎達到電弧的溫度。從這一階段開始，大部分燃弧能量作用于開關設備的固體零部件。此時開關設備有燒穿的危險。故障清除后，這一階段隨之結束。

開關柜發(fā)生內部弧光故障產(chǎn)生的能量可高達8 ~ 60MW，它主要與電弧的燃燒時間以及短路電流的平方值成正比，其它因素則包括柜體幾何尺寸以及所使用的材料等等。電弧燃燒持續(xù)時間超過100ms，所釋放的能量開始急劇增加，大約150ms左右電纜開始燃燒，200ms左右銅排燃燒，到了250ms左右鋼材開始燃燒。所以，從保護設備的角度來說，目前采用變壓器后備過流保護長達1.2-2.0秒的動作時間，對于為開關柜內部弧光短路來說其保護效果是很差的，往往是開關柜燒得面目全非保護才動作，事后故障電弧起始點地沒有辦法確定了，而在這一期間電弧燃燒釋放的巨大的能量對附近工作人員的傷害也是不可避免的了，特別是在開關柜門打開維修的情形。

障電弧燃燒產(chǎn)生巨大能量的結果將產(chǎn)生壓力效應、燃燒效應（熱效應）、輻射和聲響效應。中壓開關柜在發(fā)生內部電弧故障時，電弧溫度可達到20，000°C，燃燒的電弧將周圍的空氣加熱，引致空氣膨脹，并在開關柜內部產(chǎn)生巨大的壓力。開關柜的門可能被炸開，配電房建筑物的墻或天花板可能會倒塌。此外，壓力也會使某些不牢固的部件從開關柜中拋出。電弧將使電極材料熔化和蒸發(fā)，這些熱量通過輻射形式使可燃性材料(如運行維護人員的服裝)著火, 非可燃性材料熱分解。同時高溫高壓氣體, 伴隨電弧效應產(chǎn)生熾熱的金屬和非金屬材料顆粒由柜體逸出, 造成人身傷害, 甚至引起火災。發(fā)生弧光故障時產(chǎn)生的明亮的弧光, 還可能引起運行維護人員暫時性的失明，連同巨大的聲響效應更可能引起休克，而這也將增加弧光故障傷害的危險性。

3. 故障電弧效應對人身的傷害

開關柜發(fā)生內部故障時，電弧燃燒所釋放的巨大的能量產(chǎn)生的各種有害效應，將對設備及附近人員造成嚴重的傷害。在對人的傷害方面，巨大而集中的輻射能量從開關設備中向外爆發(fā)，所產(chǎn)生的壓力波可能損壞人的聽力；高強度的閃光損壞人的視力；超高溫的電弧火球可能嚴重燒傷工作人員的身體；壓力波也可能使某些松脫的材料（比如損壞設備的碎片、工具和其它物件等）拋出對人造成傷害。還有電弧燃燒所產(chǎn)生的有毒氣體（一氧化碳、鋁及銅蒸汽等）對人的呼吸系統(tǒng)也造成傷害。

在開關柜故障中，除了明顯的觸電死亡和身體電擊的危險外，另一個可能更敏感的危險是電弧的熱效應對人的傷害。之所以說敏感，是因為故障電弧產(chǎn)生很大比例的輻射熱能，而它是人眼所看不見的，它可能造成皮膚的二度和三度燒傷，它對人的傷害是嚴重的、甚至是致命的。

開關柜內部電弧故障是一種不可預測的偶發(fā)事故。與大多數(shù)人非常熟悉的火災情況相比，電弧故障是一種發(fā)展非?？斓氖录@是由于保護裝置自動啟動切除故障的原因，持續(xù)時間一般小于1秒。發(fā)生電弧故障所產(chǎn)生的總能量，可能大于一場嚴重火災產(chǎn)生的能量的三、四倍，并且它是在一個非常短的時間內高度集中釋放的能量，因而可能對附近工作人員造成致命的危害。另一個顯著的差別是，在火災情形由于產(chǎn)生火焰，我們可以看到明顯的沖擊，其熱能大致為50%的對流熱（即火焰）和50%的輻射熱。而在電弧故障情形，可能存在高達90%的輻射熱，它意味著可能即使是事件引起輕微的、甚至看不到火焰，都可能對附近人員造成嚴重的傷害。電弧故障所產(chǎn)生的輻射熱，可能引燃附近工作人員的衣服或熔化、引起衣服裂開，從而造成皮膚的嚴重燒傷。

4. 故障電弧傷害的防護措施

無論是中壓設備還是低壓設備，故障電弧是偶發(fā)事件，對維護操作工作人員來說是防不勝防的，單單強調執(zhí)行操作規(guī)程是不夠的。為防止故障電弧可能造成的傷害，為經(jīng)常和電打交道的朋友提供以下建議供參考：

1） 嚴格執(zhí)行操作規(guī)程是必不可少的，但應該注意， 在各種環(huán)境及心情不佳的情況下，發(fā)生誤操作等違反規(guī)程的事情還是可能發(fā)生的，危險還是存在的，當然最好是在不帶電的情形下工作……）

2） 盡量避免帶電工作（注意：有些時候帶電工作是不可避免的，或者只是本間隔停電，而旁邊間隔是帶電的，因此一樣地存在著危險……）

3） 穿戴電弧防護裝備（防護手套、防護外套、防護面罩及防護眼鏡等），在發(fā)達國家已應用較廣泛。應注意的是，這里提到的防護準備是對某一工作環(huán)境有針對性地選用的，其防護對象的電弧的熱輻射，實際應用中考慮到工作場所的電壓等級、短路電流大小、工作點與可能發(fā)生電弧點的距離等等，計算出工作人員可能遭受輻射的強度，然后選擇相應防護等級的裝備，才能有效的達到防護作用。采用個人防護裝備的目的，是在發(fā)生電弧故障時為工作人員提供逃離的時間，并減少電弧熱效應的燒傷程度，從而增加了事故受害者的生存機會。此外應注意到目前的電弧防護裝備，是沒有針對電弧壓力效應及碎片的沖擊提供防護的，所以穿戴電弧防護裝備也不是萬無一失的…….

4） 配置高速電弧光保護。采用可靠、高速的電弧光保護可以說為現(xiàn)場工作人員提供最好的保護，它在一些國家已成為標準配置，根據(jù)近10年來的運行經(jīng)驗，它在保護配電設備及工作人員方面是非常有效的，在南非就曾經(jīng)挽救多名工作人員。利用其幾毫秒以內的動作時間，電弧光保護系統(tǒng)在電弧排放階段開始時就啟動斷路器跳閘切斷供給燃弧點的短路電流的話，故障電弧釋放的能量將大大減少，從而也大大降低電弧效應對設備及人員的傷害。另一方面，采用電弧光保護也具有顯著的經(jīng)濟效益，根據(jù)國外的應用經(jīng)驗，一般弧光短路故障約需要2天到3個星期才能恢復供電，采用電弧光保護一般在幾個小時以內就可以恢復供電。生命無價，又能顧及到企業(yè)的經(jīng)濟效益，或者這就是電弧光保護在國外能被廣泛接受的原因吧。