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什么是电焊机的空载电压、负载电压,能致命吗?

2018-05-21  自贡_风哥...

聪明出于勤奋,天才在于积累——焊接帝国!


空载电压:电焊机通电但未进行焊接操作(无电弧)时,焊机输出端子上的电压,一般在60~80V之间;

 

负载电压:当然是有电弧(有了电流、压降)时焊机的输出电压,或焊把与焊件之间的电压,通常比空载时低一半或更甚(与电流有关);


焊接作业是国家标准规定的十种特种作业之一.焊接过程会产生高温电弧和有毒有害烟尘,易造成火灾爆炸事故,引发焊工电光性眼炎、白内障,皮肤烫伤,中毒和尘肺;电焊作业焊工要接触电源,且属带电作业,故又易产生触电事故。长期以来,人们对输入焊机的电源触电事故预防比较重视,防范措施也较多,如焊机的保护接地或接零,电源的隔离防护,电焊设备和线路的绝缘要求等,这方面的事故报道也较多。



然而对焊机输出端的空载电压触电虽然也有防范要求,但比较原则。因其电压值较低,我国规定交流电焊机的空载电压不得超过85伏,直流电焊机不得超过90伏,故易被人们所忽视。本文想通过一起交流电焊机空载电压触电致死事故的实例来剖析空载电压触电危险程度,以警示作业者。   


 一、事故现场  


  1998年7月20日,三门某船舶修造厂船坞内,一艘由股份合作建造的钢质渔船正在修理。条石和枕木把整个船体高高垫起,距离地面约0.8米。船的甲板上放着二台破旧得不能再破旧的交流弧焊机,由同一把电源闸刀供电。两台焊机的电源接线桩均已损坏,电源线直接接入焊机内部线圈绕组的出线端;两台焊机的输出电缆线均多处破损,两条接地回线接在船舷的同一点。焊机及船体无其他接地或接零措施。在船尾部立着一根一时镀锌钢管和一根发锈的40×4角钢,一端靠在船体上,另一端插入地面,用于支撑准备对船体进行去锈油漆的踏板。焊接现场距离变压器20米。  


  7时30分,无证焊工许某像往常一样利用其中一台焊机在甲板上对船体进行焊接作业,股东之一的李某,在船尾准备去锈作业,当他的手握住靠在船尾的角钢时,当即触电,后退几步后,倒在甲板,经现场抢救无效而死亡。在此前,也有人在触及角钢时,感到有电麻,但都被认为是感应电而忽视。   


 二、原因分析  


  经现场勘察和测试分析,认为这完全是一起电焊机空载电压引起的触电事故。经测试,这两台焊机虽然破旧了一点,但未发现初级电压转移和绝缘降低现象,输出空载电压也在许可范围内,其中一台为55V,另一台为70V。一般情况下,如此低的电压值虽然能使人触电,但不致于立即死亡,然而李某的死到底是什么原因呢? 



  首先要注意焊机输出电源的特殊性。焊机输出电源与普通照明、动力用电源两者是有本质区别的,焊机输出电源的电压与输出电流之间存在一个陡降的外特性关系,即在焊接引弧时,输出的电压即空载电压较高,而电流较小;当电弧燃烧稳定时,输出电压迅速降低,而电流急剧增大。也就是说,在焊接条件形成时,输出的电源是低电压高电流,输出电压与输出电流成反比关系。输出电压的大小是由电弧长度(即负载电阻)决定的,电弧长输出电压就高;电弧短输出电压就低;焊条与焊件相碰短路时,电压趋于零,而电流最大。


对于我们常用的照明或动力用电源,它所输出的特性是一个水平外特性,即不论输出的电流大或小,输出电压基本上是不变。也就是说,焊机“空载电压”与照明动力用的“普通电压”虽然数值相同,但对人体的伤害程度是完全不同的。一般情况下,交流弧焊机的空载电压不超过85V,电弧形成后,它的输出电压只有30V左右,似乎在“安全电压”范围内,但它输出的电流强度是很大的,通常要大于100A。


众所周知,对于低电压的电源系统,它对人体的伤害大都是以电击方式,而造成电击伤害的主要因素是电流。在焊接系统中,只要有空载电压存在,回路能形成,致人死亡的罪魁祸首——强大电流就会出现。也就是说,在焊接过程中一旦被空载电压触电,就更容易引起死亡。  



  其次,由于两台焊机的接地回线都搭接在船弦上,根据交流弧焊机的特点,输出端两接线桩的电位是相等,所以焊机一旦开启,整个船体都带有55~70V的电位。由于船体被条石和枕木垫起(无其他接地装置),所以这一电位不会导向大地。靠在船尾的钢管和角钢,虽然一头插入地面,但它与船体相靠的接触点,由于油漆和铁锈等因素存在,电阻值很大,二者之间没有构成通路,因此,船体上所具有的55~70V电位始终无法导向大地。


死者李某,当时脚穿拖鞋,手握角钢,加上夏季人体汗液较多,人体表面电阻下降,这样船体上的电位很快就通过人体和角钢导向大地,为“隐性焊接”状态创造了条件。 

 

  第三,由于焊接现场距离变压器只有20米,所以在焊机——船体——人体——角钢——大地——变压器接地体之间就构成了一条良好的导电回路。人体变成了电路,且是脚——手的危险路径。导电回路构成后,这一系统就相当处于一种“隐性焊接”状态,这时,在空载电压的作用下,在回路中就有电流流过。这一电流虽然没有理想焊接状态下那么大,但它也是一个不小的数值。经测试,这一电流会随着大地导电阻值(与焊接地点到变压器接地体的距离以及大地电阻率等因素有关)的增大而减少。在事故现场,由于地面是海涂,大地导电性能相当好,在上述的导电回路中,经过人体的最小电流要达到焊机工作电流的10%,也就是说,若焊机工作电流为150A,这一电流远远超过了数百毫安还可以抢救的致命电流而致人当场死亡。


  

  对于上述焊接电流,我们在离变压器接地体较近的焊接实践中,也可以体会到,有时我们也往往只利用一根焊接电缆线就可直接对自来水管等接地性能较好的金属构件进行焊接而不需要焊机接地回线,这说明在导电性能较好的大地(如沿海地区、变压器旁)系统中,其焊接回路不但能形成,而且在回路中的电流也是相当大的,这一点,应引起我们的高度重视,这也是造成这起事故的主要原因。   


 三、防范措施  


  由上述分析可知,焊机空载电压不但会造成触电,而且危险性还比较大。为了防止焊机空载电压触电事故的发生,主要原则有两条:一是保证焊接电缆线——人体——接地回线三者之间,不构成导电回路;二是保证焊接电缆线或接地回线——人体——大地——变压器接地体之间不形成导电回路。对于利用自己的变压器进行独立供电的小型单位来说,后者这条回路极易形成,这里特别予以强调。笔者在焊接安全实践中,认为主要防范措施有以下几点: 

 


  1.严格按照焊机的安全操作规程,正确使用电焊机。焊前应检查焊机和工具的完好性能,如焊钳和电缆绝缘,焊机外壳接地情况,各接线是否牢固可靠等。接线应请专业电工进行。焊工应持证上岗。

  

  2.在焊机上尽量安装使用空载自动断电保护装置,这样既可避免空载电压触电危险,又可节省空载电耗。


3.按规定采取保护接地或接零措施。在与大地隔离或接地不良的焊件上焊接时,如在船坞上被垫起的钢质轮船、锅炉压力容器、架空的桥梁、钢板等,应注意在焊件与大地之间形成“脚——脚”或“手——脚”的“跨步”电压触电。在此环境中,应采用专门的防护措施,一是人体与导体间的隔离防护,如在脚下放置木板或橡胶等绝缘件,并做好个体防护;二是焊件应采取接地或接零措施。但这里应注意,在焊件与焊机二次回路上不得同时存在接地或接零线。否则,一旦焊机二次回路线接触不良时,就可能有很大的焊接电流通过接地或接零线,以致将地线或零线熔断,不但使人体安全受到威胁,而且易引起火灾。

  

  4.当利用系统管道、厂房的金属构架,轨道或其它金属物搭接作为焊接接地回线时,要首先检查焊机二次线圈或上述接地回线系统等是否接地良好,否则,行人触及接地回线系统,就有可能造成触电事故。对于交流弧焊机来说,千万不可误认为接地回线永远是没有电位的。因为交流弧焊机两输出端点是等电位的,也就是说焊接电缆线与接地回线是互为通用,当接地回线接地不良时,接地回线的电位是始终存在的。这里要注意,具有易燃易爆性能的化工管道系统,不得用作接地回线。  



  5.在通电情况下,不得将焊钳夹在腋下而去搬弄焊件或将焊接电缆线绕挂在脖颈上;在移动焊接电缆线或接地回线时,手不要捏在导线的裸露部位;更换焊条或用手捏住焊件进行点焊固定时,一定要戴好电焊专用手套。否则,空载电压极易通过人体而形成回路。  


  6.尽量避免在潮湿地方和雨雪天气进行焊接作业,否则,应特别加强个体防护。在这种环境下作业,焊工严禁穿带有铁钉的皮鞋或布鞋,其他环境亦不宜,否则易受潮导电,必要时垫木板、橡胶垫等进行隔离。7.焊工应严格按规定穿戴好个体劳动防护用品,在锅炉容器内进行焊接作业,严禁赤膊。

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