焊接与切割设备的安全用电要求

    焊接切割设备在运行时，空载电压一般都在50～90V，有的甚至高达300V以上。焊接现场金属材料的大量存在，特别是在金属容器或金属管道内施焊，焊接切割设备的绝缘损坏或电源线碰壳，设备外壳就会带电。焊接作业人员如果不重视安全用电，就有可能造成触电事故。因此，本文将系统介绍焊接切割设备的安全用电要
求。
 
    一、安全电压
    从保护人身安全的意义来说，可以称人体持续接触而不会使人直接致死或致残的电压为安全电压。但电气安全技术所规范的安全电压是为防止触电事故而采用的特定电源供电的电压系列。这一定义的内涵有三：一是采用安全电压可防止触电事故的发生；二是安全电压必须由特定的电源供电；三是安全电压有一系列的数值，各适用于一定的用电环境。根据不同的环境，正确选用相应额定值的安全电压作为供电电压，对于那些人们需要经常接触和操作的移动式或携带式用电器具(如行灯、手电钻等)来说，是一项防止触电伤亡事故的重要技术措施。
    (一)安全电压值
    安全电压值的规定是以通过人体的电流(不超过安全电流)与人体电阻的乘积为依据的，即；
Us＝IsR    (1)
式中  Us——安全电压(V)；
      Is——安全电流(A)；
      R——人体电阻(n)。
    由于安全电流与通电持续时间有很大的关系，且因人而异，而人体电阻又是非线性电阻，其阻值随施于人体的电压而明显下降，而且还与皮肤干湿状况、工作场所的环境条件(干湿、脏洁情况)等诸多因素有关，因此，在理论上安全电压不是个确定数值。但是，我们仍可以在一定的条件下对安全电压值做出一般性的标准规定。例如日本电气协会技术调查委员会、国际电工委员会(IEC)制定的标准以及我国颁布的《低压电路接地保护导则》都对安全电压系列的上项值作出同样的规定：即人体在状态正常、手脚皮肤干燥的情况下，在接触电压后有较大危险性的场所，可取安全电流Is=30mA，人体电阻Rb＝1700Ω，相应的工频安全电压上限值Us＝IsRb＝0．03×1700≈50V。该导则还给出了人体浸于水中和显著淋湿状态下的安全电压分别为2．5V和25V(见表1)。
    各国对安全电压的规定不尽相同，安全电压等级及选用举例如表2所示。表中所列安全电压空载上限值是考虑到负荷变小或空载时安全变压器的电压将升高，若变压器空载电压超过所规定的上限值，即使其额定电压符合规定，仍不能认为符合上述国家标准。

表1  不同接触状态下的安全电压值

表2  安全电压等级及选用举例

    (二)安全电压的选用
    安全电压等级的选用必须考虑用电场所和用电器具对安全的影响。由于目前现场极少使用42V和6V这两个电压等级，所以，现场选用安全电压的依据是：凡高度不足2．5m的照明装置、机床局部照明灯具、移动行灯、手持电动工具(如手电钻)以及潮湿场所的电气设备，其安全电压可采用36V。凡工作地点狭窄、工作人员活动困难、周围有大面积接地导体或金属结构(如在金属容器内)，因而存在高度触电危险的环境以及特别潮湿的场所，则应采用12V为安全电压。
 
    二、安全电流
    通过人体的电流越大，人体的生理反应越强烈，对人体的伤害就越大。按照人体对电流的生理反应强弱和电流对人体的伤害程度，可将电流大致分为感知电流、摆脱电流和致命电流三级。感知电流是指能引起人体感觉但无危害生理反应的最小电流值；摆脱电流是指人触电后能自主摆脱电源而无病理性危害的最大电流；致命电流是指能引起心室颤动而危及生命的最小电流。上述这几种电流的数值与触电对象的性别、年龄以及触电时间等因素有关。实验表明，当工频电流通过人体时，成年男性的平均感知电流为1mA，摆脱电流为10mA，致命电流为50mA(通电时间在1s以上时)。在一般情况下，可取30mA为安全电流，即以30mA为人体所能忍受而无致命危险的最大电流。但在有高度触电危险的场所，应取10mA为安全电流；而在空中或水面触电时，考虑到人受电击后有可能会因痉挛而摔死或淹死，则应取5mA作为安全电流。
 
    三、对焊接切割设备电源的安全要求
    (1)焊接电源的空载电压在满足焊接工艺要求的同时，应考虑对焊工操作安全有利。
    (2)焊接电源必须有足够的容量和单独的控制装置，如熔断器或自动断电装置。控制装置应能可靠的切断设备的危险电流，并安置在操作方便的地方，周围留有通道。
    (3)焊机所有外露带电部分必须有完好隔离防护装置，如防护罩、绝缘隔离板等。
    (4)焊机各个带电部分之间，及其外壳对地之间必须符合绝缘标准的要求，其电阻值均不小于1MΩ。
    (5)焊机的结构要合理，便于维修，各接触点和联接件应牢靠。
    (6)电焊机不带电的金属外壳，必须采用保护接零或保护接地的防护措施。
 
    四、对焊接切割设备的保护接零
    一般生产车间使用的380V低压电网路为三相四线制，零线接地，若设备不接零线，当一相碰壳后又和人体接触时通过人体的漏电电流Ir就会超过安全电流，但该电流又不足以切断焊机的熔断器，如图1所示。

图1  焊机不接零危险示意图

    长时间存在触电将会造成死亡。焊机采用保护性接零后可避免人体触电，保护性接零的原理如图2所示。用导线的一端接到零线上，一旦焊机因绝缘损坏导电体接触到外壳时，绝缘损坏的一相就与零线短路，产生强大的短路电流，使该相保险丝熔断，外壳带电现象立刻终止，起到了保护作用。
 
 
图2  焊机保护性接零原理图
 
    五、对焊接切割设备的保护接地
    在不接地的低压系统中，当一相碰壳时，人体接触带电设备有电流Ib经过人体、电网对地绝缘电阻RT、漏电电阻形成回路，如图3所示。若电网对地绝缘很好的话，电阻RT非常大，漏电流很小，危险性不大，但是当电网绝缘性能下降时，对地电压可能上升到危险程度。为了确保安全，采取接地措施，如图4所示。
 
 
图3  焊机不接地危险示意图
 
 
图4  焊机的保护性接地示意图
 
    六、焊接切割设备保护接零和保护接地的安全要求
    (1)在低压系统中，焊机的接地电阻尺，不得大于4Ω。
    (2)焊机的接地电阻可用打入地里深度不小于1m、电阻不大于4Ω的铜棒或铜管做接地板。
    (3)焊接变压器的二次线圈与焊件相连的一端必须接零(或接地)。注意：与焊钳相连的一端不能接零(或接地)，如图5、图6所示。
 
 

图5  焊机的正确接地和错误接地
 
 
图6  焊机和焊件正确和错误的接零
 
    (4)用于接地和接零的导线，必须满足容量的要求，中间不得有接头，不得装设熔断器，连接时必须牢固。
    (5)几台设备的接零线(或接地线)，不得串联接入零干线或接地体，应采用并联方法接零线(或接地体)。
    (6)接线时，先接零干线或接地体，后接设备外壳，拆除时相反。