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一起焊機空載電壓觸電死亡事故的分析
2007-09-17 19:05:14 收藏

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  焊接作業是國家標準規定的十種特種作業之一.焊接過程會產生高溫電弧和有毒有害煙塵,易造成火災爆炸事故,引發焊工電光性眼炎、白內障,皮膚燙傷,中毒和塵肺;電焊作業焊工要接觸電源,且屬帶電作業,故又易產生觸電事故。長期以來,人們對輸入焊機的電源觸電事故預防比較重視,防范措施也較多,如焊機的保護接地或接零,電源的隔離防護,電焊設備和線路的絕緣要求等,這方面的事故報道也較多。然而對焊機輸出端的空載電壓觸電雖然也有防范要求,但比較原則。因其電壓值較低,我國規定交流電焊機的空載電壓不得超過85伏,直流電焊機不得超過90伏,故易被人們所忽視。本文想通過一起交流電焊機空載電壓觸電致死事故的實例來剖析空載電壓觸電危險程度,以警示作業者。

  一、事故現場

  1998年7月20日,三門某船舶修造廠船塢內,一艘由股份合作建造的鋼質漁船正在修理。條石和枕木把整個船體高高墊起,距離地面約0.8米。船的甲板上放著二臺破舊得不能再破舊的交流弧焊機,由同一把電源閘刀供電。兩臺焊機的電源接線樁均已損壞,電源線直接接入焊機內部線圈繞組的出線端;兩臺焊機的輸出電纜線均多處破損,兩條接地回線接在船舷的同一點。焊機及船體無其他接地或接零措施。在船尾部立著一根一時鍍鋅鋼管和一根發銹的40×4角鋼,一端靠在船體上,另一端插入地面,用于支撐準備對船體進行去銹油漆的踏板。焊接現場距離變壓器20米。

  7時30分,無證焊工許某像往常一樣利用其中一臺焊機在甲板上對船體進行焊接作業,股東之一的李某,在船尾準備去銹作業,當他的手握住靠在船尾的角鋼時,當即觸電,后退幾步后,倒在甲板,經現場搶救無效而死亡。在此前,也有人在觸及角鋼時,感到有電麻,但都被認為是感應電而忽視。

  二、原因分析

  經現場勘察和測試分析,認為這完全是一起電焊機空載電壓引起的觸電事故。經測試,這兩臺焊機雖然破舊了一點,但未發現初級電壓轉移和絕緣降低現象,輸出空載電壓也在許可范圍內,其中一臺為55V,另一臺為70V。一般情況下,如此低的電壓值雖然能使人觸電,但不致于立即死亡,然而李某的死到底是什么原因呢?

  首先要注意焊機輸出電源的特殊性。焊機輸出電源與普通照明、動力用電源兩者是有本質區別的,焊機輸出電源的電壓與輸出電流之間存在一個陡降的外特性關系,即在焊接引弧時,輸出的電壓即空載電壓較高,而電流較小;當電弧燃燒穩定時,輸出電壓迅速降低,而電流急劇增大。也就是說,在焊接條件形成時,輸出的電源是低電壓高電流,輸出電壓與輸出電流成反比關系。輸出電壓的大小是由電弧長度(即負載電阻)決定的,電弧長輸出電壓就高;電弧短輸出電壓就低;焊條與焊件相碰短路時,電壓趨于零,而電流最大。對于我們常用的照明或動力用電源,它所輸出的特性是一個水平外特性,即不論輸出的電流大或小,輸出電壓基本上是不變。也就是說,焊機“空載電壓”與照明動力用的“普通電壓”雖然數值相同,但對人體的傷害程度是完全不同的。一般情況下,交流弧焊機的空載電壓不超過85V,電弧形成后,它的輸出電壓只有30V左右,似乎在“安全電壓”范圍內,但它輸出的電流強度是很大的,通常要大于100A。眾所周知,對于低電壓的電源系統,它對人體的傷害大都是以電擊方式,而造成電擊傷害的主要因素是電流。在焊接系統中,只要有空載電壓存在,回路能形成,致人死亡的罪魁禍首——強大電流就會出現。也就是說,在焊接過程中一旦被空載電壓觸電,就更容易引起死亡。

  其次,由于兩臺焊機的接地回線都搭接在船弦上,根據交流弧焊機的特點,輸出端兩接線樁的電位是相等,所以焊機一旦開啟,整個船體都帶有55~70V的電位。由于船體被條石和枕木墊起(無其他接地裝置),所以這一電位不會導向大地。靠在船尾的鋼管和角鋼,雖然一頭插入地面,但它與船體相靠的接觸點,由于油漆和鐵銹等因素存在,電阻值很大,二者之間沒有構成通路,因此,船體上所具有的55~70V電位始終無法導向大地。死者李某,當時腳穿拖鞋,手握角鋼,加上夏季人體汗液較多,人體表面電阻下降,這樣船體上的電位很快就通過人體和角鋼導向大地,為“隱性焊接”狀態創造了條件。

  第三,由于焊接現場距離變壓器只有20米,所以在焊機——船體——人體——角鋼——大地——變壓器接地體之間就構成了一條良好的導電回路。人體變成了電路,且是腳——手的危險路徑。導電回路構成后,這一系統就相當處于一種“隱性焊接”狀態,這時,在空載電壓的作用下,在回路中就有電流流過。這一電流雖然沒有理想焊接狀態下那么大,但它也是一個不小的數值。經測試,這一電流會隨著大地導電阻值(與焊接地點到變壓器接地體的距離以及大地電阻率等因素有關)的增大而減少。在事故現場,由于地面是海涂,大地導電性能相當好,在上述的導電回路中,經過人體的最小電流要達到焊機工作電流的10%,也就是說,若焊機工作電流為150A,這一電流遠遠超過了數百毫安還可以搶救的致命電流而致人當場死亡。

  對于上述焊接電流,我們在離變壓器接地體較近的焊接實踐中,也可以體會到,有時我們也往往只利用一根焊接電纜線就可直接對自來水管等接地性能較好的金屬構件進行焊接而不需要焊機接地回線,這說明在導電性能較好的大地(如沿海地區、變壓器旁)系統中,其焊接回路不但能形成,而且在回路中的電流也是相當大的,這一點,應引起我們的高度重視,這也是造成這起事故的主要原因。

  三、防范措施

  由上述分析可知,焊機空載電壓不但會造成觸電,而且危險性還比較大。為了防止焊機空載電壓觸電事故的發生,主要原則有兩條:一是保證焊接電纜線——人體——接地回線三者之間,不構成導電回路;二是保證焊接電纜線或接地回線——人體——大地——變壓器接地體之間不形成導電回路。對于利用自己的變壓器進行獨立供電的小型單位來說,后者這條回路極易形成,這里特別予以強調。筆者在焊接安全實踐中,認為主要防范措施有以下幾點:

  1.嚴格按照焊機的安全操作規程,正確使用電焊機。焊前應檢查焊機和工具的完好性能,如焊鉗和電纜絕緣,焊機外殼接地情況,各接線是否牢固可靠等。接線應請專業電工進行。焊工應持證上崗。

  2.在焊機上盡量安裝使用空載自動斷電保護裝置,這樣既可避免空載電壓觸電危險,又可節省空載電耗。

  3.按規定采取保護接地或接零措施。在與大地隔離或接地不良的焊件上焊接時,如在船塢上被墊起的鋼質輪船、鍋爐壓力容器、架空的橋梁、鋼板等,應注意在焊件與大地之間形成“腳——腳”或“手——腳”的“跨步”電壓觸電。在此環境中,應采用專門的防護措施,一是人體與導體間的隔離防護,如在腳下放置木板或橡膠等絕緣件,并做好個體防護;二是焊件應采取接地或接零措施。但這里應注意,在焊件與焊機二次回路上不得同時存在接地或接零線。否則,一旦焊機二次回路線接觸不良時,就可能有很大的焊接電流通過接地或接零線,以致將地線或零線熔斷,不但使人體安全受到威脅,而且易引起火災。

  4.當利用系統管道、廠房的金屬構架,軌道或其它金屬物搭接作為焊接接地回線時,要首先檢查焊機二次線圈或上述接地回線系統等是否接地良好,否則,行人觸及接地回線系統,就有可能造成觸電事故。對于交流弧焊機來說,千萬不可誤認為接地回線永遠是沒有電位的。因為交流弧焊機兩輸出端點是等電位的,也就是說焊接電纜線與接地回線是互為通用,當接地回線接地不良時,接地回線的電位是始終存在的。這里要注意,具有易燃易爆性能的化工管道系統,不得用作接地回線。

  5.在通電情況下,不得將焊鉗夾在腋下而去搬弄焊件或將焊接電纜線繞掛在脖頸上;在移動焊接電纜線或接地回線時,手不要捏在導線的裸露部位;更換焊條或用手捏住焊件進行點焊固定時,一定要戴好電焊專用手套。否則,空載電壓極易通過人體而形成回路。

  6.盡量避免在潮濕地方和雨雪天氣進行焊接作業,否則,應特別加強個體防護。在這種環境下作業,焊工嚴禁穿帶有鐵釘的皮鞋或布鞋,其他環境亦不宜,否則易受潮導電,必要時墊木板、橡膠墊等進行隔離。

  7.焊工應嚴格按規定穿戴好個體勞動防護用品,在鍋爐容器內進行焊接作業,嚴禁赤膊。

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