施工现场临时用电安全技术(2005)要点(下).doc

五、危险环境因素的防护施工现场有关电气安全的危险环境因素主要有外电线路、易燃易爆物、腐蚀介质、机械损伤，以及强电磁辐射的电磁感应和有害静电等。由于这些危险因素往往都是客观原已存在的，并且是不可回避的，所以为了保障施工现场人员和财产安全，不受其侵害，只有而且必须对其采取预防性防护措施。1.外电防护在施工现场周围往往存在一些高、低压电力线路，这些不属于施工现场的外界电力线路统称为外电线路。外电线路一般为架空线路，个别现场也会遇到电缆线路。如果施工现场距离外电线路较近，往往会因施工人员搬运物料、器具，尤其是金属料具或操作不慎意外触及外电线路，从而发生触电伤害事故。因此，当施工现场邻近外电线路作业时，为了防止外电线路对施工现场作业人员可能造成的触电伤害事故，施工现场必须对其采取相应的防护措施，这种对外电线路触电伤害的防护称为外电线路防护，简称外电防护。外电防护的机理外电防护的机理源于带电体周围的电场感应和放电现象。带电体周围电场中的电场感应和放电现象对人体是有害的。据有关资料介绍，自从采用高压输电技术以来，出现了许多影响人身安全的异常现象。如人们在高压输电线路或设备下站立或行走时，往往会有不舒服的感觉。当人们距离带电导体较近时，会呈现精神紧张、毛发竖立，严重时身体与衣服接触处会有刺痛的感觉；在潮湿天气里，头和帽子之间、脚和鞋之间往往会发生使人难受的电火花。当年美国在500kV高压输电线路投入运行后，有的地方在该线路下面或附近装设金属围栏，曾发生因人体接触栅栏而触电的事故；有的地方在该线路附近用铁线作晒衣绳，也曾发生过因接触铁线而触电的事故；甚至还发生过人体接触停放在该带电线路下面的汽车外壳时触电的现象。我国在330kV输电线路投入运行的初期，在陕西省眉县金渠镇该线路跨越汽车站处，也发生过旅客上、下汽车时有麻电的现象，后来只好将汽车站迁移到距该线路更远一些的其它地方。上述现象为什么会发生？按照电磁场理论，上述诸现象的发生可解释为由于高压线路周围存在的强电场感应所致。事实上任何架空电力线路都是带电体，其周围都存在电场，在这个电场作用下，处于线路附近导体（包括人体）上本来处于中性中和状态下的正、负自由电荷将要重新分布，分别集中于导体最靠近和最远离电力线路的两端，而且随着线路电压交变，正、负电荷的分布也随之交替变化。这种现象叫做电场感应，如图511所示。电 力 线 路 + + + + + + + + + 导体 地面 图511 电场感应示意图如果线路与地面之间的导体对地绝缘，则由于电场感应导体与地面之间就会呈现电压，高压线下人体接触铁栅栏、晒衣铁线和汽车外壳发生触电的现象即与此相关。与导体在电场中的电感应现象相对应，电介质或绝缘体在电场中将被极化，电极化的结果是电介质或绝缘体内原子的正、负电荷作用中心被加大分离距离，并在其表面呈现束缚电荷。人的头发和穿着的衣服（可视为电介质）在电力线路附近的异常现象即与极化现象有关。一般来说，架空线路的电压等级越高，与邻近导体的距离越小，其与邻近导体之间电介质（空气）被极化的程度就越高，空气介质中的电场强度就越大、电场越强。除此以外，电力线路与邻近导体之间空气介质被极化的程度和电场强度还与导体邻近线路一侧表面的曲率半径(尖锐程度)有关。导体邻近线路一侧表面的曲率半径越小(即曲率越大或表面越尖锐)，其间电场被畸变(不均匀)程度就越高，局部尖端领域电场就越强，相应地空气介质被极化的程度也就越高。当地面上的导体接近电力线路至一定距离时，其间空气介质内原子被电场极化分离的正负束缚电荷将脱离束缚而成为自由电荷，在电力线路与地面导体之间形成放电通道，失去其介电或绝缘性能，而呈现导电性能，这种情况称为电介质(此处是空气)被击穿。由此可见，对外电线路防护的机理就是通过保持足够的距离，降低电场感应的危害性影响，消除电介质放电现象。许多国家规定了限制高压电场强度的数值，例如日本规定在500kV线路下面离地面1米处的电场强度不得超过3kV/m；相对应的美国为15kV/m；前苏联为10kV/m；我国为8kV/m。综上所述，施工现场对外电线路的防护实质上就是直接接触防护，基本方法就是使人体与外电线路之间的距离大于所谓“安全距离”。外电防护的技术措施根据所述外电防护的机理，引用现行国家标准用电安全导则（GB/T 13869）附录A电击防护的基本措施的规定，直接接触防护应选用以下适应措施：绝缘；屏护；安全距离；限制放电能量；24V及以下安全特低电压。上述直接接触防护的五项基本措施具有普遍适用的意义。但是对于施工现场外电防护这种特殊的直接接触防护来说，其防护措施主要应是绝缘、屏护、安全距离问题。不仅如此，还应考虑到作业现场人员移动、操作、运送物料器材、搭设脚手架具、开挖沟槽和建造暂设设施、车辆通行等诸多动态防护因素。规范结合施工现场实际，以外电防护机理为基础，以电击防护的基本措施和确保外电防护可靠性为宗旨，具体确立了外电防护三项原则或三项基本措施：即保证安全操作距离，架设安全防护设施，无防护措施时禁止强行施工。这三项基本措施具有依次传递关联关系的，现将各项措施分述如下：保证安全操作距离保证安全操作距离就是充分考虑各种操作因素的影响，确立外电线路与施工现场的各种位置关系，它是外电防护的首要措施。对此规范规定的措施要点是：a.在建工程不得在外电架空线路正下方施工、搭设作业棚、建造生活设施或堆放构件、架具、材料及其它杂物等。b.在建工程（含脚手架）的周边与外电架空线路的边线之间的最小安全操作距离不应小于表（511）所列数值。 表（511）在建工程与外电架空线路边线之间的安全操作距离外电线路电压等级（kV）111035110220330500最小安全操作距离（m）4681015注: 上、下脚手架的斜道不宜设在有外电线路的一侧。c.施工现场的机动车道与外电架空线路交叉时,架空线路的最低点与路面的垂直距离不应小于表（512）所列数值。表（512）施工现场的机动车道与架空线路交叉时的最小垂直距离外电线路电压等级（kV）111035最小垂直距离（m）6.07.07.0d.起重机严禁越过无防护设施的外电架空线路作业。在外电架空线路附近吊装时，起重机的任何部位或被吊物边缘在最大偏斜时与架空线路的最小距离不得小于表（513）所列数值。表（513） 起重机与外电架空线路间的最小安全距离 电 压（kV）安 全 距 离（m）15 ，403240，902090及雷害特别严重地区12表(10-2-1)中的数据是参照第三类防雷建、构筑物特征，考虑到全国各地施工现场的气象、地形、地质、周围环境和现场机械、设施特征及其年计算雷击次数0.01次/年确定的。一般建筑物年雷击次数经验公式为：（次/年） (621)式中，年计算雷击次数(次/年)； 年平均雷暴日数（d），即年平均打雷的天数（天）； 建筑物的长度(m)； 建筑物的宽度(m)； 建筑物的高度(m)； 校正系数。在一般情况下取=1；在位于旷野孤立的建筑物，位于河边、湖边、山坡下或山地中土壤电阻率较小处、土山顶部、山谷风口、特别潮湿等处的建筑物以及建筑群中有高于25m的建筑物，k值可取为=1.52。 例621 某施工现场设置井字架，其高度为=12m，长度为=3m，宽度为=3m。该地区年平均雷暴日数为120（天/年），为年平均雷暴日数90（天/年）的雷电特别频发区；该地区雨量充沛，气温湿热，现场为低土壤电阻率地区，并特别潮湿，按照校正系数的取值原则，可取为=2。根据以上这些条件，则该施工现场所设置的井字架，其年平均雷击次数可按上述“一般建筑物年雷击次数经验公式(621)”计算为= 0.0152120(3+512)(3+512)10-6= 0.0143次/年 由于本例中施工现场所设置的井字架，其年平均雷击次数按(10-2-1)式已计算出为=0.0143次/年0.01次/年。所以，如果该施工现场所设置的井字架未在临近建筑物或设施防直击雷装置的保护范围之内，则需按第三类防雷设施设置防直击雷装置，此结论与表(621)的规定是一致的。 例622 某施工现场起重机的高度为=50m，长度、宽度相同，为=10m，该施工现场所处地区的年平均雷暴日数为=15天/年。年平均雨量不大，气温不高，土壤电阻率较低，主要是因为起重机高度=50m25m，所以可取校正系数为=2。则该起重机年平均雷击次数可按上述“一般建筑物年雷击次数经验公式(621)”计算为= 0.015215(10+550)(10+550)10-6= 0.03次/年由于本例中施工现场所设置起重机的年平均雷击次数按(621)式也已计算出为=0.03次/年0.01次/年。所以，如果该施工现场所设置的起重机也未在其临近建筑物或设施防直击雷装置的防雷保护范围之内，同样也应当按照第三类防雷设施设置防直击雷装置，而且此结论与表(621)所作的规定也是一致的。以上两个例题只是为了从一个方面说明表(621)所作规定的依据。在实际工程应用中，其实不必去计算是否需要设置防雷装置的高大建筑机械和高架金属设施的年平均雷击次数，而只需按照表(621)的规定执行即可。其中机械设备高度（m）规定中的“机械设备”除了包括塔式起重机、外用电梯、物料提升机等高大建筑机械以外，还应包括需要考虑设置防直击雷装置的高架金属设施；而地区年平均雷暴日数可查阅规范附录A全国主要城镇年平均雷暴日数得到，它是根据全国各个地区连续若干年（50年）逐年雷暴活动情况的历史资料记载，经过统计分析而得出的统计数据，在实际工程应用时可作为参考，例如从该附录中可查阅出沈阳地区年平均雷暴日数为27.1。防雷装置的设置 防直击雷装置的设置 防直击雷装置由接闪器（避雷针、避雷线、避雷带等）、防雷引下线和防雷接地体组成。对于施工现场高大建筑机械和高架金属设施来说，接闪器（避雷针）应设置于其最顶端，可采用直径为20及以上的钢筋、圆钢等；防雷引下线可采用铜线、圆钢、扁钢、角钢、钢筋等；防雷接地体与供配电系统接地体一样。避雷针、防雷引下线、防雷接地体之间必须可靠焊接。单独设置的防雷接地体，其冲击接地电阻值不应大于30；与供配电系统PE线重复接地共用的防雷接地体,其接地电阻值应符合PE线重复接地接地电阻值不大于10的要求。对于塔式起重机，由于其臂架长，而且使用中有回转运动，故在任何情况下均应设置防直击雷装置，其塔顶和臂架远端可作为接闪器，不需另装避雷针；其机体可作为防雷引下线，但应保证电气连接；其防雷接地体可与PE线重复接地的接地体共用。 防感应雷装置的设置当施工现场设置有低压配电室，但不设置临时专用变电所，这时如配电线路为架空线路，则应按照规范的规定，将其架空进、出线处绝缘子铁脚与配电室接地装置相连接，作防雷接地，以防雷电波侵入，亦兼有防直击雷作用。如果配电线路为埋地电缆，且线路较短，为防雷电波从其与架空线的连接处侵入，在电缆两端来回反射叠加成过电压波，并进入配电室，需在电缆两端装设阀型避雷器。当施工现场设置有专用临时变电所时，为防止感应雷电波侵入变电所内，威胁电力变压器和高、低压电器的绝缘，以及变电所工作人员的安全，应在该专用临时变电所的三相进、出线处各装设一组阀型避雷器，如图621所示。阀型避雷器的选择应符合三项基本原则，即避雷器的额定电压等级应与线路的额定电压等级保持一致；避雷器的额定电压不得低于安装地点可能出现的最大对地工频电压；避雷器的工频放电电压和冲击放电电压上限值应低于电网（包括直接联接于电网上的相关电气设备）相应的（工频的或冲击的）绝缘水平。在施工现场临时用电工程中，如果要选用阀型避雷器，可以查阅有关电气设备手册。图621 变电所雷电侵入波保护原理接线需特别指出，按照规范的要求，施工现场所有需要设置防雷装置的机械设备，其配置及固定安装的动力、控制、照明、信号及通信线路均应采用穿钢管敷设，并且其敷设钢管应与机械设备的金属结构体作等电位电气连接，这主要是基于通过敷设钢管的电磁屏蔽作用和敷设钢管与机械设备金属结构体的等电位连接作用，防止这些机械设备一旦遭受直击雷时机械设备与其临近具有导电性物体之间可能放电，从而造成的雷电侧击危害。3.防雷保护范围 这里所说的防雷保护范围是指接闪器对直击雷的保护范围。 按照现行国家标准建筑物防雷设计规范，接闪器防直击雷的保护范围是按“滚球法”确定的。所谓滚球法是指选择一个其半径hr由防雷类别确定的一个可以滚动的球体，沿需要防直击雷的部位滚动，当球体只触及接闪器（包括被利用作为接闪器的金属物），或只触及接闪器和地面（包括与大地接触并能承受雷击的金属物），而不触及需要保护的部位时，则该未被触及部分就得到接闪器的保护。按“滚球法”确定避雷针和避雷线作为接闪器防雷保护范围的方法可参阅规范附录B 滚球法。七、接地接地装置是构成施工现场用电基本保护系统的主要组成部分之一，是施工现场用电工程的基础性安全装置。在施工现场用电工程中，电力变压器二次侧(低压侧)中性点要直接接地，PE线要作重复接地，高大建筑机械和高架金属设施要作防雷接地，以及产生静电的设备要作防静电接地等。本章将首先简要介绍接地的概念，然后重点介绍接地装置的组成和设计。1.接地的概念 接地与接地装置 所谓接地，是指设备与大地作电气连接或金属性连接。电气设备的接地，通常的方法是将金属导体埋入地中，并通过导体与设备作电气连接(金属性连接)。这种埋入地中直接与地接触的金属物体称为接地体，而连接设备与接地体的金属导体称为接地线，接地体与接地线的连接组合就称为接地装置。 接地的分类 接地有多种分类方法，以下主要介绍接地按其作用和方式不同的分类。 按接地作用分类 接地按其作用分类可分为：功能性接地和保护性接地及兼有功能和保护性的重复接地。 a.功能性接地：电气系统或设备因运行稳定需要的接地，称为功能性接地。功能性接地又分为：工作接地、屏蔽接地、逻辑接地。 工作接地是指电气系统为稳定正常工作电压的接地。例如电力变压器和发电机中性点的接地即属于工作接地。屏蔽接地是指电气线路或装置为使其内部导体或器件免受外界电磁场干扰而将其外露可导电部分接地。例如将电缆金属外护层、穿线金属管及电子组件金属外壳等接地均属于屏蔽接地。 逻辑接地是指为保证电子设备稳定工作而将其金属底板或某一公共连接线作为逻辑信号的电位参考点而接地。 b.保护性接地：为防止电气设备的金属外壳因绝缘损坏带电危及人、畜安全和设备安全，以及设置相应保护系统需要，而将电气设备正常不带电的金属外壳或其它金属结构接地，称为保护性接地。保护性接地分为保护接地、防雷接地、防静电接地等。 保护接地是指在接地保护系统中将电气设备外露可导电部分接地。例如将电动机的金属底座、配电箱和开关箱的金属箱体等接地，均属于保护接地，又称安全接地。保护接地的接地装置应是独立设置的，即与系统接地无关。如果保护接地是籍助于导体与系统中性点接地装置相连接实现，则只能称为保护接零。 防雷接地是指为防止雷电对电气系统和设备，以及高架金属设施和建、构筑物的危害，使雷击防雷装置时雷电流顺利泄入大地而将防雷装置接地。例如接闪器(避雷针、避雷线、避雷带)、避雷器的接地，均属于防雷接地。 防静电接地是指为防止电气系统或设备在运行过程中产生的静电对人畜和财产造成危害，并将有害静电顺利导入大地，而将产生静电的部位接地。 c.重复接地 在三相四线制系统中，为了增强接地保护系统接地的作用、效果和可靠性，在其接地线的另一处或多处再作接地(通过新增接地装置)，称为重复接地。 按接地方式分类 接地按其接地方式分类可分为：直接接地与间接接地，固定性接地与临时性接地。 a.直接接地与间接接地 一部分工作接地(例如我国220kV以上电网，110kV绝大部分电网，一般0.4kV低压电网的中性点接地)以及其它功能性接地，全部保护性接地和重复接地都是直接接地。 一部分工作接地为间接接地。例如我国154kV电网、60kV以下高压电网为非直接接地系统，一般经消弧线圈(电抗器)接地。一些特殊场所工作接地采用经击穿保险器间接接地方式。 b.固定性接地与临时性接地 所谓固定性接地是指接地装置的接地一经设置联接，不再改动的接地。上述所有功能性接地、保护性接地、重复接地一般都采用固定性接地，即接地装置的接地联接一经设置，不再改动。 电气系统或设备的临时性接地通常与电气系统或设备的故障和检修相联系。故临时性接地又可分为故障接地和检修接地。 检修接地是指当电气系统或设备停电检修时，将已断电的正常情况带电部分暂时接地，通常通过具有接线夹的多股软导线与接地体作电气连接，于检修完毕后撤除，然后才能送电，以保证检修人员在检修过程中的安全。 故障接地是指电气系统或设备因绝缘损坏，其正常情况带电部分通过导体与大地电气连接。故障接地会引起很大短路电流，容易引发火灾和爆炸。在电气系统和设备中，对故障接地是需要加以防止和预防性保护的。其它分类方式、方法，这里不再赘述。2.接地装置的组成如上所述，接地装置主要由接地体(或称接地极)与接地线连接组合而成。 以下将按照规范的相关规定，综合介绍接地装置组成中的规定和要求。 接地体 接地体一般分为自然接地体和人工接地体两种。自然接地体：自然接地体是指原已埋入地下并可兼做接地用的金属物体。例如原已埋入地中的直接与地接触的钢筋混凝土基础中的钢筋结构体、金属井管、非燃气金属管道、铠装电缆(铅包电缆除外)的金属外皮等，均可作为自然接地体。 人工接地体：人工接地体是指人为埋入地中直接与地接触的金属物体。简言之，即人工埋入地中的接地体。用作人工接地体的金属材料通常可以采用圆钢、钢管、角钢、扁钢，及其焊接件，但不得采用螺纹钢或铝材。 接地线 接地线也可以分为自然接地线和人工接地线。 自然接地线：自然接地线是指设备本身原已具备的接地线。如钢筋混凝土构件的钢筋、穿线钢管、铠装电缆(铅包电缆除外)的金属外皮等。自然接地线可用于一般场所各种接地的接地线，但在有爆炸危险场所只能用作辅助接地线。自然接地线各部分之间应保证电气连接，严禁采用不能保证可靠电气连接的水管和既不能保证电气连接又有引起爆炸危险的燃气管道作为自然接地线。 人工接地线：人工接地线是指人为设置的接地线。人工接地线一般可采用圆钢、钢管、角钢、扁钢等钢质材料，但接地线直接与电气设备相连的部分以及采用钢接地线有困难时，应采用绝缘铜线。 3.接地装置的敷设 接地装置的敷设应遵循下述原则和要求： 应充分利用自然接地体。当无自然接地体可利用，或自然接地体电阻不符合要求，或自然接地体运行中各部分连接不可靠，或有爆炸危险场所，则需敷设人工接地体。 应尽量利用自然接地线。当无自然接地线可利用，或自然接地线不符合要求，或自然接地线运行中各部分连接不可靠，或有爆炸危险场所，则需要敷设人工接地线。人工接地体可垂直敷设或水平敷设。垂直敷设时，接地极相互间距不宜小于其长度的2倍，顶端埋深一般为0.8m；水平敷设时，接地极相互间距不宜小于5m，埋深一般不小于0.8m。人工接地体和人工接地线的最小规格分别如表(731)和表(732)所示。表(731) 人工接地体最小规格材料名称规格项目最小规格圆钢钢管角钢扁钢直径()壁厚()板厚()截面()板厚()43.54486注：敷设在腐蚀性较强的场所或土壤电阻率100m的潮湿土壤中的接地体,应适当加大规格或热镀锌。表(732) 人工接地线最小规格材料名称规格项目地上敷设地下敷设室内室外圆钢钢管角钢扁钢直径()壁厚()板厚()截面()板厚()52.5224362.52.548483.54488绝缘铜线截面（mm2）1.5注：敷设在腐蚀性较强的场所或土壤电阻率100m的潮湿土壤中的接地体,应适当加大规格或热镀锌。接地体各部分接地极间及接地体与接地线的连接均应采用焊接。接地线连接处应采用搭接焊。其中扁钢的搭接长度应为其宽度的2倍；圆钢的搭接长应为其直径的6倍。 接地线及其连接处如位于潮湿或腐蚀介质场所，应涂刷防潮、防腐蚀油漆。每一组接地装置的接地线应采用两根及以上导体，并在不同点与接地体焊接。接地线与接地设备的连接可用焊接或螺栓连接。用螺栓连接时，应设防松螺帽或加防松垫片。接地体周围不得有垃圾或非导体杂物，且应与土壤紧密接触。4.接地装置的设计所谓接地装置的设计，就是根据对接地电阻的要求，选择、确定接地装置。对接地装置接地电阻的要求当采用TN接零保护系统时,对各接地电阻的要求如下：工作接地装置：电力变压器或发电机的工作 接地电阻值一般不得大4，单台容量不超过100kVA的变压器或发电机的工作接地电阻不得大于10。在土壤电阻率大于1000（.m）的地区，当达到上述电阻值有困难时，工作接地电阻值可提高到30，但在接地电气设备周围应设置操作和维修绝缘台，并需保证操作、 维修人员不致偶然触及外物。重复接地装置：PE线每一处重复接地装置的接地电阻值，一般场所不应大于10，在工作接地电阻值允许达到10的电力系统中，所有重复接地装置的并联等效电阻值不应大于10。防雷接地装置：防雷装置一般要求其接地装置的冲击接地电阻值不得大于30。如防雷接地与重复接地共用同一接地装置，则接地电阻值应满足重复接地的要求。防静电接地装置：防静电接地装置的接地电阻一般可不大于1000。接地装置接地电阻的计算接地电阻的概念a.定义：当有电流经接地线、接地体进入大地，并在土壤中向无限远处散流时，其全部流通路径对电流所表现的电阻，即称为接地电阻。b.分类: 接地电阻按流过电流种类不同主要可分为工频接地电阻和冲击接地电阻。c.组成: 由接地电阻的定义和分类说明可知，接地电阻可视为接地线电、接地体电阻、接地体与土壤的接触电阻及土壤中的散流电阻串联组合总电阻，即 (741)在一般正常情况下，Rx、Rt、Rc相对较小，接地电阻实际上主要是指散流电阻。即 (742)接地电阻的计算方法 以下主要介绍工频接地电阻(工频散流电阻)的计算方法。对于冲击接地电阻值，可通过其与工频接地电阻值的关系，经换算得到。自然接地体的接地电阻：自然接地体的接地电阻的接地电阻可以通过实测或借助于某些电气设计手册中的经验公式计算得到，此处不再赘述。人工接地体的接地电阻 人工接地体接地电阻的计算，理论上需要籍助于电流场分析。这里介绍一种实用简化计算方法，称为查表计算法。其计算要点如下：a.单根垂直接地体的接地电阻：单根垂直接地体的接地电阻R的简化计算公式为 (743)式中，简化计算系数,按表(741)选取，计算条件为接地体长2.5m，顶端埋深0.8m；为土壤电阻率，其值可按表(742)选取。表(741) 简化计算系数K值接地体材料规格（）等效直径（m）K值圆钢20150.020.0150.370.39钢管5040