施工現(xiàn)場電焊機(jī)防觸電保護(hù)分析

文/馬杰

（本文作者單位系中國天辰工程有限公司施工管理部）

實習(xí)編輯 李楠楠

電焊作業(yè)是各施工現(xiàn)場最常見的作業(yè)，做好焊機(jī)的管理是臨時用電安全管理工作的重點(diǎn)，但在實際管理中發(fā)現(xiàn)，許多施工現(xiàn)場工程管理人員、專職電工或電焊工對于電焊機(jī)的防觸電保護(hù)措施并不是很了解，尤其是對選擇接地保護(hù)或接零保護(hù)認(rèn)識不清，甚至不了解TT系統(tǒng)和TN-S 系統(tǒng)的區(qū)別，這就容易造成在現(xiàn)場焊機(jī)管理過程中指導(dǎo)混亂，實際操作過程中出現(xiàn)錯誤接法。本文就以施工現(xiàn)場焊機(jī)防觸電保護(hù)為對象，討論施工現(xiàn)場如何對電焊機(jī)采取正確的防觸電保護(hù)。

施工現(xiàn)場常見供電系統(tǒng)

TT 系統(tǒng)

TT 方式供電系統(tǒng)是指將電氣設(shè)備的金屬外殼直接接地的保護(hù)系統(tǒng)，常稱為保護(hù)接地系統(tǒng)，也稱TT 系統(tǒng)。當(dāng)電氣設(shè)備采用保護(hù)接地措施后，一旦發(fā)生單相觸殼，漏電電流會通過保護(hù)接地經(jīng)大地（地網(wǎng)）和中性點(diǎn)接地電阻回流至中性點(diǎn)，如果此時電氣設(shè)備前端的保護(hù)裝置只安裝了斷路器或熔斷器，由于保護(hù)接地漏電電流較小，若斷路器或熔斷器額定電流較大，往往會造成斷路器無法脫扣或熔斷器無法熔斷的情況出現(xiàn)。此時，漏電電流將在發(fā)生漏電的相線與電氣設(shè)備中形成回路，使電氣設(shè)備帶電運(yùn)行。例如，某施工作業(yè)現(xiàn)場，如圖1 所示，三相交流電焊機(jī)采取TT 系統(tǒng)，假設(shè)相線L由于絕緣不良導(dǎo)致電焊機(jī)觸殼漏電，電流將通過接地保護(hù)R流經(jīng)大地（地網(wǎng)）回到中心點(diǎn)接地電阻R，再通過中心點(diǎn)接地線流入L，形成回路，按規(guī)范要求，R和R二者均不得大于4 Ω，當(dāng)電焊機(jī)電源發(fā)生單相觸殼漏電，漏電電流I=220 V/(R+R)-220 V/4+4=27.5 A，該電流對于施工現(xiàn)場大多數(shù)斷路器或熔斷器額定電流（一般在32～630 A）而言，都無法觸發(fā)脫扣，漏電電流長期存在。此時，電焊機(jī)所帶對地電壓U=I×R=27.5 A×4 Ω=110 V，遠(yuǎn)高于人體所能承受的36 V 安全電壓，不僅對可能觸碰到該設(shè)備的人員造成危險，而且長時間還會對電氣設(shè)備造成損壞。解決該問題的重要手段就是在電焊機(jī)和斷路器（或熔斷器）之間加裝漏電保護(hù)器，或直接將斷路器更換為具有漏電保護(hù)功能的漏電斷路器，如圖2 所示，漏電斷路器的動作電流為毫安級別，一旦發(fā)生單相觸殼漏電，足以通過其予以切斷。

圖1 電焊機(jī)未使用漏電保護(hù)裝置時采用保護(hù)接地觸電后果

圖2 正確使用漏電保護(hù)器情況下采取保護(hù)接地措施的電焊機(jī)線路圖

對于施工現(xiàn)場而言，如果對所有電氣設(shè)備采用保護(hù)接地的方式，就必須確保每臺電氣設(shè)備的控制回路都加裝了性能良好的漏電保護(hù)裝置，同時，為了在漏電保護(hù)裝置失效的情況下，也能最大程度地降低電氣設(shè)備單相觸殼漏電后的危險，還要采取良好接地保護(hù)，這需要耗費(fèi)大量的接地鋼材，費(fèi)工、費(fèi)料、難回收重復(fù)利用，這在施工現(xiàn)場是不經(jīng)濟(jì)的，在用電設(shè)備較多的情況下，日常對漏電保護(hù)器的巡檢管理難度也較大，所以在施工現(xiàn)場不建議采取接地保護(hù)的方式。

TN-S 系統(tǒng)

TN-S 方式供電系統(tǒng)是指將電氣設(shè)備的金屬外殼與一根專屬保護(hù)線（PE 線，又稱保護(hù)零線）連接，該線與工作零線（N 線）嚴(yán)格分開，并在敷設(shè)過程中不允許斷開，在變壓器處做接地并在敷設(shè)過程中按要求做重復(fù)接地，成為保護(hù)接零系統(tǒng)，也稱TN-S 系統(tǒng)。

TN-S 保護(hù)接零系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)就是由于其設(shè)置特點(diǎn)，如圖1 所示，假設(shè)相線L觸殼電焊機(jī)漏電，如圖3 所示，電流將通過保護(hù)零線PE線回到中心點(diǎn)，相當(dāng)于造成單相短路，保護(hù)零線（PE 線）電阻很小，根據(jù)規(guī)范要求，PE 線截面積不得小于5 mm，截面積越大，電阻越小，以100 m 長，截面積為5 mm作為PE 線的銅線為例，其電阻R=(ρ×L)/S=(0.017×100 m)/(5 mm)=0.34 Ω，則漏電電流（即短路電流）I=220 V/R=220 V/0.34 Ω=647A，可見電流非常大，足以瞬間使施工現(xiàn)場常見的所有斷路器跳閘或熔斷器瞬間熔斷，從而使設(shè)備與電源脫離，避免人身觸電造成觸電事故的可能性。相比保護(hù)接地的措施，保護(hù)接零的保護(hù)零線（PE 線）為三相四線制（國際電工委員會IEC 規(guī)定：對于三相幾線中的“線”，指的是在正常運(yùn)行狀態(tài)下有電流流過的“線”，由于PE 線在正常狀態(tài)下沒有電流流過，因此它不能稱為“線”。所以，不存在所謂的三相五線制。三相五線制是國內(nèi)的錯誤稱呼，國際與IEC 都不承認(rèn)三相五線制的定義）中五芯線中的一芯，可以周轉(zhuǎn)使用，降低了保護(hù)接地系統(tǒng)中每臺電氣設(shè)備都需處處接地的人工和費(fèi)用，是目前施工現(xiàn)場推薦的電氣設(shè)備保護(hù)方式。同時，根據(jù)規(guī)范要求，三級配電兩級保護(hù)，在總配電箱（一級配電箱）和開關(guān)箱（三級配電箱）處還設(shè)置漏電保護(hù)裝置，進(jìn)一步增加了防觸電的安全性，使得電氣設(shè)備一旦出現(xiàn)單相觸殼漏電，將處于斷路器和漏電保護(hù)裝置的雙重保護(hù)之下。

圖3 電焊機(jī)采取保護(hù)接零方式漏電后單相漏電電流走向示意

在規(guī)范中要求，保護(hù)零線（PE線）在敷設(shè)過程中，除必須在配電室或總配電箱處做重復(fù)接地外，還必須在配電系統(tǒng)的中間處和末端處做重復(fù)接地，這是考慮到一旦保護(hù)零線（PE 線）在某處斷線（非人為造成），而其后的電氣設(shè)備出現(xiàn)單相觸殼漏電，如圖4 所示，該電氣設(shè)備與重復(fù)接地處事實上變成了保護(hù)接地系統(tǒng)（TT 系統(tǒng)），雖然施工現(xiàn)場不建議采取該漏電保護(hù)方式，但采取該措施的目的是在出現(xiàn)PE 線斷線的最壞情況后，最大程度降低漏電電氣設(shè)備所帶的漏電電壓，這也是規(guī)范中要求即便TN-S 系統(tǒng)正常情況下漏電電流足以使斷路器脫扣或熔斷器熔斷，仍然要求必須設(shè)置漏電保護(hù)器的原因。

圖4 電焊機(jī)保護(hù)零線斷開后，單相漏電電流走向示意

在TN-S供電系統(tǒng)中的習(xí)慣性違章

施工現(xiàn)場電焊機(jī)在TN-S 供電系統(tǒng)中，具有可靠性強(qiáng)，漏電保護(hù)靈敏，節(jié)省鋼材等特點(diǎn)，但在實際使用過程中，常會因一些設(shè)置錯誤或缺陷，導(dǎo)致出現(xiàn)安全隱患，以下列出施工現(xiàn)場實際使用過程中的常見問題。

1.保護(hù)接地與保護(hù)接零混用

電焊機(jī)在施工現(xiàn)場實際使用過程中最為常見的錯誤，是施工現(xiàn)場配電為TN-S 系統(tǒng)，電焊機(jī)已通過PE 線進(jìn)行了保護(hù)接零，但依然有個別對接零保護(hù)與接地保護(hù)的區(qū)別和特點(diǎn)不清楚的管理人員要求電工對電焊機(jī)外殼進(jìn)行保護(hù)接地，此種做法，不僅費(fèi)工、費(fèi)料，有時還會對其他正常工作的電氣設(shè)備造成威脅，并非一接了之，需要慎重考量。

當(dāng)電焊機(jī)同時做保護(hù)接零和保護(hù)接地時，一旦出現(xiàn)單相觸殼漏電，漏電電流并不會流經(jīng)保護(hù)接地，依然是單相短路電流引發(fā)斷路器脫扣，保護(hù)接地是無效的，造成材料和人工的浪費(fèi)。如果是考慮保護(hù)零線在連接電焊機(jī)時出現(xiàn)了斷線，電焊機(jī)的漏電保護(hù)變成保護(hù)接地的方式，若此時電焊機(jī)出現(xiàn)單相觸殼漏電，且恰好該電焊機(jī)未裝漏電保護(hù)裝置或漏電保護(hù)裝置損壞，漏電電流無法使斷路器或熔斷器切斷，這樣一來，不僅電焊機(jī)出現(xiàn)漏電并產(chǎn)生對地電壓，其他與PE 線連接的電氣設(shè)備和電焊機(jī)等電位而帶有同樣的對地電壓，漏電故障不僅沒有消除，反而進(jìn)一步擴(kuò)大了漏電故障范圍。在這種條件下，做了保護(hù)接地，不僅漏電故障未能完全消除，同時擴(kuò)大漏電故障范圍；若不做保護(hù)接地，只有故障電焊機(jī)帶有相電壓220 V，是前者能夠接受還是后者能夠接受，這是對電焊機(jī)是否要做保護(hù)接地的根本考量。在這里仍要強(qiáng)調(diào)的是：保護(hù)零線與漏電保護(hù)裝置同時出現(xiàn)問題的情況概率非常小，如果能夠確保漏電保護(hù)器和保護(hù)零線二者之一是正常的，就沒必要再做重復(fù)接地，這是因為漏電保護(hù)器故障，保護(hù)零線正常的情況下，單相觸殼漏電的電流足以使斷路器脫扣或熔斷器熔斷從而切斷電源；而保護(hù)零線斷開，漏電保護(hù)器正常的情況下，單相觸殼漏電使得漏電保護(hù)器檢測到三相電源中出現(xiàn)不平衡，有漏電的情況發(fā)生，將立即脫扣斷電。

2.TN-S 系統(tǒng)下工作零線重復(fù)接地

TN-S 系統(tǒng)下，重復(fù)接地僅是指保護(hù)零線（PE），而工作零線（N線）在從中性點(diǎn)引出后，就不允許再做重復(fù)接地，有個別管理人員對TN-S 配電系統(tǒng)不了解，也要求對工作零線進(jìn)行重復(fù)接地，造成做了重復(fù)接地的工作零線前端配電箱中的漏電保護(hù)器經(jīng)常誤動作，干擾了施工現(xiàn)場正常供電。

漏電保護(hù)器動作的原理就是進(jìn)出電流的矢量和為零，在TN-S 系統(tǒng)中，如果工作零線接地，就會有部分零線電流在回流至中性點(diǎn)時，一部分通過工作零線流回中性點(diǎn)，由于工作零線進(jìn)行了重復(fù)接地，將導(dǎo)致另一部分零線電流通過大地（地網(wǎng)）流回中性點(diǎn)，從而造成接有工作零線的前端漏電保護(hù)器中進(jìn)出電流的矢量和不為零，其誤判有漏電產(chǎn)生，差值達(dá)到額定漏電動作電流后，立即脫扣斷電，該動作屬于誤動作，事實上并未發(fā)生漏電，只是該部分電流差值是由于工作零線接地造成部分零線電流經(jīng)由大地（地網(wǎng)）流回中性點(diǎn)造成的。

3.電焊機(jī)搭鐵線隨意代替或連接

電焊機(jī)的二次線（搭鐵線）應(yīng)使用導(dǎo)電率高的專用線（銅線），且需要有足夠的截面，不宜過長。二次線（搭鐵線）應(yīng)使用專用鉗夾直接接在焊件上，從而減少接觸點(diǎn)，降低接觸電阻，保證焊接電流及最短的焊接電流回路路徑。

但在施工現(xiàn)場，一些焊工為了圖省事或是地線不夠長，常將二次線（搭鐵線）使用鋁線或是通過金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行引流，這樣不僅會引起代替線或結(jié)構(gòu)由于導(dǎo)電不良而造成的本體發(fā)熱和電流損耗，還會引起較大的壓降，無法保證正常的焊接電流，影響焊接質(zhì)量。在鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中，如果通過鋼結(jié)構(gòu)代替二次線（搭鐵線）引流進(jìn)行焊接，容易造成沒有絕緣保護(hù)捆綁在鋼結(jié)構(gòu)上的生命線打火燒斷，對使用生命線的高空作業(yè)人員埋下嚴(yán)重的安全隱患。同時，如果焊接電流流經(jīng)路徑中有儀表接地電纜、儀表風(fēng)管道等，則容易燒毀儀表。

4.焊件本體與保護(hù)零線相連

使用交流電焊機(jī)時，若焊機(jī)二次線圈一端接地或接零，焊件本身不應(yīng)接地或接零；若此時焊件再接地或接零，部分較大的電焊回流電流將會流過接地或接零線，很容易將保護(hù)地線或零線熔斷。假如此時搭鐵線回路接觸不良，將使該部分的電焊回流電流進(jìn)一步升高，不但易引發(fā)火災(zāi)，同時造成保護(hù)零線或地線的熔斷，一旦電焊機(jī)發(fā)生單相觸殼漏電，失去保護(hù)零線或地線的焊機(jī)將對附近作業(yè)的人員產(chǎn)生安全威脅。

5.焊件直接放在金屬平臺上焊接

在一些施工現(xiàn)場，需要在一些花紋鋼板或鋼格柵板的金屬平臺上進(jìn)行焊接作業(yè)，有些焊工為圖省事或節(jié)省二次線長度，就近將二次線線夾直接夾在金屬平臺或與金屬平臺連接的欄桿、鋼結(jié)構(gòu)上，焊件放在金屬平臺上，通過金屬平臺引流，焊件與金屬平臺之間易出現(xiàn)間隔，在焊件挪動時，容易出現(xiàn)打火現(xiàn)象，會對焊件造成損傷。當(dāng)焊工觸及焊鉗金屬裸露部分時，由于焊工站立在金屬平臺上，如果焊接電流回流不暢，會有回流電流通過人體的可能性，尤其是在高溫、潮濕和多雨地區(qū)，焊工身體出汗時，人體電阻大大降低，更增加了觸電的可能性。

6.電焊機(jī)二次側(cè)未配裝防二次側(cè)觸電保護(hù)裝置

雖然交流電焊機(jī)在焊接過程中是高電流（50～600 A）、低電壓（工作電壓是30 V 左右），但未進(jìn)行焊接作業(yè)即空載時，電壓在50～90 V 之間，高于36 V 安全電壓。如果焊工在未焊接時，未戴絕緣手套而直接接觸焊把的導(dǎo)體裸露部分，就會有觸電風(fēng)險。此時，需要在電焊機(jī)二次側(cè)加裝觸電保護(hù)裝置，其工作原理是：當(dāng)電焊機(jī)未施焊空載時，保護(hù)裝置會通過降低一次側(cè)電源電壓的方式使二次側(cè)電壓降低，通常會降低至24 V以下。當(dāng)開始焊接作業(yè)時，保護(hù)裝置會將一次側(cè)電源電壓恢復(fù)，此時二次側(cè)的電壓也會相應(yīng)升高并達(dá)到引弧電壓，引弧完成后，二次側(cè)電壓迅速降低。當(dāng)停止焊接作業(yè)時，電焊機(jī)恢復(fù)空載狀態(tài)，二次側(cè)電壓再次升高，“激發(fā)”保護(hù)裝置再一次降低一次側(cè)、二次側(cè)電壓，從而大大降低電焊機(jī)二次側(cè)超出“安全電壓”的機(jī)會，所以，裝配防二次側(cè)觸電保護(hù)裝置是很有必要的。

7.施工現(xiàn)場電焊機(jī)常見習(xí)慣性違章圖例（見圖5）

圖5 施工現(xiàn)場電焊機(jī)常見習(xí)慣性違章

總結(jié)

綜上所述，電焊機(jī)在TN-S 系統(tǒng)與TT 系統(tǒng)中使用基本原則和要求有以下幾點(diǎn)：

一是電焊機(jī)防觸電保護(hù)方式必須和供電系統(tǒng)保持一致，即供電系統(tǒng)若是TN-S 系統(tǒng)，外殼則需采取接零保護(hù)方式，不應(yīng)做接地保護(hù)，也沒必要同時做接零保護(hù)和接地保護(hù)。

二是在TT 系統(tǒng)中，電焊機(jī)前端必須裝有漏電保護(hù)裝置，并經(jīng)常檢查其功能是否正常；在TN-S 系統(tǒng)中，電焊機(jī)前端應(yīng)裝有斷路器或熔斷器。

三是電焊機(jī)保護(hù)零線任何時候不能斷開，所以既不能獨(dú)立敷設(shè)，也不允許通過任何可以斷開的開關(guān)或控制器，要使用四芯（三根相線+PE 線）對電焊機(jī)供電側(cè)進(jìn)行接線。

四是在配電箱處保護(hù)零線（PE線）做重復(fù)接地，工作零線（N 線）不允許做重復(fù)接地。

五是電焊機(jī)二次線（搭鐵線）隨意代替或連接，禁止通過金屬平臺引流。

六是交流電焊機(jī)前端要加裝防二次側(cè)觸電保護(hù)裝置，并要注意加強(qiáng)對焊工的教育和監(jiān)督，讓其理解保護(hù)裝置使用的必要性。

電焊作業(yè)是施工現(xiàn)場最常見的施工作業(yè)，在工程建設(shè)領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用，做好電焊機(jī)防觸電保護(hù)工作，是施工現(xiàn)場安全管理中極其重要的工作之一。在管理過程中，作為工程管理人員，對電焊機(jī)和焊接作業(yè)的管理要秉持科學(xué)、有效的原則，抓住電焊機(jī)防觸電保護(hù)管理的關(guān)鍵點(diǎn)，切不可不懂裝懂、瞎指揮、亂管理，否則不僅不會降低或消除安全隱患，甚至還有可能擴(kuò)大和提升風(fēng)險，造成更為嚴(yán)重的后果。