一個完整的電氣事故分類系統(tǒng)及其應(yīng)用

1、一個完整的電氣事故分類系統(tǒng)及其應(yīng)用IEEE版權(quán)資料論文頁碼No. ESW-23Lloyd B. Gordon Laura Cartelli美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室 美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室P.O. Box 1663, MS K486 P.O. Box 1663, MS J580洛斯阿拉莫斯 NM 87545 洛斯阿拉莫斯 NM 87545美國 美國I I摘要- NFPA 70E標準和相關(guān)的OSHA電氣安全的工作場合的電氣安全標準，已經(jīng)逐步成為被電工，線路工人和其他管理設(shè)備和公共設(shè)施的工作的人員等經(jīng)常需要面對60HZ電力網(wǎng)中所帶來

2、的危害的人員處理突發(fā)事故時所廣泛采用的標準，然而這種現(xiàn)象卻在關(guān)于電力危害的研究和發(fā)展（R&D）組織和高電壓設(shè)備的管理方面留下了一個很大的缺口。其中包括激光，加速器，電容器組合，電鍍術(shù)，電磁感應(yīng)和電解質(zhì)加熱系統(tǒng)等。雖然全部這些系統(tǒng)都是靠50/60Hz交流電來維持正常運行，但我們發(fā)現(xiàn)大量使用直流電的電能，和電容器，電感，電池和高頻電的使用。而這些電力和它們組成的系統(tǒng)所構(gòu)成的危害并不等同于50/60Hz電力系統(tǒng)。 在過去十年時間里，人們已經(jīng)為發(fā)展一種把所有R&D中和使用設(shè)備中發(fā)現(xiàn)的電氣事故進行分類的新方法做過很大的努力。比如說如果有效電流足夠小時，對于NFPA 70E所包含的（a）高電壓造成的危害的

3、變化是無害的，（b）而如果有效電流大的時候，低電壓也會造成傷害，（c）高電壓電容器比較特別，它包括有極其苛刻的反射作用，并造成人的心臟和組織的損傷，（d）已存在的標準當(dāng)中并沒有包含針對于直流電和電容器系統(tǒng)的電弧危害的分析。 在過去100年時間里，這些工作已經(jīng)致使一門基于多樣的研究管理綜合電氣危害分類系統(tǒng)的誕生，R&D正在分析這個系統(tǒng)，并已經(jīng)做了數(shù)十年的實驗。 早些時候，國家的電氣安全編碼的人員只需要懂得源電壓的一些知識，就去判斷沖擊危害。后來隨著電弧危害的知識被掌握，故障電流和定透時間也是需要到的。但是這些項目仍然不足以完全描繪出所有種類的所有類型的電氣危害。而這個新的綜合電氣危害分類系統(tǒng)特點

4、是使用了電壓，有效沖擊電流，故障電流，電力，電能和波形的整合去對各種形式的電氣危害進行了分類?；谶@個電氣危害分類系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展出了許多的新的工具，包括（a）對這些危害的工作控制，（b）為R&D工作更好的PPE選擇 （c）改良培養(yǎng) （d）用于排列多樣形式電能的電氣事故或事件的一種嚴格排列工具。關(guān)鍵字 - 電氣安全，電氣損傷，電氣傷害分類，電氣安全標準 1.介紹過去半個世紀，從電學(xué)的實現(xiàn)開始到進入當(dāng)今現(xiàn)代技術(shù)，電力對人體的影響一直都被人們研究著。早期研究集中認為電擊是造成傷害的主要因素。后來增加了電弧閃這一個因素。最初的觀點主要集中在20世紀初，當(dāng)時使用電力是被公共所保護的。對電力危害的研究的結(jié)果

5、致使在美國設(shè)定了一些標準用來保護使用者的電氣設(shè)備。像National Electrical Code (NEC)1標準和那些Underwrites Laboratory(UL)所制定的標準正在極力為防火和防止使用者遭受電擊而做出貢獻。被大眾廣泛知道的用于保護使用者的設(shè)計產(chǎn)品有設(shè)備接地導(dǎo)體（1960），和接地故障單元續(xù)流器（GFCI,1970）。NEC和UL的首次建立都是在19世紀末，并且都是美國電氣安全設(shè)計標準的核心資源。最早專于電氣保護的工作者是由從事于安全工作實踐的傳輸線工人發(fā)展而來，建立在國家電氣安全規(guī)范（NESC）基礎(chǔ)上，首先開始于1913年在國家標準局。在19世紀70年代電氣安全工作

6、擴大到包含設(shè)備類型的工作，包含有1970版的職業(yè)安全和健康法案（OSHA）和國家防火聯(lián)合標準 70E（1979）。工作環(huán)境電氣安全的NFPA 70E標準，主要是針對于電氣或其它面對60Hz交流電力的設(shè)備電氣工作者。對于電氣安全工作經(jīng)驗，美國的國家規(guī)范逐步發(fā)展為只針對工作在60Hz的電力傳輸，分配和使用的設(shè)備上。他們并不特意的去處理那些發(fā)現(xiàn)在R&D實驗室和其它包括直流，高頻，和電容器行業(yè)所產(chǎn)生的一些奇怪的電氣危害。Dalziel，加州大學(xué)伯克利分校電氣工程師，1951年，在實驗室包括他自己的行業(yè)涉及，研究，實驗教學(xué)等多方面都意識到電氣安全的需求性3。他提到所有實驗室都應(yīng)該遵守洲里的電氣安全規(guī)范，

7、但進一步來說這是很難做到的，除非能把那些獨特的電氣危害應(yīng)用到當(dāng)前已經(jīng)存在的電氣安全規(guī)范當(dāng)中。他的建議是“把危害進行分類并研究各種減少它們發(fā)生的方法和方式。”這在那個時期是非常先進的，但是卻從來沒有被任何研究機構(gòu)付諸于實施。在1960年，Dalziel度了長假并花了一年的時間走訪了9個國家和西歐，通過一個在新墨西哥的洛斯阿拉莫斯科學(xué)實驗室的安全顧問（這篇論文的作者）的指引下，研究了關(guān)于電擊和電氣安全的課題【4】，Dalziel深深為當(dāng)前在實驗室和電氣工程的學(xué)校關(guān)于電氣安全領(lǐng)域的知識缺乏感到深深的遺憾。而這僅僅發(fā)生在50年前！最先寫這篇論文的作者基于他在電能源部（DOE）和高能實驗室大學(xué)里做的關(guān)于

8、電氣危害的經(jīng)驗，在1991年寫了一個最新的關(guān)于在高能源實驗室【5】電氣危害的觀點。由于1998年DOE部門電氣安全手冊【6】的頒布，DOE開始著手處理那些在R&D實驗室中遇到的奇怪的電氣事故，這些大量的對高電壓/低電流，低電壓/高電流，電容器危害進行處理的革新的方式逐步被DOE實驗室不同安全程式中得到應(yīng)用。由于1998年頒布的這本手冊更多的是探討在不同電力學(xué)上電氣危害分類系統(tǒng)中所存在的不足。所以在過去10年時間里，DOE組織為了發(fā)展一門包含所以機械損傷和各種類型的電氣危害的完整電氣事故分類系統(tǒng)做了大量的努力。雖然所有的電氣事故都包含在這個綜合事故分類系統(tǒng)上，但背景和說明都集中在各種波形的電擊危

9、害上。而直流弧閃，電容器和電池這些使用NFPA 70E規(guī)則的分類并沒有做詳細深入的討論。而現(xiàn)在全國范圍內(nèi)的研究將在新一年里增加關(guān)于直流電弧閃的學(xué)識。 II電氣危害研究為了給各種類型的電能的電氣危害理論打下一個基礎(chǔ)，讓我們簡短回顧一下近110年以來關(guān)于電氣危害的研究是非常重要的。A 電氣危害的種類電學(xué)上的傷害類型可以大概劃分為一下5種主要類型：（1） 沖擊電流對人體神經(jīng)系統(tǒng)瞬時作用，包括一些對心臟，呼吸系統(tǒng)，和大腦的致命作用。（2） 電流通過人體時導(dǎo)致的對人體肌肉組織的刺激，包括人體反射動作和被電路吸引而變僵。（3） 當(dāng)很大電流通過金屬導(dǎo)體時所帶來的導(dǎo)體導(dǎo)致人體燒傷，但這并不必然是一個電擊作用導(dǎo)

10、致。（4） 沖擊電流流過人體造成人體內(nèi)傷。由輕到重的程度包括基本的細胞損害到重大的器官和四肢的損害等。（5） 由于電弧而導(dǎo)致的外部燒傷或其他物理傷害，產(chǎn)生一個電弧閃光（利用熱能），或者一個電弧爆炸（包括聲學(xué)上和動能上），也并不必然牽涉到一個電擊的作用。早期（從1899年開始）針對電擊傷害事故的研究，包括上面所述的1,2,4類型，是因為這都是最常見的引起電氣傷害和死亡事故的因素。而研究非電擊燒傷，包括上面列舉的3和5兩類直到19世紀70年代晚期才開始，盡管那危害很早就被一些學(xué)者所認識。在討論電氣傷害時一個重要的觀點是假設(shè)電擊開始于人的身體之外，從接觸皮膚開始。而這篇論文和探討的理論對于包括從電擊

11、的體內(nèi)傳遞而來的電氣危害和理論而言并沒有什么意義。比如說可以在醫(yī)學(xué)流程下發(fā)生，又可以從體內(nèi)放置了電氣設(shè)備的人體產(chǎn)生。舉一個例子來說，一個外部電容器傳遞的電擊帶來的心室纖維性顫動大概在50J的能量。但是內(nèi)部電極與心臟組織直接接觸的除顫器只傳遞2J的能量進行除顫。發(fā)展這個綜合電氣事故分類系統(tǒng)是為了給工作在裸露電氣能源附近的工作人員提供安全保障。B 涉及到的電氣波形電擊的種類或者波形，可分為一下5點;(1) 電力頻率，包括5060Hz.(2) 直流電，可以有一個交流的成分。(3) 從1Hz到3KHz的高頻部分。(4) 從3KHz到100MHz高頻部分(5) 脈沖，比如一個高壓電容器。雖然歷史上對于電

12、擊方面的研究一直都在5060Hz頻率電力頻率范圍，但出于安全的目的，在全部波形上仍然有適當(dāng)?shù)难芯俊?C 電擊危害的研究和結(jié)果 盡管早期在電擊和心臟纖維性顫動對人體的作用的研究19世紀晚期已經(jīng)開始，在先驅(qū)者Ferris【7】,Dalziel【811】，和19世紀50年代的Kowenhoven【12】的研究下，使得我們現(xiàn)今對于電擊和纖維性顫動的認知的突步起飛，通過對100名志愿者進行了廣泛的知覺和交直流承受能力的最大閥值的測試，并且通過大量針對不同動物和體重的動物纖維素閥值的研究，一個針對交流和直流電對人的影響的認知正式成立。Dalziel和其他人斷定對于心臟顫動的敏感性是來源于電流的持續(xù)作用，電

13、擊的作用時間越長，電流造成危害的門檻值越低。對于一個持續(xù)3秒的電擊他認為造成心臟纖維振動的電流99.5%的人都是100mA，直流的話就是450mA。他在直流纖維顫動等級上提出了一個4.8比1的比例對比于60Hz的交流電。 這些早期的研究導(dǎo)致針對漏電流【11】的標準的應(yīng)用。這些工作，加上其他人的【13,14】致使5mA交流電安全閥值的標準的建立。 LEE【15】和Dalziel【16】對先前關(guān)于使人致命的電擊研究工作出版了一篇小結(jié)。經(jīng)歷了30年的研究后，一個計算致使心臟纖維顫動的作為衡量電擊持續(xù)作用的功能的交流電閥值公式完成。電擊致使心臟受損的閥值等于120除以T的平方根，T是電流的持續(xù)時間。

14、Dalziel和其他學(xué)者對不同心臟受損閥值電流的頻率和波形的影響的研究做了大量的貢獻【10,11,16-20】。 很多的研究使我們知道了直流電擊【7-11,17,21,22】臨界值的大小，造成人體剛剛有感覺的臨界值被設(shè)定在4到5毫安，而造成心臟功能受損的臨界值被設(shè)定為500mA。大量研究表明對于直流電【7,8】并沒有釋放的臨界值。 早期有研究者對脈沖電擊對心臟功能損害的影響進行了深入學(xué)習(xí)【9，23,24】。這些工作推斷出電容器電擊引起的能量傳遞主要是一些相關(guān)參數(shù)，對于大多數(shù)電擊引起心室的振動大約需要消耗掉100J的能量。然而，如果沖擊發(fā)生在比較脆弱的心臟循環(huán)周期（T wave），則很低的能量就

15、能導(dǎo)致心臟振動?？傮w而言，研究員定出了2550J這個數(shù)值范圍作為任何時刻導(dǎo)致心臟振動的最低臨界值水平。從1960年到1990年，大量針對體內(nèi)和體外關(guān)于電容性的電震發(fā)生器的發(fā)展的研究結(jié)果使人們懂得了關(guān)于由于10500J范圍【25-29】的電容器電擊引起的傷害作用方面大量的知識。 其中有一個發(fā)現(xiàn)：對于任何電容器釋放的低于70J能量的電擊對于狗來說沒有任何的不良反應(yīng)【25】。另外一個研究認為對于24250J能量的電容器釋放，確定不會引起人體內(nèi)傷，而2508KJ范圍內(nèi)則可能引起體內(nèi)器官和組織的受損，對于2.4KJ40KJ范圍則會導(dǎo)致體內(nèi)受損而直接致死【27】。對于一個150磅的人來說這就是一個標準。對

16、于讀者來說，來源于電壓為5002000V，電流1075A電容性的電擊而傳遞的100300J范圍內(nèi)的能量大小取決于設(shè)計和設(shè)置。通過內(nèi)部植入電震發(fā)生器，對比與用兩個電極直接觸碰心臟，電震器將產(chǎn)生一個20J，180V，4A的電容性脈沖【29】?？梢妼τ陔姄舢a(chǎn)生是體內(nèi)和體外的能量傳遞差別是多么大。最近有一個關(guān)于靜電釋放的電擊產(chǎn)生人體反應(yīng)的臨界值的有趣研究【30】。這個研究加上其他人的經(jīng)驗得出了0.25J的臨界值作為產(chǎn)生危害反應(yīng)的開始。R&D的許多經(jīng)驗得出了一個結(jié)論：一個高壓電容器產(chǎn)生1J左右的電擊并不可怕。但是接近10J時將使人發(fā)生肌肉收縮的嚴重后果（涉及到以下10J的事故）。D 電氣燒傷研究和結(jié)果

17、過去20年，大量的努力工作使得人們對電擊和弧閃引起的體內(nèi)和體外燒傷的認知水平不斷得到進步【31-37】。其中包括現(xiàn)在電弧保護方面的先進科技，并在過去10年已經(jīng)載入NFPA 70E標準當(dāng)中。 E 研究扼要1930年到現(xiàn)在的研究已經(jīng)掌握了60Hz直流電，不同頻率和脈沖的交流電對人體的影響作用。而這些將是解釋當(dāng)前標準中存在的各種數(shù)值的基礎(chǔ)，也是直流和脈沖中呈現(xiàn)的理論基礎(chǔ)。F 大于60Hz造成人身傷亡的事故針對在60Hz不同電壓范圍的電網(wǎng)中，家庭和電力工作者電死的事故已經(jīng)有了大量的研究。而由于直流和電容器電擊致死的案例很少。為了給下面提到的直流和電容器理論提供一些證據(jù)，讓我們簡單討論一下一些事故。 很

18、難找到在60Hz低電壓（低于50V）交流電中找到電擊致死的案例。目前知道的有在游泳池當(dāng)中由于裸露導(dǎo)體在水中接觸而導(dǎo)致致死的情況。游泳者由于池中電壓的梯形增加而觸電致死，而這只需要很低的電壓壓降流過人體。大多數(shù)案例中電死者是由于水池的燈光系統(tǒng)或水泵程序和解決方案不當(dāng)，缺乏一個GFCI而引發(fā)。作者并沒有發(fā)現(xiàn)在低于50V交流電工作環(huán)境中得致死案例。 羅伯特出版了一篇有趣的對于低于50V電壓電死案例可能原因分析報告【38】。在他的分析當(dāng)中寫到在最差的極端潮濕的天氣情況下，做最壞打算，電流大面積的接觸和流通人體，電擊致死的情況會發(fā)生在低于50V的交流和直流電當(dāng)中。但卻沒有死亡的統(tǒng)計來證明他所講得結(jié)論。一

19、個法院的病理學(xué)家在他的研究當(dāng)中提到了7個電死案例均發(fā)生在電壓直流電之中【39】。這些人都是被30-45V之間的直流電壓電死。而這些人都是來自中國的電焊工，他們都工作在高溫和潮濕，封閉的環(huán)境中。7個當(dāng)中的5個是工作在造船廠的密閉金屬材料制成的空間內(nèi)。這個研究的作者們都認為工人當(dāng)時都是大汗淋漓，并嚴重脫水，導(dǎo)致體溫逐步消耗殆盡。各種情況下他們都是受到中暑后（幾分鐘到幾小時）虛脫而直接接觸裸露電極而死。在美國并沒有類似的由于電焊而致死的案例發(fā)生。在美國，電焊工作在造船廠或者礦山對通風(fēng)，溫度和濕度補償都是有嚴格的要求限制的。PPE，包含在OSHA 29 CFR 1915的標準特別是30 CFR，是作為

20、專業(yè)的造船廠就業(yè)安全和健康的一個標準。這其中的研究聲明在美國，缺乏工作控制和安全標準和不去明確電擊臨界值的工作情況下工作是非常非常不安全的。 1953年Dalziel在管理一個關(guān)于電容器電擊方面令人矚目的項目【23】。不幸的是，自那之前，那作者們并不掌握任何相同的關(guān)于這方面的研究。但是Dalziel的研究對電容器安全方面相當(dāng)有幫助。Dalziel和日本管理高壓實驗的工作人員取得了聯(lián)系，結(jié)果只得到了一名死亡的案例。然而，對于瞬時傷害的描述顯得十分可怕，全都是高電壓（2-960KV）。他計算出了電擊時候產(chǎn)生的電容性能量堆積在9-25000J范圍內(nèi)。電擊包含有以下的能量（用J計算）：9,15,21,

21、24,140,264,385,400,402,429,520,720,5000和25000.有意思的是那個死亡案例發(fā)生在1KV的24J電擊。顯然，從一個高能電容器電擊中逃生并沒多大可能。但造成的持久性傷害是不知道的。 第一個作者已經(jīng)在脈沖電能領(lǐng)域工作了34年的時間，他知道在過去30年終發(fā)生在美國的高壓電容器的嚴重事故。其中有3位死亡案例出現(xiàn)在那個時期的高能實驗室里。有意思的是其中有一個是在大學(xué)的里的研究實驗室，一個是在政府研究實驗室，另一個則是在工業(yè)高級實驗室中。全都是電容器電擊（用KJ衡量）。在大學(xué)的案例是一個研究生，他獨自一人進行電容器加熱等離子體的研究實驗。另外兩個則是工作在高能R&D激

22、光系統(tǒng)。除了這三個死亡案例之外，作者還了解到另外6個電容器的事故導(dǎo)致嚴重損傷。一個是一位大學(xué)學(xué)高性能激光的研究生，造成了他持續(xù)的神經(jīng)系統(tǒng)損害。第二個發(fā)生在研究大電容器的軍事研究實驗室，工作人員失去了2個手指。第三個是1996年在作者的部門。一位研究生在一次家庭微波爐進行測量測試的時候誤碰到了4KV，10J的電容器。他的心臟并沒停止，但是持續(xù)了數(shù)個小時的昏迷。他的手指頭部，上背部，手臂由于電流進入他的身體，電弧流經(jīng)他的后背，分別遭受了一級和2級程度的燒傷。這些反應(yīng)導(dǎo)致了兩個肩膀的脫臼，其中一個由于嚴重而不得不采取手術(shù)修復(fù)。III當(dāng)代電氣安全標準為了給持續(xù)增加的電氣傷害分類系統(tǒng)提供基礎(chǔ)，重新審視已

23、有的電氣安全標準顯得非常有必要。A 包含電擊危害的標準在美國，已經(jīng)設(shè)定的保護工作人員免遭電擊的臨界值的一些標準主要有OSHA, NFPA 70E, NESC和UL。1） 專業(yè)安全和健康標準在CFR OSHA規(guī)范的1910部分，對安全和健康標準的專業(yè)描述發(fā)現(xiàn)在針對電氣安全工作經(jīng)驗的1910.331-333的規(guī)則部分。從1910.332，training,1910.332(b)(3)(ii),“Qualified persons shall, at a minimum, be trained in and familiar with一直到The skills and techniques nece

24、ssary to determine the nominal voltage of exposed live parts.在OSHA當(dāng)中僅提及到一個電擊安全的臨界值-50V rms。所以教育要求包含有如何去判斷電壓大小。這些OSHA的標準憑記憶是寫于針對60Hz交流電當(dāng)中，并不是電容器，電池，RF，或其它相關(guān)直流方面。但是OSHA確實說明了這是一個最低的要求。明顯的，要綜合的去使用電氣分類，一個合格的工作者必需具備判斷所有可能致使電氣事故發(fā)生的信息的能力。在OSHA 1910.333中，對工作實踐的選擇和使用，唯一的電擊閥值，是1910.333（a）（1），Live parts that Li

25、ve operate at less than 50 volts to ground need not be deenergized if there will be no increased exposure to electrical bums or to explosion due to electric arcs.這部分的描述為熱燒傷，電弧影響方面的探索打開了大門，但也沒給出具體的數(shù)字標準。從1910.399，對適用于這個子部分進行了定義，對電壓（一個電路中）：“The greatest root-mean-square (rms) (effective) difference of

26、potential between any two conductors of the circuit concerned.同樣，他也在名義上定義了電壓“A nominal value assigned to a circuit or system for the purpose of conveniently designating its voltage class (as 120/240 volts, 480/277 volts, 600 volts.似乎針對60Hz交流電的50 v的規(guī)則是隨意而寫的。50V的標準并不通用于所有的情況，因為其他的規(guī)范和標準并不認可。舉例來說，IEEE/A

27、NSI C95.1，針對RF電擊聲明一個對于MHz頻率的安全的電壓應(yīng)該設(shè)為120V rms。50 V規(guī)則也被發(fā)現(xiàn)于OSHA 1910.269中電能的產(chǎn)生，傳遞，和分配，附錄B-工作在裸露帶電部分。2） NEPA 70E，針對工作環(huán)境的電氣安全標準【40】在第一段中，NFPA 70E關(guān)于安全工作經(jīng)驗相關(guān)的50V規(guī)則使用了25次。其中有一些案例包闊對允許參加工作的人員進行教育，要求必需有限的安全范圍內(nèi)“operating at 50 volts or more., 110.6(D)(1)(b);辨別事故“.identify a hazard/risk evaluation procedure.op

28、erating at 50 volts or more., 110.7(F);和對一個安全工作環(huán)境的獲得“ operating at 50 volts or more lockout/tagout devices shall be applied ., 110.8(B).一個重要的部分是在130章節(jié)，涉及電氣危害的工作，130.1，工作分類提及到，部分（3）少于50V，“Energized electrical conductors and circuit parts that operate at less than 50 volts to ground shall not be requi

29、red to be deenergized ,但是緊接著就有允許低于50V的燒傷或爆炸的可能性的曝光。緊接著，NFPA 70E為管理低電壓的熱燒傷危害打開了大門。表130.2 （C）對電擊保護的可靠近范圍.，為正式的系統(tǒng)電壓管理列舉了可靠近的安全范圍，一對一的rms并沒指定。在 NFPA 70E中對電壓的定義和OSHA 1910.399以上的描述是一樣的，并明確說明是針對于60Hz交流系統(tǒng)。3） 國家電氣安全規(guī)范【2】第44部分，是額外為替補員工的規(guī)則，441 A 2部分，對于可能接觸到51-300V電壓的防范規(guī)范“員工在51-300V環(huán)境時不應(yīng)該接觸裸露帶電體.“4） 實驗負責(zé)人相關(guān)很多UL

30、的標準都處理在各種知識和使用情況下的公共保護，比如沒有資格的個人，潮濕環(huán)境，沒有工作控制，等。在作者看來UL并沒有針對安全工作實踐中的相關(guān)數(shù)據(jù)標準。實際上確實有幾個為了設(shè)計要求對電擊處理的保護內(nèi)容。其中一個例子就是UL 1244-電子測試設(shè)備，詳細列出了現(xiàn)實中很難達到的設(shè)計電壓值。這些電壓全都是超過30V rms到60 v的直流電。 相同的電壓數(shù)值可以在UL 696電動玩具，和其他 里發(fā)現(xiàn)。GFCI（UL 943）的設(shè)計標準聲明設(shè)備將中斷一個大于6mA的接地故障，但不能低于4mA。5mA常被用來描繪這個GFCI閥值。 5 ）國際電氣技術(shù)委員IEC出版的TS 60479文件是為發(fā)展設(shè)計與安全工作

31、活動的重要資源。這5個大類，編號為 TS 60479 X ，是基于過去一個世紀大量的對于人類和動物電擊作用的研究總結(jié)編寫而成?，F(xiàn)在讓我們來簡要總結(jié)一下其中的少量分類，TS 60749-1，第四版，2005. 寫到Effects of current on human beings and livestock - Part 1: General Aspects 41; and TS 60479-2, 第三版, 2007寫到, Effects of current on human beings and livestock - Part 2: Special aspects 42. 第一部門，Ge

32、neral Aspects，寫到了人體的電阻抗，正弦曲線的交流電的作用范圍是在15Hz到100Hz之間，是對于直流電的作用，第二部門主要討論的一些話題包括大于100Hz頻率的不同波形的交流電作用，電流通過入侵人體的作用，單向的短暫單脈沖電流作用等。這兩種技術(shù)分類是對15Hz到100Hz交流，100Hz以上交流和脈沖的人體作用學(xué)識的一個非常優(yōu)秀的總結(jié)。這些技術(shù)分類中引入了三個重點的介紹。第一，這些分類并不適用于設(shè)置電氣安全需求，但卻是為電流對人體作用，建立電氣安必需品時提供基本指導(dǎo)的技術(shù)性分類。第二，基于實踐證明，這些數(shù)值比較保守，適用于生理學(xué)上正常的人，包括任何年齡和體重的兒童.第三，盡管數(shù)值

33、的保守，但是碰到其他條件比如工作條件，可能性錯誤，和野外生物接觸，技術(shù)問題，和經(jīng)濟學(xué)等因素在設(shè)定安全標準時必需要考慮到。這就意味著有非正常和極端情況可能導(dǎo)致受傷或者死亡盡管有很保守的安全標準。舉一個例子來說，一個工作者在水中全神貫注地工作，帶著創(chuàng)傷，在極端溫度和濕度的條件，或者他身體上有心臟病等。在這種情況下50V的規(guī)則是不足以預(yù)防電擊時心臟停止的，必需要設(shè)為30，或20V以下！在建立安全標準時，不僅要考慮到基于理論上，可預(yù)知的或者可預(yù)測的可能因素，更重要的是考慮到事故和受傷的數(shù)據(jù)統(tǒng)計。實際的例子有，50V交流的規(guī)則得益于聚集了數(shù)十年的近1000例電死案例的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。如果在低電壓方面只有像

34、在水中的那個工作者，極端條件下的工作人員的數(shù)據(jù)的話，將很難制定出低電流交流的臨界值。如果沒有沒有像一個工作者被“冰凍”，或低于100V或40mA直流電路電死的案例，就沒有足夠的論據(jù)去斷然設(shè)定像50/60Hz交流電相同的數(shù)值。這里沒有足夠的篇幅空間去詳細討論IEC的技術(shù)分類，但是一些重點，對這篇文章有用的觀點可以說明一下。使人體產(chǎn)生知覺，反應(yīng)，釋放，和致死的交流（15-100Hz）臨界值是相當(dāng)保守的，基本上都小于Dalziel設(shè)立的數(shù)值。產(chǎn)生知覺和反應(yīng)的數(shù)值同常開始于0.5mA。不能被釋放的數(shù)值對于0.05%的人而言（99.55的人都可以釋放）范圍從兒童的5mA到成人的9mA不等。這樣而言，看起

35、來5mA的標準對于60Hz交流電而言是適合的。確實，TS中陳述了“5mA的數(shù)值包含了整個人類”，這個數(shù)值針對死亡可能開始于40mA的5s鐘電擊到500mA的100ms電擊的人。這些考慮到了電流通過整個身體的最壞打算，通過手流到兩個腳。IEC TS對于直流聲明“Unlike ac there is no definable threshold of immobilization or let-go for dc. Only making and breaking of current lead to painful and cramp-like contractions of the muscl

36、es. 這些針對于直流電使人產(chǎn)生知覺反應(yīng)的臨界值認為是大概2Ma.并沒有一個釋放的閥值對于直流電而言。這個數(shù)值，對于最壞打算下流過人體從5s的150mA電流到500mA持續(xù)100ms的電擊。這個值對于任何瞬時電擊確實和交流電一樣，因為心臟在簡短時間內(nèi)并不能每次都識別出是交流電和直流電。但是發(fā)生在在心臟循環(huán)的T波動時刻的電擊是心臟的的一個弱點。對于脈沖電擊，TS 60479-2 給出了一個0.5J的電擊稱為“痛苦”，而50J的電擊聲稱“可能致死”的例子。6） 電擊標準總結(jié) 總體而言，美國國家的規(guī)范和標準使用50V rms交流作為安全工作的臨界值，而5mA作為設(shè)計使用者限制電擊電流的閥值。IEC

37、的TS 60479-1支持了這個5 mA標準。為了限制50V情況下得電擊電流，進而降低IEC中40mA的標準，需要一個至少1250歐姆的人體電阻，從TS看來，平均大范圍在干燥，潮濕，鹽水環(huán)境下，人體的電阻分別是2500歐，2000歐和1300歐。這樣說來，IEC TS 支持了50V的規(guī)則，但只是對于少量的接觸鹽水而致死的臨界值。TS 60479-2獨立討論了人體潛入水中的情況，證實50V是不適合的。TS聲稱在水下環(huán)境一個很小的電壓就能導(dǎo)致人死心臟停止。因此，安全工作應(yīng)該限制在極端環(huán)境下得電氣作業(yè)，而不是嘗試去降低或者期待這樣條件下的不可獲得的工作條件。 此外，考慮到對于設(shè)計儀器，玩具或其它公共

38、使用設(shè)備的UL 30V的規(guī)則，30V規(guī)則對于公眾的曝光適用于在非公共場合所有情況下人們對不適，傷害，和可能性電死的情況進行預(yù)防。而在OSHA中 50V的規(guī)則和NFPA 70E規(guī)則則適用于有資格的工作者的保護，在一個可控工作環(huán)境內(nèi)。B 電弧危害標準為了充分的討論這個歷史，標準的發(fā)展歷程和電弧危害的額外數(shù)值需求，需要另一份這樣長度的文章，用來留給后世討論?；旧?，對于60Hz交流系統(tǒng)的電弧的進行管理的安全工作活動在過去10多年時間里已經(jīng)成熟。這些標準主要寫在NFPA 70E【40】和IEEE 1548【43】標準上。他們都集中在管理60Hz交流系統(tǒng)的電弧管理上。將來的發(fā)展范圍包括說明和管理好其他在

39、電弧爆炸中得機械事故，和研究直流，電容器，電池系統(tǒng)的電弧分析的新方式。現(xiàn)在全國范圍內(nèi)進行的研究將擴大我們的認知水平。少數(shù)幾個用于直流，電容器，和電池方面綜合電氣事故分類的數(shù)值都是基于NFPA 70E和IEEE 1584標準里面可用的電弧能量概念。C DOE 電氣安全手冊【6】 DOE電氣安全手冊是在90年代開始編寫的，目的是為了給復(fù)雜的DOE電氣安全體系提供指導(dǎo)。在1998年出版的版本中，針對R&D實驗室中的獨特的電氣危害和需求，增加了兩個章節(jié)。這個版本有三個章節(jié)是介紹更好的管理奇特的實驗室電氣危害事故。 1）“5mA”規(guī)則，對于高壓/低電流 這個規(guī)則陳述了電力的產(chǎn)生在任何電壓 情況下并不會帶

40、來一個超過5mA的電擊電流，所以也不是一個電氣電擊危害。在R&D（和其他工商業(yè)應(yīng)用）有不計其數(shù)的小高壓能量可以產(chǎn)生一個“carpet shock”類型的任何種類的傷害。這個規(guī)則是過去一個世紀大量的電氣危害的研究的結(jié)晶。被選為5mA的數(shù)值（同樣發(fā)現(xiàn)于GFCI中）是基于60Hz交流電安全的結(jié)果。它通用于全部波形種類的電擊。帶有高壓，低電流的設(shè)備包括輻射檢測電路，小型圖像偵探器，頻譜儀，和一般而言任何使用高壓加速帶電粒子的設(shè)備。特征是電壓范圍都在1到5kV之間，電流（電子或者離子）是在10s到100s的微安級別。雖然受到這些設(shè)備的輕微電擊被大家廣泛了解，但是還沒有任何關(guān)于這樣的事故實例。比如說，在L

41、os Alamos 實驗室，有超過10000種這種設(shè)備的零件。有超過工作人員在過去60年的時間里在LANL做研究，但是并沒有發(fā)現(xiàn)有人被這些設(shè)備傷害的實例，雖然曾有過許多次要的類似電擊的覆蓋。 作為國家的標準，這個規(guī)則是革新的，它基本上都是針對在60Hz電力系統(tǒng)中有很大可能受到電擊危害的場合。這意味著超過50 V rms的電壓是有危險的。 但是有兩個事項必須注意。往往這些設(shè)備都是直流的，任何輸出電容器都必須分開來獨立分析，作為一個電擊危害。這種新的電擊危害分類方法考慮到了這一點。第二，如果有一個地毯沖擊式的反應(yīng)發(fā)生，往往都來自好奇心。特別要注意到，這種反應(yīng)并不會危急一個倒下或者突然移動的工作者。

42、但是這種警告和管理自然景點釋放并沒多大區(qū)別，比如地毯式的電擊，或者在一個低溫潮濕環(huán)境。2）“10A”規(guī)則， 低壓，大電流這個規(guī)范聲明一個電力來源可能成為傷害即使是在一個低壓環(huán)境，如果有足夠的電流去加熱金屬工具或者珠寶通過電阻或者“焦耳”熱。比如戒指，手表通過蓄電池夾和工具經(jīng)受低壓，大電流直流系統(tǒng)環(huán)境像電鍍，焊接，和電磁系統(tǒng)一樣。這個危害并不是電擊，但是對于手的熱燒傷源自于快速升溫的熱金屬。這被稱為“熱燒傷”機械危害 #3在II-A部分。這個在1998年的DOE電氣安全手冊中的“10A”規(guī)范說明了任何有傳遞超過10A恒流電流的裸露導(dǎo)體，不管電壓多少，必需被認為是有害的，必需預(yù)防工作人員的直接接觸

43、，或被作為激勵電氣工作看待。這在當(dāng)時是比較革新的，就像已存在的國家規(guī)范和標準看待低于50V的系統(tǒng)是安全的一樣。但當(dāng)前的NFPA 70E標準，并不承認低壓造成的潛在危害，像先前提及到的。但是在OSHA和NFPA 70E里面都沒有提供任何外部熱燒傷的安全數(shù)值。3）電容器的“10J”規(guī)范目前對于高壓電容器電擊的保護并沒有國家安電氣安全工作活動去設(shè)定安全數(shù)值，盡管危害在文獻中被廣泛認知和討論。1998版本的DOE電氣安全手冊設(shè)定了10J作為一個電容器電擊安全臨界值。盡管這個數(shù)字低于引起心臟停止的能量，但是一個產(chǎn)生于高壓電容器的10J的電擊作用會直接導(dǎo)致人體大量的嚴重反應(yīng)。這個規(guī)則被作為一個安全數(shù)值在大

44、多數(shù)DOE貫穿整個國家的研究實驗室（其中一個降低為5J）中。從1998年開始的經(jīng)驗和研究表明這個數(shù)值可能對于預(yù)防傷害來說太高了，最后一個對于電容器數(shù)值改進了的分類系統(tǒng)誕生了。4）10年里電氣安全手冊安全極限值的應(yīng)用在美國的標準中，設(shè)定電氣事故安全值主要是對于60HZ交流電擊和直流電弧事故。但是仍存在許多電能，和其他一些機械損傷。經(jīng)歷超過一個世紀的研究，已經(jīng)有足夠的信息區(qū)填補這樣的空白。被遺漏的電氣安全工作中的極限安全值使我們考慮到：-一個更低的限制電流，在這個電流下不會產(chǎn)生危害，盡管有很大的電壓。-熱灼傷危害，大電流或者高能量回帶來危害，盡管是一個很低的電壓-頻率的影響（IEEE/ANSI C

45、95.1）-直流安全值，比60Hz交流的數(shù)值高-電器器安全值，按等級分類，作為一個能源的作用-電池危害，包括燒傷，電擊等。-直流，電容器，和電池帶來的電弧危害V一個完整的電氣危害分類系統(tǒng)一下所寫的一個完整的電氣事故分類系統(tǒng)是一個總覽。在這篇幅較短的論文中不可能詳細地對這個系統(tǒng)進行描述。此外，讀者沒有使用工具去理解和斷定需要的數(shù)值，進而去判斷危害的分類。但在描述中的每個章節(jié)中都伴隨有足夠多的筆記呈現(xiàn)，如果需要更多的信息，請聯(lián)系作者。A. 電氣危害的參數(shù)判斷預(yù)測潛在的危害，判斷安全數(shù)值取決于許多因素，包括有電壓；電流；電能；能源；波形；和頻率；電流持續(xù)作用時間；接觸點和電流在人體的導(dǎo)通路徑；環(huán)境因

46、素（比如潮濕和水分多的環(huán)境）；和尺寸；重量；性別；每個人的物理條件等；詳細的參數(shù)，除了一小部分以外，大多都是未知的，或者并不在工作人員可控范圍。包括接觸點和電流在人體的導(dǎo)通路徑；環(huán)境因素（比如潮濕和水分多的環(huán)境）；和尺寸；重量；性別；每個人的物理條件。安全值的設(shè)定比較保守，并考慮到個人條件的差異。例如，大多的電擊極限值，包括產(chǎn)生生理反應(yīng)，條件反射，不釋放，心臟停止的安全數(shù)值，通常都是選擇99.5%的人類適合的范圍上，不管電流持續(xù)作用時間，或者人體導(dǎo)通的路徑是什么。特定工作條件，比如高溫抑或很潮濕的環(huán)境，可能需要更多嚴格的安全工作規(guī)范。例如50V的標準，甚至30V的標準都將失效，如果工作者是浸在

47、水中的環(huán)境下。以上討論的，目前的標準都是使用電壓，電流，能源，和波形/頻率去定義安全工作的數(shù)值。這個完整的電氣安全分類系統(tǒng)使用了電壓，電流，電能，能源，和波形/頻率去設(shè)定極限值，都是基于已經(jīng)存在的知識和標準。B 系統(tǒng)的體質(zhì)-Super Categories這里所述的綜合電氣危害分類系統(tǒng)以把電力資源和能源劃分為5個“超級”類型或普通類型（基于來源和波形）作為開始，相關(guān)章節(jié)以下呈現(xiàn)：類型一-60Hz電能類型二-0HZ到3kHZ，包括直流和SUB RF類型三-電容器類型四-電池類型五-3kHZ到100Mhz高頻這個基本類型的選擇基于來源和波形，首字母，X，在一個分類中指定，X.x表示基本類型。C54

48、個電氣危害分類5個普通類型的每一個都劃分出一系列的危害分類，取決于電壓，電擊電流，短路電流，波形，和/或頻率。為了正確分出電電能，工作人員必須要有一定資歷，并且具備斷定相關(guān)信息的能力。目前的OSHA和NFPA標準中都注明合格的工作者必須“能夠判斷標稱電壓”。這只是一個關(guān)于60Hz電擊危害標準如何設(shè)定的例子。為了正確的使用這個分類系統(tǒng)，合格人員肯定要懂得比“標稱電壓”更多的東西。除了個別以外，每一種電能的類型和來源都可以歸類于54個分類中的一個或多個。這個系統(tǒng)用5中顏色以標明電氣危害程度。顏色并不是必要的，但第二個數(shù)字，x，在分類定義中也給出了危害的等級排行。這5個排行是：分類X.0-藍色-無電

49、氣危害分類X.1-綠色-輕度危害 分類X.2-黃色-產(chǎn)生危害或死亡分類X.3-紅色-嚴重危害 分類X.4和X.5-極度嚴重危害這個等級分支對于辨別電氣危害系統(tǒng)，發(fā)展設(shè)計和工作控制工作而言具有很大的意義。這個系統(tǒng)確實包含了大多數(shù)從裸露到電能下的大多數(shù)機械事故損傷，包括II-A部分以上討論的5個群體，有電擊，燒傷，電弧損害。但這個系統(tǒng)卻不包含所有的電氣二次損傷，包括火源，非電磁輻射（電力，地磁，和RF場），電磁輻射（X射線可在高壓真空環(huán)境產(chǎn)生）。這些二次危害通常電氣安全處理中并不包含，但是卻被其他的方式和標準中收錄。D1.x60Hz電能的分類類型一，包括分類1.x，包含了從輸電和配電，到配電裝置，

50、電力線攬，和直接使用60Hz電能的設(shè)備所有60HZ電能領(lǐng)域。這個同樣可以擴大到50Hz電能的范圍，因為在50和60hz的電擊危害中并沒有多大區(qū)別。在這個類型中主要是電擊和電弧。這個電能的類型是家庭，公共環(huán)境中大多數(shù)事故災(zāi)難其中之一，并且被已存在在國家標準規(guī)范（OSHA,NEC和NFPA 70E）中收錄。1.x分類是基于2004 NFPA 70E標準，同時分類1.2和1,3中的一些次要的改變將并入標準2009 NFPA 70E當(dāng)中。在這個標準中有四個電壓等級，分別是15,50,250，和600V。15V并沒有存在于現(xiàn)在的標準當(dāng)中，但是卻被作者選為一個低級危害的分界線，這當(dāng)中的邏輯是，在美國，雖然

51、50V已經(jīng)被工作人員廣泛的做為60Hz交流危害事故的安全極限值，但是在一些極端的環(huán)境當(dāng)中，低壓也可能造成危害，比如說一個很潮濕的環(huán)境，或者被淹沒的環(huán)境。如此而來，在極端條件下的額外警示就顯得非常有必要。這對于所有安全極限值而言都非常正確，但是卻沒有證明低壓安全數(shù)值是建立在數(shù)十年的標準工作的基礎(chǔ)上。在分類1.1和1.2中的50V rms標準時從NFPA 70E和其他的美國標準當(dāng)中而來。在分類1.2當(dāng)中的主要危害是電擊，除非有足夠的短路電流產(chǎn)生一個電弧危害（參考2009 NFPA 70E 130.3，除了#1）。分類1.2和1.3當(dāng)中的250V rms標準被用來明示電弧足夠的增長可能并且與NFPA

52、 70E和IEEE 1584相輔相成。分類1.3和1.4/1.5當(dāng)中的600-V安全極限值是全美電氣標準中使用的600 V標準。類型1.4是對于設(shè)備的超過600V的電氣危害，被NFPA 70E收錄。分類1.5是公用的高于600V的電氣危害事故，并且被NESC收錄。分類1.2和1.3中的子類（例如 1.2a，1.2b，和1.2c）是建立在2004 NFPA 70E標準的附注基礎(chǔ)上，并用來提醒工作者分析電弧危害和判斷短路電流大小。D 類型2.x - 交直流設(shè)備類型2包含了全部的交流（0Hz）到3kHz的電力的使用，但并不是50/60Hz的電能，并且也不是電容器或電池。電路中使用交流1Hz到3k H

53、Z的現(xiàn)象并不多見，但是在一些特殊設(shè)備當(dāng)中可以找到?；旧?，電擊安全極限值與60Hz交流的是一樣的。在家庭，工業(yè)和R&D實驗室當(dāng)中直流的使用比較廣泛?；旧?，公共場合和家庭人員并不會遇到直流電的電氣危害（比如在微波爐中），但是在工業(yè)和實驗室中有許多機會工作在直流電氣危害的場合。如此而來，這個系統(tǒng)當(dāng)中的直流部分顯得非常有價值。對于安全數(shù)值選擇的討論顯得很重要。針對于電池的直流類型包含在類型4里面。有三種電壓等級，15,100，和250V。15V的數(shù)值，和上面給出的對于交流的推理相同，被選作低壓危害的極限值。并沒有低于15V的電氣危害。100V直流值被選為工作者安全的極限值，與50V rms交流數(shù)值

54、相同。過去一個世紀的廣泛的研究支持這個數(shù)值，并在第二部分上總結(jié)出。250-V rms的數(shù)值被選作承受一個電弧閃的安全極限值，和NFPA 70E中的250V rms的數(shù)值相似。出現(xiàn)危害的電擊電流安全極限值選為40mA，類似于60Hz的5mA規(guī)則。再者，過去廣泛的研究表明對于正當(dāng)?shù)闹绷麟姄魜碚f一個40mA的限值是相對保守的，并且在上文有總結(jié)。因為直流電并沒有釋放的安全限值，以及引發(fā)心臟停止的直流電數(shù)值在300mA范圍，所以說40mA的直流電擊閥值是比較保守。低于15V的直流電，電源對于低于1000W的短路是無害的（類型2.0和2.1a），對于高于1000W，電氣危害主要是大電流通過工具或者珠寶之類

55、導(dǎo)致燒傷（類型2.2a）。類型2.2a中直流電力供應(yīng)的例子中包含電焊工和電鍍系統(tǒng)。對于100到250V的直流電壓，那些重要的電氣安全的參數(shù)將從電力（危害是體內(nèi)燒傷）轉(zhuǎn)變成觸電電流（危害是直流電擊）。低于40mA并沒有危害（類型2.2c）。對于高于250V的直流電壓，建立了三個電流安全閥值：40mA，200mA,和500A。可能令讀者疑惑的是針對大電流的危害情況的改變。低于40mA并沒有觸電或者電弧的危害（類型2.1d）。從40到200mA（類型2.2d）有一個直流電擊危害，原因是當(dāng)首次接觸和放開電路時的反應(yīng)動作，最壞的時候可能導(dǎo)致組織的損傷，對于很長時間暴露的情況。類型2.3（紅色）包含了20

56、0mA到500A的范圍。除了類型2.2d中的反應(yīng)動作外，有2個新的被考慮的危害。第一個是，這個范圍包含了直流引發(fā)的心臟受損事故（大約300到500mA并且有充足時間），和潛在的直流電弧危害的開始。最后，針對大于250V的并有可能發(fā)生大于500A短路電流的直流系統(tǒng)（分類2.4，栗色），一個電弧的分析必須要有。如此高的直流系統(tǒng)（大于125KW）是很稀少的。在洛斯阿拉莫斯實驗室，縱觀10000個R&D的電力供應(yīng)，只有兩到三個這樣的直流供給在直線加速器中使用大的電磁體。在工業(yè)上有大的直流電力系統(tǒng)，包括在電力鐵路和大型金屬冶煉系統(tǒng)中。F.類型3.x 電容器現(xiàn)有的評定和分類電容器的方式相當(dāng)不革新，并且都是基于過去一個世紀對脈沖電擊危害的研究和50年在世界范圍內(nèi)研究實驗室的經(jīng)驗。這些材料被15個高電壓，能源儲備，和脈沖電力系統(tǒng)領(lǐng)域的專家詳細解讀和閱讀過。此外，R&D中許多已知的電容器事故都被閱覽過。在60Hz電力系統(tǒng)中唯一電容器廣泛應(yīng)用是在實際應(yīng)用系統(tǒng)中的電容器功率因素的修正，和單相電機的電機啟動器電容器。但是電容器在直流電力供應(yīng)中時廣泛使用的，作為一個整流濾波器，為了提供特殊的波形，或者在脈沖調(diào)節(jié)方面。高能電容器同樣被廣泛用來儲存在直