10kV配电线路带电作业研究

1.1带电作业的发展情况
　　　目前，世界上已有80多个国家开展了带电作业的研究与应用，其中美国、俄罗斯、日本、英国、法国、德国、中国等40多个国家已广泛应用带电作业技术。
　　　带电作业技术的发展，首先是从配电线路开始，然后发展到输电线路，再向变电站延伸逐步延伸。开展带电作业的电压等级也是由低到高，先在配电线路，然后到高压输电线路，再发展到超高压输电线路，以致到特高压输电线路；由交流到直流，逐渐发展并成熟起来。
1.1.1 美国的带电作业
世界上最早开展带电作业的国家是美国。早在1923年，美国人就开始在34kV配电线路上探索进行带电作业。美国人当时使用的是木质操作棒，采用地电位方法进行作业。干燥的木质棒，由于其绝缘性能良好，完全能够耐受相对地电压，尽管当时制造的工具显得粗糙且笨重，但毕竟开创了带电作业的先河。之后，美国人在一段时间内的带电作业，仅在22kV和34kV配电线路上进行。直到1930年，美国才出现了66kV输电线路上的新项目。随着新型绝缘材料，尤其是环氧玻璃纤维绝缘材料的问世，20世纪50年代末，美国在带电作业用工具中开始采用环氧玻璃纤维绝缘材料制成的带电作业工具，并陆续开始在345、500kV及765kV超高压线路上进行带电作业，这期间一直采用地电位作业的方法。在1960年，美国首先进行试验研究并实现了“等电位”作业的方法，但等电位作业的方法在长达十几年的时间里一直处于试验研究阶段，直到1978年，等电位作业的方法才在美国全国范围内推开。目前，美国已经在765kV及以下各个电压等级的线路上广泛开展带电作业，并进行了1000kV特高压人体接触带电体的试验。
1.1.2 日本的带电作业
　　　日本开展带电作业是20世纪40年代初期，采用引进美国带电作业技术的方式，然后消化吸收，再创造自己的特点。初期日本的带电作业工具和作业项目，几乎和美国一模一样。1962年，日本开始在220kV输电线路上开展带电作业，到1972年，已经能在500kV超高压输电线路上开展带电作业了。日本在配电线路开展的带电作业最具特色，他们开发的带电作业工具不仅门类繁多，而且系列和规格齐全，尤其是防护用具和遮蔽用具，适用于各个配电电压等级。
1.1.3 俄罗斯（前苏联）的带电作业
　　　苏联于20世纪50年代初期才开展带电作业的试验研究。1955年，开始在35-110kV木杆线路上更换直线木杆和耐张杆木横担。1970年，苏联成功研究了采用绝缘水平梯进入高电位的等电位作业方法，应用在220kV及以上的线路上。之后十余年，苏联的带电作业发展缓慢，直到苏联成功建设了1150kV特高压输电线路，才将带电作业逐渐推广到330、500、750kV超高压输电线路和1150kV特高压输电线路上。
1.1.4 中国的带电作业
　　　中国的带电作业早在1952年就开始进行了尝试，直到1954年在东北鞍山电业局研制出了第一套3.3-6.6kV带电作业工具，才标志着中国带电作业的正式发展。根据中国带电作业史料记载，中国的带电作业创始日确定为1954年5月12日。与美国的情况类似，中国的带电作业也是开始于3.3kV配电线路。初始的工具采用类似桦木的木棒来制作，尽管显得十分笨重粗糙，但却成功地进行了3.3kV配电线路的地电位带电作业。1957年10月，中国设计了第一套220kV高压输电线路带电作业工具，并成功应用于220kV高压输电线路的带电作业。中国的第一次220kV等电位带电作业试验，于1958年7月在辽宁省沈阳市举行，试验很顺利。这次等电位带电作业试验的成功，开创了中国带电作业的新篇章。
　 中国的330、500kV超高压输电线路的带电作业分别于20世纪70年代和80年代先后开展。
　　　电对人体发生危害作用的方式有两种，一种是不论电压高低，人体直接接触到有电位差的带电体时发生的直接触电；另一种是人体临近带电体，但是并没有直接接触到带电体时发生的感应触电。第一种是人体与带电体形成电路，而由电路中的电压和电流引起的触电伤害；而另二种是带电体形成的空间电场对人体的静电引起的伤害。
2.1 人体的电阻
人站在地上，如果直接接触了高于低电位的带电导体，就会形成一个闭合电路，在电位差的作用下，就会有电流流过人体，这种现象称为触电。触电时流过人体的电流大小是
　　　 Ir=U/Rr
式中Ir-流经人体的电流，A；
U-相线对地电压，V；
Rr-人体的等值电阻，Ω;
人体的电阻是由皮肤电阻和体内电阻所组成的。其中，皮肤的电阻值最大，体内组织的电阻值由液体、肌肉、骨骼、脂肪依次增加，全部体内组织的电阻为800～1000Ω。由于人体的电阻值远远大于体内组织的电阻值，因此决定人体电阻的主要因素是人体的皮肤电阻。而人体的皮肤电阻中起决定作用的是皮肤表皮角质层的电阻。虽然人体的皮肤角质层的厚度一般只有0.05～0.2mm，但是人体的电阻值却基本由皮肤角质层的状况所决定。当皮肤角质层完好无损时，人体的电阻值可以达到10000～100000Ω。可想而知，人体皮肤角质层一旦受到破坏，人体的电阻将大大下降到800～1000Ω，即只有体内组织电阻值的大小了。由于人体皮肤角质层因人而异，因完好程度而异，因此人体的电阻值一般以1000Ω来计算。这样，当人体在220V电压时触电，就会有220mA的电流流过人体，而这个数量级的电流足以使人触电身亡。
2.2 流经人体的电流对人体的的作用
　　　一是热性质的，结果是将人体灼伤。二是化学性质的，结果是电流引起对人体体内组织的电解。三是生物化学性质的，结果是人体体内的正常机能受到破坏，由此造成呼吸停止或心脏停止跳动，进而造成死亡。
　　　电击：电击是指电流给人体内组织造成伤害，电击是最危险的触电伤害，绝大多数触电死亡事故都是由于电击造成的。主要特征是：①人体外表没有显著的伤害痕迹，有的甚至找不到电流出入人体的出入点痕迹；②触电电流较小，一般为25～100mA；③人体触电时，加于人体的电压不是很高，电流流经人体的时间较长。
　　　电伤：电伤是指电流对人体表面的局部伤害。电伤包括电灼伤、电烙印和皮肤金属化三种表现形式。
　　　电灼伤是由电流热效应引起的。灼伤可以在电流直接经过人体或不经过人体的两种情况下发生。前者是在人体和电源之间产生电弧的烧伤；后者是强电弧溅起的灼热金属粉末或液体对人体的烫伤。
　　　电烙印是在人体与带电体接触良好的时候，在皮肤上形成一种特有的圆形或椭圆形红肿。电烙印不是热效应造成的，而是化学效应和机械效应所引起的，一般情况下不会使人感到痛苦，但是却会造成人体的皮肤或肌肉僵化，从而不得不截肢的后果。
　　　皮肤金属化是一种轻微的伤害。往往是由于电流融化了的金属所蒸发的金属微粒深入人体表层所引起的，它会造成人体的皮肤表面粗糙僵硬，使人有被绷紧的感觉。
2.3 人体对电流的耐受能力
　　　前面讲到的电击和电伤，都是在流经人体的电流达到或超过一定限度后出现的。经过对多次人体触电事故的分析和在动物体上进行的试验表明，流经人体的电流只要不高于某一个标准，如工频交流电流不超过0.5mA，人体基本不会感到有电流的存在。因此可以认为，人体对电流有一定的耐受能力。通过多次试验，目前普遍认为1mA工频交流电流是人体对电流的感知水平，同时把1mA工频交流电流作为人体耐受电流的安全极限电流值。实际上，由于性别、电流的频率及流入人体时电流的密度不同，人体的感知水平也是不完全相同的。例如，有的文献资料表明，男子和女子对工频电流的感知水平分别是1.1mA和0.7mA，而对直流电的感知水平却分别是5.2mA和3.5mA；还有的资料表明，流经人体的电流密度达到0.127mA/mm2，人体就会有麻电的感觉。总之，在带电作业中，只要把人体在各种操作方式下流过人体的电流严格控制在1mA以下，就既不会发生人体的触电伤害，也不会使人体在工作中有任何不舒服的感觉。工频电流对人体的作用见表2-1。
　　　表2-1 工频电流对人体的作用
流经人体电流
（mA） 流经人体时间 人体生理反应
0～0.5 连续通电 没有反应
0.5～5 连续通电 开始有感觉，手指、手腕等处有痛感，但此时人体可以脱离电源
5～30 数分钟以内 人体发生痉挛，不能摆脱电源，呼吸困难，血压升高，是人体可以承受的极限
30～50 几秒到数分钟 心脏跳动不规则、昏迷，血压升高，强烈痉挛；时间如过长则引起心室颤动
50～数百 低压心脏搏动周期 受到强烈冲击，但还未发生心室颤动
超过心脏搏动周期 昏迷，心室颤动，接触部位留有电流通过的痕迹
超过数百 低压心脏搏动周期 在心脏搏动周期特定的相位触电时，发生心室颤动，昏迷，接触部位留有电流通过的痕迹
超过心脏搏动周期 心脏停止跳动，昏迷，可能产生致命的电灼伤
　　　
　　　要在很高的电压下做到通过人体的电流小于1mA，唯一的办法就是在电路中加上一段很高的绝缘电阻Rm来弥补人体电阻的不足，即用绝缘工具把电路隔绝起来。由于绝缘工具的电阻Rn一般在1010Ω以上，因此，把通过人体的电流限制在1mA以下是件很容易的事。因此绝缘工具是带电作业最重要的物质基础。
　　　如果通过人体的电流小于1mA，则按照人体的电阻是1000Ω来进行计算，人体在电路中所承受的电压必然小于1V。这么小的电压对于人体没有任何影响，因此可以认为人的身体上各点几乎没有电位差。而这就是带电作业人员不会发生触电危险的先决条件之一。这一先决条件，对于人体是处于接地体一侧工作，还是处于带电体一侧工作，要求都是完全一样的。
2.4 电场对人体的作用
　　　在电力行业工作过的人都有过这样的感受：在高压电场中，尽管人体既没有直接接触带电体，也没有通过绝缘工具接触带电体，也就是说，人体与带电体之间没有构成闭合回路，但是人体仍然会有各种不同的异样感觉，如风吹感、针刺感、异声感等。
　　　风吹感。人体在高压电场中的风吹感的大小与电场的强弱有着直接的关系，经过反复测试证明，人体站在良好的绝缘装置上，裸露的皮肤上开始感觉到有微风拂过感觉的电场强度大约为2.4kV/cm，当低于这个场强时，人体基本不会感到电场的存在，即感觉不到电风现象；而当高于这个场强时，人体的风吹感就大起来，因此现在把2.4kV/cm作为人体对电场感知水平的临界场强。
　　　异声感。在交流电场中，当电场强度达到一定数值时，许多人的耳朵就会听到“嗡嗡”的响声。经过反复试验研究确认，这种现象是由于交流电场周期性的变化，对人体的耳膜产生某种机械振动所引起的。
　　　蛛网感。人体处在强电场中时，如果人的面部不加以屏蔽，就会产生一种特有的感觉。这是由于尖端放电效应使人体面部的电荷集中到汗毛，汗毛上的同性电荷所产生的斥力使得一根根的汗毛竖立起来。在交流电场中，人体汗毛的反复竖立牵动了皮肤，使得人体产生了一种特有的异样感觉，即感觉到好像脸上沾上了蜘蛛网一样，所以称为面部的蛛网感。
　　　针刺感。当人穿着塑料凉鞋在强电场的草地上行走时，如果脚下的裸露部分碰到附近的草尖上就会产生明显的刺痛感觉。这种刺痛感有时十分强烈，甚至达到人们无法忍受的程度。这就是强电场中的针刺感。
2.5 电场中的人体电位
由于电场中各点具有不同的电位，因此，人体只要离开了大地，进入电场中，踏上绝缘装置后，人体上就会出现电位，这个电位称“悬浮电位”。人体上的悬浮电位与人体所处的位置有关，一般人体距带电体越近，悬浮电位也就越高。从另一方面来说，人体由于离开地面，就与地面存在电容。因此这个电容器就会充电积蓄电荷，人体上就会出现高于地面的电位。
2.6 工频电场对人体的影响
　　　国内外对于工频电场的卫生标准进行了认真的研究和探讨，得出的结论是：人在低于人体知觉场强（2.4kV/cm）以下的工频场强中作业时，不会引起人体的不良感觉，也不会对人体有有害影响。
2.7本章小结
　　　本章主要从电流、电场两方面阐述了带电作业的基本原理，分析得知，满足下述三个技术条件时，能保证带电作业的安全性。
　　　流经人体的电流不超过人体感知水平1mA。
　　　人体体表场强不超过人的感知水平2.4kV/cm。
　　　保证不小于可能对人体放电的安全距离。
3.1带电作业基本方法
3.1.1 按作业时人体所处电位来划分
从作业时人体所处的电位来看，有地电位作业法、中间电位作业法、等电位作业法等。