電焊機保護技術及裝置的應用技巧

（中國平煤神馬集團 職工技術協(xié)會，河南平頂山 467021）

0 前言

電焊機在國民經(jīng)濟各領域的應用十分廣泛，特別是在機械制造、設備維修和建筑工程等行業(yè)更是大量使用，是國民經(jīng)濟中不可或缺的技術裝備。然而，由于種種原因，使用電焊機的各種事故時常發(fā)生。本研究將從促進安全生產(chǎn)和保護勞動者的角度出發(fā)，就電焊機及線路系統(tǒng)和焊接操作者的保護裝置進行介紹。

1 電焊機及其安全隱患

電焊機是弧焊電源的統(tǒng)稱，常見的類型有交流弧焊變壓器、直流弧焊發(fā)電機、硅弧焊整流器、晶閘管式弧焊整流器、脈沖弧焊電源、逆變式弧焊電源等[1]，常見的產(chǎn)品外形如圖1所示。

電焊機及其線路系統(tǒng)的隱患較多，由于電焊機及焊接操作引發(fā)的設備燒毀、人身傷亡和火災事故屢屢發(fā)生，給國家財產(chǎn)和職工的生命健康造成了巨大且難以彌補的損失。而在高溫、高濕、高粉塵、水下、容器、管道與地溝內(nèi)或船艙等惡劣條件下的焊接作業(yè)中，觸電事故和電焊機損壞現(xiàn)象更是頻頻發(fā)生。

2 剩余電流動作保護器的應用

2.1 技術背景和保護原理

傳統(tǒng)的防觸電方法是將電焊機的金屬機殼及二次回路側連接焊件的一端一起接地（或接零），這主要是用于防范電焊機繞組間絕緣損壞或其他原因引起的機殼及焊接回路帶上危險電壓，當人體觸及這些帶電體時造成的觸電事故[2]。盡管電焊機機殼和二次回路已經(jīng)接地（或接零），但保護接地與保護接零措施只是防止間接接觸觸電最基本的措施[3]，并非萬全之策。因為保護接地與保護接零措施的保護能力和范圍有限，首先該措施無法保護直接接觸觸電；其二是當保護線PE或保護中性線PEN中斷后，該措施將完全失去保護作用；其三是若為TT電源系統(tǒng)，即使是制作了性能良好的接地系統(tǒng)（比如接地電阻為4 Ω），也不能將預期的觸電電壓限制到安全電壓范圍以內(nèi)[4]?；谏鲜鲈?，在電焊機配電箱中裝設剩余電流動作保護器（以下稱RCD，見圖2）就顯得格外重要。

圖1 常見的產(chǎn)品外形

RCD用于防范觸電的原理示意如圖3所示。在正常情況下，作為一次側貫穿于零序電流互感器的電源線的電流有效值相量之和等于零，即

圖2RCD

式（1）表明，無論三相負載是否平衡，剩余電流恒等于零。因此，對應相線電流和中性線電流IN在零序電流互感器鐵心中所產(chǎn)生的磁通的相量和也等于零，零序電流互感器的二次線圈中不會產(chǎn)生感應電流，脫扣器無動作指令，則主開關不發(fā)生動作（處于閉合狀態(tài)），繼續(xù)向電焊機正常供電。當有人觸及帶電的電焊機機殼、帶電的焊接回路以及其他漏電部位，或觸及電焊機一次回路時，零序電流互感器一次側的電流有效值向量之和不再等于零，而等于通過人體的電流 Ir， 即

圖3 RCD用于防范觸電的原理示意

從而相線電流IL1、IL2、IL3和中性線電流IN在零序電流互感器鐵心中所產(chǎn)生的磁通 ΦL1、ΦL2、ΦL3和ΦN的相量和也不等于零，而是等于剩余磁通Φr，即

此時零序電流互感器二次側的線圈中感應出剩余電流，該電流驅使脫扣器動作，使主開關跳閘，切斷電焊機的供電回路，可有效防止人體繼續(xù)受到電擊的傷害[5]。

2.2 實施方案和使用技巧

RCD在電焊機漏電保護方面的應用實例如圖4所示。

圖4 RCD在電焊機漏電保護方面的應用實例

RCD在選型及維修更換時必須注意要與電焊機的容量相適應，同時還要適用于電焊機的電氣特性，即在產(chǎn)生涌流時不能誤動作。顯然普通的剩余電流動作保護器難以勝任，除非對其瞬時脫扣動作電流進行特殊整定或采用其他措施，但最好選用專門為電焊機設計生產(chǎn)的產(chǎn)品，如能夠區(qū)分電擊電流和漏電電流，且沒有不靈敏動作死區(qū)的ZCB型等全自動觸電保護器或適用于電焊機的類似產(chǎn)品；在一般的工作場所中，應選用額定剩余動作電流不大于30 mA、分斷時間不大于0.1 s的高靈敏度、快速動作型產(chǎn)品；如果工作場所特別潮濕、有腐蝕性介質(zhì)，則應選用防濺、防腐蝕型產(chǎn)品，額定剩余動作電流不大于15 mA；如果工作場所灰塵特別大，則應選用防塵型產(chǎn)品[5]；RCD的極數(shù)和線數(shù)應與電焊機的電源要求相適應；就運行方式而言，應選用無輔助電源型（電磁式）產(chǎn)品，或選用能自動斷開的輔助電源型（電子式）產(chǎn)品。

RCD在使用中必須定期對其進行動作試驗，當按動試驗按鈕后，RCD應能可靠動作，不動作或動作不可靠的應查明原因并將其退出運行。對于固定場所使用的電焊機，當使用條件和環(huán)境較好時，每周應當試驗一次，較差時應每天試驗一次；對于移動式或臨時場所使用的電焊機，每變動一次工作地點就應進行一次動作試驗。

3 空載自動保護裝置的應用

3.1 技術背景與保護原理

交流電焊機二次側的空載電壓為60～80 V，最高可達90 V左右，已遠遠超出了安全電壓的上限值（50 V），由此造成的觸電事故屢見不鮮。電焊機配電箱中裝設的RCD只能對電焊機一次側的直接接觸觸電、機殼和二次側因漏電而造成的間接接觸觸電起保護作用，但不能對二次側空載電壓造成的觸電起保護作用，這和RCD對相線與相線間觸電、相線與中性線間觸電不起保護作用的道理是一樣的。電焊機空載電壓觸電不是對地漏電觸電，而是電焊機空載電壓通過電焊鉗、被焊接的物體等帶電體施加在人體的不同部位造成的，觸電電流的回路與正常工作電流類似，所以一次側的RCD無法區(qū)分二者，從而無法對二次側空載電壓造成的觸電提供保護作用。

圖5 熄弧斷電裝置

為了避免電焊機空載電壓造成的觸電，在通常情況下，應裝設空載自動保護裝置（亦稱熄弧斷電裝置，見圖5）；凡是在潮濕地、高空、水下、容器、管道與地溝內(nèi)或船艙等處的焊接作業(yè)，必須安裝電焊機空載自動保護裝置[6]。該裝置能夠有效避免焊工在進行更換焊條等操作時接觸二次回路的帶電體所造成的觸電事故，其原理是將空載狀態(tài)下電焊機的二次電壓降至安全電壓范圍內(nèi)，在安全電壓下進行更換焊條等操作[7]，通常還兼?zhèn)渎╇姳Ｗo功能，故具有安全和節(jié)電的雙重意義。

以BFWB-8型弧焊機防觸（漏）電保護器為例（見表1），其特點如下：

表1 BFWB-8型弧焊機防觸（漏）電保護器的技術規(guī)格和主要參數(shù)

（1）集成了電焊機一次側漏電保護與二次側焊接安全保護的功能，當發(fā)生電焊機內(nèi)線圈絕緣擊穿等漏電故障時，本裝置可在0.1s內(nèi)迅速切斷總電源，保護焊工安全。當電焊機發(fā)生一次側斷路或過載時，本保護器也可迅速切斷電源。

（2）電焊機節(jié)電防觸（漏）電保護器具有保護電焊機二次側焊接安全的功能，不需要輔助啟動裝置，而且起弧速度極快，性能穩(wěn)定可靠。由于采用了獨特的熄弧和滅弧電路，大大延長了使用壽命，焊接質(zhì)量不受任何影響。

（3）采用初級感應式專利技術使裝置體積小巧，安裝極為方便，無需任何輔助線和信號線，直接安裝在配電柜內(nèi)串入電焊機供電回路就可以使用。

（4）電焊機節(jié)電防觸（漏）電保護器具有節(jié)能省電的功能（空載節(jié)能省電最高可達98%）。

3.2 實施方案與使用技巧

BFWB-8型弧焊機防觸（漏）電保護器實際應用電路如圖6所示。

圖6 BFWB-8型弧焊機防觸（漏）電保護器實際應用電路

BFWB-8型弧焊機防觸（漏）電保護器的工作條件如下：

①海拔高度不超過1 000 m。

②環(huán)境溫度為－25～40℃。

③相對濕度：最濕月的最大平均濕度為90%，同時該月的平均溫度為25℃。

④安裝在無沖擊振動及無雨雪侵襲的地方，左端進線接電源，右端出線接負載。

⑤使用場所應嚴禁使用有影響的氣體、蒸汽、化學性沉積、塵埃、霉菌及其他爆炸性、腐蝕性介質(zhì)，并且無劇烈震動和顛簸。

電焊機空載自動斷電保護裝置在使用過程中應定期檢測其空載斷電時電焊機二次側的輸出電壓，該值必須符合安全電壓值要求，并測試其最短斷電延時時間，一般為1±0.3 s。

4 結論

介紹了關于電焊機保護裝置的選配和使用經(jīng)驗技巧，已在生產(chǎn)實踐中發(fā)揮了良好的作用。大量電氣安全事故的教訓及安全生產(chǎn)經(jīng)驗證明，采用安全可靠的保護裝置并合理選型、正確操作與維護，是保證焊接作業(yè)正常進行，防止發(fā)生電氣安全事故的重要環(huán)節(jié)。

[1]胡繩蓀，楊立軍．現(xiàn)代弧焊電源及其控制[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2007：254-257．

[2]祁政敏，李保法，佘如春，等．施工現(xiàn)場用電安全手冊[M]．北京：中國計劃出版社，2006：22-40．

[3]張應立，張莉．焊接安全與衛(wèi)生技術[M]．北京：中國電力出版社，2003：33-37，41-54．

[4]電世界雜志編輯部．實用接地技術[C]．上海：電世界雜志社，1996：49-50，238-248．

[5]國家經(jīng)貿(mào)委安全生產(chǎn)局．電工作業(yè)[M]．北京：氣象出版社，2004：149．

[6]山西省電力公司．焊接與高處安全作業(yè)[M]．北京：中國電力出版社，2001：25-33．

[7]北京市工傷及職業(yè)危害預防中心．焊工[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2005：218-231．