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电弧防护服防护性能测量

来源:上海诚格    时间:2017-09-08    阅读:

陕西快乐十分在过去十年里,对电弧事故本质及其对电弧附近的人身伤害等方面的认知取得了显著进展。除了触电和电击等显著伤害外,还有其它形式的伤害,也许影响相对不直观,如电弧事故中形成的热效应。说这些伤害较不直观,原因是电弧产生较大比例的热辐射肉眼不可见,尽管如此,却可能会对人体皮肤造成二度和三度灼伤,导致更严重甚至致命的伤害。

灼伤程度测量

在19世纪60年代2,3,Stoll和Chianta的研究有助于人体皮肤和组织对热能的响应给出定量结果。当人体组织温度从36.5℃提高到大约44℃,开始发生皮肤灼伤,皮肤灼伤等级取决于温度的升高程度。例如,在50℃,皮肤伤害速度比45℃快100倍。在72℃几乎立刻发生表皮损伤。考虑到电弧的高强度热能会产生大约13000℃的高温,是太阳表面温度的2倍多4。因此,事故附近人体造成2度或3度灼伤的风险非常高。
Stoll和Chianta以及其他工作者研究早期,就发展了温度传感器用来测量人体皮肤对高温的反应情况,描述在可控实验室条件下,2度灼伤的起始温度。这些传感器是已知热容的铜片,后面粘附热电偶,向计算机程序传递温度变化信息, 
形成图像输出。 
图1给出了Stoll曲线的典型输出结果,即在传感器一侧的温度升高速度(摄氏度)。测试可以在台式测量仪上进行,使用可控的对流热源,辐射热源或者是两者结合的热源。一旦热源的热能水平已知,将织物放置到传感器前方,由于织物能够阻止热量传输到传感器,从而可以测量出织物的热防护性能。本防护参数单位为卡/平方厘米(cal/cm2),该数值越大,说明织物的热防护性能越高。这样就可以对不同织物的热防护性能进行评价。
除去在台式测量仪上进行织物性能测试外,本理论还可以扩展使用,检测人体模型上的服装系统。该模型与热量传感器连接方式相似,带有计算机软件,用于定量分析。一种这样的人体模型是杜邦热人模型(图2),全身配有122个传感器,燃烧时产生一定时间的明火,软件将温度升高数据转化为2度和3度灼伤预测百分比。
由于电弧热能远高于典型明火,因此发展了专门装备产生可控电弧。一种这样的装置就是杜邦电弧-人(图3),该装置安装在日内瓦杜邦欧洲技术中心附近。根据美国标准ASTM F19585 和F19596,这些测试装置可以帮助最终用户对织物和服装系统进行定性和定量评价,获得产品对电弧热效应的防护性能。图4给出了织物和防护服测试装置示意图。 
 

电弧防护服必须具有永久阻燃性能,暴露于电弧时绝对不能够熔化或点燃以及持续燃烧。不能开裂,能够对电弧热能起到隔离作用。很多日常工作服均能被点燃并燃烧,增加了工人灼伤范围。容易点燃的织物包括棉、粘胶和羊毛,能够点燃并熔化的织物包括聚酯和尼龙。如今,有大量的工人还使用这些织物制备的防护服。在电弧事故中,防护服不能够对大量的热能进行防护,从而造成严重灼伤甚至丧命,因此应该使用耐热和阻燃纤维制备的防护服,提高电弧危害的防护水平,这方面还有很多工作要做。

电弧热效应防护

雇主在这方面进行改进,首先必须对具体工作环境进行风险评价,要考虑到最大的电弧电流、电弧电压、电弧距离以及电弧持续时间等造成的最苛刻的情况,同时还要考虑工人和事故电弧源之间的常规距离。采用这些输入数据就可以计算出那些具体工况下的电弧热能,卡/平方厘米(cal/cm2)。
同时,对织物进行多次电弧暴露测试,使用已有的电弧测试装置,测量织物的热防护性能,单位为卡/平方厘米(cal/cm2)。在具体的电弧防护情况下,这个热防护性能参数称为电弧热性能值(ATPV)。这个数值定义为使用者出现2度灼伤前能够承受的最大事故热能。显然ATPV值越大,织物的热防护性能越好。
雇主结合风险评价以及不同织物的ATPV测量结果,就可以为工人选择正确的防护服。例如,在最恶劣的条件下,如果风险评价电弧产生的热能为6卡/平方厘米(cal/cm2),则防电弧服的ATPV值至少为6卡/平方厘米(cal/cm2)。 

事故热能测量值,cal/cm2 服装级别 服装描述(层数) 总重量,g/m2 2度灼伤的防护测量水平,cal/cm2
0-2 0 非阻燃(1层) 150-240 N/A
2-5 1 阻燃衬衫、裤子(1层) 150-270 5-7
5-8 2A 非阻燃内衣+阻燃衬衫和裤子(2层) 300-400 8-18
5-16 2B 阻燃内衣+阻燃衬衫和裤子(2层) 340-480 16-22
8-25 3 非阻燃内衣+阻燃衬衫和裤子+阻燃连体服(3层) 540-680 25-50
25-40 4 非阻燃内衣+阻燃衬衫和裤子+双层外衣(4层) 800-1000 40->60

杜邦在可控实验室条件下已经进行了8000多次电弧测试,制定了导则表(表1),该表给出了不同工作条件7-9下可以使用的工作服。例如,按照此表,最坏条件下电弧热能为6卡/平方厘米(cal/cm2)工作环境中使用的工作服总类为2A。对于这种情况,一般的棉质内衣(未处理)+单层阻燃服就可以为电弧热能进行有效防护,多次测试表明,这种工作服一般具有的ATPV最小值为8卡/平方厘米(cal/cm2)。
随着工作服的重量增加,ATPV也增加。另外,双层轻薄织物相对于单层厚重织物具有相对较高的电弧防护性能,并且是单层轻薄织物防护服防护能力的2倍以上。其主要作用是2层织物间的空气起到了隔离效果。例如,220g/m2 的Protera舒适型防护服的ATPV值为8.7 cal/cm2,这种布料的双层防护服ATPV值不是17.4 cal/cm2(2×8.7),而是33.1 cal/cm2。热防护性能增加了15.7l/cm2。
回到上个范例,最坏条件下电弧能量值为6卡/平方厘米(cal/cm2):这个能量等级可以通过不同方式获得,因为能量计算结果中结合了电弧电流、电弧电压、电弧持续时间、电弧间距以及工人和电弧之间的距离等综合因素。6卡/平方厘米(cal/cm2)可以采用表2中给出的方式获得,其中电弧电流是4kA,电弧持续时间为0.5s,电弧电压为300V,电弧间距为15cm,工人与电弧之间的距离为30cm(表示肘部到指尖的距离,这是一个典型的低压操作工况)。从表2可以看出,如果电弧电流或电弧持续时间增加,电弧热能将显著提高。
对于电弧间距,结果相同。工人和电弧之间的距离平方与电弧热能成反比,并且非常关键;将工作距离减少一半,即工人靠近电弧,电弧能量相对于原来的工作距离将增加到4倍。

采用其它方式,改变工作方法和工作规范,例如增加工人与带电设备的距离,可以大幅度降低电弧热效应。此外,有一点也非常明确,在较高的电弧能量水平下,工人也不能够仅仅依靠PPE就能够获得足够的热防护能力,还应当增加自身和带电设备之间的距离。
在电弧实验室装备上进行的服装测试属于织物体系ATPV值的补充试验,这是一个定性测试方法,可以对ATPV值已知的服装进行目测检查,服装测试表明是否会产生点燃、熔化或开裂现象,同时,如果热点偶连接了合适的计算机软件,就能够生成Stoll曲线图。
服装的对应曲线位于Stoll曲线参考值的上方或下方。如果曲线在参考曲线的上方,就表明服装使用者在测试条件下不能对2度灼伤产生有效防护。如果曲线位于Stoll曲线下方,就表明服装使用者在测试条件下能针对电弧热量具备防护能力。

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