第一节 焊接与切割作业用电基础知识
一、电的基本概念
1.电流和电路
（1）电流带电微粒从高电位向低电位定向移动，其中正电荷向电源负极移动，负电荷则向电源正极移动。一般以正电荷移动的方向为电流的正方向。电流的常用单位是安培（A）或毫安（mA），即1A=1000mA。电流分交流电和直流电两种。
1）交流电：电流的大小和方向随时间作周期性变化的电流。
2）直流电：电流的方向和大小不随时间变化的电流。
（2）电路由金属导线和电气元件组成的闭合回路，实现电能的传递和转换。电路由电源、连接导线、开关电器、负载及其他辅助设备组成。电路分串联电路和并联电路。
1）串联电路：开关在任何位置控制整个电路，即其作用与所在的位置无关。电流只有一条通路，在一个电路中，若想控制所有电路，即可使用串联的电路。缺点：只要有某一处断开，整个电路就断路。各相串联的电气元件均不能正常工作。
2）并联电路：在电路元件间电流有一条以上的相互独立通路。特点：用电器之间互不影响，一条支路上的用电器损坏，其他支路不受影响。
2.电压
电压也称作电势差（电位差），是衡量单位电荷在静电场中由于电势不同所产生的能量差的物理量。
电压的大小等于单位正电荷因受电场力作用从A点移动到B点所做的功，电压的方向规定为从高电位指向低电位的方向。
电压可分为高电压、低电压和安全电压。高低电压的区别是：以电气设备的对地的电压值为依据的。对地电压高于250V的为高压；对地电压小于250V的为低压。安全电压为42V以下的电压。
3.电阻
电阻是物质对电流产生的阻碍作用。当电流通过导体时，由于自由电子在运动中不断与导体内的原子、分子发生碰撞，就会受到一定的阻力。电阻将会导致电子流通量的变化，电阻越小，电子流通量越大。没有电阻或电阻很小的物质称为电导体，简称导体。不能形成电流传输的物质称为电绝缘体，简称绝缘体。
二、安全电压与安全电流
1.安全电压
安全电压是指加在人体上一定时间内不致发生伤残或死亡危险的电压。
按照国家标准GB/T 3805-2008的规定，安全电压为防止触电事故而采用的，由特定电源供电的电压系列。我国对工频安全电压规定了五个等级，即42V、36V、24V、12V以及6V。
根据不同的环境，正确选用相应额定值的安全电压作为供电电压，是一项防止触电伤亡事故的重要安全技术措施。
2.安全电流
安全电流指电流流经人体致命器官而又不会致人死亡的最大电流值。它的大小与作用时间有关，作用时间长时，其值下降。
通过人体的电流越大，人体的生理反应就越强烈，对人体的伤害就越大。按照人体对电流的生理反应强弱和电流对人体的伤害程度，可将电流大致分为感知电流、摆脱电流和致命电流三级。这三种电流的数值与触电对象的性别、年龄以及触电时间等因素有关。
（1）感知电流是指在一定概率下，能引起人体感觉但无危害生理反应的最小电流值，当概率为90%时，成年男子平均感知电流约为1.1mA，成年女子约为0.7mA。感知电流一般不会对人体构成伤害，但电流增大时，感觉增强，反应加剧，可能导致坠落等二次事故。
（2）摆脱电流是人体可以忍受，能自主摆脱，不至于造成严重不良后果的电流。当通过人体的电流超过感知电流时，肌肉收缩增加，刺痛感觉增强，感觉部位扩展。当电流增大到一定程度时，由于中枢神经反射和肌肉收缩、痉挛，触电人将不能自行摆脱带电体。在一定概率下，人触电后能自行摆脱带电体的最大电流称为该概率下的摆脱电流。
摆脱电流概率为50%时，成年男子和成年女子的摆脱电流分别约为16mA和10.5mA。
（3）室颤电流（致命电流）指通过人体引起心室发生纤维性颤动，可能造成死亡的最小电流。电击致命的主要原因就是电流引起心室颤动。因此可以认为室颤电流是短时间作用的最小致命电流。
三、电流对人体的危害形式
电流对人体的危害有三种形式
1.电击
电击是电流对人体内部组织的伤害，由于电流通过人体而造成的内部器官在生理上的反应和病变，是最危险的一种伤害。电击会造成刺痛、灼热感、痉挛、麻痹、昏迷、心室颤动或停跳、呼吸困难或停止呼吸等现象。电流对人体造成触电死亡事故（大约85%以上）是由电击造成的。
电击的主要特征：伤害人体内部器官，在人体的外表没有显著的痕迹，致命电流较小。
电击的分类：按照发生电击时电气设备的状态，可分为直接接触电击和间接接触电击两种。
直接接触电击：是人体直接接触设备和线路正常运行时的带电体发生的电击（如误触接线端子发生的电击），也称为正常状态下的电击。
间接接触电击：是人体接触正常状态下不带电但当设备或线路故障时意外带电的导体所发生的电击（如触及漏电设备的外壳发生的电击），也称为故障状态下的电击。
2.电伤
电伤是由电流的热效应、化学效应、机械效应等对人造成的外部伤害。
（1）电伤的特点：触电伤亡事故中，纯电伤性质的及带有电伤性质的约占75%（电烧伤约占40%）。尽管大约85%以上的触电死亡事故是电击造成的，但其中大约70%的含有电伤成分。
（2）电伤的分类：按照电伤类型的不同，电伤分为接触灼伤和电烙印及皮肤金属化。
1）接触灼伤多发生在高压触电事故时通过人体皮肤的进出口处，灼伤处呈黄色或黑褐色并伤及皮下组织、肌腱、肌肉、神经和血管，甚至使骨骼呈碳化状态，一般治疗期较长。
2）电烙印发生在人体与带电体有良好的接触的情况下，在皮肤表面留下和被接触带电体形状相似的肿块痕迹。有时在触电后并不立即出现，而是相隔一段时间后才出现。电烙印一般不发炎或化脓，往往造成局部麻木和失去知觉。
3）由于电弧的温度极高（中心温度可达6000～10000℃），可使其周围的金属熔化、蒸发并飞溅到皮肤表层而使皮肤金属化。金属化后的皮肤表面变得粗糙坚硬，肤色与金属种类有关，或灰黄（铅），或绿（纯铜），或蓝绿（黄铜）。金属化后的皮肤经过一段时间会自行脱落，一般不会留下不良后果。
3.电磁场生理伤害
电磁场生理伤害是指在高频电磁场的作用下，器官组织及其功能将受到损伤，主要表现为神经系统功能失调，如头晕、头痛、失眠、健忘、多汗、心悸、厌食等症状，有些人还会有脱发、颤抖、弱视、性功能减退、月经失调等异常症状。其次是出现较明显的心血管症状，如心律失常、血压变化、心区疼痛等。如果伤害严重，还可能在短时间内失去知觉。
四、电流通过人体的途径
电流通过心脏会引起心室颤动及致心脏停止跳动而导致死亡；电流通过中枢神经及有关部位，会引起中枢神经强烈失调而导致死亡；电流通过头部，严重损伤大脑，也可能使人昏迷不醒而死亡；电流通过脊髓会使人截瘫；电流通过人的局部肢体也可能引起中枢神经强烈反射而导致严重后果。流过心脏的电流越多、电流路线越短的途径是电击危险性越大的途径，因此从左手到前胸是最危险的电流路径，这时心脏、肺部、脊髓等重要器官都处于电路内，很容易引起心室颤动和中枢神经失调而死亡。
从右手到脚的途径的危险性要小些，但会因痉挛而摔伤；从右手至左手的危险性又比右手到脚要小些；电流途径从脚至脚危险性小些，但触电者可能因痉挛而摔倒，导致电流通过全身或二次事故；相对触电危险最小的是后背到右手。
五、焊接与切割设备安全用电要求
1.对焊接与切割设备性能的要求
（1）焊接电源的空载电压在满足焊接工艺要求的同时，也要考虑对焊工操作安全有利。
（2）焊接电源必须有足够的容量和单独的控制装置，如熔断器或自动断电装置。控制装置应能可靠地切断设备的危险电流，并安置在操作方便的地方，周围留有通道。
（3）焊机所有外露带电部分必须有完好隔离防护装置，如防护罩、绝缘隔离板等。
（4）焊机各个带电部分之间，及其外壳对地之间必须符合绝缘标准的要求，其电阻值均不小于1MΩ。
（5）焊机的结构要合理，便于维修，各接触点和连接件应牢靠。
（6）电焊机不带电的金属外壳，必须采用保护性接零或保护性接地的防护措施。
2.对焊接与切割设备的保护接零
目前一般生产车间使用的380V低压电网路仍然是三相四线制为主保护接零。若设备不接零线，当一相碰壳后又和人体接触时通过人体的漏电电流Ib就会超过安全电流，但该电流又不足以切断焊机的熔断器，这样人体长时间处于触电状态将容易造成触电死亡。焊机采用保护性接零后可避免人体触电。
保护性接零的原理如图4-1所示，用导线的一端接到零线上，一旦焊机因绝缘损坏，导电体接触到外壳时，绝缘损坏的一相就与零线短路，产生强大的短路电流，使该相熔丝熔断，外壳带电现象立刻终止，起到了保护作用。
保护接零是将设备不带电的金属外壳与供电系统中的零线连接，当某一相线触及外壳时相线通过外壳接零线与零线形成单相短路，短路电流促使线路上的短路保护装置迅速动作，消除触电危险。
保护接零适用于中性点接地的供电系统。采用保护接零时，为了安全可靠必须保证以下条件：
（1）系统的工作接地可靠，接地电阻不大于4Ω。工作零线、保护零线应重复接地，重复接地的接地电阻不大于10Ω，接地次数不少于3处。
图4-1 焊机保护性接零原理图
（2）在同一系统中，不得将一部分设备接零，而另一部分设备接地。
（3）单相负荷线路中，保护零线不得借用工作零线，所有设备的保护零线不得串联，而应直接接于系统的零线，不得接错，否则将增加触电危险。
3.对焊接与切割设备的保护接地
生产车间使用的380V低压电网路是以三相三线制为主的保护接地。
电网对地绝缘好，电阻RT非常大，漏电流很小，危险性不大，但是当电网绝缘性能下降时，对地电压可能上升到危险程度。为了确保安全，采取的接地措施如图4-2所示。
图4-2 焊机的保护性接地示意图
为避免触电事故的发生，将电气设备不带电的金属外壳与大地做电气连接。这种保护称接地保护，接地保护是安全防护技术的主要措施之一。
在低压供电系统中，一般规定接地电阻不大于4Ω，可满足保护要求。车间电气设备应在每年的干燥季节测量一次接地电阻。
保护接地适用于不接地电网，凡由于绝缘损坏或其他原因有可能带上危险电压的正常不带电金属部分都应接地。
接地装置包括接地体和接地引线，接地体又分自然接地体与人工接地体两种，而接地引线是与接地体可靠连接的导线，也称地线。
人工接地体一般为垂直敷设，通常用直径40～50mm的镀锌钢管或40mm×40mm×40mm～50mm×50mm×50mm的镀锌角铁或直径25～30mm的镀锌圆钢，长度一般为2500～3000mm，垂直打入深约0.8m的地沟内，如图4-3所示，其根数的多少及排列布置由接地电阻值决定。
图4-3 垂直接地体的安装
4.焊接与切割设备保护接零和保护接地的安全要求
在低压系统中，焊机的接地电阻值不得大于4Ω。
焊机的接地电阻可用打入地里深度不小于1m、电阻不大于4Ω的铜棒或铜管做接地板。
焊接变压器的二次线圈与焊件相连的一端必须接零（或接地），但是与焊钳相连的一端不能接零（或接地）。用于接地和接零的导线，必须满足容量的要求，中间不得有接头，不得装设熔断器，连接时必须牢固。
几台设备的接零线（或接地线），不得串联接入零干线或接地体，应采用并联方法接零线（或接地线）。接线时，先接零干线或接地体，后接设备外壳，拆除时相反。