带电作业工作原理

一、地电位作业工作原理
地电位作业的位置示意图及等效电路如图1-2所示。
作业人员位于地面或杆塔上，人体电位与大地（杆塔）保持同一电位。此时通过人体的电流有两条回路：1、带电体→绝缘操作杆（或其他工具）→人体→大地，构成电阻回路；2、带电体→空气间隙→人体→大地，构成电容电流回路。这两个回路电流都经过人体流入大地（杆塔）。严格地说，不仅在工作相导线与人体之间存在电容电流，另两相导线与人体之间也存在电容电流。但电容电流与空气间隙的大小有关，距离越远，电容电流越小，所以在分析中可以忽略另两相导线的作用，或者把电容电流作为一个等效的参数来考虑。

由于人体电阻远小于绝缘工具的电阻，即Rr<I= I′ I″
其中
I′=UPH/R
I″=UPH/XC
带电作业所用的环氧树脂类绝缘材料的电阻率很高，如3640型绝缘管材的体积电阻率在常态下均大于1012Ω·cm，制作成的工具，其绝缘电阻均在1010～1012Ω以上。对于10kV配电线路，泄露电流I′为
I′=5.77/107≈0.5（μA）
也就是说，泄露电流仅为微安级。
间接作业时，当人体与带电体保持安全距离时，人与带电体之间的电容约为2.2×10-12～4.4×10-12F，其容抗为
XC =1/（ωC）=1/（2πfC）≈0.72×109～1.44×109（Ω）
则电容电流为I″=5.77×103/（1.44×109）≈4（μA）
即间接作业时，人体电容电流也是微安级。故I′ I″的矢量和也是微安级，远远小于人体电流的感知值1mA。
以上分析计算说明，在应用地电位作业方式时，只要人体与带电体保持足够的安全距离，且采用绝缘性能良好的工具进行作业，通过工具的泄露电流和电容电流都非常小（微安级），这样小的电流对人体毫无影响。因此，足以保证作业人员的安全。
但是必须指出的是，绝缘工具的性能直接关系到作业人员的安全，如果绝缘工具表面脏污，或者内外表面受潮，泄露电流将急剧增加。当增加到人体的感知电流以上时，就会出现麻电甚至触电事故。因此在使用时应保持工具表面干燥清洁，并注意妥当保管防止受潮。

二、中间电位工作原理
中间电位作业的位置示意图及等效电路如图1-3所示。
当作业人员站在绝缘梯上或绝缘平台上，用绝缘杆进行的作业即属中间电位作业，此时人体电位是低于导电体电位、高于地电位的某一悬浮的中间电位。
采用中间电位法作业时，人体与导线之间构成一个电容C1，人体与地（杆塔）之间构成另一个电容C2，绝缘杆的电阻为R1，绝缘平台的绝缘电阻为R2。

作业人员通过两部分绝缘体分别与接地体和带电体隔开，这两部分绝缘体共同起着限制流经人体电流的作用，同时组合空气间隙防止带电体通过人体对接地体发生放电。组合间隙由两段空气间隙组成。
一般来说，只要绝缘操作工具和绝缘平台的绝缘水平满足规定，由C1和C2组成的绝缘体即可将泄露电流限制到微安级水平。只要两段空气间隙达到规定的作业间隙，由C1和C2组成的电容回路也可将通过人体的电容电流限制到微安级水平。
需要指出的是，在采用中间电位法作业时，带电体对地电压由组合间隙共同承受，人体电位是一悬浮电位，与带电体和接地体是有电位差的，在作业过程中：
（1）地面作业人员是不允许直接用手向中间电位作业人员传递物品的。这是因为：①若直接接触或传递金属工具，由于二者之间的电位差，将可能出现静电电击现象；②若地面作业人员直接接触中间电位人员，相当于短接了绝缘平台，是绝缘平台的电阻R2和人与地之间的电容C2趋于零，不仅可能使泄露电流急剧增大，而且因组合间隙变为单间隙，有可能发生空气间隙击穿，导致作业人员电击伤亡。
（2）当系统电压较高时，空间场强较高，中间电位作业人员应穿屏蔽服，避免因场强过大引起人的不适感。但在配电线路带电作业中，由于空间场强低，且配电系统电力设备密集，空间作业间隙小，作业人员不允许穿屏蔽服，而应穿绝缘服进行作业。
（3）绝缘平台和绝缘杆应定期检验，保持良好的绝缘性能，其有效绝缘长度应满足相应电压等级规定的要求，其组合间隙一般应比相应电压等级的单间隙大20%左右。

三、等电位作业的原理
由电造成人体有麻电感甚至死亡的原因，不在于人体所处电位的高低，而取决于流经人体的电流的大小。根据欧姆定律，当人体不同时接触有电位差的物体时，人体中就没有电流通过。从理论上讲，与带电体等电位的作业人员全身是同一电位，流经人体的电流为零，所以等电位作业是安全的。
当人体与带电体等电位后，假如两手（或两足）同时接触带点导线，且两手间的距离为1.0m，那么作用在人体上的电位差即该段导线上的电压降。假如导线为LGJ-150型，该段电阻为0.00021Ω，当负荷电流为200A时，那么该电位差为0.042V，设人体电阻为1000Ω，那么通过人体的电流为42μA，远小于人的感知电流1000μA，人体无任何不适感。如果作业人员是穿屏蔽服作业，因屏蔽服有旁路电流的作用，那么，流过人体的电流将更小。
在等电位作业中，最重要的是进入或脱离等电位过程中的安全防护。我们知道，在带点导线周围的空间中存在着电场，一般来说，距带点导线的距离越近，空间场强越高。当把一个导电体置于电场之中时，在靠近高压带电体的一面将感应出与带电体极性相反的电荷，当作业人员沿绝缘体进入带电体时，由于绝缘体本身的绝缘电阻足够大，通过人体的泄露电流将很小，但随着人与带电体的逐步靠近，感应作用越来越强烈，人体与导线之间的局部电场越来越高。当人体与带电体之间距离减小到场强足以使空气发生游离时，带电体与人体之间将发生放电。当人手接近带电导线时，就会看见电弧发生并产生啪啪的放电声，这是正负电荷中和过程中电能转化成声、光、热能的缘故。当人体完全接触带电体后，中和过程完成，人体与带电体达到同一电位，在实现等电位的过程中，将发生较大的暂态电容放电电流，其等值电路见图1-4。
图1-4中，UC为人体与带电体之间的电位差，这一电位差作用在人体与带电体所形成的电容C上，在等电位的过渡过程中，形成一个放电回路，放电瞬间相当于开关S接通瞬间，此时限制电流的只有人体电阻Rr，冲击电流初始值Ich可由欧姆定律求得，即
Ich=UC/Rr

对于110kV或更高等级的输电线路，冲击电流初始值一般约为十几至数十安培。由此可见，冲击电流的初始值较大，因此作业人员必须身穿全套屏蔽服，通过导电手套或等电位转移线（棒）去接触导线。如果直接徒手接触导线，则会对人体产生强烈的刺激，有可能导致电气烧伤或引发二次事故。当然，由于冲击电流是一种脉冲放电电流，持续时间短，衰减快，通过屏蔽服可起到良好的旁路效果，使直接流入人体的冲击电流非常小，而且屏蔽服的持续通流容量较大，暂态冲击电流也不会对屏蔽服造成任何损坏。一般来说，采用导电手套接触带电导线，由于身穿屏蔽服的人体相距带电导线较近，相当于电容器的两个极板较近，感应电荷增多，因此其冲击电流也较大。如果作业人员用电位转移线（棒）塔接，人体可以对导线保持较大的距离，使感应电荷减小，中间电流也减小，从而避免等电位瞬间冲击电流对人体的影响。
在作业人员脱离高电位时，即人与带电体分开并有一空气间隙时，相当于出现了电容器的两个极板，静电感应现象同时出现，电容器复被充电。当这一间隙小到使场强高到足以使空气发生游离时，带电体与人体之间又将发生放电，就会出现电弧并发出啪啪的放电声。所以每次移动作业位置时，若人体没有与带电体保持同电位的话，都要出现充电和放电的过程。当等电位作业人员靠近导线时，如果动作迟缓并与导线保持在空气间隙易被击穿的临界距离，那么空气绝缘时而击穿，时而恢复，就会发生电容C与系统之间的能量反复交换，这些能量部分转化为热能，有可能使导电手套的部分金属丝烧断，因此，进入等电位和脱离等电位都应动作迅速。
等电位过渡的时间时非常短的，当人手与导线握紧之后，大约经过零点几微秒，冲击电流就衰减到最大值的1%以下，等电位进入稳态阶段。当人体与带电体等电位后，就好像鸟儿停落在单根导线上一样。即使人体有亮点与该导电体接触，由于两点之间的电压降很小，流过人体的电流是微安级的水平，人体无任何不适感。从以上作业原理的分析来看，等电位作业是安全的，但在等电位的过程中，应注意以下几点：
（1）作业人员借助某一绝缘工具（硬梯、软梯、吊篮、吊杆等）进入高电位时，该绝缘工具应性能良好且保持与相应电压等级相适应的有效绝缘长度，使通过人体的泄露电流控制在微安级的水平。
（2）其组合间隙的长度必须满足相关规程及标准的规定，使放电概率控制在10-5以下。
（3）在进入或脱离等电位时，要防止暂态冲击电流对人体的影响。因此，在等电位作业中，作业人员必须穿戴全套屏蔽用具，实施安全防护。