一个完整的电气事故分类系统及其应用

1、一个完整的电气事故分类系统及其应用IEEE版权资料论文页码No. ESW-23Lloyd B. Gordon Laura Cartelli美国洛斯阿拉莫斯国家实验室 美国洛斯阿拉莫斯国家实验室P.O. Box 1663, MS K486 P.O. Box 1663, MS J580洛斯阿拉莫斯 NM 87545 洛斯阿拉莫斯 NM 87545美国 美国I I摘要- NFPA 70E标准和相关的OSHA电气安全的工作场合的电气安全标准，已经逐步成为被电工，线路工人和其他管理设备和公共设施的工作的人员等经常需要面对60HZ电力网中所带来

2、的危害的人员处理突发事故时所广泛采用的标准，然而这种现象却在关于电力危害的研究和发展（R&D）组织和高电压设备的管理方面留下了一个很大的缺口。其中包括激光，加速器，电容器组合，电镀术，电磁感应和电解质加热系统等。虽然全部这些系统都是靠50/60Hz交流电来维持正常运行，但我们发现大量使用直流电的电能，和电容器，电感，电池和高频电的使用。而这些电力和它们组成的系统所构成的危害并不等同于50/60Hz电力系统。 在过去十年时间里，人们已经为发展一种把所有R&D中和使用设备中发现的电气事故进行分类的新方法做过很大的努力。比如说如果有效电流足够小时，对于NFPA 70E所包含的（a）高电压造成的危害的

3、变化是无害的，（b）而如果有效电流大的时候，低电压也会造成伤害，（c）高电压电容器比较特别，它包括有极其苛刻的反射作用，并造成人的心脏和组织的损伤，（d）已存在的标准当中并没有包含针对于直流电和电容器系统的电弧危害的分析。 在过去100年时间里，这些工作已经致使一门基于多样的研究管理综合电气危害分类系统的诞生，R&D正在分析这个系统，并已经做了数十年的实验。 早些时候，国家的电气安全编码的人员只需要懂得源电压的一些知识，就去判断冲击危害。后来随着电弧危害的知识被掌握，故障电流和定透时间也是需要到的。但是这些项目仍然不足以完全描绘出所有种类的所有类型的电气危害。而这个新的综合电气危害分类系统特点

4、是使用了电压，有效冲击电流，故障电流，电力，电能和波形的整合去对各种形式的电气危害进行了分类。基于这个电气危害分类系统已经发展出了许多的新的工具，包括（a）对这些危害的工作控制，（b）为R&D工作更好的PPE选择 （c）改良培养 （d）用于排列多样形式电能的电气事故或事件的一种严格排列工具。关键字 - 电气安全，电气损伤，电气伤害分类，电气安全标准 1.介绍过去半个世纪，从电学的实现开始到进入当今现代技术，电力对人体的影响一直都被人们研究着。早期研究集中认为电击是造成伤害的主要因素。后来增加了电弧闪这一个因素。最初的观点主要集中在20世纪初，当时使用电力是被公共所保护的。对电力危害的研究的结果

5、致使在美国设定了一些标准用来保护使用者的电气设备。像National Electrical Code (NEC)1标准和那些Underwrites Laboratory(UL)所制定的标准正在极力为防火和防止使用者遭受电击而做出贡献。被大众广泛知道的用于保护使用者的设计产品有设备接地导体（1960），和接地故障单元续流器（GFCI,1970）。NEC和UL的首次建立都是在19世纪末，并且都是美国电气安全设计标准的核心资源。最早专于电气保护的工作者是由从事于安全工作实践的传输线工人发展而来，建立在国家电气安全规范（NESC）基础上，首先开始于1913年在国家标准局。在19世纪70年代电气安全工作

6、扩大到包含设备类型的工作，包含有1970版的职业安全和健康法案（OSHA）和国家防火联合标准 70E（1979）。工作环境电气安全的NFPA 70E标准，主要是针对于电气或其它面对60Hz交流电力的设备电气工作者。对于电气安全工作经验，美国的国家规范逐步发展为只针对工作在60Hz的电力传输，分配和使用的设备上。他们并不特意的去处理那些发现在R&D实验室和其它包括直流，高频，和电容器行业所产生的一些奇怪的电气危害。Dalziel，加州大学伯克利分校电气工程师，1951年，在实验室包括他自己的行业涉及，研究，实验教学等多方面都意识到电气安全的需求性3。他提到所有实验室都应该遵守洲里的电气安全规范，

7、但进一步来说这是很难做到的，除非能把那些独特的电气危害应用到当前已经存在的电气安全规范当中。他的建议是“把危害进行分类并研究各种减少它们发生的方法和方式。”这在那个时期是非常先进的，但是却从来没有被任何研究机构付诸于实施。在1960年，Dalziel度了长假并花了一年的时间走访了9个国家和西欧，通过一个在新墨西哥的洛斯阿拉莫斯科学实验室的安全顾问（这篇论文的作者）的指引下，研究了关于电击和电气安全的课题【4】，Dalziel深深为当前在实验室和电气工程的学校关于电气安全领域的知识缺乏感到深深的遗憾。而这仅仅发生在50年前！最先写这篇论文的作者基于他在电能源部（DOE）和高能实验室大学里做的关于

8、电气危害的经验，在1991年写了一个最新的关于在高能源实验室【5】电气危害的观点。由于1998年DOE部门电气安全手册【6】的颁布，DOE开始着手处理那些在R&D实验室中遇到的奇怪的电气事故，这些大量的对高电压/低电流，低电压/高电流，电容器危害进行处理的革新的方式逐步被DOE实验室不同安全程式中得到应用。由于1998年颁布的这本手册更多的是探讨在不同电力学上电气危害分类系统中所存在的不足。所以在过去10年时间里，DOE组织为了发展一门包含所以机械损伤和各种类型的电气危害的完整电气事故分类系统做了大量的努力。虽然所有的电气事故都包含在这个综合事故分类系统上，但背景和说明都集中在各种波形的电击危

9、害上。而直流弧闪，电容器和电池这些使用NFPA 70E规则的分类并没有做详细深入的讨论。而现在全国范围内的研究将在新一年里增加关于直流电弧闪的学识。 II电气危害研究为了给各种类型的电能的电气危害理论打下一个基础，让我们简短回顾一下近110年以来关于电气危害的研究是非常重要的。A 电气危害的种类电学上的伤害类型可以大概划分为一下5种主要类型：（1） 冲击电流对人体神经系统瞬时作用，包括一些对心脏，呼吸系统，和大脑的致命作用。（2） 电流通过人体时导致的对人体肌肉组织的刺激，包括人体反射动作和被电路吸引而变僵。（3） 当很大电流通过金属导体时所带来的导体导致人体烧伤，但这并不必然是一个电击作用导

10、致。（4） 冲击电流流过人体造成人体内伤。由轻到重的程度包括基本的细胞损害到重大的器官和四肢的损害等。（5） 由于电弧而导致的外部烧伤或其他物理伤害，产生一个电弧闪光（利用热能），或者一个电弧爆炸（包括声学上和动能上），也并不必然牵涉到一个电击的作用。早期（从1899年开始）针对电击伤害事故的研究，包括上面所述的1,2,4类型，是因为这都是最常见的引起电气伤害和死亡事故的因素。而研究非电击烧伤，包括上面列举的3和5两类直到19世纪70年代晚期才开始，尽管那危害很早就被一些学者所认识。在讨论电气伤害时一个重要的观点是假设电击开始于人的身体之外，从接触皮肤开始。而这篇论文和探讨的理论对于包括从电击

11、的体内传递而来的电气危害和理论而言并没有什么意义。比如说可以在医学流程下发生，又可以从体内放置了电气设备的人体产生。举一个例子来说，一个外部电容器传递的电击带来的心室纤维性颤动大概在50J的能量。但是内部电极与心脏组织直接接触的除颤器只传递2J的能量进行除颤。发展这个综合电气事故分类系统是为了给工作在裸露电气能源附近的工作人员提供安全保障。B 涉及到的电气波形电击的种类或者波形，可分为一下5点;(1) 电力频率，包括5060Hz.(2) 直流电，可以有一个交流的成分。(3) 从1Hz到3KHz的高频部分。(4) 从3KHz到100MHz高频部分(5) 脉冲，比如一个高压电容器。虽然历史上对于电

12、击方面的研究一直都在5060Hz频率电力频率范围，但出于安全的目的，在全部波形上仍然有适当的研究。 C 电击危害的研究和结果 尽管早期在电击和心脏纤维性颤动对人体的作用的研究19世纪晚期已经开始，在先驱者Ferris【7】,Dalziel【811】，和19世纪50年代的Kowenhoven【12】的研究下，使得我们现今对于电击和纤维性颤动的认知的突步起飞，通过对100名志愿者进行了广泛的知觉和交直流承受能力的最大阀值的测试，并且通过大量针对不同动物和体重的动物纤维素阀值的研究，一个针对交流和直流电对人的影响的认知正式成立。Dalziel和其他人断定对于心脏颤动的敏感性是来源于电流的持续作用，电

13、击的作用时间越长，电流造成危害的门槛值越低。对于一个持续3秒的电击他认为造成心脏纤维振动的电流99.5%的人都是100mA，直流的话就是450mA。他在直流纤维颤动等级上提出了一个4.8比1的比例对比于60Hz的交流电。 这些早期的研究导致针对漏电流【11】的标准的应用。这些工作，加上其他人的【13,14】致使5mA交流电安全阀值的标准的建立。 LEE【15】和Dalziel【16】对先前关于使人致命的电击研究工作出版了一篇小结。经历了30年的研究后，一个计算致使心脏纤维颤动的作为衡量电击持续作用的功能的交流电阀值公式完成。电击致使心脏受损的阀值等于120除以T的平方根，T是电流的持续时间。

14、Dalziel和其他学者对不同心脏受损阀值电流的频率和波形的影响的研究做了大量的贡献【10,11,16-20】。 很多的研究使我们知道了直流电击【7-11,17,21,22】临界值的大小，造成人体刚刚有感觉的临界值被设定在4到5毫安，而造成心脏功能受损的临界值被设定为500mA。大量研究表明对于直流电【7,8】并没有释放的临界值。 早期有研究者对脉冲电击对心脏功能损害的影响进行了深入学习【9，23,24】。这些工作推断出电容器电击引起的能量传递主要是一些相关参数，对于大多数电击引起心室的振动大约需要消耗掉100J的能量。然而，如果冲击发生在比较脆弱的心脏循环周期（T wave），则很低的能量就

15、能导致心脏振动。总体而言，研究员定出了2550J这个数值范围作为任何时刻导致心脏振动的最低临界值水平。从1960年到1990年，大量针对体内和体外关于电容性的电震发生器的发展的研究结果使人们懂得了关于由于10500J范围【25-29】的电容器电击引起的伤害作用方面大量的知识。 其中有一个发现：对于任何电容器释放的低于70J能量的电击对于狗来说没有任何的不良反应【25】。另外一个研究认为对于24250J能量的电容器释放，确定不会引起人体内伤，而2508KJ范围内则可能引起体内器官和组织的受损，对于2.4KJ40KJ范围则会导致体内受损而直接致死【27】。对于一个150磅的人来说这就是一个标准。对

16、于读者来说，来源于电压为5002000V，电流1075A电容性的电击而传递的100300J范围内的能量大小取决于设计和设置。通过内部植入电震发生器，对比与用两个电极直接触碰心脏，电震器将产生一个20J，180V，4A的电容性脉冲【29】。可见对于电击产生是体内和体外的能量传递差别是多么大。最近有一个关于静电释放的电击产生人体反应的临界值的有趣研究【30】。这个研究加上其他人的经验得出了0.25J的临界值作为产生危害反应的开始。R&D的许多经验得出了一个结论：一个高压电容器产生1J左右的电击并不可怕。但是接近10J时将使人发生肌肉收缩的严重后果（涉及到以下10J的事故）。D 电气烧伤研究和结果

17、过去20年，大量的努力工作使得人们对电击和弧闪引起的体内和体外烧伤的认知水平不断得到进步【31-37】。其中包括现在电弧保护方面的先进科技，并在过去10年已经载入NFPA 70E标准当中。 E 研究扼要1930年到现在的研究已经掌握了60Hz直流电，不同频率和脉冲的交流电对人体的影响作用。而这些将是解释当前标准中存在的各种数值的基础，也是直流和脉冲中呈现的理论基础。F 大于60Hz造成人身伤亡的事故针对在60Hz不同电压范围的电网中，家庭和电力工作者电死的事故已经有了大量的研究。而由于直流和电容器电击致死的案例很少。为了给下面提到的直流和电容器理论提供一些证据，让我们简单讨论一下一些事故。 很

18、难找到在60Hz低电压（低于50V）交流电中找到电击致死的案例。目前知道的有在游泳池当中由于裸露导体在水中接触而导致致死的情况。游泳者由于池中电压的梯形增加而触电致死，而这只需要很低的电压压降流过人体。大多数案例中电死者是由于水池的灯光系统或水泵程序和解决方案不当，缺乏一个GFCI而引发。作者并没有发现在低于50V交流电工作环境中得致死案例。 罗伯特出版了一篇有趣的对于低于50V电压电死案例可能原因分析报告【38】。在他的分析当中写到在最差的极端潮湿的天气情况下，做最坏打算，电流大面积的接触和流通人体，电击致死的情况会发生在低于50V的交流和直流电当中。但却没有死亡的统计来证明他所讲得结论。一

19、个法院的病理学家在他的研究当中提到了7个电死案例均发生在电压直流电之中【39】。这些人都是被30-45V之间的直流电压电死。而这些人都是来自中国的电焊工，他们都工作在高温和潮湿，封闭的环境中。7个当中的5个是工作在造船厂的密闭金属材料制成的空间内。这个研究的作者们都认为工人当时都是大汗淋漓，并严重脱水，导致体温逐步消耗殆尽。各种情况下他们都是受到中暑后（几分钟到几小时）虚脱而直接接触裸露电极而死。在美国并没有类似的由于电焊而致死的案例发生。在美国，电焊工作在造船厂或者矿山对通风，温度和湿度补偿都是有严格的要求限制的。PPE，包含在OSHA 29 CFR 1915的标准特别是30 CFR，是作为

20、专业的造船厂就业安全和健康的一个标准。这其中的研究声明在美国，缺乏工作控制和安全标准和不去明确电击临界值的工作情况下工作是非常非常不安全的。 1953年Dalziel在管理一个关于电容器电击方面令人瞩目的项目【23】。不幸的是，自那之前，那作者们并不掌握任何相同的关于这方面的研究。但是Dalziel的研究对电容器安全方面相当有帮助。Dalziel和日本管理高压实验的工作人员取得了联系，结果只得到了一名死亡的案例。然而，对于瞬时伤害的描述显得十分可怕，全都是高电压（2-960KV）。他计算出了电击时候产生的电容性能量堆积在9-25000J范围内。电击包含有以下的能量（用J计算）：9,15,21,

21、24,140,264,385,400,402,429,520,720,5000和25000.有意思的是那个死亡案例发生在1KV的24J电击。显然，从一个高能电容器电击中逃生并没多大可能。但造成的持久性伤害是不知道的。 第一个作者已经在脉冲电能领域工作了34年的时间，他知道在过去30年终发生在美国的高压电容器的严重事故。其中有3位死亡案例出现在那个时期的高能实验室里。有意思的是其中有一个是在大学的里的研究实验室，一个是在政府研究实验室，另一个则是在工业高级实验室中。全都是电容器电击（用KJ衡量）。在大学的案例是一个研究生，他独自一人进行电容器加热等离子体的研究实验。另外两个则是工作在高能R&D激

22、光系统。除了这三个死亡案例之外，作者还了解到另外6个电容器的事故导致严重损伤。一个是一位大学学高性能激光的研究生，造成了他持续的神经系统损害。第二个发生在研究大电容器的军事研究实验室，工作人员失去了2个手指。第三个是1996年在作者的部门。一位研究生在一次家庭微波炉进行测量测试的时候误碰到了4KV，10J的电容器。他的心脏并没停止，但是持续了数个小时的昏迷。他的手指头部，上背部，手臂由于电流进入他的身体，电弧流经他的后背，分别遭受了一级和2级程度的烧伤。这些反应导致了两个肩膀的脱臼，其中一个由于严重而不得不采取手术修复。III当代电气安全标准为了给持续增加的电气伤害分类系统提供基础，重新审视已

23、有的电气安全标准显得非常有必要。A 包含电击危害的标准在美国，已经设定的保护工作人员免遭电击的临界值的一些标准主要有OSHA, NFPA 70E, NESC和UL。1） 专业安全和健康标准在CFR OSHA规范的1910部分，对安全和健康标准的专业描述发现在针对电气安全工作经验的1910.331-333的规则部分。从1910.332，training,1910.332(b)(3)(ii),“Qualified persons shall, at a minimum, be trained in and familiar with一直到The skills and techniques nece

24、ssary to determine the nominal voltage of exposed live parts.在OSHA当中仅提及到一个电击安全的临界值-50V rms。所以教育要求包含有如何去判断电压大小。这些OSHA的标准凭记忆是写于针对60Hz交流电当中，并不是电容器，电池，RF，或其它相关直流方面。但是OSHA确实说明了这是一个最低的要求。明显的，要综合的去使用电气分类，一个合格的工作者必需具备判断所有可能致使电气事故发生的信息的能力。在OSHA 1910.333中，对工作实践的选择和使用，唯一的电击阀值，是1910.333（a）（1），Live parts that Li

25、ve operate at less than 50 volts to ground need not be deenergized if there will be no increased exposure to electrical bums or to explosion due to electric arcs.这部分的描述为热烧伤，电弧影响方面的探索打开了大门，但也没给出具体的数字标准。从1910.399，对适用于这个子部分进行了定义，对电压（一个电路中）：“The greatest root-mean-square (rms) (effective) difference of

26、potential between any two conductors of the circuit concerned.同样，他也在名义上定义了电压“A nominal value assigned to a circuit or system for the purpose of conveniently designating its voltage class (as 120/240 volts, 480/277 volts, 600 volts.似乎针对60Hz交流电的50 v的规则是随意而写的。50V的标准并不通用于所有的情况，因为其他的规范和标准并不认可。举例来说，IEEE/A

27、NSI C95.1，针对RF电击声明一个对于MHz频率的安全的电压应该设为120V rms。50 V规则也被发现于OSHA 1910.269中电能的产生，传递，和分配，附录B-工作在裸露带电部分。2） NEPA 70E，针对工作环境的电气安全标准【40】在第一段中，NFPA 70E关于安全工作经验相关的50V规则使用了25次。其中有一些案例包阔对允许参加工作的人员进行教育，要求必需有限的安全范围内“operating at 50 volts or more., 110.6(D)(1)(b);辨别事故“.identify a hazard/risk evaluation procedure.op

28、erating at 50 volts or more., 110.7(F);和对一个安全工作环境的获得“ operating at 50 volts or more lockout/tagout devices shall be applied ., 110.8(B).一个重要的部分是在130章节，涉及电气危害的工作，130.1，工作分类提及到，部分（3）少于50V，“Energized electrical conductors and circuit parts that operate at less than 50 volts to ground shall not be requi

29、red to be deenergized ,但是紧接着就有允许低于50V的烧伤或爆炸的可能性的曝光。紧接着，NFPA 70E为管理低电压的热烧伤危害打开了大门。表130.2 （C）对电击保护的可靠近范围.，为正式的系统电压管理列举了可靠近的安全范围，一对一的rms并没指定。在 NFPA 70E中对电压的定义和OSHA 1910.399以上的描述是一样的，并明确说明是针对于60Hz交流系统。3） 国家电气安全规范【2】第44部分，是额外为替补员工的规则，441 A 2部分，对于可能接触到51-300V电压的防范规范“员工在51-300V环境时不应该接触裸露带电体.“4） 实验负责人相关很多UL

30、的标准都处理在各种知识和使用情况下的公共保护，比如没有资格的个人，潮湿环境，没有工作控制，等。在作者看来UL并没有针对安全工作实践中的相关数据标准。实际上确实有几个为了设计要求对电击处理的保护内容。其中一个例子就是UL 1244-电子测试设备，详细列出了现实中很难达到的设计电压值。这些电压全都是超过30V rms到60 v的直流电。 相同的电压数值可以在UL 696电动玩具，和其他 里发现。GFCI（UL 943）的设计标准声明设备将中断一个大于6mA的接地故障，但不能低于4mA。5mA常被用来描绘这个GFCI阀值。 5 ）国际电气技术委员IEC出版的TS 60479文件是为发展设计与安全工作

31、活动的重要资源。这5个大类，编号为 TS 60479 X ，是基于过去一个世纪大量的对于人类和动物电击作用的研究总结编写而成。现在让我们来简要总结一下其中的少量分类，TS 60749-1，第四版，2005. 写到Effects of current on human beings and livestock - Part 1: General Aspects 41; and TS 60479-2, 第三版, 2007写到, Effects of current on human beings and livestock - Part 2: Special aspects 42. 第一部门，Ge

32、neral Aspects，写到了人体的电阻抗，正弦曲线的交流电的作用范围是在15Hz到100Hz之间，是对于直流电的作用，第二部门主要讨论的一些话题包括大于100Hz频率的不同波形的交流电作用，电流通过入侵人体的作用，单向的短暂单脉冲电流作用等。这两种技术分类是对15Hz到100Hz交流，100Hz以上交流和脉冲的人体作用学识的一个非常优秀的总结。这些技术分类中引入了三个重点的介绍。第一，这些分类并不适用于设置电气安全需求，但却是为电流对人体作用，建立电气安必需品时提供基本指导的技术性分类。第二，基于实践证明，这些数值比较保守，适用于生理学上正常的人，包括任何年龄和体重的儿童.第三，尽管数值

33、的保守，但是碰到其他条件比如工作条件，可能性错误，和野外生物接触，技术问题，和经济学等因素在设定安全标准时必需要考虑到。这就意味着有非正常和极端情况可能导致受伤或者死亡尽管有很保守的安全标准。举一个例子来说，一个工作者在水中全神贯注地工作，带着创伤，在极端温度和湿度的条件，或者他身体上有心脏病等。在这种情况下50V的规则是不足以预防电击时心脏停止的，必需要设为30，或20V以下！在建立安全标准时，不仅要考虑到基于理论上，可预知的或者可预测的可能因素，更重要的是考虑到事故和受伤的数据统计。实际的例子有，50V交流的规则得益于聚集了数十年的近1000例电死案例的数据统计分析。如果在低电压方面只有像

34、在水中的那个工作者，极端条件下的工作人员的数据的话，将很难制定出低电流交流的临界值。如果没有没有像一个工作者被“冰冻”，或低于100V或40mA直流电路电死的案例，就没有足够的论据去断然设定像50/60Hz交流电相同的数值。这里没有足够的篇幅空间去详细讨论IEC的技术分类，但是一些重点，对这篇文章有用的观点可以说明一下。使人体产生知觉，反应，释放，和致死的交流（15-100Hz）临界值是相当保守的，基本上都小于Dalziel设立的数值。产生知觉和反应的数值同常开始于0.5mA。不能被释放的数值对于0.05%的人而言（99.55的人都可以释放）范围从儿童的5mA到成人的9mA不等。这样而言，看起

35、来5mA的标准对于60Hz交流电而言是适合的。确实，TS中陈述了“5mA的数值包含了整个人类”，这个数值针对死亡可能开始于40mA的5s钟电击到500mA的100ms电击的人。这些考虑到了电流通过整个身体的最坏打算，通过手流到两个脚。IEC TS对于直流声明“Unlike ac there is no definable threshold of immobilization or let-go for dc. Only making and breaking of current lead to painful and cramp-like contractions of the muscl

36、es. 这些针对于直流电使人产生知觉反应的临界值认为是大概2Ma.并没有一个释放的阀值对于直流电而言。这个数值，对于最坏打算下流过人体从5s的150mA电流到500mA持续100ms的电击。这个值对于任何瞬时电击确实和交流电一样，因为心脏在简短时间内并不能每次都识别出是交流电和直流电。但是发生在在心脏循环的T波动时刻的电击是心脏的的一个弱点。对于脉冲电击，TS 60479-2 给出了一个0.5J的电击称为“痛苦”，而50J的电击声称“可能致死”的例子。6） 电击标准总结 总体而言，美国国家的规范和标准使用50V rms交流作为安全工作的临界值，而5mA作为设计使用者限制电击电流的阀值。IEC

37、的TS 60479-1支持了这个5 mA标准。为了限制50V情况下得电击电流，进而降低IEC中40mA的标准，需要一个至少1250欧姆的人体电阻，从TS看来，平均大范围在干燥，潮湿，盐水环境下，人体的电阻分别是2500欧，2000欧和1300欧。这样说来，IEC TS 支持了50V的规则，但只是对于少量的接触盐水而致死的临界值。TS 60479-2独立讨论了人体潜入水中的情况，证实50V是不适合的。TS声称在水下环境一个很小的电压就能导致人死心脏停止。因此，安全工作应该限制在极端环境下得电气作业，而不是尝试去降低或者期待这样条件下的不可获得的工作条件。 此外，考虑到对于设计仪器，玩具或其它公共

38、使用设备的UL 30V的规则，30V规则对于公众的曝光适用于在非公共场合所有情况下人们对不适，伤害，和可能性电死的情况进行预防。而在OSHA中 50V的规则和NFPA 70E规则则适用于有资格的工作者的保护，在一个可控工作环境内。B 电弧危害标准为了充分的讨论这个历史，标准的发展历程和电弧危害的额外数值需求，需要另一份这样长度的文章，用来留给后世讨论。基本上，对于60Hz交流系统的电弧的进行管理的安全工作活动在过去10多年时间里已经成熟。这些标准主要写在NFPA 70E【40】和IEEE 1548【43】标准上。他们都集中在管理60Hz交流系统的电弧管理上。将来的发展范围包括说明和管理好其他在

39、电弧爆炸中得机械事故，和研究直流，电容器，电池系统的电弧分析的新方式。现在全国范围内进行的研究将扩大我们的认知水平。少数几个用于直流，电容器，和电池方面综合电气事故分类的数值都是基于NFPA 70E和IEEE 1584标准里面可用的电弧能量概念。C DOE 电气安全手册【6】 DOE电气安全手册是在90年代开始编写的，目的是为了给复杂的DOE电气安全体系提供指导。在1998年出版的版本中，针对R&D实验室中的独特的电气危害和需求，增加了两个章节。这个版本有三个章节是介绍更好的管理奇特的实验室电气危害事故。 1）“5mA”规则，对于高压/低电流 这个规则陈述了电力的产生在任何电压 情况下并不会带

40、来一个超过5mA的电击电流，所以也不是一个电气电击危害。在R&D（和其他工商业应用）有不计其数的小高压能量可以产生一个“carpet shock”类型的任何种类的伤害。这个规则是过去一个世纪大量的电气危害的研究的结晶。被选为5mA的数值（同样发现于GFCI中）是基于60Hz交流电安全的结果。它通用于全部波形种类的电击。带有高压，低电流的设备包括辐射检测电路，小型图像侦探器，频谱仪，和一般而言任何使用高压加速带电粒子的设备。特征是电压范围都在1到5kV之间，电流（电子或者离子）是在10s到100s的微安级别。虽然受到这些设备的轻微电击被大家广泛了解，但是还没有任何关于这样的事故实例。比如说，在L

41、os Alamos 实验室，有超过10000种这种设备的零件。有超过工作人员在过去60年的时间里在LANL做研究，但是并没有发现有人被这些设备伤害的实例，虽然曾有过许多次要的类似电击的覆盖。 作为国家的标准，这个规则是革新的，它基本上都是针对在60Hz电力系统中有很大可能受到电击危害的场合。这意味着超过50 V rms的电压是有危险的。 但是有两个事项必须注意。往往这些设备都是直流的，任何输出电容器都必须分开来独立分析，作为一个电击危害。这种新的电击危害分类方法考虑到了这一点。第二，如果有一个地毯冲击式的反应发生，往往都来自好奇心。特别要注意到，这种反应并不会危急一个倒下或者突然移动的工作者。

42、但是这种警告和管理自然景点释放并没多大区别，比如地毯式的电击，或者在一个低温潮湿环境。2）“10A”规则， 低压，大电流这个规范声明一个电力来源可能成为伤害即使是在一个低压环境，如果有足够的电流去加热金属工具或者珠宝通过电阻或者“焦耳”热。比如戒指，手表通过蓄电池夹和工具经受低压，大电流直流系统环境像电镀，焊接，和电磁系统一样。这个危害并不是电击，但是对于手的热烧伤源自于快速升温的热金属。这被称为“热烧伤”机械危害 #3在II-A部分。这个在1998年的DOE电气安全手册中的“10A”规范说明了任何有传递超过10A恒流电流的裸露导体，不管电压多少，必需被认为是有害的，必需预防工作人员的直接接触

43、，或被作为激励电气工作看待。这在当时是比较革新的，就像已存在的国家规范和标准看待低于50V的系统是安全的一样。但当前的NFPA 70E标准，并不承认低压造成的潜在危害，像先前提及到的。但是在OSHA和NFPA 70E里面都没有提供任何外部热烧伤的安全数值。3）电容器的“10J”规范目前对于高压电容器电击的保护并没有国家安电气安全工作活动去设定安全数值，尽管危害在文献中被广泛认知和讨论。1998版本的DOE电气安全手册设定了10J作为一个电容器电击安全临界值。尽管这个数字低于引起心脏停止的能量，但是一个产生于高压电容器的10J的电击作用会直接导致人体大量的严重反应。这个规则被作为一个安全数值在大

44、多数DOE贯穿整个国家的研究实验室（其中一个降低为5J）中。从1998年开始的经验和研究表明这个数值可能对于预防伤害来说太高了，最后一个对于电容器数值改进了的分类系统诞生了。4）10年里电气安全手册安全极限值的应用在美国的标准中，设定电气事故安全值主要是对于60HZ交流电击和直流电弧事故。但是仍存在许多电能，和其他一些机械损伤。经历超过一个世纪的研究，已经有足够的信息区填补这样的空白。被遗漏的电气安全工作中的极限安全值使我们考虑到：-一个更低的限制电流，在这个电流下不会产生危害，尽管有很大的电压。-热灼伤危害，大电流或者高能量回带来危害，尽管是一个很低的电压-频率的影响（IEEE/ANSI C

45、95.1）-直流安全值，比60Hz交流的数值高-电器器安全值，按等级分类，作为一个能源的作用-电池危害，包括烧伤，电击等。-直流，电容器，和电池带来的电弧危害V一个完整的电气危害分类系统一下所写的一个完整的电气事故分类系统是一个总览。在这篇幅较短的论文中不可能详细地对这个系统进行描述。此外，读者没有使用工具去理解和断定需要的数值，进而去判断危害的分类。但在描述中的每个章节中都伴随有足够多的笔记呈现，如果需要更多的信息，请联系作者。A. 电气危害的参数判断预测潜在的危害，判断安全数值取决于许多因素，包括有电压；电流；电能；能源；波形；和频率；电流持续作用时间；接触点和电流在人体的导通路径；环境因

46、素（比如潮湿和水分多的环境）；和尺寸；重量；性别；每个人的物理条件等；详细的参数，除了一小部分以外，大多都是未知的，或者并不在工作人员可控范围。包括接触点和电流在人体的导通路径；环境因素（比如潮湿和水分多的环境）；和尺寸；重量；性别；每个人的物理条件。安全值的设定比较保守，并考虑到个人条件的差异。例如，大多的电击极限值，包括产生生理反应，条件反射，不释放，心脏停止的安全数值，通常都是选择99.5%的人类适合的范围上，不管电流持续作用时间，或者人体导通的路径是什么。特定工作条件，比如高温抑或很潮湿的环境，可能需要更多严格的安全工作规范。例如50V的标准，甚至30V的标准都将失效，如果工作者是浸在

47、水中的环境下。以上讨论的，目前的标准都是使用电压，电流，能源，和波形/频率去定义安全工作的数值。这个完整的电气安全分类系统使用了电压，电流，电能，能源，和波形/频率去设定极限值，都是基于已经存在的知识和标准。B 系统的体质-Super Categories这里所述的综合电气危害分类系统以把电力资源和能源划分为5个“超级”类型或普通类型（基于来源和波形）作为开始，相关章节以下呈现：类型一-60Hz电能类型二-0HZ到3kHZ，包括直流和SUB RF类型三-电容器类型四-电池类型五-3kHZ到100Mhz高频这个基本类型的选择基于来源和波形，首字母，X，在一个分类中指定，X.x表示基本类型。C54

48、个电气危害分类5个普通类型的每一个都划分出一系列的危害分类，取决于电压，电击电流，短路电流，波形，和/或频率。为了正确分出电电能，工作人员必须要有一定资历，并且具备断定相关信息的能力。目前的OSHA和NFPA标准中都注明合格的工作者必须“能够判断标称电压”。这只是一个关于60Hz电击危害标准如何设定的例子。为了正确的使用这个分类系统，合格人员肯定要懂得比“标称电压”更多的东西。除了个别以外，每一种电能的类型和来源都可以归类于54个分类中的一个或多个。这个系统用5中颜色以标明电气危害程度。颜色并不是必要的，但第二个数字，x，在分类定义中也给出了危害的等级排行。这5个排行是：分类X.0-蓝色-无电

49、气危害分类X.1-绿色-轻度危害 分类X.2-黄色-产生危害或死亡分类X.3-红色-严重危害 分类X.4和X.5-极度严重危害这个等级分支对于辨别电气危害系统，发展设计和工作控制工作而言具有很大的意义。这个系统确实包含了大多数从裸露到电能下的大多数机械事故损伤，包括II-A部分以上讨论的5个群体，有电击，烧伤，电弧损害。但这个系统却不包含所有的电气二次损伤，包括火源，非电磁辐射（电力，地磁，和RF场），电磁辐射（X射线可在高压真空环境产生）。这些二次危害通常电气安全处理中并不包含，但是却被其他的方式和标准中收录。D1.x60Hz电能的分类类型一，包括分类1.x，包含了从输电和配电，到配电装置，

50、电力线揽，和直接使用60Hz电能的设备所有60HZ电能领域。这个同样可以扩大到50Hz电能的范围，因为在50和60hz的电击危害中并没有多大区别。在这个类型中主要是电击和电弧。这个电能的类型是家庭，公共环境中大多数事故灾难其中之一，并且被已存在在国家标准规范（OSHA,NEC和NFPA 70E）中收录。1.x分类是基于2004 NFPA 70E标准，同时分类1.2和1,3中的一些次要的改变将并入标准2009 NFPA 70E当中。在这个标准中有四个电压等级，分别是15,50,250，和600V。15V并没有存在于现在的标准当中，但是却被作者选为一个低级危害的分界线，这当中的逻辑是，在美国，虽然

51、50V已经被工作人员广泛的做为60Hz交流危害事故的安全极限值，但是在一些极端的环境当中，低压也可能造成危害，比如说一个很潮湿的环境，或者被淹没的环境。如此而来，在极端条件下的额外警示就显得非常有必要。这对于所有安全极限值而言都非常正确，但是却没有证明低压安全数值是建立在数十年的标准工作的基础上。在分类1.1和1.2中的50V rms标准时从NFPA 70E和其他的美国标准当中而来。在分类1.2当中的主要危害是电击，除非有足够的短路电流产生一个电弧危害（参考2009 NFPA 70E 130.3，除了#1）。分类1.2和1.3当中的250V rms标准被用来明示电弧足够的增长可能并且与NFPA

52、 70E和IEEE 1584相辅相成。分类1.3和1.4/1.5当中的600-V安全极限值是全美电气标准中使用的600 V标准。类型1.4是对于设备的超过600V的电气危害，被NFPA 70E收录。分类1.5是公用的高于600V的电气危害事故，并且被NESC收录。分类1.2和1.3中的子类（例如 1.2a，1.2b，和1.2c）是建立在2004 NFPA 70E标准的附注基础上，并用来提醒工作者分析电弧危害和判断短路电流大小。D 类型2.x - 交直流设备类型2包含了全部的交流（0Hz）到3kHz的电力的使用，但并不是50/60Hz的电能，并且也不是电容器或电池。电路中使用交流1Hz到3k H

53、Z的现象并不多见，但是在一些特殊设备当中可以找到。基本上，电击安全极限值与60Hz交流的是一样的。在家庭，工业和R&D实验室当中直流的使用比较广泛。基本上，公共场合和家庭人员并不会遇到直流电的电气危害（比如在微波炉中），但是在工业和实验室中有许多机会工作在直流电气危害的场合。如此而来，这个系统当中的直流部分显得非常有价值。对于安全数值选择的讨论显得很重要。针对于电池的直流类型包含在类型4里面。有三种电压等级，15,100，和250V。15V的数值，和上面给出的对于交流的推理相同，被选作低压危害的极限值。并没有低于15V的电气危害。100V直流值被选为工作者安全的极限值，与50V rms交流数值

54、相同。过去一个世纪的广泛的研究支持这个数值，并在第二部分上总结出。250-V rms的数值被选作承受一个电弧闪的安全极限值，和NFPA 70E中的250V rms的数值相似。出现危害的电击电流安全极限值选为40mA，类似于60Hz的5mA规则。再者，过去广泛的研究表明对于正当的直流电击来说一个40mA的限值是相对保守的，并且在上文有总结。因为直流电并没有释放的安全限值，以及引发心脏停止的直流电数值在300mA范围，所以说40mA的直流电击阀值是比较保守。低于15V的直流电，电源对于低于1000W的短路是无害的（类型2.0和2.1a），对于高于1000W，电气危害主要是大电流通过工具或者珠宝之类

55、导致烧伤（类型2.2a）。类型2.2a中直流电力供应的例子中包含电焊工和电镀系统。对于100到250V的直流电压，那些重要的电气安全的参数将从电力（危害是体内烧伤）转变成触电电流（危害是直流电击）。低于40mA并没有危害（类型2.2c）。对于高于250V的直流电压，建立了三个电流安全阀值：40mA，200mA,和500A。可能令读者疑惑的是针对大电流的危害情况的改变。低于40mA并没有触电或者电弧的危害（类型2.1d）。从40到200mA（类型2.2d）有一个直流电击危害，原因是当首次接触和放开电路时的反应动作，最坏的时候可能导致组织的损伤，对于很长时间暴露的情况。类型2.3（红色）包含了20

56、0mA到500A的范围。除了类型2.2d中的反应动作外，有2个新的被考虑的危害。第一个是，这个范围包含了直流引发的心脏受损事故（大约300到500mA并且有充足时间），和潜在的直流电弧危害的开始。最后，针对大于250V的并有可能发生大于500A短路电流的直流系统（分类2.4，栗色），一个电弧的分析必须要有。如此高的直流系统（大于125KW）是很稀少的。在洛斯阿拉莫斯实验室，纵观10000个R&D的电力供应，只有两到三个这样的直流供给在直线加速器中使用大的电磁体。在工业上有大的直流电力系统，包括在电力铁路和大型金属冶炼系统中。F.类型3.x 电容器现有的评定和分类电容器的方式相当不革新，并且都是基于过去一个世纪对脉冲电击危害的研究和50年在世界范围内研究实验室的经验。这些材料被15个高电压，能源储备，和脉冲电力系统领域的专家详细解读和阅读过。此外，R&D中许多已知的电容器事故都被阅览过。在60Hz电力系统中唯一电容器广泛应用是在实际应用系统中的电容器功率因素的修正，和单相电机的电机启动器电容器。但是电容器在直流电力供应中时广泛使用的，作为一个整流滤波器，为了提供特殊的波形，或者在脉冲调节方面。高能电容器同样被广泛用来储存在直