解决电气安全隐患

考虑更新的产品和技术可以提高人员安全,特别是当结合“安全设计”方法和适当的自动化时。

通过马蒂Kronz 2023年1月23日
礼貌:AutomationDirect

电气安全见解

由于对标准的更多认识和遵守,电气安全得到了改善,但由于新技术和对设计的重视,还可以做出更多的改进。

访问控制和无电压测试(AVT)是电气安全领域的两个日益增长的趋势,可以保护工人免受电弧闪光或其他电气安全危害。


在许多工业厂房和设施以及一些商业设施中,减轻触电和电弧闪光危害是保护人员和财产以及遵守法规的首要问题。这些类型的安全问题影响到所有类型的操作,而不仅仅是最大的工业场地。小型制造商和商业运营(如数据中心)都需要解决潜在的电气危害。

关于安全规定的应用和治理,有很多相关信息,从法律到标准,再到最佳实践。期望每个工作场所都建立不断发展的政策、程序和项目控制,将工人的风险降低到可接受的水平。这种做法通常被称为电气安全程序。

大多数公司投资并指定技术以减轻风险和控制危害暴露。这些工作以众所周知的方法为指导,例如国家职业安全和健康研究所控制层次结构.为了支持这些最佳实践,本文确定了一些更新的产品和/或自动化的添加如何提高安全控制的有效性。

电气安全性能和处方

国际电气安全基金会从美国劳工统计局收集数据并发布工作场所电气伤害和死亡统计.从1992年到2010年,电气伤害显著减少了50%以上,这部分归功于新技术和最佳实践的应用,这些技术和最佳实践降低了电气危害的风险和暴露。然而,这种积极的趋势有所缓和,因为从2010年到2020年,非致命电损伤的数量降至平均每天约5起(每年约2000起)。

就结果而言,电力安全方面的进步似乎已经达到了一个平衡点。然而,在强调改进设计和实践的同时,新技术仍有发展空间,以进一步降低电损伤的频率(图1)。

图1:锁定/标记设备是最容易理解的将设备置于安全状态的方法之一,但有许多机会应用智能设备和更新的方法来提高工人的安全。礼貌:AutomationDirect

图1:锁定/标记设备是最容易理解的将设备置于安全状态的方法之一,但有许多机会应用智能设备和更新的方法来提高工人的安全。礼貌:AutomationDirect

电气安全和锁定/标记由两个主要要求管理,确定这些系统的“什么”和“如何”。的职业安全与健康管理局提供了性能基于工作场所的要求(“什么”),比如1910.147危险能源控制(锁定/标示)NFPA 70E:工作场所电气安全标准解释基于规定的需求(“如何”)。引用自NFPA 70E事实说明文件

“NFPA 70E通过提供和定义电气安全所需的最低标准行业实践,详细说明了如何满足OSHA标准中基于性能的要求。OSHA是法律,NFPA 70E概述了遵守OSHA电气安全要求的方法。NFPA 70E和OSHA电气安全标准之间的共生关系有助于提高工作场所的安全性。”

一种被称为罗杰斯采用曲线模型的理论,对新的创新和技术如何从引入到广泛使用进行了分类。观察创新者和早期采用者的公司和组织,可以提供一个路线图,说明人们期望在哪里引入和传播新技术,以便在未来广泛部署。电气安全文化的强度在商业和工业部门各不相同,一个组织的主动性通常是他们采用新安全技术的意愿的一个指标。

电气安全两大技术趋势

考虑到这一点,积极主动的公司应该考虑和应用许多不断发展的趋势和技术,通过减少工人接触电气危险来提高电气安全。

访问控制

一个日益增长的安全趋势是通过智能设计的制造单元、配电外壳、设备和控制外壳来限制工人进入潜在危险地点。访问这些和其他类型的受保护地点的权限可以由一个或多个因素控制:

  • 基于培训和技能的工人证书。

  • 确认工人佩戴特定的个人防护装备。

  • 设备状况,是否处于安全/断电状态。

最基本的访问控制程序是程序性的。用户必须遵守公司对设备访问的要求,或者当他们接受正确和安全工作的培训时,可能会获得一个物理访问控制密钥。

然而,一些工业和商业垂直市场中的创新者和早期采用者正在部署基于技术、网络和自动化的更先进的访问控制(图2)。这些方法的驱动因素是提高风险缓解、效率和速度。

图2:精心应用的自动化,结合各种安全等级的传感器、设备和新兴的先进技术,可以保护人员,还可以提高效率。礼貌:AutomationDirect

图2:精心应用的自动化,结合各种安全等级的传感器、设备和新兴的先进技术,可以保护人员,还可以提高效率。礼貌:AutomationDirect

一个典型的用例是带有封闭电气设备的制造单元的设计。当能量(电,气动和/或其他)存在时,电池通常是锁定的,不允许操作人员使用。然而,经过适当培训、配备个人防护装备和工具的电工可以进入电池内部。一个传感器和控制系统被部署来完成细胞锁定/解锁任务。一种方法是提供一个按钮,这样合格的操作员就可以请求进入单元格。一旦检测到按钮被按下,自动安全系统就会将设备移动到安全位置,并切断电源、气动电源和其他电源。一旦使用适当的传感器验证设备是安全的,进入门就会解锁。现有标准为这些类型的应用程序提供了指导。

IEC 61508是一个定义安全完整性等级的标准,以及应用、设计、部署和维护自动安全相关系统的方法。ISO 13849是为控制系统设计提供要求和指导的安全标准。

有许多传感设备和控制器来帮助确保操作人员只允许在安全的情况下接近设备,并在任何条件违反时将设备驱动到安全状态(图3)。最常见的有:

  • 安全开关,边缘和保险杠,用于检测硬件是否被移动以打开单元或操作员是否正在接近受保护区域

  • 联锁安全开关和锁住键联锁开关在单元不安全时保持硬件关闭,在单元安全时释放硬件

  • 紧急停止按钮和电缆拉安全开关,允许操作员触发紧急停止电路

  • 安全光幕和安全激光扫描仪允许安全自动化系统检测人们是否通过开放空间进入牢房

  • 双手控制和安全开关有助于确保操作员在电池通电前处于安全位置

  • 安全继电器和安全控制器与传感器和其他设备一起使用,以关闭电池或设备的电源,在必要时将其置于安全状态。

图3:有许多常见类型的安全等级设备,如联锁安全开关和安全光幕,这对于设计安全系统是必不可少的。出于这一目的,新技术将继续进入市场,因此设计师应该对支持“安全设计”方法的创新保持开放态度。礼貌:AutomationDirect

图3:有许多常见类型的安全等级设备,如联锁安全开关和安全光幕,这对于设计安全系统是必不可少的。出于这一目的,新技术将继续进入市场,因此设计师应该对支持“安全设计”方法的创新保持开放态度。礼貌:AutomationDirect

没有电压测试仪

电气安全领域近期创新的一个例子是,2018年版NFPA 70E认可了一种用于验证电气设备内无电压的新技术选项。电气设备通常设有断开装置。为了验证设备是否断电,用户在进行活-死-活测试时必须穿戴适当的PPE。这意味着使用电压表首先测试一个已知的带电电路(验证电压表是否正常工作),然后用它来检查要工作的电路是死的,并在已知的带电电路上重新测试一次(验证电压表仍在工作)。

电压测试仪的缺失是一个新类别,已被开发并纳入NFPA 70E。该设备的某些版本具有SIL3安全等级触点,非常像安全控制器或继电器,因此它们可以与其他控制器和设备集成。这种方法提供了一种自动的方法,当确认没有电压时,可以解锁外壳。avt等设备和技术使安全自动化变得更加容易,同时提高了安全系统的效率和性能。

安全设计

在过去的几年里,通过应用技术来降低风险和自动化重复任务,许多日常经验已经发生了变化。例如,汽车备用摄像头曾经是一项昂贵而罕见的技术,但现在它们很常见,是与后视镜一起提高后方能见度的额外工具。智能机器人——有些能够与人类并肩合作——能够执行重复或危险的制造或组装任务,而在过去,人类工人可能会经历单调的工作,导致粗心大意和受伤。

同样,设计人员和最终用户也应该对自动锁定/标记和其他几十年来一直基于手动或程序的任务持开放和创新态度。

预先增加安全功能和利用技术——遵循“安全设计”方法——不仅减少了工人面临的危险,而且在许多情况下提高了效率和吞吐量。


作者简介:Marty Kronz是AutomationDirect的产品工程师,也是布朗大学BSME毕业生。他在工业/电气市场有30多年的经验,包括机械、电气和功能安全产品/模具设计、产品管理和业务开发。