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第 2 章 防电击保护设计 掌握电击保护的基本名词术语 掌握防触电保护分类器具的区别 掌握防电击保护设计的原则 防触电最主要的是与带电部件保持足够的距离,可以是空间距离或实体相隔。. 2 . 3 防电击保护设计的原则. 设计师应使产品在正常工作条件下或在单一故障条件下,不会引起触电危险。 通常工程师应设置两道防触电防线: 基本绝缘加附加保护措施。 万一当基本绝缘失效时,附加保护措施将起到防电击的作用。. 设计人员千万注意: 绝不能由于采取了附加保护措施而降低对基本绝缘的要求。 - PowerPoint PPT Presentation
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2 . 3 防电击保护设计的原则
设计师应使产品在正常工作条件下或在单一故障条件下,不会引起触电危险。
通常工程师应设置两道防触电防线: 基本绝缘加附加保护措施。 万一当基本绝缘失效时,附加保护措施
将起到防电击的作用。
针对这种电击危险的设计预防措施可以是 :
A) .降低输出到端子上的电压(但这不是所有产品都能做到);
B) .设置保护盖,使得在正常工作条件下的带电端子不可触及。保护盖可以是带电件的罩,也可以是整机产品的外壳(此时外壳须符合电气防护外壳的所有要求)。保护盖必须有足够的机械强度;保护盖的接线开孔应能防止使用者触及带电端子;而且保护盖不可以仅用手就能打开;
C) .使用安全联锁装置,在出现可能接触带电端子的危险时切断危险电压;
D) .控制外壳开孔尺寸,以防止触及机内带电件。
防触电级别
对人员接触危险部件的防护
含义 对固体异物进入机内的防护
含义
0 无防护 无防护1 防止手背接近
危险部件ф50mm 球形试具应与危险部件有足够
间隙
防止直径≥ 50mm 的固体异物
ф50mm 球形物体试具不得完全进入
壳内2 防止手指接触
危险部件ф12mm ,长 80mm的绞接试验指与危险部件有足够间隙
防止直径≥ 12.5mm 的固体异物
ф12.5mm 球形物体试具不得完全进入
壳内3 防止工具接近
危险部件ф2.5mm 的试具不
得进入壳内防止直径≥ 2.5mm 的固体异物
ф2.5mm 球形物体试具不得完全进入
壳内4 防止金属线接
近危险部件ф1.0mm 的试具不
得进入壳内防止直径≥ 1.0mm 的固体异物
ф1.0mm 球形物体试具不得完全进入
壳内5 防止金属线接
近危险部件ф1.0mm 的试具不
得进入壳内防尘 不能完全防止灰尘
进入,但进入的灰尘量不得影响设备的正常运行及安全
6 防止金属线接近危险部件
ф1.0mm 的试具不得进入壳内
尘密 无灰尘进入
2 . 4 . 2 电击原因之二 危险带电件与可触及件之间的绝缘被击穿。 “ 击穿”--就是当绝缘承受的电压足够高
而使得绝缘电阻无法再限制电流的增大,也就是在施加电压的两个极之间发生放电。
“ 击穿”的途径可能是穿过固体绝缘材料内部,也可能是沿着两个电极之间的绝缘体表面(所谓“爬电”),也可能沿着两电极之间最短的空间路径(气体介质中的“飞弧”)。
如果击穿路径是穿过固体绝缘材料内部,对已被击穿的固体绝缘材料再施加电压,则一般在较低电压下,曾经被击穿过的部位会再次被击穿。
对绝缘系统有结构上的相应要求:1、有足够的绝缘穿透距离,以防止透过绝缘材料内部击穿;2、有足够的空气间隙,以防止沿着两电极间最短的空气间隙发生放电;3、足够的爬电距离,以防止在相应的污染环境条件下沿着支撑两电极的绝缘材料表面发生爬电。
设计预防措施: I 类产品中可能要承载故障条件下保护导体电流的保护接地连接要可靠。注意: 接地端子材料,结构,接地端子与其他金属件接触时的防电化学腐蚀,接地端子的连接线,接地线的截面积,安全接地线颜色,接地电阻,等等都有相应要求。
2 . 4 . 4 电击原因之四 储能电容放电。 当接在电网电源电路的电容器容量有
一定大小,产品通电时此电容充有较多电能而又未能及时释放,当拔出电源插头而又接触到插头上的零/部件时,就有可能产生电击危险。
设计预防措施:降低电容器容量(比如降到小于 0.1uF )或者设置时间常数足够小的放电回路。
II 类设备的措施: 危险带电件与可触及件之间采用加强绝缘或双重绝缘。 对于双重绝缘,第一道防线是带电件的基本绝缘,第二道防线是附加绝缘。对于加强绝缘,在防电击上与双重绝缘是同等级别的,所以它相当于两道防线。
III 类设备的措施: 采用安全特低电压( SELV )供电,并且 SELV 电路采用适当的办法与其他电路隔离:
A )用双重绝缘或加强绝缘将 SELV电路与带危险电压零/部件隔离;
B )用接地的导电屏蔽层将 SELV电路与其他电路隔离;
C )将 SELV 电路接地。
5.1 绝缘电阻测量5.1.1测试目的 绝缘电阻反映了绝缘结构对电的绝
缘能力。 如果常态绝缘电阻值低,说明绝缘结构中可能存在某些隐患或受损。
所以测量绝缘电阻,主要是为了测定家用电器产品的带电部件对易触及金属外壳的绝缘电阻,判别家电产品的绝缘是否存在严重缺陷。
测量时应注意:
1测量部位
a. 当被试样品为 I 类器具时,测量部位是电源线插头的电源线极(相线极与中线极短接)与接地极之间。
b. 当被试样品为 II 类器具时,测量部位为电源线的电源线极(相线与中线短接)与加强绝缘隔离的外壳(易触及金属表面)之间。
c. 当被试样品为电缆线时,测量部位为电缆芯导体与电缆外壳之间。
2.测量条件
a.测量绝缘电阻时,被试样品应处于冷态,不连接电源。
b. 试验前将拆开的部件重新安装好。
c.若有电热元件应将其断开。
d. 保持被试样品表面干净,以保证测量结果准确性。
e.选用准确度为 1 级或 1.5 级的兆欧表。
3.测量步骤
a.测量时把兆欧表平衡放置好后将“L” 接线柱与被试样品的带电部件连接,“ E” 接地柱与金属壳体连接。
b. 测量完,须待兆欧表停止转动和被测物放电后方可拆线,以免触电。
c.某些 I 类器具上有 II 类部件时,要将该部件按 II 类器具的测量方法进行测量。
c. 电气强度试验分为工作状态下电气强度测试和潮态下电气强度测试两种,在工作状态下,被试样品处于热态,电动机和三相器具在切断器具的电源后,立即试验。绝缘承受 1min频率为 50Hz 基本为正弦波的电压。
试验电压施加在带电部件和易触及部件用金属箔覆盖的非金属部件之间。
对在带电部件和易触及部件之间有中间金属件的 II 类结构,要分别跨越基本绝缘和附加绝缘来施加电压。
(分别考察基本绝缘和附加绝缘的耐电压能力)
c. 对于双重绝缘的部件,仅用基本绝缘与带电部件隔开的金属部件和带电部件之间,例如 :RVV 电源线的铜导线与基本绝缘外皮之间。 d. 对于双重绝缘的部件,仅用基本绝缘与带电部件隔开的金属部件和易触及部件之间,例如 :RVV 电源线的基本绝缘外皮与附加绝缘外皮之间
e. 如果带电部件和带有绝缘衬层的金属外壳或金属盖之间穿过衬层测得的距离,少于 GB 4706系列中规定的相应间隙,则带绝缘衬层的金属外壳或金属盖与衬层内表层接触的金属箔之间。 f. 如果万一绝缘失效,若手柄、旋钮等零件的轴带电,则与手柄、旋钮、抓手及类似零件接触的金属箔和它们的轴之间。
c. 手动调节试验时升压从零开始,逐渐上升到试验电压的一半,然后迅速升到规定值。 d. 试验电压保持 1 min ,观察有否闪络或击穿。 e. 试验结束时,应将试验电压逐渐降下,以免因瞬间电压突变而把试件误击穿。
b. 在试验时,样品绝缘无明显可见损伤(如烧灼痕迹、焦黑点)而耐压机动作时,应注意误判击穿。一般应将整定电流适当放大一个档次,如果耐压机不再动作,则可以认为样品并没有击穿。如果复试时,耐压机动作电压下降,这说明样品绝缘已损坏,泄漏电流己增大,可认为样品电气强度不合格。
c. 对绝缘薄弱的地方,可用一个沙袋将金属箔紧压在绝缘层上,其压力约为 5Pa ,金属箔应放在不致引起绝缘边缘闪络的位置。 d. 对加强绝缘进行电气强度试验时,不应使基本绝缘或附加绝缘承受过大的电应力。
5.3.2 试验方法 1. 测试部位的选择 对于 I 类器具 测量电源任一极与基本绝缘隔离的易触及金属部件之间,例如器具电源线的相线与地线之间或是中线与地线之间。 对于 II 类器具 通常是电源任一极与加强绝缘隔离的易触及金属件之间,例如电源线的相线与器具易触及外壳之间或中线与外壳之间。
5.3.4测试中应注意事项 a.在断开电源前,不得触摸样品 b.注意选择表头的量程,不要让测量值超过表头量程限值 c. 潮态下试验时,应将样品按要求放置好,测量引线的绝缘性能。 d.严格按照测试规程的要求进行测试。
直接接触防护主要是通过对电器外壳的防触电要求而达到直接接触防护的目的。 间接接触防护主要是通过电器采用安全特低电压供电和双层绝缘或加强绝缘结构要求来达到间接接触防护的目的。但对某种电器来讲,这两种防护措施有时是综合采用的。
8.1.3检测方法 1.防触电保护的基本要求 家用和类似用途电器的防触电保护措施主要包括三个方面:一是防止触及带电部件的保护;二是防止触及 II 类电器或 II 类结构电器的用基本绝缘隔离的金属部件;三是对带有阻抗保护电器的防触电保护。
2.检查程序 确定电器的防触电保护类别和绝
缘结构→实施检查→结果判定。 (1)确定电器的防触电保护类别和
绝缘结构 对该电器产品进行绝缘结构分析。 基本原则: I 类电器中允许有 II 类结构,但不允许有 O 类结构。 II 类电器中不允许有 I 类结构。
按如下原则进行分析: 1、确定电器的防触电类别(查看电器说明书和标识); 2、如果无法从标识和说明书上判定属于什么类别的电器,应根据电器防触电类别的概念,结合电气原理图进行判断; 3、如还不能判断,应通过分析电器产品的绝缘结构入手进行分析。如果电器说明书中没有强调说明适合于 O 类电器使用环境条件下使用,一般应按 II 类电器来判断;
注意: 对于在地面上使用的电器且质量超过40 kg, 则不用翻倒或倾斜进行测试,反之其它类电器应注意检查底面的防触电保护情况,可以翻倒或倾斜检查。 对于嵌装式电器、固定式电器和以多个分离组件形式交付的电器,在就位或组装前,其带电部件至少应由基本绝缘加以防护。
下述情况不认为是带部件: a. 该部件由安全特低电压供电,且对直流电电压不超过 42.4V 、对交流电其电压峰值不超过 42.4V。 b. 该部件是通过保护阻抗与带电部件隔开(例如一些触摸控制部件)。但该部件与电源之间的电流(用泄漏电流测量方式测得的)和部件中的电容有相应限制。
8.2 接地 接地有:保护接地、防静电接地、屏蔽接地、防雷接地和工作接地。8.2.1 试验目的 试验保护接地是否有效。取决于三方面因素: 一是易触及金属部件和电器的保护接地端子之间的电阻要低; 二是电器的保护接地端子和供电系统所形成的回路电阻要低; 三是电器供电系统中要有过流保护装置
8.2.3 试验方法 电器上接地部分基本要求包括两个方面: 一是电器的易触及金属部件和电器的接地端子之间要连接良好,并且连接电阻不大于 0.1Ω; 二是接地端子(接地装置)要符合标准要求,以保证电器和供电系统连接时牢固可靠。
(3)测量 测试电流选择为器具额定电流的 1.5倍或 25A(二者中取较大者);测试时间在有怀疑的情况应持续到稳态建立为止 在每个易触及的金属部件和接地端子(或接地触点)之间轮流施加选定的电流和测试时间。 施加电流时,应在测试点连接完成,通过设备的调整装置逐步施加电流到规定的电流值。
1. 保护接地端子或接地触点不应联接到中性接线端子上。 2. 连接等电位的接线端子,应能连接 2.5 mm2~ 6 mm2 的导线。 3. 接地端子的连接导线应比其它相线和中性线长一些。 4. 螺钉接线端子应符合 GB 4706.1中对螺钉的要求;无螺钉接线端子应符合 GB 13140.3 的要求。 5. 接地端子的夹紧装置应充分牢固,以防松动
6. 接地端子应耐腐蚀。 用来提供接地连续性的部件都应
有足够耐腐蚀的镀层,或用耐腐蚀的金属制造;
如果接地端子的主体是铝或铝合金制造的框架或外壳的一部分,则应采取预防措施以避免由于铜与铝或铝合金的接触而引起的腐蚀危险。
7. 其它检查 接地连接属于电气连接,应按 GB 4706.1中有关要求进行螺钉和连接检查,也包括金属部件之间的连接。因为这种连接有些电器产品是提供接地连续性用的,有些是在电器内部,应特别注意检查这部分螺钉连接情况。 另外接地端子也属外部导线用接线端子,应注意按外导线用接线端子进行检查。
试验目的 爬电距离、电气间隙和绝缘厚度如果过小,电器产品中的带电部件和外壳之间很容易短路,使外壳带电,危害人身安全 如果带电部件之间的距离过小,则容易产生极间短路或极间漏电,可能使电器产品泄漏电流增大、绝缘电阻降低、电气强度下降直接影响产品质量。
一、怎么测
1.试验程序 (1)测试前的准备 a.阅读产品说明书,了解产品的使用方法、装配和安装情况说明,确定电器的工作条件等。 b.仔细阅读电气原理图,确定各部件的工作电压及要测量的电器部件,了解整个电器的电气结构和部件情况。
(2)选择测点 一般原则是从外向内的方式,顺着电源输入向里进行检查。 主要注意检查外壳上的电气部件,确定外壳上的易触及部件,并注意用试验指才能触及到的部件,上述这些部件确认后应予记录。需要将样品拆卸分割后才能测量的主要部件,应注意在拆卸或分割时,画好部件的位置图和结合厂方提供的结构图选择测点,具体测量位置应按具体产品的要求对每个测量部件核查。
二、合格与否 1. 过电压类别、额定脉冲电压、材料组、污染等级的确定 过电压类别是一个定义瞬态过电压条件的数值,有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个类别。由固定设施供电的能耗设备属于Ⅱ类过压类别(包括器具、便携式工具和其它家用和类似的负载)。 额定脉冲电压是器具绝缘对瞬间过压规定的承受能力。与器具的额定电压及过电压类别有关。
表 2-5 额定脉冲电压
额定电压 /V
额定脉冲电压 /V
过电压类别Ⅰ
过电压类别Ⅱ
过电压类别Ⅲ
≤50> 50 ≤且 150> 150 ≤且 300
330800
1500
50015002500
80025004000
器具微环境的污染等级分为四个等级,其中 4 级污染不适应于器具。 1 级污染:没有污染或仅发生干燥的、非导电性的污染,污染不会产生影响; 2 级污染:除了可预知的冷凝所引起的短时的偶然的污染外,仅发生非导电性的污染; 3 级污染:发生导电性的污染或干燥的非导电性污染,且该污染会由可预知的冷凝使其具有导电性; 4 级污染:由导电性粉尘、雨水或雪引起的产生持久导电性的污染。
材料组有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ a、Ⅲ b四个组别,与绝缘材料相对漏电起痕指数( CTI )值之间的关系如下:材料组 Ⅰ: 600≤CTI材料组 Ⅱ: 400≤CTI< 600材料组 Ⅲ a : 175≤CTI< 400材料组 Ⅲ b : 100≤CTI< 175
表 2-6 最小电气间隙额定脉冲电压( V)
最小电气间隙 a(mm)
330500800
15002500400060008000
10000
0.5b 、 c
0.5 b 、 c
0.5 b 、 c
0.5c
1.53.05.58.0
11.0
5 结果的判定 各个测点的爬电距离和电气间隙测出实际值之后,基本绝缘、附加绝缘的电气间隙不小于表 2-6 的要求,加强绝缘的电气间隙以使用下一个更高等级的额定脉冲电压值作为基准;
基本绝缘、附加绝缘的爬电距离不小于表 2-7 的要求,加强绝缘的爬电距离不小于表 2-7规定值的两倍。
要考虑以下几点: 1. 所测值和元件的工作电压有关,而不仅仅与电器产品的额定电压有关。 2. 一般器具适用 2 级污染,除非采取了预防措施保护绝缘,此时适用 1 级污染;如果绝缘经受导电性污染,此时适用 3 级污染。 3. 附加绝缘的厚度至少应为 1mm ,加强绝缘的厚度至少应为 2mm 。
型式实验依据: GB4706.24“家用和类似用途电器的
安全 洗衣机的特殊要求”报告中列出标准的每一条,有条件的必须做,
无条件的在结论栏用“ ----”表示,不适用的写明不适用
周五下午交报告每人一份