防电击保护设计

.,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。,.,.,.,.,.,23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。从“绝缘”的构成上说，“绝缘”可以是固体材料，可以是液体材料，也可以是满足一定要求的空气间隙爬电距离。,.,24电击原因分析,241电击原因之正常工作条件下，触及带电件。触及带电件常常有两种清况：一种是由于功能上需要，连接端子带电，而连接端子又没有防触及措施；如：扩音器,.,降压,加盖,.,另一种是外壳上的开孔（如：散热孔，预调孔等等）设计不周，使用人员有可能触及机内带电零部件。,.,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。,.,.,242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。,.,243电击原因之三I类设备中承载保护导体电流的保护接地连接失效。,.,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。,.,244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。,.,25防绝缘击穿的设计措施：“两通防线”I类设备的措施：防击穿的第一道防线为带电件的基本绝缘；第二道防线是安全接地措施。,.,例如：马达。,.,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。,.,作业：简述四种电击原因及防范措试,.,绝缘测量,掌握绝缘电阻测量的方法和原理掌握电气强度测量的方法和原理掌握泄漏电流测量的方法和原理,.,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。,.,5.1.2测量方法绝缘电阻的测量仪表有兆欧表等，在家用电器产品的绝缘电阻测量中，一般采用500V兆欧表直接测量，直接在检流计上显示电阻值，,.,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。,.,绝缘电阻测量试验一、试验对象：1、洗衣机a.测火线、零线与地之间b.测II类结构2、电吹风二、标准要求0.5M,.,作业：,1.写出试验报告2.预习IEC60335第13章洗衣机的泄漏电流是多少电吹风的泄漏电流是多少,.,5.2电气强度测量,5.2.1试验目的电气强度测试是为了检验绝缘材料承受电压的能力。如果在电压的作用下，绝缘材料发生闪络或击穿，则表明绝缘材料被破坏，起不到防触电保护作用。,.,5.2.2试验方法1.测试条件a.测试时，试验电源的电压应是50Hz的正弦波。,.,b.一般以过电流继电器的动作与否来判定试样的击穿与否，即高压侧过电流继电器的整定电流与击穿的判定直接有关。通常电流整定在100mA。,.,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）,.,试验电压值：对在正常使用中承受安全特低电压的基本绝缘为500V对其它基本绝缘为1000V对附加绝缘为1750V对加强绝缘为3000V,.,d.潮态试验时，样品处于冷态，不连接电源以及做完泄漏电流（对电热电器）或绝缘电阻（对电动电器）测量后立即在潮湿箱内进行。,.,2.测试部位按GB4706系列标准的要求，测试部位通常有以下几部分：a.带电部件和仅用基本绝缘隔离的易触及部件之间，例如I类器具电源线插头的电源极（相线与中线短接）与接地极之间。,.,b.带电部件和用加强绝缘隔离的易触及部件之间，例如II类器具电源线插头的电源极（相线与中线短接）与易触及金属外壳之间。,.,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GB4706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。,.,3.测试步骤a.正式开始试验前，先检查耐压试验机的高压端短接情况下过流继电器是否动作，有整定电流调节装置的设备还要检查整定电流是否符合要求b.将测试夹子接在测试部位上。,.,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1min，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。,.,5.2.3注意事项a.对具体产品的特殊安全要求没有规定耐压试验装置过电流继电器整定电流的，一般高压侧过电流继电器的整定电流为100mA。,.,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。,.,电气强度测量试验一、试验对象：1、洗衣机a.测火线、零线与地之间b.测II类结构2、电吹风作业：写出实验报告,.,5.3泄漏电流测量5.3.1试验目的测试泄漏电流是检测家电产品在规定条件下工作时易触及金属外壳漏电流是否存在，使用户发生人身触电伤害的危险。对电动器具只考核工作温度下的泄漏电流,.,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。,.,.,3.测试步骤,仪器操作,.,5.3.3测试中容易出现的问题a.将样品放在绝缘垫上，否则测量值就偏小。因为部分泄漏电流直接经地而不经表头，影响测量准确度。b.要测量开关在“接通”与“断开”两个位置。,.,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。,.,泄漏电流测量试验按IEC60335-1第13章要求测量洗衣机的泄漏电流（自己看操作说明）测火线、零线与地之间问题：实验电压是多少？预置电流为多少？,.,作业：写出实验报告,.,第8章防触电保护,1、掌握防触电检查的技术2、掌握接地电阻的检验技术3、掌握电气间隙和爬电距离的检验与判断,.,8.1防触电检查8.1.1目的防止人与带电导体直接接触时发生触电危险的防护，防止人接触这些金属部件而产生触电危险。,.,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。,.,8.1.2检测用设备,.,.,.,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。,.,原则：一、防止试验指触及带电部件；二、防止试验指触及II类电器或II类结构电器的基本绝缘；三、防止实验销触及II类电器或II类结构电器的带电部件,.,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；,.,.,(2)实施检查检查步骤与方法：一般防触电检查是将电器产品正常工作条件下用标准试验指检查。再将电器中不用工具可拆卸部件拆下，再按上述方法进行检查。,.,对试验指不能进人的弹性孔、开口等应先用施力试验指检查（不连接试验线路），施力试验指施加20N的力，如果能进入开口，则再用连接到试验线路的标准试验指检查，检查时应将试验指进入这些开口中。,.,用试验销检查：用试验指检查后，除I类和OI类电器外，要用试验销进行检查。用试验销检查时，样品不用连接到试验线路中，用试验销对电器上的各类开口、缝、孔进行检查，试验销不应碰到带电部件。,.,用试验针（棒）进行检查，除II类电器外，带有可见灼热电热元件的电器，还需用试验针检查灼热元件，不应触及带电部件。,.,绝缘结构检查：主要是对II类电器和II类结构电器，检查绝缘是否符合双重绝缘或加强绝缘的要求。,.,注意：对于在地面上使用的电器且质量超过40kg,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。,.,（3）结果判定试验指不能触及带电部件；试验指不能触及II类电器或II类结构电器的基本绝缘；实验销不能触及II类电器或II类结构电器的带电部件。,.,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。,.,练习与讨论：洗衣机、电吹风的防触电检查，有无不合格项目？,.,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,.,8.2.2试验用的仪器设备,.,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0.1；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。,.,1.接地电阻检查(1）选择测点OI类和I类器具进行本项目试验。测点选择重点考虑电器的易触及金属部件上的点，选取原则是分析电器产品的结构和电气原理图，找出由基本绝缘隔离的易触及金属部件。,.,(2)连接测点试验设备的连接线和电器的易触及金属部件和接地装置连接时，一定要牢固可靠。易触及的金属表面如有涂层应预先处理，以保证连接。,.,(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。,.,(4)结果判定取易触及金属部件和接地端子之间在规定电流通过时的电压降，用此计算出的电阻值不应超过0.1。,.,2.接地端子的检查一些小企业对接地电阻很重视，以为接地电阻合格即代表接地合格，容易忽视标准对于接地端子的要求，从而造成产品的接地被判不合格。,.,标准对接地端子有严格的要求，家用电器不仅要符合GB4706.1（IEC60335-1）第27章“接地措施”的要求，也应符合第28章“螺钉和连接”的要求。,.,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2.5mm26mm2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GB4706.1中对螺钉的要求；无螺钉接线端子应符合GB13140.3的要求。5.接地端子的夹紧装置应充分牢固，以防松动,.,接地端子示例,.,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GB4706.1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。,.,练习与讨论：洗衣机的接地电阻测试与接地检查,.,作业：看IEC60335第8章，第22章，第27章，简述其内容。,.,爬电距离、电气间隙和绝缘厚度,授课教师：佘少华,.,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。,.,主要定义爬电距离：带电部件之间或带电部件与可接触表面之间沿绝缘体表面的最短距离。,.,电气间隙：带电部件之间或带电部件与可接触表面之间的最短距离。绝缘厚度：指将绝缘材料穿通后在绝缘材料两表面之间测得的直线距离。,.,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。,.,c.认真分析电器的结构特别注意分析电器的易触表面有哪些可能影响测量结果，特别是用试验指可触及的部分应十分注意研究。d.对一些不易测试的部位主要研究结构特点，以便确定测试时采取的一些方法和措施。,.,(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。,.,2.试验设备本项试验的设备主要用塞规、游标卡尺和千分尺等工具。这些工具主要用于测量电器内部的可视部分的爬电距离和电气间隙。,.,1mm,电气间隙,爬电距离,3.实施测量,.,爬电距离,1mm,电气间隙,.,1mm,.,.,1mm,1mm,.,1mm,1mm,.,0.25mm,1mm,1.5mm,.,1mm,.,1mm,.,考虑最不利的情况,.,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