iec标准在电气安全中的应用

iec标准在电气安全中的应用

0国内电气产品安全性能试验研究随着社会现代化日益增长的能源系统，其结构对可持续发展的能源系统提出了越来越高的要求，最重要的前提是“安全”。作为电力系统的重要组成部分,电力电气设备的安全性能不容忽视。早在上世纪90年代,欧共体就以法规形式要求电气产品必须经安全认证(如CE、UL、GS、CB等认证标准)合格后方能进入市场流通。入关后,国内自主研发的众多电气产品一度由于缺少相关国际安全认证而在“国际化”道路上碰壁。所以,将电气产品的安全性能作为考核其质量的关键指标,这是国内电气产品与国际接轨的迫切需要。近年来相继颁布实施的国家标准GB16836-2003量度继电器和保护装置安全设计的一般要求及国际标准IEC60255-27:2005量度继电器和保护装置第27部分:产品安全要求,它针对继电保护产品提出了具体的安全性能要求。以往的型式检验中通常认为测量电气间隙、爬电距离及绝缘性能即是对继电保护产品安全性能的检验,然而通过对相关标准的学习,知道产品的安全性能检验工作必须依据新的IEC标准提出的内容进行全面检验。为了强化电气产品安全性能试验,电力工业电力系统自动化设备质量检验测试中心正式组建了电气安全性能实验室,通过结合产品尝试开展了相关试验,并在试验中进一步分析标准。目前,实验室已经具备开展电气安全性能试验的能力,为电力系统继电保护安全性能的检测、评估、研究奠定了基础。1继电保护产品安全性要求IEC60255-27:2005将电气设备进行了分类,按照不同的安全防护级别划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类设备,根据不同类别的设备,提出了不同的安全要求,其中包括:(1)一般要求(接地和屏蔽),出于人身安全及减少干扰的考虑应使装置可靠接地;(2)电击防护要求及单一故障状态,细化了可接近部件和危险带电部件的定义、范围及防护方法,详细地分析了电容器放电、保护阻抗、保护导体连接、泄漏电流、固体绝缘、电气间隙、爬电距离及功能接地等各项要求,增加了单一故障状态试验的方法、合格判据及应用;(3)机械方面安全要求,从稳定性、运动部件、边和角等方面给出机械安全规定及试验方法;(4)可燃性及防火要求,分析了过热与着火的一般危险,给出了设备内部引燃源消除或减少、电缆敷设及熔断、防火材料选用等指导性建议,规定了着火危险试验的要求及评定方法;(5)通用和基本安全设计要求,规定了安全气候条件、电气连接、安全元件等各方面的安全性要求。该标准为保证继电保护及自动化产品的安全运行提供了依据。GB16836-2003主要规定了量度继电器和保护装置安全设计方面的一般要求及其检验方法,该标准偏重于安全性能检测试验,其中主要引用了有关安全性能试验的国家通用标准,如GB/T12501-1990电工电子设备防触电保护分类、GB/T5169.10-1997电工电子产品着火危险试验试验方法灼热丝试验方法总则、GB/T5169.11-1997电工电子产品着火危险试验试验方法成品的灼热丝试验和导则、GB/T5169.5-1997电工电子产品着火危险试验第2部分:试验方法第2篇:针焰试验及GB/T4207-2003固体绝缘材料在潮湿条件下相比电痕化指数(CTI)和耐痕化指数的测定方法等。继电保护产品在现场运行中存在着包括电击、着火、机械、辐射、化学等多方面的危险形式,因而此类产品在安全性能方面必须达到以下几点条件:(1)在预期的环境条件下能抵御外界的非机械的影响,而不危及人身与设备的安全;(2)在满足预期的过载条件下,不应危及人身和设备的安全;(3)在可预见的过载条件下,不应危及人身和设备的安全;(4)应有对人体的直接触电或间接触电所引起的身体伤害及其他危害有足够的防护措施;(5)不应产生危害人身安全的温度、电弧或辐射等危险;(6)绝缘性能应满足各种预见的情况;(7)对危害人身和设备安全的其他危险应有足够的防护措施。出于电力工业的特殊性考虑,所有的继电保护都会遇到非正常工作条件,甚至会在故障条件下或引发故障的过程中工作。通过对相关标准的分析及有关产品的调研,发现产品被误用或在非正常温度环境条件下,都会存在危及人身和设备安全的状况。因此,继电保护产品在安全性方面应遵循“能够消除、减小危险并对危险进行防护”的原则。若实行这一原则会削弱产品功能,则应使用独立于产品的保护措施;若采取上述方案及其他措施均无法保证其安全,则应对发生危险的部分采用标识并说明;对于存在安全隐患的零部件,应采用安全保护的方式限制接触;对于产品中可能存在的潜在危险,应根据其造成伤害的可能性及严重程度在设备上标识或随设备提供相关信息,方便专业技术人员获取;应将避免误用和可能造成危险的状况等信息提供给用户及使用人员。2安全性能试验方法的研究与结果分析2.1试验结论图2电击主要是由于电流通过人体而造成的,约0.5mA的电流就能在健康的人体中产生反应。电击所引起的生理反应取决于电流值大小、持续时间和通过人体的路径。其中,电流值的大小是电击防护试验的重点,接触电阻则是决定其大小的关键因素。目前,检测中心电气安全性能实验室进行的电击防护试验主要包括:(1)采用目测方法进行标准大气条件下的安全标志检查;(2)使用标准防误插入及接触顺序试验装置和试验指、销、棒等仪器设备进行防止人体可触及带电部分检查;(3)使用标准接触电阻测试仪,利用伏-安法原理进行指定部位的接触电阻测量;(4)使用标准泄漏电流测试仪对直接与保护接地端子相连的产品(Ⅰ类安全产品)和不直接与保护接地端子相连的产品(Ⅱ类安全产品)进行泄漏电流测量。通过对部分产品的电击防护试验得出如下结论:(1)国产继电保护装置通常使用金属外壳结构,故能够做到牢固可靠,带电部分的绝缘涂层也通常能够达到安全标准要求,当使用规定外力将试指推至装置外壳各开口部分时,试指与带电部分能够保持足够间隙;(2)产品带电部位与接地端之间的接触电阻值通常为毫欧级别,能够满足安全指标要求;大多数产品都直接与保护接地端子相连,其泄漏电流在微安级别,基本对人体不会造成触电危险;(3)值得注意的是,国内生产的继电保护装置通常在外壳上并未设置安全标志,只是在有对出口产品进行CE认证等试验需求时,才依据相关国际标准及合同要求进行印刷设置,这也从一个侧面反映了产品安全性能评估在国内尚未得到足够的重视。2.2火性染料试验量度继电器及继电保护装置中所有载流导体都会产生热量,特别是在过载或短路状态下产生的热量更大,严重时甚至会使载流导体附近的绝缘材料温度达到起燃温度,从而使绝缘材料的零件产生燃烧及着火现象。着火危险试验采用模拟燃烧和着火的原理,考核产品的阻燃特性。其试验方法主要有灼热丝试验和针焰试验两种。灼热丝试验是模拟灼热元件或载流导体在过载时产生的热源,考核绝缘材料零件是否产生燃烧或着火。针焰试验则是模拟点火源的着火危险试验。2.2.1试验分析与结论灼热丝试验主要针对产品的非金属材质部件(如保护装置面板塑料贴膜、键盘和继电器外壳等)进行。试验中通常切取大小合适的样品并避开内嵌的金属螺母、连接片等部件;被试样品用夹具紧固并与灼热丝相互垂直,如图1所示;按不同的严酷等级对灼热丝通入大电流加热至规定温度,灼热丝顶部与被试样品的接触时间通常为30s,灼热丝压入样品的深度限制在7mm。试验中记录从顶部施加灼热丝开始到被试样品及它下面的铺底层起燃的持续时间、从顶部施加灼热丝开始到火焰熄灭的持续时间、火焰的最高高度等数据。通过使用标准灼热丝测试仪进行的灼热丝试验得出如下结论:(1)大多数厚度、硬度、韧性均较高的工程塑料(尤其是聚碳酸酯PC材料)部件,阻燃性能较好,能够承受严酷等级为3级的灼热丝试验,燃烧火焰高度较低且在移开灼热丝后能够迅速熄灭,燃烧痕迹向周边扩散的较少;(2)其他材质(如聚甲醛POM等)的工程塑料部件,在试验时与灼热丝接触后即开始燃烧,火焰较高且在移开灼热丝后无法迅速熄灭仍继续燃烧,试验后观察燃烧痕迹发现周边扩散较明显,证明其阻燃能力较差。2.2.2燃烧时间和燃烧长度测定针焰试验主要针对继电保护产品中广泛使用的接线端子进行,试验前对火焰高度和试品位置的调整是试验操作中的关键,如图2所示。在试验过程中应对被试样品和周围零部件及铺底层密切观察并记录现象,测量试验火焰移开瞬间至火焰熄灭或至被试样品与其周围零部件或铺底层不再灼热的时间。待燃烧结束样品冷却至室温后,使用清洁干布擦拭样品并测量燃烧长度。通过对不同厂家不同材质接线端子的针焰试验得出如下结论:(1)正规厂家的品牌产品通常使用阻燃性能较高的聚酰胺(PA)材质,故在试验火焰移开后能够迅速熄灭且燃烧长度较短;(2)目前市面上出现了多种仿制产品,尽管与正品在外观上差别甚微,但其材质阻燃性较差,会在试验火焰移开后继续燃烧甚至将端子完全烧毁。如此反差强烈的对比试验结果提醒继电保护装置生产厂家不应为了降低成本而盲目选用质量(阻燃性能)差的接线端子等零部件,从而埋下着火危险隐患。2.3印刷板材质对cti试验的启示目前,继电保护的“就地化”促使大量保护产品“户外使用化”。继电保护装置若长期工作在高温、污秽的环境中,会因固体绝缘材料的漏电痕迹或由漏电痕迹引发的腐蚀而加速损坏。相比电痕化指数CTI就是反映绝缘材料在潮湿条件下的相对漏电特性指标。CTI试验主要针对保护装置内部的印刷电路板(PCB)进行。目前市面上多层印刷线路板的使用越来越频繁,布线的立体化密集程度越来越高,这就对PCB板的相比电痕化指数提出了越来越高的要求。CTI试验可对厂家的PCB板选型给出指导性建议。试验中擦净电极后将切取的PCB板水平置于绝缘(或金属)支撑板上,如图3所示,施加规定的压力使电极与被试样品表面接触良好,保持两电极间的距离为(4±0.1)mm。调节仪器电压值使其为25V的倍数。接通电源后调节可调电阻,使两电极间短路电流为(1±0.1)A。调整好后将两电极开路,对试验电路供电,同时以(30±5)s的时间间隔滴电解液到两电极间的样品表面。被试样品遭到破坏或滴完50滴电解液即可结束试验。若不确定材料的性能,则起始电压选取试验电压范围的中间值,若样品经受住50滴电解液则增加电压再做试验,否则以25V或25V的倍数降低电压再做试验,直到获得5个试验点都能承受滴完50滴电解液的最高电压值,即得出相比电痕化指数CTI。CTI试验中,电极附近的试品会出现表面发白、分层剥离、“起泡”等现象,随着电解液滴数和试验电压的增加,试品材质会被破坏,发生消损直至被击穿。通过对不同厂家不同材质印刷电路板的CTI试验得出如下结论:(1)由于多层PCB板往往用于CPU模块,成本较高,所以其质量也备受关注,通常相比电痕化指数较高,能够承受至少300V试验电压;(2)用于开关量模块和继电器模块的单面PCB板质量就明显出现了良莠不齐的现象,通常只能承受175-225V等级的试验电压,某些质量较差的PCB板则在滴液初始阶段就很快被击穿。3安全性能评估随着国内电力自动化产品与国际