iec標(biāo)準(zhǔn)在電氣安全中的應(yīng)用

iec標(biāo)準(zhǔn)在電氣安全中的應(yīng)用

0國內(nèi)電氣產(chǎn)品安全性能試驗(yàn)研究隨著社會(huì)現(xiàn)代化日益增長的能源系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)對(duì)可持續(xù)發(fā)展的能源系統(tǒng)提出了越來越高的要求，最重要的前提是“安全”。作為電力系統(tǒng)的重要組成部分,電力電氣設(shè)備的安全性能不容忽視。早在上世紀(jì)90年代,歐共體就以法規(guī)形式要求電氣產(chǎn)品必須經(jīng)安全認(rèn)證(如CE、UL、GS、CB等認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn))合格后方能進(jìn)入市場流通。入關(guān)后,國內(nèi)自主研發(fā)的眾多電氣產(chǎn)品一度由于缺少相關(guān)國際安全認(rèn)證而在“國際化”道路上碰壁。所以,將電氣產(chǎn)品的安全性能作為考核其質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo),這是國內(nèi)電氣產(chǎn)品與國際接軌的迫切需要。近年來相繼頒布實(shí)施的國家標(biāo)準(zhǔn)GB16836-2003量度繼電器和保護(hù)裝置安全設(shè)計(jì)的一般要求及國際標(biāo)準(zhǔn)IEC60255-27:2005量度繼電器和保護(hù)裝置第27部分:產(chǎn)品安全要求,它針對(duì)繼電保護(hù)產(chǎn)品提出了具體的安全性能要求。以往的型式檢驗(yàn)中通常認(rèn)為測(cè)量電氣間隙、爬電距離及絕緣性能即是對(duì)繼電保護(hù)產(chǎn)品安全性能的檢驗(yàn),然而通過對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí),知道產(chǎn)品的安全性能檢驗(yàn)工作必須依據(jù)新的IEC標(biāo)準(zhǔn)提出的內(nèi)容進(jìn)行全面檢驗(yàn)。為了強(qiáng)化電氣產(chǎn)品安全性能試驗(yàn),電力工業(yè)電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備質(zhì)量檢驗(yàn)測(cè)試中心正式組建了電氣安全性能實(shí)驗(yàn)室,通過結(jié)合產(chǎn)品嘗試開展了相關(guān)試驗(yàn),并在試驗(yàn)中進(jìn)一步分析標(biāo)準(zhǔn)。目前,實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)具備開展電氣安全性能試驗(yàn)的能力,為電力系統(tǒng)繼電保護(hù)安全性能的檢測(cè)、評(píng)估、研究奠定了基礎(chǔ)。1繼電保護(hù)產(chǎn)品安全性要求IEC60255-27:2005將電氣設(shè)備進(jìn)行了分類,按照不同的安全防護(hù)級(jí)別劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類設(shè)備,根據(jù)不同類別的設(shè)備,提出了不同的安全要求,其中包括:(1)一般要求(接地和屏蔽),出于人身安全及減少干擾的考慮應(yīng)使裝置可靠接地;(2)電擊防護(hù)要求及單一故障狀態(tài),細(xì)化了可接近部件和危險(xiǎn)帶電部件的定義、范圍及防護(hù)方法,詳細(xì)地分析了電容器放電、保護(hù)阻抗、保護(hù)導(dǎo)體連接、泄漏電流、固體絕緣、電氣間隙、爬電距離及功能接地等各項(xiàng)要求,增加了單一故障狀態(tài)試驗(yàn)的方法、合格判據(jù)及應(yīng)用;(3)機(jī)械方面安全要求,從穩(wěn)定性、運(yùn)動(dòng)部件、邊和角等方面給出機(jī)械安全規(guī)定及試驗(yàn)方法;(4)可燃性及防火要求,分析了過熱與著火的一般危險(xiǎn),給出了設(shè)備內(nèi)部引燃源消除或減少、電纜敷設(shè)及熔斷、防火材料選用等指導(dǎo)性建議,規(guī)定了著火危險(xiǎn)試驗(yàn)的要求及評(píng)定方法;(5)通用和基本安全設(shè)計(jì)要求,規(guī)定了安全氣候條件、電氣連接、安全元件等各方面的安全性要求。該標(biāo)準(zhǔn)為保證繼電保護(hù)及自動(dòng)化產(chǎn)品的安全運(yùn)行提供了依據(jù)。GB16836-2003主要規(guī)定了量度繼電器和保護(hù)裝置安全設(shè)計(jì)方面的一般要求及其檢驗(yàn)方法,該標(biāo)準(zhǔn)偏重于安全性能檢測(cè)試驗(yàn),其中主要引用了有關(guān)安全性能試驗(yàn)的國家通用標(biāo)準(zhǔn),如GB/T12501-1990電工電子設(shè)備防觸電保護(hù)分類、GB/T5169.10-1997電工電子產(chǎn)品著火危險(xiǎn)試驗(yàn)試驗(yàn)方法灼熱絲試驗(yàn)方法總則、GB/T5169.11-1997電工電子產(chǎn)品著火危險(xiǎn)試驗(yàn)試驗(yàn)方法成品的灼熱絲試驗(yàn)和導(dǎo)則、GB/T5169.5-1997電工電子產(chǎn)品著火危險(xiǎn)試驗(yàn)第2部分:試驗(yàn)方法第2篇:針焰試驗(yàn)及GB/T4207-2003固體絕緣材料在潮濕條件下相比電痕化指數(shù)(CTI)和耐痕化指數(shù)的測(cè)定方法等。繼電保護(hù)產(chǎn)品在現(xiàn)場運(yùn)行中存在著包括電擊、著火、機(jī)械、輻射、化學(xué)等多方面的危險(xiǎn)形式,因而此類產(chǎn)品在安全性能方面必須達(dá)到以下幾點(diǎn)條件:(1)在預(yù)期的環(huán)境條件下能抵御外界的非機(jī)械的影響,而不危及人身與設(shè)備的安全;(2)在滿足預(yù)期的過載條件下,不應(yīng)危及人身和設(shè)備的安全;(3)在可預(yù)見的過載條件下,不應(yīng)危及人身和設(shè)備的安全;(4)應(yīng)有對(duì)人體的直接觸電或間接觸電所引起的身體傷害及其他危害有足夠的防護(hù)措施;(5)不應(yīng)產(chǎn)生危害人身安全的溫度、電弧或輻射等危險(xiǎn);(6)絕緣性能應(yīng)滿足各種預(yù)見的情況;(7)對(duì)危害人身和設(shè)備安全的其他危險(xiǎn)應(yīng)有足夠的防護(hù)措施。出于電力工業(yè)的特殊性考慮,所有的繼電保護(hù)都會(huì)遇到非正常工作條件,甚至?xí)诠收蠗l件下或引發(fā)故障的過程中工作。通過對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的分析及有關(guān)產(chǎn)品的調(diào)研,發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品被誤用或在非正常溫度環(huán)境條件下,都會(huì)存在危及人身和設(shè)備安全的狀況。因此,繼電保護(hù)產(chǎn)品在安全性方面應(yīng)遵循“能夠消除、減小危險(xiǎn)并對(duì)危險(xiǎn)進(jìn)行防護(hù)”的原則。若實(shí)行這一原則會(huì)削弱產(chǎn)品功能,則應(yīng)使用獨(dú)立于產(chǎn)品的保護(hù)措施;若采取上述方案及其他措施均無法保證其安全,則應(yīng)對(duì)發(fā)生危險(xiǎn)的部分采用標(biāo)識(shí)并說明;對(duì)于存在安全隱患的零部件,應(yīng)采用安全保護(hù)的方式限制接觸;對(duì)于產(chǎn)品中可能存在的潛在危險(xiǎn),應(yīng)根據(jù)其造成傷害的可能性及嚴(yán)重程度在設(shè)備上標(biāo)識(shí)或隨設(shè)備提供相關(guān)信息,方便專業(yè)技術(shù)人員獲取;應(yīng)將避免誤用和可能造成危險(xiǎn)的狀況等信息提供給用戶及使用人員。2安全性能試驗(yàn)方法的研究與結(jié)果分析2.1試驗(yàn)結(jié)論圖2電擊主要是由于電流通過人體而造成的,約0.5mA的電流就能在健康的人體中產(chǎn)生反應(yīng)。電擊所引起的生理反應(yīng)取決于電流值大小、持續(xù)時(shí)間和通過人體的路徑。其中,電流值的大小是電擊防護(hù)試驗(yàn)的重點(diǎn),接觸電阻則是決定其大小的關(guān)鍵因素。目前,檢測(cè)中心電氣安全性能實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的電擊防護(hù)試驗(yàn)主要包括:(1)采用目測(cè)方法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的安全標(biāo)志檢查;(2)使用標(biāo)準(zhǔn)防誤插入及接觸順序試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)指、銷、棒等儀器設(shè)備進(jìn)行防止人體可觸及帶電部分檢查;(3)使用標(biāo)準(zhǔn)接觸電阻測(cè)試儀,利用伏-安法原理進(jìn)行指定部位的接觸電阻測(cè)量;(4)使用標(biāo)準(zhǔn)泄漏電流測(cè)試儀對(duì)直接與保護(hù)接地端子相連的產(chǎn)品(Ⅰ類安全產(chǎn)品)和不直接與保護(hù)接地端子相連的產(chǎn)品(Ⅱ類安全產(chǎn)品)進(jìn)行泄漏電流測(cè)量。通過對(duì)部分產(chǎn)品的電擊防護(hù)試驗(yàn)得出如下結(jié)論:(1)國產(chǎn)繼電保護(hù)裝置通常使用金屬外殼結(jié)構(gòu),故能夠做到牢固可靠,帶電部分的絕緣涂層也通常能夠達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)要求,當(dāng)使用規(guī)定外力將試指推至裝置外殼各開口部分時(shí),試指與帶電部分能夠保持足夠間隙;(2)產(chǎn)品帶電部位與接地端之間的接觸電阻值通常為毫歐級(jí)別,能夠滿足安全指標(biāo)要求;大多數(shù)產(chǎn)品都直接與保護(hù)接地端子相連,其泄漏電流在微安級(jí)別,基本對(duì)人體不會(huì)造成觸電危險(xiǎn);(3)值得注意的是,國內(nèi)生產(chǎn)的繼電保護(hù)裝置通常在外殼上并未設(shè)置安全標(biāo)志,只是在有對(duì)出口產(chǎn)品進(jìn)行CE認(rèn)證等試驗(yàn)需求時(shí),才依據(jù)相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)及合同要求進(jìn)行印刷設(shè)置,這也從一個(gè)側(cè)面反映了產(chǎn)品安全性能評(píng)估在國內(nèi)尚未得到足夠的重視。2.2火性染料試驗(yàn)量度繼電器及繼電保護(hù)裝置中所有載流導(dǎo)體都會(huì)產(chǎn)生熱量,特別是在過載或短路狀態(tài)下產(chǎn)生的熱量更大,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)馆d流導(dǎo)體附近的絕緣材料溫度達(dá)到起燃溫度,從而使絕緣材料的零件產(chǎn)生燃燒及著火現(xiàn)象。著火危險(xiǎn)試驗(yàn)采用模擬燃燒和著火的原理,考核產(chǎn)品的阻燃特性。其試驗(yàn)方法主要有灼熱絲試驗(yàn)和針焰試驗(yàn)兩種。灼熱絲試驗(yàn)是模擬灼熱元件或載流導(dǎo)體在過載時(shí)產(chǎn)生的熱源,考核絕緣材料零件是否產(chǎn)生燃燒或著火。針焰試驗(yàn)則是模擬點(diǎn)火源的著火危險(xiǎn)試驗(yàn)。2.2.1試驗(yàn)分析與結(jié)論灼熱絲試驗(yàn)主要針對(duì)產(chǎn)品的非金屬材質(zhì)部件(如保護(hù)裝置面板塑料貼膜、鍵盤和繼電器外殼等)進(jìn)行。試驗(yàn)中通常切取大小合適的樣品并避開內(nèi)嵌的金屬螺母、連接片等部件;被試樣品用夾具緊固并與灼熱絲相互垂直,如圖1所示;按不同的嚴(yán)酷等級(jí)對(duì)灼熱絲通入大電流加熱至規(guī)定溫度,灼熱絲頂部與被試樣品的接觸時(shí)間通常為30s,灼熱絲壓入樣品的深度限制在7mm。試驗(yàn)中記錄從頂部施加灼熱絲開始到被試樣品及它下面的鋪底層起燃的持續(xù)時(shí)間、從頂部施加灼熱絲開始到火焰熄滅的持續(xù)時(shí)間、火焰的最高高度等數(shù)據(jù)。通過使用標(biāo)準(zhǔn)灼熱絲測(cè)試儀進(jìn)行的灼熱絲試驗(yàn)得出如下結(jié)論:(1)大多數(shù)厚度、硬度、韌性均較高的工程塑料(尤其是聚碳酸酯PC材料)部件,阻燃性能較好,能夠承受嚴(yán)酷等級(jí)為3級(jí)的灼熱絲試驗(yàn),燃燒火焰高度較低且在移開灼熱絲后能夠迅速熄滅,燃燒痕跡向周邊擴(kuò)散的較少;(2)其他材質(zhì)(如聚甲醛POM等)的工程塑料部件,在試驗(yàn)時(shí)與灼熱絲接觸后即開始燃燒,火焰較高且在移開灼熱絲后無法迅速熄滅仍繼續(xù)燃燒,試驗(yàn)后觀察燃燒痕跡發(fā)現(xiàn)周邊擴(kuò)散較明顯,證明其阻燃能力較差。2.2.2燃燒時(shí)間和燃燒長度測(cè)定針焰試驗(yàn)主要針對(duì)繼電保護(hù)產(chǎn)品中廣泛使用的接線端子進(jìn)行,試驗(yàn)前對(duì)火焰高度和試品位置的調(diào)整是試驗(yàn)操作中的關(guān)鍵,如圖2所示。在試驗(yàn)過程中應(yīng)對(duì)被試樣品和周圍零部件及鋪底層密切觀察并記錄現(xiàn)象,測(cè)量試驗(yàn)火焰移開瞬間至火焰熄滅或至被試樣品與其周圍零部件或鋪底層不再灼熱的時(shí)間。待燃燒結(jié)束樣品冷卻至室溫后,使用清潔干布擦拭樣品并測(cè)量燃燒長度。通過對(duì)不同廠家不同材質(zhì)接線端子的針焰試驗(yàn)得出如下結(jié)論:(1)正規(guī)廠家的品牌產(chǎn)品通常使用阻燃性能較高的聚酰胺(PA)材質(zhì),故在試驗(yàn)火焰移開后能夠迅速熄滅且燃燒長度較短;(2)目前市面上出現(xiàn)了多種仿制產(chǎn)品,盡管與正品在外觀上差別甚微,但其材質(zhì)阻燃性較差,會(huì)在試驗(yàn)火焰移開后繼續(xù)燃燒甚至將端子完全燒毀。如此反差強(qiáng)烈的對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果提醒繼電保護(hù)裝置生產(chǎn)廠家不應(yīng)為了降低成本而盲目選用質(zhì)量(阻燃性能)差的接線端子等零部件,從而埋下著火危險(xiǎn)隱患。2.3印刷板材質(zhì)對(duì)cti試驗(yàn)的啟示目前,繼電保護(hù)的“就地化”促使大量保護(hù)產(chǎn)品“戶外使用化”。繼電保護(hù)裝置若長期工作在高溫、污穢的環(huán)境中,會(huì)因固體絕緣材料的漏電痕跡或由漏電痕跡引發(fā)的腐蝕而加速損壞。相比電痕化指數(shù)CTI就是反映絕緣材料在潮濕條件下的相對(duì)漏電特性指標(biāo)。CTI試驗(yàn)主要針對(duì)保護(hù)裝置內(nèi)部的印刷電路板(PCB)進(jìn)行。目前市面上多層印刷線路板的使用越來越頻繁,布線的立體化密集程度越來越高,這就對(duì)PCB板的相比電痕化指數(shù)提出了越來越高的要求。CTI試驗(yàn)可對(duì)廠家的PCB板選型給出指導(dǎo)性建議。試驗(yàn)中擦凈電極后將切取的PCB板水平置于絕緣(或金屬)支撐板上,如圖3所示,施加規(guī)定的壓力使電極與被試樣品表面接觸良好,保持兩電極間的距離為(4±0.1)mm。調(diào)節(jié)儀器電壓值使其為25V的倍數(shù)。接通電源后調(diào)節(jié)可調(diào)電阻,使兩電極間短路電流為(1±0.1)A。調(diào)整好后將兩電極開路,對(duì)試驗(yàn)電路供電,同時(shí)以(30±5)s的時(shí)間間隔滴電解液到兩電極間的樣品表面。被試樣品遭到破壞或滴完50滴電解液即可結(jié)束試驗(yàn)。若不確定材料的性能,則起始電壓選取試驗(yàn)電壓范圍的中間值,若樣品經(jīng)受住50滴電解液則增加電壓再做試驗(yàn),否則以25V或25V的倍數(shù)降低電壓再做試驗(yàn),直到獲得5個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)都能承受滴完50滴電解液的最高電壓值,即得出相比電痕化指數(shù)CTI。CTI試驗(yàn)中,電極附近的試品會(huì)出現(xiàn)表面發(fā)白、分層剝離、“起泡”等現(xiàn)象,隨著電解液滴數(shù)和試驗(yàn)電壓的增加,試品材質(zhì)會(huì)被破壞,發(fā)生消損直至被擊穿。通過對(duì)不同廠家不同材質(zhì)印刷電路板的CTI試驗(yàn)得出如下結(jié)論:(1)由于多層PCB板往往用于CPU模塊,成本較高,所以其質(zhì)量也備受關(guān)注,通常相比電痕化指數(shù)較高,能夠承受至少300V試驗(yàn)電壓;(2)用于開關(guān)量模塊和繼電器模塊的單面PCB板質(zhì)量就明顯出現(xiàn)了良莠不齊的現(xiàn)象,通常只能承受175-225V等級(jí)的試驗(yàn)電壓,某些質(zhì)量較差的PCB板則在滴液初始階段就很快被擊穿。3安全性能評(píng)估隨著國內(nèi)電力自動(dòng)化產(chǎn)品與國際