《电器产品质检技术》课件 清华大学出版社 3-电气安全原理

电器产品质检技术2/4/20231第三章电气安全原理本章内容：第一节电气安全原理概述第二节电器安全性的分类

第三节电器通用安全的基本要求第四节漏电保护要点了解日用电器安全原理、概念掌握电器安全对电器材料的绝缘、过热、防火等方面的要求理解漏电保护工作原理2/4/20232

产品在设计和生产中应避免以下危险的发生:触电火灾机械危险热的危险辐射和化学危险安全的基本准则第三章电气安全原理2/4/20233手指可通过产品上的孔接触到带危险电压的零部件外部的小导体(如手链)可通过小孔接触带有危险电压的导体带危险电压的元件与安全低电压之间的绝缘被击穿,保护措施失效使可接触的零部件漏电电容的放电

电击或触电第三章电气安全原理2/4/20234虽然输出电压很低,但假设输出端的导体发生短路,有可能产生过量的能量释放,乃至发生爆炸。（2J的能量相当于一个3300F的电容,贮能35V）

电击或触电第三章电气安全原理2/4/20235

电器产品的最大危险是火灾,产品自燃并扩展至周围环境,会造成巨大的人员伤亡和财产损失。塑料是引起火灾的主要原因,如塑料无经过防火处理,将会是主要的火源。过载、元件失效、绝缘击穿、连接松动都可能产生导致着火的温度,如无保护措施,将会引起火灾。

火灾第三章电气安全原理2/4/20236锐利的边缘对人体的伤害和元件的损害运动部件(如风扇的叶片)如可触及，会对使用者造成伤害如摆放的不平稳，设备易翻倒，导致对使用者和周围环境造成伤害外壳材料强度不够，易受力破裂而造成危险带电部件可触及电源线固定不可靠，如以外力拉出，造成触电危险

机械危险第三章电气安全原理2/4/20237如可接触部件的温升过高,会烫伤使用者设备中的元配件,长期处于过高温环境对其性能有影响绝缘材料在高温的环境中,会发生的绝缘性能下降,甚至熔解的危险

热的危险第三章电气安全原理2/4/20238X线的辐射:CRT(显像管)应小于<0.5mR/H镭射危险:CD/VCD的镭射光头一般要求为I类,除非有专门的保护装置并有警告标识有毒的气体,液体,粉尘等

辐射及化学危险第三章电气安全原理2/4/20239第三章电气安全原理日用电器安全的重要性:

日用电器在人们生活中越来越得到广泛应用，几乎普及到了每个家庭，有的产品与人们朝夕相处，有的还直接与人体接触，因此日用电器的安全问题是一个十分重要的问题。日用电器使用者包括妇女、儿童、老人、病人等，不能要求他们事先都受过电工知识训练才去使用。因此，日用电器的安全问题比起其它电器显得更为重要。第一节电气安全原理概述2/4/202310第三章电气安全原理对于日用电器的安全问题早就引起人们的注意，并在实践中不断得到研究、改进和发展，至今已经建立起一整套关于日用电器的工作体系：安全设计、制造原则、通用的和特殊的安全标准、以及安全试验鉴定。有些工业发达国家把日用电器的安全作为法律规定下来，在产品投放市场前必须经过安全鉴定，如美国UL认证、德国GS认证，不合格产品不许出售。经过安全鉴定合格的产品，如使用中出现安全问题，则鉴定单位和制造厂都要承担法律责任。我国于2003年也开始实施了CCC认证，与国际上接轨。2/4/202311第三章电气安全原理日用电器安全的内容：包括不发生触电、火灾、机械外伤以及对环境和食物的污染等方面。不仅在正常使用时要能充分保证安全而且在误操作或各种故障条件下也应确保安全

为此，需要从日用电器产品的设计、制造及使用等方面综合采取措施，其中特别是要提高产品自身的安全性能。2/4/202312第三章电气安全原理一.触电电对人身的危害是多方面的：电流通过人体会造成电击(通称触电)电的热效应将引起人身灼伤其化学效应会使身体上造成电烙印电磁场的辐射会导致人头晕、乏力等症状2/4/202313第三章电气安全原理触电对人伤害的严重程度，与通过人体的电流大小和种类、通电时间、电流通过人体的部位和途径以及当时人的生理状况等多种因素有关。人体瞬时通过工频电流在生理上所引起的后果如表所示。通过电流/mA通电持续时间对人体的影响0~0.5连续通电无感觉0.5~5连续通电有感觉（但无痛苦）5~30数分钟痉挛，不能摆脱带电体，忍受极限30~50数秒钟心脏跳动不规则，强烈痉挛50~数百低于心脏搏动周期强烈冲击，可能心室颤动大于心脏搏动周期心室颤动≥数百低于心脏搏动周期心室搏动，昏迷大于心脏搏动周期心脏停止跳动，昏迷2/4/202314第三章电气安全原理实验证明，引起人感觉的最小电流(即感知电流)值,成年男性平均约为1.1mA，成年女性约为0.7mA。摆脱电流(当人触电后能自力摆脱电源的最大电流值):成年男性约为16mA

成年女性约为10.5mA

人的触电时间(t)如超过1s而电流值达到50mA，即可致命时间不超过1s的致命电流值约为50/t(mA)电流通过心脏最危险，由手到手、由手到脚也是危险的，而从脚到脚则危险性较小。2/4/202315第三章电气安全原理直流电和高频电(1000Hz以上)对人体的伤害程度一般较工频电流为轻,其影响如表所示。表3-2直流电和高频电对人体的影响电流种类感知电流/mA摆脱电流/mA平均致命电流/mA男女男女通电时间短通电时间长直流电5.23.576510.3s/1300mA3s/500mA高频电12875500.03s/1100mA3s/500mA2/4/202316第三章电气安全原理2．电磁场辐射的危害作用电磁场辐射按其频率的不同，分为工频和射频两种。在高压电力技术中遇到的主要是工频电磁场在日用电器诸如电热、视听、医疗器具等方面所遇到的多是射频电磁场。人体在电磁场作用下会吸收辐射能量，因而遭到不同程度的伤害。射频电磁场对人体的主要危害是引起中枢神经系统功能紊乱，发生心悸，引起白血球变化，以及损伤眼睛、导致白内障。2/4/202317第三章电气安全原理二．触电的防护对触电的防护：防止接触带电部件，其本质是将通过人体的电流限制在危险值(危险值一般为反应阈或摆脱阈)。人体本身有一定阻抗，在电压小于一定程度时，即使触摸到该部件也不会发生危险，此时我们认为该部件处于安全电压。2/4/202318第三章电气安全原理1．带电部件的概念家电标准GB4706.1规定：带电部件是指正常使用时通电的导线或者导电性部件，包括中性线（但不包括保护接地导线）。而下列情况则认为带电部件安全：①带电部件由安全特低电压供电：▲交流而言其电压峰值不超过42.4V(在正弦波情况下有效值为30V)▲直流而言其空载电压不超过50V（例如由两节干电池供电的电动剃须刀，内部直流电压最高仅为3V；手机充电器输出直流电压）2/4/202319第三章电气安全原理1．带电部件的概念家电标准GB4706.1规定：带电部件是指正常使用时通电的导线或者导电性部件，包括中性线（但不包括保护接地导线）。而下列情况则认为带电部件安全：②某部件通过保护阻抗与带电部件断开，该部件与电源之间的电流——对直流不超过2mA(直流的反应阈)——对交流峰值不得超过0.7mA(有效值0.5mA，50/60Hz交流的反应阈)。2/4/202320第三章电气安全原理1．带电部件的概念家电标准GB4706.1规定：带电部件是指正常使用时通电的导线或者导电性部件，包括中性线（但不包括保护接地导线）。而下列情况则认为带电部件安全：对于峰值电压大于42V但不超过450V的，电容量不超过0.1μF；对于峰值电压大于450V但不超过15kV的，其放电量不超过45μC（例如，电子灭蚊器的电极，通过电子电路产生几千伏的高电压，但只要其流过人体的电流足够小，且放电量不超过45μC）2/4/202321第三章电气安全原理2．触电事故的分类电器产品的触电事故大都可以分为直接触电事故和间接触电事故。直接触电事故：是指人体触及正常运行的设备或线路的带电体造成的触电事故间接触电事故：是指人体触及正常情况下不带电而故障时意外带电的导体（设备或线路发生故障时，若触摸到电器的非带电部件也会发生触电事故，因此叫做间接触电事故2/4/202322第三章电气安全原理2．触电事故的分类电器产品的触电事故大都可以分为直接触电事故和间接触电事故。直接触电事故是指人体触及正常运行的设备或线路的带电体造成的触电事故间接触电事故是指人体触及正常情况下不带电而故障时意外带电的导体（设备或线路发生故障时，若触摸到电器的非带电部件也会发生触电事故，因此叫做间接触电事故。直接触电事故即使电器没有故障，在正常运行、有误操作的情况下也会发生间接触电事故则是在机器出现老化、故障时才可能发生（根据一些资料的统计，间接触电事故是更常见的）2/4/202323第三章电气安全原理3．防止触电事故的原则对电气装置电击防护基本要求、及防护措施的应用要求。（1）防止触电事故发生的基本原则在正常情况(正常操作和无故障情况下)，或在单一故障情况下，易触及的可带电部件均应是无危险的(如果防护措施的某些条件不能满足，则必须采取补充措施保证不降低其安全水平)在正常情况下实现对直接触电的防护，需要有基本触电防护，它可由一种防护措施来提供(例如：基本绝缘、限制稳态接触电流、限制电压等)国家标准：

GB/T12501《电工电子设备防触电保护分类》GB/T14821.1《建筑物电气装置电击防护》2/4/202324第三章电气安全原理3．防止触电事故的原则对电气装置电击防护基本要求、及防护措施的应用要求。（1）防止触电事故发生的基本原则在正常情况(正常操作和无故障情况下)，或在单一故障情况下，易触及的可带电部件均应是无危险的(如果防护措施的某些条件不能满足，则必须采取补充措施保证不降低其安全水平)在正常情况下实现对直接触电的防护，需要有基本触电防护，它可由一种防护措施来提供(例如：基本绝缘、限制稳态接触电流、限制电压等)2/4/202325第三章电气安全原理3．防止触电事故的原则对电气装置电击防护基本要求、及防护措施的应用要求。（1）防止触电事故发生的基本原则在正常情况(正常操作和无故障情况下)，或在单一故障情况下，易触及的可带电部件均应是无危险的(如果防护措施的某些条件不能满足，则必须采取补充措施保证不降低其安全水平)在正常情况下实现对直接触电的防护，需要有基本触电防护，它可由一种防护措施来提供(例如：基本绝缘、限制稳态接触电流、限制电压等)对于基本触电防护，举例：电动机是利用基本绝缘实现的电蚊拍则是通过限制稳态接触电流实现的手机充电器的电压输出端则是通过限制电压来实现的2/4/202326第三章电气安全原理（2）触电防护的实现对于单一故障条件下要实现防护的目的，要求电器基本触电防护外，还需要增加另外的附加防护措施。可采用两个独立的防护措施，基本要求是：①两个独立的防护措施中的任何一个，在设计、制造、测试和安装时均应能保证在该设备规定的条件(如外部影响、使用条件、设备的预期寿命内)下不会失效；②两个独立的防护措施应互不影响，一个措施失效不会使另一个措施也失效。在某些场合，不可能提供两个独立的防护，或者这种作法不合理时，也可以提供一个加强的防护措施。2/4/202327第三章电气安全原理4．触电防护的要求根据GB/T12501.2《电工电子设备按电击防护分类第二部分：对电击防护要求的导则》，对于直接接触防护、设备的设计应使手操作不会有无意的直接接触危险。（1）对用手操作或更换部件的防护普通人员操作或更换的部件，应尽可能地安装在电器的外表面，或者设备中不易触及危险带电部件的位置。例：电风扇的调速旋钮，就应该安置在风扇外壳上电冰箱的调温装置安装在外部不大可能，安装在箱内熟练或经过培训人员操作，要求操作部件的安装位置应使得操作人员容易看到、容易接近、方便安全地操作或者更换，操作部件与危险带电部件之间，应设置阻挡物2/4/202328第三章电气安全原理4．触电防护的要求根据GB/T12501.2《电工电子设备按电击防护分类第二部分：对电击防护要求的导则》，对于直接接触防护、设备的设计应使手操作不会有无意的直接接触危险。（2）切断电源以后的残余电荷(电压)不得超过限值切断危险带电部件的电源时，5s内放电电量不得超过50μC或者不超过60V(不同的产品标准根据使用条件的不同，可能有另外的规定)对于拔下插头以后的放电危险，在产品标准中都有更加严格的规定，例如在日用电器和电动工具的标准中规定，插头各插脚间的电压断开后1s时不应超过34V2/4/202329第三章电气安全原理第二节电器安全性的分类各种电器产品的应用环境、方式以及所完成的功能不同，对其安全性的要求是不一样的，如果过份强调提高产品的各种安全因素，这样显然会造成不必要的浪费。对电器产品从安全性观点进行分类，以便在设计、制造和使用时选择相适应的产品类型，既达到安全要求而又经济适用。日用电器从安全观点出发，一般有两种分类方法：一种是按防触电保护程度来分另一种是按外壳防护等级分2/4/202330

基本绝缘－加在带电部件上提供防止触电基本保护的绝缘附加绝缘－当基本绝缘失效时为防止触电而提供保护的独立的绝缘双重绝缘－由基本绝缘和附加绝缘组成的绝缘加强绝缘－加在带电部件上的一种单一绝缘系统，它提供相当于双重绝缘的防触电保护等级一.绝缘类别第三章电气安全原理2/4/202331带电导体基本绝缘附加绝缘可触及部分电源线绝缘示意图第三章电气安全原理加在带电部件上提供防止触电基本保护的绝缘2/4/202332带电导体基本绝缘附加绝缘可触及部分电源线绝缘示意图第三章电气安全原理当基本绝缘失效时为防止触电而提供保护的独立的绝缘2/4/202333二、电器安全性能的分类方式1．按防触电保护方式分类(1)0类器具

电击防护依赖于基本绝缘的器具。万一该基本绝缘失效，电击防护则依赖于环境。这类电器主要用于人们接触不到的地方，如荧光灯的整流器等。第三章电气安全原理2/4/2023340类器具有几个特点：1.器具可以是直接接线到电源，也可以是用插头插座；2.器具的电源导线可以是基本绝缘的导线；3.器具没有接地端子和接地导线；4.使用说明书一般要求0类器具在比较干燥的使用场所或与地绝缘较好的场所使用，如木地板上等。第三章电气安全原理2/4/202335(2)Ⅰ类器具classIappliance

其电击防护是基本绝缘加接地。第三章电气安全原理2/4/202336Ⅰ类器具有几个特点：

1.I类器具的电源插头是三插；

2.器具外壳很多是金属外壳（或部分金属外壳）；

3.外壳有接地端子（在接地端子有接地标志），器具内的带电部件的金属外壳均通过接地线连接到外壳的接地端子；

4.I类中允许有双重绝缘和加强绝缘隔离的部件，也可以有安全特低电压供电的部件。第三章电气安全原理2/4/202337(3)0Ⅰ类器具class0Ⅰappliance

至少整体具有基本绝缘并带有一个接地端子的器具。其接地线单独引出，不与电源引线一起。第三章电气安全原理2/4/202338(4)Ⅱ类器具classIIappliance

其电击防护不仅依靠基本绝缘,而且提供如双重绝缘或加强绝缘那样的附加安全防护措施的器具。第三章电气安全原理2/4/202339Ⅱ类器具有几个特点：

1.器具的插头是二插，

2.没有接地端子和接地导线，

3.器具的铭牌上有“回”字型符号

4.器具使用双层绝缘的导线

5.Ⅱ类器具中不允许有Ⅰ类结构，即不允许有接地的部件。

6.一般对不带接地端子或接地线的器具，如果器具的说明书中没有特别说明，从对使用者的安全角度考虑，应按Ⅱ类器具的要求对产品进行检验。第三章电气安全原理2/4/202340(5)Ⅱ类结构classⅡconstruction

器具的一部分，它依靠双重绝缘或加强绝缘来提供对电击的保护。

Ⅱ类结构一般出现在I类器具或0I类器具上，由于器具不方便接地，则该零件对电击的保护依靠双重绝缘或加强绝缘。第三章电气安全原理2/4/202341(6)Ⅲ类器具classⅢappliance

其电击保护是依靠安全特低电压（≤40V）电源来供电的器具，且其内部不产生比安全特低电压高的电压。如手提电脑、电动剃须刀等。第三章电气安全原理(7)Ⅲ类结构ClassⅢconstruction

器具的一部分,它的电击防护依靠安全特低电压,并且在其内部不产生高于安全特低电压的电压。

Ⅲ类结构可以是I类器具的一部分，也可以是Ⅱ类器具的一部分。2/4/202342第三章电气安全原理(8)各种防触电保护类别的对比注：防触电保护类别不代表其安全等级，并不能简单的说I类电器比II类电器更加安全，它只是反映了防触电保护的方式，这些方式是结合周围环境、电器本身以及供电系统而共同提供的。类别项目0类I类Ⅱ类Ⅲ类主要特征没有保护接地有基本绝缘及保护接地有附加绝缘不需要保护接地由安全特低电压供电安全措施依靠使用环境接地线与固定布线中的保护接地导体相连双重绝缘或加强绝缘安全特低电压表3-3不同防触电保护类别的对比

2/4/202343第三章电气安全原理2．按外壳防护等级分类外壳防护主要是防止固体异物进入外壳内部和防止水进入外壳内部，关于电器外壳防护等级(IP代码)，GB4706.1及GB4208作了相应的规定。

IP就是外壳防护等级代号的特征字母，IP代码由代码字母IP(国际防护InternationalProtection)、第一位特征数字、第二位特征数字、附加字母和补充字母组成。IP的第一个特征数字表示防止固体异物进入外壳内部的性能等级(如表3-4所示)IP的第二个特征数字表示防止水进入外壳内部的性能等级2/4/202344第三章电气安全原理第一位特征数字防

护

等

级简短说明含

义0无防护没有专门防护

1防大于50mm的固体异物能防止直径大于50mm的固体异物进入壳内；能防止人体的某一大面积部分(如手)偶然或意外地触及壳内带电部分或运动部件，不能防止有意识的接近2防大于12mm的固体异物能防止直径大于12mm、长度不大于80ram的固体异物进入壳内；能防止手指触及壳内带电部分或运动部件3防大于2.5mm的固体异物能防止直径大于2．5ram的固体异物进入壳内；能防止厚度(或直径)大于2.5mm的工具、金属线等触及壳内带电部分或运动部件4防大于lmm的固体异物能防止直径大于1mm的固体异物进入壳内；能防止厚度(或直径)大于1mm的工具、金属线等触及壳内带电部分或运动部件5防尘不能完全防止尘埃进入，但进入量不能达到妨碍设备正常运转的程度6尘密无尘埃进入表3-4第一位特征数字所代表的防护等级2/4/202345第三章电气安全原理第三节电器通用安全的基本要求家用和类似用途电器的设计、制造都应符合GB4706.1《家用和类似用途电器的安全通用要求》。它是家用电器产品在设计、制造时必须遵照执行的标准文件，是保证使用者的人身和财产不致受到任何危害的文件。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，还有机械损伤和防火灾。2/4/202346第三章电气安全原理一、绝缘方面的安全要求1．电气间隙与爬电距离和固体绝缘从构成绝缘材料的性质来讲，绝缘可以分为气体绝缘、液体绝缘和固体绝缘，一般的民用电器产品，很少使用特殊气体绝缘和液体绝缘，主要是空气绝缘和固体绝缘。2/4/202347（1）爬电距离creepagedistance

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。第三章电气安全原理2/4/202348（2）电气间隙clearance

带电部件之间或带电部件与可接触表面之间的最短距离。第三章电气安全原理2/4/202349＜1mm电气间隙爬电距离

第三章电气安全原理2/4/202350爬电距离

＞1mm

电气间隙第三章电气安全原理2/4/202351＜1mm电气间隙爬电距离

第三章电气安全原理2/4/202352电气间隙爬电距离

第三章电气安全原理2/4/202353＜1mm＜1mm电气间隙爬电距离

第三章电气安全原理2/4/202354＞1mm

＞1mm

电气间隙爬电距离

第三章电气安全原理2/4/202355＞0.25mm

＞1mm

＞1.5mm电气间隙爬电距离

第三章电气安全原理2/4/202356＜1mm

电气间隙爬电距离

第三章电气安全原理2/4/202357＞1mm

电气间隙爬电距离

第三章电气安全原理2/4/202358第三章电气安全原理二、过热危险的防护

1．过热对人的危害

▲原因：电器在将电能转化为其它各种能量方式时，不可避免地要产生热量，尤其电器设计不合理和发生接触不良时，更会产生局部过热▲危险（主要在三个方面）：引起人员灼伤使绝缘性能劣化，引发间接触电事故引发电器本身或周围环境起火，造成火灾2/4/202359第三章电气安全原理可触及部分可触及部分的材料温升限值／K电动器具的外壳(不包括操作手柄、把手等)所有材料60连续握持的手柄、把手金属30陶瓷或玻璃40模制材料、橡胶或木制50短时握持的手柄、把手金属35陶瓷或玻璃45模制材料、橡胶或木制60表3-16GB4706.1标准中人可接触器具部位的允许温升限值过热对人的直接危害主要表现为灼伤，也有因此导致误操作而引发的其它事故（例如由于人接触过热部件躲避而造成的事故）。2/4/202360第三章电气安全原理2．过热对电气绝缘的危害主要表现在：

(1)由于消除了内应力造成机械上的变形，如接插件的结合部位、接线端子的接线处；

(2)对于某些热塑性材料，温度较高可能使之软化变形；

(3)由于塑化剂损失造成某些材料脆裂；

(4)增大的介电损耗导致热不稳定性和损坏；

(5)高温度梯度(例如短路过程)会造成机械上的故障。2/4/202361第三章电气安全原理表3-17绝缘材料的温升限值测量部位绝缘材料温升限值／K绕组A级75(65)E级90(80)B级95(85)F级115H级140200级160220级180250级210器具输入插口的插脚适用于高热环境的130适用于热环境的95适用于冷环境的40驻立式器具的外导线用接线端子60开关，温控器及限温器的周围环境不带T一标志30带T一标志T—25内部布线和外部布线、包括电源软线的橡胶或聚氯乙烯绝缘不带额定温度50带额定温度(T)T—25对电线和绕组所规定绝缘以外用作绝缘的材料已浸渍过或涂覆的织物、纸或压制纸板70玻璃纤维增强聚脂110硅酮橡胶145聚四氟乙烯265用作附加绝缘或加强绝缘的纯云母和紧密烧结的陶瓷材料4002/4/202362第三章电气安全原理3．过热对火灾的影响过热对火灾的影响可以分为直接和间接两种：(1)直接的影响指电器在正常使用过程中使得周围环境局部过热，造成火灾；或者在预期的非正常工作条件下使得电器本身起火造成火灾。(2)间接的影响则是指由于绝缘的劣化而引发电气短路，形成火灾。在各个产品标准中都根据实际使用条件，限制过热对环境的影响，为了限制过热的影响，电器必须采取一定的保护措施，而不能单单依靠使用者的看护。2/4/202363第三章电气安全原理3．过热对火灾的影响过热对火灾的影响可以分为直接和间接两种：(1)直接的影响指电器在正常使用过程中使得周围环境局部过热，造成火灾；或者在预期的非正常工作条件下使得电器本身起火造成火灾。(2)间接的影响则是指由于绝缘的劣化而引发电气短路，形成火灾。在各个产品标准中都根据实际使用条件，限制过热对环境的影响，为了限制过热的影响，电器必须采取一定的保护措施，而不能单单依靠使用者的看护。例如：电水壶的热控制器失灵造成干烧，电器没有安装另外的热断路器2/4/202364第三章电气安全原理3．过热对火灾的影响