第一节 电气产品的安全设计原则

一、电气产品安全设计基本要求

在设备的安全设计中，会出现安全技术和经济利益之间的矛盾，这时应优先考虑安全技术上的要求，并按以下顺序考虑安全技术措施：

（1）直接安全技术措施。指在结构等方面采取安全措施，将设备设计得无任何危险和隐患。

（2）间接安全技术措施。指如果不可能或不完全可能实现直接安全技术措施时，所采用的特殊安全技术措施。这种措施只具有改进和保证安全使用设备的目的而不带有其他功能。

（3）提示性安全技术措施。若上述两种措施都达不到，或不能完全充分达到目的，可以采取这种以说明书、标记、符号等形式简练地说明在什么条件下采取何种措施，才能完全地使用设备。例如，设备必须进行某种定位、安装、维护；必须按某种程序操作；必须采取某种运输、储存方式；使用维修中必须注意何种规则才能预防某种危险等。

设备的设计必须考虑环境条件和应用条件，特别应考虑特殊条件下的安全。

所谓环境条件是指电气设备所承受的周围的物理、化学和生物的条件。这些条件是由单一环境参数及其严酷程度组合而成的。它们通常包括自然界中出现的和产品自身或外部产生的条件。

（1）单一环境参数包括：

1）气候环境。温度、温度变化、湿度、压力、压力变化、环境介质（空气/水）的运行（包括产品相对于环境介质的运行）、降水（包括雨、雪、冰雹）、辐射（包括太阳辐射、太阳辐射以外的热辐射、离子辐射）、水（除了雨以外的滴水、溅水、喷水、射水、水浪、浸水），湿润等。

2）生物环境。各种霉菌和真菌，若干昆虫及包括鸟、鼠、蛇等若干动物。

3）化学（包括微粒）环境。海盐、二氧化硫、硫化氢、氧化氮、臭氧、有机碳氢化合物、氨、机械活性粒子（沙、尘、泥浆）。

4）机械环境。包括冲击的非稳态振动、周期性（正弦的）和非周期性（随机的）的稳态振动、自由跌落、外物的碰撞、滚动和倾斜、稳态加速度和静负荷的稳态力。

5）电气和电磁环境。静态和交变电场、静态和交变磁场、传输导线的干扰。

确定电气设备的单个环境参数的严酷程度应符合现行国标《电工电子产品环境参数分类及其严酷程度分级》。

产品所处的实际环境条件通常是复杂的，往往同时暴露在若干个环境条件之内，因此在设备的安全设计中应当确知：产品同时暴露在哪几种环境条件中；每种环境条件的严酷程度。

（2）特殊的环境或运行条件。有以下几种：

易燃和易爆危险；异常高或异常低的温度；异常的潮湿；特殊的化学、物理和生物作用。

在特殊条件下运行的设备除应遵守一般安全设计规则外，还必须制订和遵守相应标准。例如在爆炸危险环境下的电气设备必须遵守现行国标《爆炸性环境用防爆电气设备》的要求。

现行国标《电工电子产品应用环境条件》是根据产品的不同用途；同时考虑了产品在从良好的气候防护条件到各种无气候防护条件的不同情况，对环境条件及其严酷程度进行了标准化分级并制订的，可作为产品设计和制造等的依据。

（3）环境条件按产品使用情况分为以下标准：

1）储存，见现行国标。

2）运输，见现行国标。

3）有气候防护场所固定使用。

4）无气候防护场所固定使用。

5）地面车辆使用，见现行国标。

6）船用，见现行国标。

7）携带和非固定使用，见现行国标。

8）移动和固定使用。

安全设计必须考虑设备在制造过程中的安全，这个要求可能需要从设备结构设计和制造工艺设计两方面的结合来考虑。

设备的安全设计还应考虑其他一些因素或条件，例如操作人员的素质，人机工效学的要求，产品对环境的影响等。

二、电气产品设计安全规则

（一）电能防护

电能可能以直接和间接两种作用形式造成危险，应当予以相应防护。

一些特殊电气设备或器具会将电能以导电、照射、电场和类似形式有意施加到人体，这类设备的例子有某些医疗设备、单相验电笔、电子感应开关等。这类设备的安全设计应当经过特殊考虑，应将通过人体的能量限制在绝对安全的程度。医疗电气设备的安全设计见现行国标《医用电气设备安全要求》。

（1）过负载。设备必须有一定的承受过载的能力而又不危及安全。

（2）包括雷电过电压在内的各种过电压。

电气接线和连接与安全性直接相关，为此提出如下要求：设备必须装设有能与电源可靠连接的装置；所需要的连接手段，如接插件、连接线、接线端子等，必须能承受所规定的电（电压、电流和功率）、热（内部或外部受热）和机械（拉、压、弯、扭等）负载，特别容易造成危害的部位必须通过位置排列、结构设计或附加装置来保护；母线和导线或带电的连接件，按规定使用时，不应发生过热、松动或造成其他危险的变动。

标志和标牌是保证设备安全安装、操作和维护的措施之一，为此，现行国标规定：设备上必须有能保持长久、容易辨认而且清晰的标志或标牌，这些标志或标牌应给出安全使用设备所必需的主要特征，例如额定参数、接线方式、接地标记、危险标记、可能有的特殊操作类型和运行条件的说明等；对于能根据使用人员的选择置于不同运行或功能（例如当有几个额定电压可供选择时）状态的设备，必须具有能够清楚表明所选择状态的装置或标记。为此目的设置的装置（例如测量仪器、功能选择开关）其定量或定性的指示值要有足够的精度；由于设备本身的条件所限，不能在其上注明时，则必须以其他方式清楚、可靠和有效地将应注意的事项告诉使用人员，例如用操作说明书或安装说明书的形式，在此情况下，这种文件应被视为设备的组成部分。

（二）运行中危险因素的防护

电气设备在运行时，如果工件、工具、部件和所产生的金属屑有可能飞甩出去，则应该使用诸如防护罩等特殊安全技术措施。设备的设计必须使其发出的噪声和振动保持在尽可能低的水平上。

如果设备的灼热或过冷部分能造成危险，则应采取隔离措施。伸臂范围之内的设备可触及部分的最高温度应控制在表3-1所示值的范围内。

如果在工作过程中产生有害的粉尘、蒸气和气体，必须将其密闭起来或者使其变为无害后排出。如果采用这些措施有困难或者这些措施还不能保证安全，则必须在使用说明书中指出应采取的其他措施。

带有液体的设备，在正常使用中，当液体逸出时，不得损害电气绝缘。在发生故障和事故时，不致使液体流到工作间或喷溅到工作人员身上。如果采取措施有困难或者采取了措施还不能保证安全，则必须在使用说明书中指出应采取的其他措施。如果在运行中出现有害的液体，则必须将其密闭起来，或者使其变为无害后排出。

（三）开关、控制和调节装置的设计

（1）控制和调节装置。电能的接通、分断和控制，必须保证可靠和安全。调节部分的设计要防止误接通和误分断。手动控制的操作件运行方向和最终效应应符合表3-2规定，必要时应辅以容易理解的图形符号和文字说明。自动或部分自动开关和控制过程，必须排除由于过程重叠或交叉可能造成的危险，为此要有相应的联锁或限位装置。控制系统的设计，要保证即使在导线损坏的情况下也不致造成危险。复杂的安全技术系统要装设监控装置。

如果在设备上装有控制装置和作为特殊安全技术措施的离合器或联锁机构，这些机构必须具有强制作用，为此应当做到：

1）特殊安全技术装置要与工作过程和运行过程的开始同时起作用。

2）特殊安全技术装置起作用之后，工作过程和运行过程才开始起作用。

3）在工作人员接近危险的区域时，先强制性地停止工作过程和运行过程。

（2）紧急开关。在下列情况下，设备必须装设紧急开关：

1）在可能发生危险的区域内，工作人员不能快速地操纵操作开关以终止可能造成的危险。

2）设备中有几个可能造成危险的部分存在，工作人员不能快速地操纵一个共用的操作开关来终止可能造成的危险。

3）切断供电可能造成更大危险。

4）当工作人员在控制台处不能看到所控制的全套设备。

必须有足够数量的开关装设在从各个控制位置上人手都能迅速摸到的地方，紧急开关应采用醒目的红色标记。无论是被接通还是被分断电源的设备，都不允许由于起动紧急开关而造成危险。紧急开关应当手动复位。

（3）防止误起动。对于在安装、维护、检验时，人体或人体部分需要伸入危险区域的设备，必须防止设备的误起动。可采取以下措施：

1）首先强制分断设备的电能输入。

2）在“断开”位置采用多重闭锁的总开关。

3）将控制或联锁元器件布置在危险区域，且只能在此区域闭锁或起动。

4）装设或拔出的开关钥匙。

（4）材料选择。设备选用的材料应能承受按规定条件使用时可能出现的物理和化学的作用，并应考虑材料对人体的危害、材料的老化、材料防腐蚀、材料的电气绝缘性能等因素。

（5）结构设计。

1）外壳防护等级的确定。应根据设备的应用条件确定设备外壳的防异物、防触电和防水的等级，以保证安全。设备的旋转、摆动和传动部件应设计得使人不能接近或触及。采用外壳防护是安全技术措施之一。

2）设备的稳定性。立式设备不允许由于振动、大风或其他外界作用力而翻倒。如果通过结构设备和元器件重量分布不能或不完全能满足这一要求，则必须采取特殊安全措施，例如采用平衡砝码，使其有较合理的重心位置。对于有驾驶位置的活动式设备，要考虑采用防倾覆措施。如果设备的稳定性只有通过在安装和使用现场采取一定的方式或特殊措施才能实现时，则应在设备上或使用说明书中加以说明。固定式设备可留固定孔，在固定点埋设地脚螺钉或其他限位部件，以保证稳定性。

3）设备的运输。设备的外形结构应便于移动和搬运。标明重量，注明拆卸部分位置及重量。

4）部件的更换和可接近性。需要常更换的部件应配置在易于更换处。部件和元器件的分布应便于装配、安装、操作、测试、检查、维修。

设备表面应避免过于粗糙，不得有尖角和利棱。

（6）人类工效学要求。人类工效学是包括人体科学、劳动科学、技术科学等多学科，实践性很强的一门新兴科学。主要研究人的本质和能力；研究人—机器—环境的相互作用着的各个组成部分，包括效率、健康、安全、舒适等在工作和日常生活中如何达到最优化的一门学科。电气设备的安全设计，应当考虑人类工效学的安全要求方面，主要有工位一般工效学要求；操纵器的操作方向和最终效应；安全距离，噪声限值，人体全身振动暴露的评价等。

（7）其他要求。

1）共存性。设备的一些特性可能通过电网对其他电气设备造成有害影响，也可能恶化供电电源质量，所以必须在设备的安全设计中降低这些特性，必要时对这些特性作估计，这些特性有：①瞬时过电压；②快速波动负载；③起动电流；④谐波电流；⑤直流反馈；⑥高频振荡；⑦对地泄漏电流；⑧附加接地的必要性。

2）额定运行状态。设备在额定参数下按规定使用时，不得对人体造成危害。只要安全上有要求，设计额定参数应有适当容差。

3）静电集聚。必须防止危险的静电集聚。如设备运行中有静电产生，具有可能导致危险，则必须采取特殊安全技术措施。

4）工作介质。设备运行中所需的工作介质不得对人和周围环境产生有害影响。如果不能避免危险的工作介质（如淬火设备、喷漆设备、电镀设备等所用工作介质），则必须采取特殊安全技术措施或者操作说明，在什么条件下才能无危险作用。