电气安全距离

关键词： 限值 距离 家用电器 电气

电气安全距离（精选七篇）

电气安全距离 篇1

关键词：定义,测试方法,限值规定

家用电器产品的安全标准GB4706.1-2005已于2005年8月26日发布, 2006年8月1日实施。GB4706.1-2005实施后, 因与各种家用电器的特殊要求标准的结合使用还需一个相当长的时间才能全部完成, 所以现存在着GB4706.1-2005、GB4706.1-1998、GB4706.1-92同是有效版本的情况。2005版标准对电气间隙、爬电距离和固体绝缘重新做出了规定, 很多规定有别于以往的产品标准。本文仅对较重要的差异部分展开讨论。

首先, GB4706.1-2005标准中引入了功能绝缘、过电压类别、污染等级、材料CIT指数的概念:

1.功能绝缘:为实现电器正确功能, 两导电体之间的绝缘, 没有安全的功能。最常见的功能绝缘的例子:PCB板上带电件之间的绝缘常为功能绝缘。而在GB4706.1-1998、GB4706.1-92中, 会把它当作基本绝缘来考核。

2.过电压类别:是一个定义瞬态过电压条件的数值。电器本身也应按照其经受过电压的严酷程度来提供足够的绝缘保护。为了表征经受过电压的严酷程度, 将所有的直接由低压电网供电的电气设备分成四个过电压类别:过电压类别Ⅳ;过电压类Ⅲ;过电压类别I I;过电压类别I。过电压类别越高, 对电气间隙的要求也越高。

3.污染等级:在电器的使用过程中, 大气中的固体颗粒、尘埃和水能够完全桥接小的电气间隙, 而且在潮湿的环境下, 非导电性污染也会转化为导电性污染, 因此, 必须考虑到电器使用环境中的大气污秽程度对电气间隙的影响。将电气间隙所处微观环境按照污染等级分为4级:污染等级1;污染等级2;污染等级3;污染等级4。污染等级越高, 对爬电距离的要求越高。

4.材料CIT指数:材料组与相对漏电起痕指数 (CTI) 值之间的关系, 如下所示:

——材料组I:600≤CTI;

——材料组Ⅱ:400≤CTI<600;

——材料组Ⅲa:175≤CTI<400;

——材料组Ⅲb:100≤CTI<175;

CTI值越高, 对爬电距离的要求越低。

其次, 测试方法有了变化:

1.GB4706.1-1998、GB4706.1-92是通过简单的一张表或几个数值来要求的。

2.GB4706.1-2005测试分为几个步骤:

A.查电气间隙要求的步骤如下:

步骤一:根据过电压类别、额定电压查表1 5得出额定冲击电压;

步骤二:查表16得出基本绝缘电气间隙;

步骤三:必要时, 按一定的条件减少基本绝缘的电气间隙;

步骤四:按不同的绝缘, 得出相应的电气间隙。

B.查爬电距离要求的步骤如下:

步骤一:确定被考核部位的工作电压;

步骤二:确定被考核部位的材料组别 (CTI指数) ;

步骤三:确定被考核部位的污染等级;

步骤四:按不同的绝缘, 在相应的表中查在该工作电压、材料组别和污染等级下的爬电距离要求。

再次, GB4706.1-2005标准中对于基本绝缘和功能绝缘的限值可以有条件地减少, 条件是:

1.只能在距离不可能由于变形, 磨损或移动的刚性情况下适用, 并且要电气间隙满足脉冲电压试验;

2.基本绝缘和功能绝缘的电气间隙在短路的情况下, 仍符合19章的要求;功能绝缘的爬电距离在短路的情况下, 仍符合1 9章的要求;

3.印刷导线上涂覆层可能作为保护印刷导线的微环境 (A类涂层) 下的微环境是污染等级Ⅰ类或提供基本绝缘 (B类涂层) 下的爬电距离和电气间隙没有限值。

最后, GB4706.1-2005标准对电气间隙和爬电距离的规定“放松”了, 一些场合下电气间隙和爬电距离的限值都有所降低。下面以常见的情况:额定电压为125V-250V时, 刚性, 过电压等级Ⅱ类, 材料等级Ⅲa/Ⅲb进行对比, 见上表。

以上是一些个人意见和见解, 如有不妥之处, 请大家指正。

参考文献

[1]GB4706.1-92.家用和类似用途电器的安全第一部分:通用要求

[2]GB4706.1-1998.家用和类似用途电器的安全第一部分:通用要求

工作电压与电气间隙和爬电距离浅析 篇2

在GB8898—2001中,已经提出工作电压概念,但爬电距离和电气间隙采用标准62页中图9限值,根据该版标准要求,若产品输入电压为220～250 Vrms,无须考虑内部器件的实际工作电压,两者限值均为固定值(基本绝缘/附加绝缘为3.0 mm,加强绝缘为6.0 mm);在GB8898—2011中,将爬电距离和电气间隙限值进行明确区分,按工作电压的峰值和有效值提出相关要求,因此对于工厂研发设计和实验室的评测均提出更高的要求,故本次针对工作电压测量与电气间隙和爬电距离的限值确定进行系统说明。

1 工作电压定义及其应用

在GB8898—2011中,工作电压是指设备在其额定电源电压下按正常使用条件工作时,所考虑的绝缘承受到的或能承受到的最高电压。而峰值和有效值电压的定义可以参考信息类产品标准(GB4943),即有效值工作电压是指包括任何直流分量的工作电压的有效值;峰值工作电压是指包括任何直流分量和设备内产生的任何重复性峰值脉冲电压。

确定工作电压主要为判定产品的有关安全性能,如产品的抗电强度、电气间隙和爬电距离及防火要求等。其中电气间隙和爬电距离的评测与工作电压的确定关系最为紧密,音视频产品大多使用开关电源供电,由于高频开关变压器的工作特性,常常存在开关电源中初次级(冷热两端)间的实际工作电压值超出产品额定输入电压值,或某产品为实现特定功能需要特定高压输出等情况。不同工作电压对产品的电气间隙和爬电距离限值要求也不同,因此产品工作电压的确定至关重要。

2 测试流程

工作电压在标准中涉及的章节与判定较多,而电气间隙和爬电距离限值的计算对于不理解标准的工程师而言很复杂,测试流程可大致参考图1。

确定工作电压时,应对其概念、测量方法、要求等内容有一定的理解,建议测试人员对标准中的相关章节段落进行仔细阅读揣摩。

2.1 确定测量位置

按照标准要求,对于基本绝缘、附加绝缘及加强绝缘所涉及的所有位置进行考核,需要注意的是应根据样品的实际结构,选择性地测量距离较近或存在怀疑的位置。以电视机为例,可以参考表1的示例位置。

2.2 保持样品正常工作

根据开关电源的工作特性,测试该类产品时应使产品保持正常工作,即输入为额定工作电压(包括电压范围的任意点)、输出接入相应负载、按照标准要求进行功能等调整。为保证测试的数据准确、测试人员的安全,应使用稳压电源为设备供电,并要保证Ⅰ类结构样品的接地可靠。

2.3 测试仪器

2.3.1 必要的测试仪器

测量工作电压主要使用一台数字存储示波器和隔离供电电源即可,但应根据实际样品的结构,使用合适的测试工装,例如使用测试端子排以便测试能够安全方便。另外,由于测试位置及电压值较复杂,应根据示波器的技术参数及测试电路选择合适的探头。目前,探头的种类繁多,各类探头在信号幅度、阻抗、频率范围、灵敏度等方面有不同技术参数,测量工作电压时主要关注信号幅度、阻抗、工作特性等参数,以便准确安全地完成测试。在此对各种探头做出简单介绍,详见表2。

测试工作电压中普遍使用衰减电压探头和差分探头。电压探头是通常带有衰减功能测量电压的探头;差分探头是使用差分放大器使两个信号相减,通过示波器的一条通道测量一个差分信号的探头。

在实际测试中,需要测量的两点通常都没有处在接地电位上,这样的测量称为差分测量,也称为浮地测量。日常中根据仪器条件和实际状况,可以采用差分探头或通过双高压电压探头搭建的“伪差分”探头完成测试。

2.3.2 调试测量仪器

首先对示波器进行自校,而后接入探头,对探头也应进行校准,完成后的示波器应显示一条水平直线。为保护测试仪器,应采用独立电源供电,由于示波器的各测试通道信号地与供电电源的大地相连,因此保证该示波器的地连接可靠。

2.4 测量电压

当采用差分探头测量时,可以对需要测试的位置直接测量,通过观察比较得出测试值;采用“伪差分”探头时,在测量前应根据实际的电路结构进行适当的电路连接,以便针对不同测量点建立起等电位连接。如Ⅱ类设备中应将输入电源中线(N线)使用导线连接到变压器输出低电位端,如图2所示。

需要特别注意的是在测量过程中要格外注意电源板与支架或底板的隔离,以避免发生短路而引起人员伤害和产品损坏。在测量Ⅰ类设备时,应始终保持产品整个系统接地的完整性。在示波器Auto测试下,有时需要对显示波形进行调整才能得出真实电压数据。

由于差分探头价格较贵,同时测试比较复杂,很多测试人员会简化测试方法,采用单探头直接测量,此时由于探头地线与保护地(大地)相连,测试中会出现电源与地短路现象,发生电源跳闸现象较多;采用双探头或断开示波器接地的方法时,不仅加大测试人员的电击危险,测试数据的准确性也无法完全保证,并存在损坏示波器的风险。这些简化方法应引起测试人员的注意,避免上述情况发生。

2.5 确定工作电压与限值

使用最终测量值与额定电源电压进行比较,选取较大数值作为两点间的工作电压。对于CCC认证目录内2 000 m以下产品而言,电气间隙限值依据标准表8的标称交流电网电源电压150～300 V栏所对应数值,当工作电压超出420 Vp时,还需要增加标准表9中附加电气间隙。爬电距离限值依据标准表11中污染等级2(适用于只有非导电污染的场合)下的材料组别IIIb(如果无有效证明为更高材料级别,则假定为IIIb组)所对应数值。对于加强绝缘应是表中限值的两倍,若工作电压在表中两点电压之间时,可以采用线性内插法计算出限值,采用向前进位的方式保留小数点后一位。

另外,由于我国地域广阔,地理条件和气候条件十分复杂,海拔2 000 m以上的地区约占国土面积的33%,因此标准的适用高度提高到海拔5 000 m及以下,即海拔高度超过2 000 m的地区使用的设备,电气间隙限值需要用海拔2 000 m的限值乘以高海拔倍增系数1.48,得到的乘积结果才是实际要求的限值。

3 举例说明

本次以典型样品32 in(1 in=2.54 cm)LED电视(规格为220 Vac,50 Hz,Ⅱ类设备,海拔5 000 m)为例,对实际操作进行说明。

1)确定测量位置:观察实际结构选取隔离带上较近的电容器CY两点,见图3中白线部分;选取常规测量点变压器T两端、光耦IC两端。

2)保证样品正常工作:使用稳压电源为样品提供220 V,50 Hz电源,接入带有1 k Hz伴音的彩条信号,并调整亮度、对比度、音量等设置。

3)调试测量仪器:使用单独的隔离电源为示波器供电,选用2个相同阻抗的100倍无源高压电压探头,完成示波器及探头校准,并对示波器进行差分数学设置(即两个通道数学减法)。

4)测量电压:由于是Ⅱ设备,隔离带两端属于浮地测量,通过人为设计将两者建立等电位,将输入电源N与次级地(变压器输出低电位端)连接,如图3中粗线体部分。通过测量,T1两端数据较大,如表3所示。

5)确定限值:变压器初级到次级间属于加强绝缘,用测量数值与额定电源电压比较,得出电气间隙应采用480 Vp,对应限值为4.0 mm+0.4 mm=4.4 mm;爬电距离应采用269 Vrms,对应限值基本绝缘2.8 mm(线性内插法2.766向前进位保留小数点一位),加强绝缘为2.766 mm的2倍,即5.6 mm。

由于产品使用在海拔5 000 m及以下区域,因此应将上述计算数值4.4 mm×1.48≈6.6 mm(6.512 mm向前进位保留小数点一位),即电气间隙最终限值为6.6 mm。而上述计算的爬电距离限值小于最终电气间隙限值,根据两者定义,最终取爬电距离等于电气间隙限值,即6.6 mm。最后通过实际电气间隙和爬电距离的测量,并与计算限值比较判断样品是否合格。

4 结束语

作为GB 8898—2011中变化较大的章节,准确安全地完成工作电压测量对于产品的相关安全测试具有重要意义。笔者针对测试流程进行系统说明,并以典型样品及规格进行举例说明,希望对相关工作人员有所帮助,从而不断提高产品的安全质量。

参考文献

[1]GB8898—2011,音频、视频及类似电子设备安全要求[S].2011.

[2]GB8898—2001,音频、视频及类似电子设备安全要求[S].2001.

[3]GB4943.1—2011,信息技术设备安全第1部分:通用要求[S].2011.

[4]国家广播电视产品质量监督检验中心.数字电视原理与检测技术[M].北京:人民邮电出版社,2011.

电气安全距离 篇3

高速公路隧道内有风机、照明、防火门、车道指示器等多种机电设备, 用于保证隧道空气质量、照明效果、消防等达到规范要求, 用于对车辆驾驶人员进行诱导指示和灾害事故发生时的指挥, 是隧道安全运行的重要保证手段之一。

隧道内机电设备的控制核心为基于PLC的区域控制器, 机电设备与区域控制器间的控制信号通过多芯控制电缆进行传递, 区域控制器在隧道内按一定空间间隔布置, 对就近的机电设备进行控制和反馈信号收集, 区域控制器通过光纤以太网交换机组成工业以太网, 从而实现隧道内所有机电设备联动控制 (图1) 。

在隧道的运营过程中发现, 当机电设备距区域控制器距离过远时, 经常会出现失控现象, 经分析发现原因在于控制距离过长时, 多芯控制电缆线芯间的线间电容效应不能再被忽略, 形成的寄生回路干扰了正常控制, 造成失控。

本文通过叙述某隧道监控系统失控故障的具体处理过程, 分析控制电缆线间电容产生的根本原理和相应规律, 同时推荐几种相关处置方案。

1 隧道监控系统简介

隧道监控系统包括通风、照明、信息发布、防火门控制等多个系统, 各系统控制方式相同, 都采用区域控制器加多芯控制电缆的控制方式, 以下以隧道照明控制系统为分析对象。隧道照明系统包括出入口照明、基本照明、加强照明等不同功能回路, 按照运营管理策略要求, 在不同时段、不同车流量、不同灾害状态下进行相应回路的接通/关断控制。每个照明控制箱内有多个控制回路, 区域控制器发出的控制信号通过多芯控制电缆传送至受其控制的多个照明控制箱, 监控中心通过各区域控制器和照明控制箱实现整个隧道或隧道群的照明整体控制。

照明控制箱电气控制原理如图2所示, 相关参数如下:多芯控制线缆ZR-KVVP-24×1.5;欧姆龙LY2NJ小型中间继电器;线圈电压220VAC, 最小吸合电压=0.8Ue=176V;最大脱扣电压=0.3Ue=66V。

注:虚线框内部分为区域控制柜内的器件;其余部分为照明控制箱中的器件。

2 故障现象

隧道内某照明控制箱距所连接的区域控制器400m, 控制操作时, 照明控制箱中某些回路失控, 故障现象:区域控制器可以正常远控接通相应照明回路, 但远控关断照明回路失效。

3 故障原因

为查明故障原因, 对系统 (图2) 进行了如下检测: (1) 检查照明控制箱内各器件及接线状态, 接线正确, 器件正常。 (2) 检查区域控制器内各器件及接线状态, 接线正确, 器件正常;区域控制器至照明控制箱间控制电缆正常。 (3) 区域控制器内分断继电器的常闭触点J1已断开, 但接触器K1仍处闭合状态。 (4) 接触器K1线圈两端电压值130VAC。

因此故障原因在于:接触器线圈供电回路已正常断开后, 由于接触器线圈两端的非正常电压 (130V) 大于继电器最大脱扣电压 (66V) , 造成接触器非正常吸合, 关灯控制失控。由此判断, 区域控制器工作正常, 问题出在区域控制器外部端, 集中在控制电缆和照明控制箱部分。

控制电缆经电缆沟铺设, 电缆沟内还有外供电高压电缆、轴流风机供电电缆等高压、大电流强电供电电缆, 电磁干扰大, 怀疑继电器线圈的端电压为电磁干扰引起了感应电压。为消除电磁干扰, 对控制电缆的屏蔽铜带重新连通, 并尝试单点接地和两点接地不同措施以消除干扰, 但接触器线圈的端电压无变化。控制电缆铜带屏蔽并将屏蔽可靠接地能屏蔽外部电磁干扰, 至少可以削弱干扰, 但以上处置未起任何作用, 说明外部电磁干扰不是造成本故障的原因。后发现失控回路的照明控制箱都距区域控制器较远, 怀疑控制距离可能与本故障有关。

通过图2可看出:触点J1断开后, 线圈K1电压供电回路已切断, 但K1线圈两端仍有高电压, 说明存在未知的寄生回路对K1供电, 由图2看出, 能够引起寄生回路的部分, 只可能是图中虚线框内控制电缆这部分, 结合出故障的回路都有控制距离较远的共性, 怀疑控制电缆线芯间电容有可能是故障产生的原因。

为确定故障原因, 将图2中的第一回路按空间实际布线并增加考虑控制电缆线间电容因素, 重作接线图如图3所示, 依图3作出此回路电气原理图如图4 (a) 所示。由图4 (a) 看出, 当J1断开后, 还存在一条由L (火线) —C1、C2 (线芯间电容) —K (自保持触点) —K继电器线圈—N (零线) 组成的回路, 为继电器线圏供电。由此确定照明回路失控的原因:受控制电缆线间电容影响产生的寄生回路造成失控。

C1—1#、2#线芯间电容C2—1#、3#线芯间电容

C—线芯间等效电容L—继电器线圈等效电感

4 故障分析

4.1 线间电容影响

为分析线间电容C1、C2影响控制的规律, 作出故障时等效电路图[图4 (b) ], 图中C为C1、C2的等效电容, C=C1+C2, L为继电器线圈K的等效电感。由图4 (b) 可得继电器线圈两端的端电压UL为:

由式 (1) 可看出, 当C值很小时分母项值很大, UL很小;随着C值增大, UL变大。在本电路中, 当线间电容C增大到一定程度, 使线圈端电压UL大于继电器最小释放电压时, 继电器不会按要求断开, 即造成该照明回路失控。

4.2 线间电容相关参数

将多芯控制电缆各线芯间的电容看作平板电容:线芯为极板, 线芯绝缘等为板间介质。控制电缆中两线芯可等效为一平板电容, 其电容值为:

式中, ε为线芯间等效介电系数;l0、l为线芯间等效平板电容的两边长, 其中l为电缆长度;d为线芯间等效平板电容两极板间距离。

式 (2) 中除l外都可看作常数, 因此线间电容与控制电缆长度成正比, 电缆越长, 出现故障的几率越大;多芯控制电缆各线芯相互间存在线间电容, 其他各线芯对其中一个线芯的影响相当于多个电容关联, 因此电缆芯数越多, 出现故障的几率越大。由此得出结论:失控原因在于控制电缆线芯间电容形成的寄生回路干扰了电路的正常控制, 造成失控现象, 控制电缆越长、控制电缆芯数越多, 产生故障的几率越大。

5 故障处理

经过以上分析, 发现控制电缆线芯间存在的线间电容是造成故障的原因, 如果能消除线间电容或避开线间电容效应的影响, 则可消除故障。控制电缆线间电容客观存在, 无法消除, 处理此问题需从避开电容效应的角度着手。按此思路对照明控制电路进行改造, 将控制电缆内交流信号改为不受线间电容影响的直流信号, 故障消除。图5为改造后的控制图。

6 其他解决方案

电气安全距离 篇4

电气间隙和爬电距离是反映两导体之间绝缘性能的重要参数,是分析设备安全性能的重要途径之一。因此,我们在设计开发、试验检测等过程中需要精确测量它的值。在这里,我们针对医用电气设备的电气间隙和爬电距离,通过实例来分析其测量方法和计算过程。

1 电气间隙和爬电距离的定义

GB 9706.1-2007《医用电气设备第1部分:安全通用要求》是医用电气设备的基础标准之一,对电气间隙和爬电距离定义为:电气间隙:两个导体部件之间的最短空气路径。爬电距离:沿两个导体部件之间绝缘材料表面的最短路径。

GB 4943-2001《信息技术设备的安全》,对电气间隙和爬电距离定义为:电气间隙:在两个导电零部件之间或导电零部件与设备界面之间测得的最短空间距离。爬电距离:沿绝缘表面测得的两个导电零部件之间或导电零部件与设备防护界面之间的最短路径。

从两组定义中都可以看出对“最短”的要求。下面我们以一次比对试验中的具体样品为例,通过具体分析和计算过程,来理解最短二字。

2 试验过程

2.1 样品说明

本次电气间隙和爬电距离试验的样品为一块印刷电路板,印刷电路板有一定的厚度,如图1所示:

三角形白色区域代表样片上的镂空部分;

红色线(T1、T2、T3、T4)代表样品正面的轨迹线(导体);

蓝色线(R1)代表样品背面的轨迹线(导体)。

2.2 操作说明

(1)参考标准

本次试验,我们采用GB 9706.1-2007《医用电气设备第1部分:安全通用要求》作为基础标准。

(2)试验说明

(1)在进行试验之前,不需对样品进行任何形式的预处理。试验的场所应是保持恒定温度在20±5℃之间的房间。

(2)设定样品污染等级为2级(正常情况)。

(3)样片中的角全部按“尖角”考虑,不视为圆角。

(4)示意图中用粗实线表示电气间隙和爬电距离的路径。

2.3 分析计算过程

(1)T3与T4之间的电气间隙

电气间隙是两个导体部件之间的最短空气路径,T3和T4之间无任何绝缘材料加以阻挡,只有空气,T3和T4之间的电气间隙必定为一条直线。从图2可以看出,T4的一个顶点a距离T3最近,且只有当ab⊥bc的时候,ab最短,这种情况比较简单,且便于测量。

(2)T3与T4之间的爬电距离

爬电距离是沿两个导体部件之间绝缘材料表面的最短路径。从图3可以看出,T3与T4之间的爬电距离为图中粗实线所示路径。

我们把aef看出一个V型槽,GB 9706.1-2007中规定,当V型槽的角度小于80˚,就必须考虑用1mm的跨接;那么跨接的bc两点在什么位置时,总路径最短呢?

我们把可以通过测量得到的参数作为已知量,需要通过计算才能得到的参数作为未知量。那么,ae、ef、a、bc是已知量,ae、ed是未知量。

抽象出来的数学模型,如图4所示,fd//ae、cd⊥df、ae、bc、ef、a已知,求解ab+bc+cd的最小值。

式中“ae+be+ef·sinα”为定值,“be+ec·sinα”为变量,我们只需要求出“be+ec·sinα”的最大值,即可以得到ab+bc+cd的最小值。利用三角形正弦定理:

则be+ec·sinα

在式(2)中,当sin(θ+β)=1时,be+ec·sinα取值最大,ab+bc+cd最小。

从式(1)中可以得出,

求出β以后,就可以再次利用余弦定理求出bc、ec的长度,即可得知b、c点的位置了。T3与T4之间的爬电距离最短路径为:

(3)T1与T4之间的爬电距离

从图1中可以看出,T1与T4之间的爬电距离的路径存在以下三种可能的路径。下面我们就这三种可能的路径进行一一分析。

路径一:如图5所示,我们认为R1会影响到T1与T4之间的爬电距离,也就是说,如果T1与T4之间有一个电流的话,电流会通过R1。即T1与T4之间的爬电距离等于T1与R1之间的爬电距离与R1与T4之间的爬电距离之和。

我们将面deih以de为轴,顺时针旋转90˚,展开后得到一个平面图(图6),如下:

其中线段ac就是T1与R1之间的爬电距离

R1与T4之间的爬电距离,则要考虑凹槽因素。在GB 9706.1-2007中规定,当凹槽的宽度小于1mm时,爬电距离不受其影响(该样片凹槽宽度为0.80mm)。

则R1与T4之间的爬电距离

故路径一的爬电距离

路径二:如图7所示,不考虑R1的影响,凹槽的宽度小于1mm时,爬电距离不受其影响。

T1与T4之间的爬电距离=ab+bc

路径三:如图8所示,爬电距离的路径通过T1和T3,这就是T1与T2之间的爬电距离、T2与T3之间的爬电距离、T3与T4之间的爬电距离之和。

T1与T2之间的爬电距离与T3与T4之间的爬电距离计算方法一致,我们在T3与T4之间的爬电距离计算过程中已经详细阐述了其计算过程,这里就不在重复。

在本次试验中,我们通过测量和计算,得到三个数据,其中路径一得到的数据最小,于是路径一便是T1与T4之间的爬电距离。

3 试验总结与思考

要得到正确的路径与正确的测量方法和可靠的测量数据是很重要的,我们可以通过多次测量或多人测量,来提高数据的可靠程度。在这几个例子当中的电气间隙和爬电距离都比较简单,路径是规则的几何图形。我们需要举一反三,利用基本原则,去解决平时试验中遇到的各种复杂的问题。

当然,在这几个实例当中的最短路径是根据GB 9706.1-2007《医用电气设备第1部分:安全通用要求》中的要求得到的。也许和实际在两导体之间加一个高电压产生的电流路径不完全一致,这必然促使我们掌握更多的试验数据,以便建立全新的数学模型,来真实、准确、完整的反映出实际的电流路径。

参考文献

[1]中国国家标准化管理委员会.GB 4793.1-2007测量、控制和实验室用电气设备的安全要求第1部分:通用要求.北京:中国标准出版社,2007

[2]中国国家标准化管理委员会.GB 9706.1-2007医用电气设备第1部分:安全通用要求.北京:中国标准出版社,2007

[3]中国国家标准化管理委员会.GB 4706.1-2005家用和类似用途电器的安全第1部分:通用要求.北京:中国标准出版社,2005

[4]中国电子技术标准化研究所.GB 4943-2001《信息技术设备的安全》北京:中国标准出版社,2001

安全距离不够造成儿童触电 篇5

因某乡政府机关院内变台线路妨碍乡政府新建办公楼的工程施工, 乡政府于2008年5月8日向供电所提出申请, 要求迁移变台。5月10日, 该乡供电所组织人员对该变台的位置进行了移动, 对原10 kV进线进行了改道处理, 使10 kV线路通道内小学围墙的相对高度与线路间的对地安全距离缩小。经实测, 该线路4号杆和5号杆之间裸铝导线对地最小距离为2.6 m, 对小学围墙最小距离为1.2 m。当时供电所人员虽然发现了这些问题, 但未采取任何措施。8月12日, 该小学一名学生在围墙上玩耍时触电, 造成轻伤。

2 事故原因分析

(1) 作为县供电公司派出单位, 该乡供电所未经公司领导、生产技术部同意, 无视规程规定, 擅自更改辖区10 kV线路走径, 私自移动变台位置。这在施工初期已违反了安全施工要求, 无组织, 无纪律, 盲目蛮干, 是事故发生的主要原因。

(2) 施工人员未认真执行施工现场勘察测量制度, 事先对变台位移后10 kV线路走径相应变化所带来的不利因素考虑不周、重视不够, 对新的线路走廊内现有建筑物 (如小学的围墙) 根本没有认真测量便盲目施工, 建成了这条带隐患运行的不合格线路, 是事故发生的直接原因。

(3) 10 kV架空电力线路与建筑物的垂直距离不应小于3.0 m, 而供电所人员对安全规程执行不力, 在施工之初心中无数、施工之中熟视无睹、施工之后更是极端麻木。线路建成后, 供电所也未报上级电力主管部门进行审核验收, 就私自投入运行, 也是该起事故发生的重要原因。

(4) 有关人员未发挥任何安全职能。如果说在施工之初由于技术水平低而对问题始料不及的话, 在施工过程中就应发现并采取相应补救措施。但直到施工结束后, 供电所才发现了线路存在严重的安全隐患, 但此时, 仍未采取任何补救措施。安全员或供电所负责人未履行职责, 未提醒供电所及时整改处理, 也未通知该小学, 更未设置任何安全警示标志或暂时隔离设施, 也是该起事故发生的原因。

3 对事故的思考和建议

厂区高架火炬安全距离探讨 篇6

只有保证其可燃性气体排放系统不携带有可燃液, 方能实现高架火炬在安全距离上的缩减, 为将此问题较好解决, 依据此厂区工艺特点, 依据美国石油协会标准及中国国家标准, 对可燃性气体排放系统展开设计, 此可燃性气体排放系统设计主要由三部分构成。

1 分液罐设计

为达到尽可能避免火炬燃烧所产生的废气形成火雨状况, 全部接入至火炬燃烧的废气, 均需要通过分液罐移, 将液体移除, 分液罐依据如下内容进行设计: (1) SHJ9—1989。。在公式中, P表示压力 (k Pa) ;K1表示系数 (2.5~3) ;T表示温度 (K) ;Q表示体积流量 (m2/h) ;D1表示分液罐直径 (m) ;Vs表示滴沉降速度 (m/s) 。 (2) APIRP521。, 在公式当中, ρL表示液体密度 (kg/m3) ;D表示分液罐直径 (ft) ;Uc表示临界速度 (ft/s) ;ρV表示气体密度 (kg/m3) 。在设计分液罐时, 其排放量选取安全阀设计之后最为严重状况外加设计裕度, 将其作为最后分液罐设计容量。

2 安全阀设计

可燃气体燃烧排放系统乃是根据未来此厂区可能会出现的最大排放量为2 000m3×2的丁二烯球罐相应火灾情况而设计, 其主要依据如下公式来设计: (1) 压力容器安全技术检查规程。, 在公式当中, Ar表示润湿面积 (m2) ;q潜热 (k J/kg) ;Ws表示排放量 (kg/h) 。依据石油化工企业设计防火规范相关要求, 此球罐需要采用固定式的消防冷却水系统, 并且若此消防系统的喷淋装置超过10L/ (m2·min) 时, 环境因子为F=0.6。 (2) API RP521。Q=21 000FA0.82, 在公式当中, Q表示吸收热 (Btu/h) ;A表示润湿面积 (ft2) ;F表示环境因子 (1.0) 。在采用上述两个公式进行计算时, 需要充分考虑可能发生的大火状况, 如若出现火灾, 则丁二烯就会被完全气化, 然后增加安全阀排放量。而根据丁二烯球罐相应工艺要求, 需保证储存温度稳定, 即使之始终小于15℃, 所以现实排放量相比于上述两公式的计算值, 存在小于后者状况, 且可燃气体排放系统不会带有可燃液。

3 液封罐

设计分液罐, 不仅要考虑安全因素, 而且在设计火炬底部时, 采取的液封罐方式, 能够将可燃气体排放过程中所产生的少量可燃液进行清洗。依据上述设计要点, 确定其可燃气体排放系统不会带有可燃液, 根据SHJ9—1989, 能够将高架火炬的安全距离进行计算, 计算过程如下:

气体性质:热辐射率ε为0.20;气体常数为R/ (N·m/kg·n·°K) 为8 314;气体低发热值Hv/ (J/kg) 为4.46E+0.6;气体绝热指数K/ (Cp/CV) 为1.187 8;气体温度T/°K为338.14;马赫数m为0.5;气体分子量M为54;气体密度ρ为2.286kg/m3;气体质量流率G为14 297kg/h。其它参数: (1) 火炬底部:最大受热点至火炬筒中心水平距离X1/m为1;热辐射强度q I (k W·m-2) 为9。 (2) 火炬出口处的平均最大风速Vw/ (m·s-1) 为23。 (3) 无须防护设施点。热辐射强度Q2为4.5k W/m2;最大受热点至火炬筒中心水平距离X2/m为55;最大受热点到地面之间的垂直距离ht/m为2;火炬筒体出口处的直径Df/m为, 其中火炬出口气体允许线速度为Va=m Vs=124.34m/s;筒体出口截面积为A=G/3 600ρVa=0.14m2;在排放气体当中声波的传播速度为;火炬高度为h=120Df=50.47m;有风时火炬所存在的倾斜角度为;火炬总发热量为Q=2.78e-7HvG=1.76E+0.6 (k W·h) 。在此厂区的总图布置当中, 其高架火炬相应安全距离可依据55m进行设计, 不仅能够减少占地面积, 而且还能使得总图布置更趋合理化。

4 结束语

总而言之, 高架火炬在整个工厂总图布置当中具有十分重要的意义与作用, 本文分别从分液罐设计、安全阀设计及液封罐三方面开展设计探究, 从中找寻更为合理的高架火炬安全距离。经最终结算结果可知, 针对此厂区而言, 当其距离控制在55m时, 具有最佳的安全距离。

摘要：高架火炬安全距离能够对土地资源利用及安全问题产生直接影响, 其值的确定关键在于能够将高架火炬射流火焰产生的热辐射准确计算出来。在工厂总图布置当中, 高架火炬十分关键与重要。以某胶粘剂及系列产品生产厂为例, 在设计总图布置过程中, 因受占地限制, 在对其高架火炬进行设计时, 不可依据相关防火设计相关规范进行设计。首先详细分析了该厂可燃性气体排放系统, 经计算得出高架火炬高及安全距离。

关键词：厂区,高架火炬,安全距离

参考文献

[1]张杰东, 于安峰, 党文义.高架火炬泄漏后果模拟研究[J].安全、健康和环境, 2016, 16 (2) :45-47.

地面火炬气体爆炸安全距离研究 篇7

1CFD计算方法介绍

研究采用的FLACS软件是基于CFD计算方法开发的,可用于模拟复杂建筑和生产区域的通风、有毒气体扩散、蒸气云团爆炸和冲击波,量化和管理建筑和生产区域的爆炸风险。它是采用有限体积法,利用SIMPLE算法,通过建立描述流体特性的质量、动量、能量以及组分守恒方程,配合边界条件求解计算区域中的超压、燃烧产物、火焰速度以及燃料消耗量等变量的值,湍流和化学反应的影响也包含在方程中,见式(1)所示。

式中:φ代表通用 求解变量 (包括质量、动 量、能量等变量);ρ为气体密度,kg/m3;xj代表在j方向上积分;μi代表i方向上的速度矢量;Γφ为扩散系 数;Sφ为源项。该方法考虑了火 焰与装置、管 道、设备等的 相互作用 和影响,可直接对气体爆炸冲击波进行计算。

2建模及计算

2.1模型介绍

对某石化厂地面火炬进行三维建模,精确模型见图1所示。其中,该封闭式地面火炬建在平坦的地面,排气筒高度30m,直径12.6m,外围防风 墙高6 m,直径18m。设计处理量100t/h,主要处理 气体为H2、CH4、C3H8。

2.2泄漏扩散计算

2.2.1泄漏扩散条件

基于CFD方法模拟封闭式地面火炬发生泄漏时气体的扩散规律和浓度分布。计算基本条件为:

(1)假设泄漏速率不因泄漏时间发生改变;

(2)假设封闭式地面火炬泄放气体为纯CH4气体,以便于气体特性的设定和计算;

(3)泄漏扩散只考虑排气筒体和防风墙的遮挡作用,不考虑周围建筑和设备对气体扩散的影响;

(4)封闭式地面燃烧器泄漏点为44个燃烧器气体出口,发生0.16m2的孔泄漏,泄漏方向垂直向上。

封闭式地面火炬泄漏气体扩散输入参数见表1。

燃烧器附近的泄漏点采用0.29m×0.50m×1.00m的计算网格,总计算网格数230400。

2.3泄漏扩散计算结果

假设封闭式地面火 炬四级泄 放蝶阀全 部打开,H2、CH4、C3H8 以最大设计处理量100t/h的速度从90个燃烧器同时泄漏。模拟了泄漏过程的H2分布,图2为开始泄漏后5.0、7.5s时的H2分布图。从图 中可以看 出,7.5s以后H2充满整个筒体空间,扩散区域趋于稳定。

图3为3种封闭式地面火炬排放气发生泄漏时,气体浓度随时间的变化过程。从图中可以看出,泄漏开始后7.5s时H2和CH4泄漏扩散区域充满整个排气筒体空间,扩散区域趋于稳定。C3H8 发生泄漏30s以后扩散区域趋于稳定,泄漏扩散区域在筒体的下半部分,其体积约占整个筒体空间的1/2。

3爆炸模拟

3.1爆炸场景设置

根据泄漏扩散结果,对于H2爆炸,由于H2以100%比例充满筒体空间时最大爆炸超压值为1.7 MPa,爆炸后果十分严重。因此,分别以H2云团体积占筒体空间的20%~100%模拟H2发生爆炸的后果。对于CH4爆炸,按照气云团100%充满排气筒体空间模拟计算爆炸后果。对于C3H8 爆炸,按照气云团充满排气筒体空间的1/2模拟计算爆炸后果。点火点分别位于燃烧器中心上部、排气筒边缘以及长明灯处,如图4所示。为计算远场爆炸冲击波载荷,计算区域的边界条件采用平板波(PLANE-WAVE)边界条件,采用正方体网格,进行爆炸模拟。

3.2结果与讨论

(1)H2爆炸。不同点火点位置计算得到的H2爆炸结果基本一致,最大爆炸载荷都发生在防风墙内侧2 m高处。表2为点火点为长明灯处时H2爆炸计算结果,可以看出当H2充满筒体空间的20% 时发生爆炸,最大爆炸超压值为63.03kPa,对周边的 建筑物会 造成严重 破坏,见表3。当H2充满筒体空间的60%时发生爆炸,爆炸超压值达到1.4 MPa,爆炸超压值≥2kPa区域(即造成人员伤害范围)的半径已经超过40m,如图5所示。

(2)CH4爆炸。研究泄放气体为CH4发生爆炸造成的后果。爆炸超压最大值和爆炸超压值≥2kPa最大作用范围,如表4所示。当点火点在长明灯处时,爆炸超压最大值和爆炸超压≥2kPa最大作用范围最大,最大半径约为15m,如图6所示。该场景产生的爆炸冲击波最大值约为29.52kPa。根据蒸气云爆炸破坏准则,该爆炸将造成中等破坏,导致建筑物的覆层破裂。

(3)C3H8 爆炸。当泄放气体为C3H8 发生爆炸时,爆炸超压最大值和爆炸超压范围,如表5所示。当点火点在长明灯处时,爆炸超压最大值和爆炸超压≥2kPa最大作用范围最大,其最大值约为51.83kPa,可以造成建筑物严重破坏,造成人员伤害的最大半径约为20m,如图7所示。

4结论

通过CFD模拟研究封闭式地面火炬排放气爆炸对周边环境的作用过程,结果表明:

(1)封闭式地面火炬点火不成功,排放气H2以最大设计处理量发生泄漏后7.5s,H2气云团将充满整个排气筒筒体空间。当H2充满筒体空间60%以上时发生爆炸,爆炸超压造成人员伤害半径超过40m,最大爆炸压力发生在防风墙内侧边缘高2m处,其最大值约为1.47MPa,发生爆轰,后果十分严重。一旦发生此类事故,需要控制点火源,避免爆炸事故发生。

(2)地面火炬排放气CH4以最大设计处理量发生泄漏后7.5s,CH4气云团将充满整个排气筒筒体空间。当CH4 气云团100%充满封闭式地面火炬筒体空间发生爆炸时,爆炸超压造成人员最大伤害区域的半径约为15m;在防风墙内侧处爆炸超压值最大,为29.52kPa。

(3)地面火炬排放气C3H8 气体以最大设计处理量发生泄漏后30s,C3H8 气云团趋于稳定,泄漏扩散区域在排气筒的下半部分,其体积约占整个筒体空间的1/2。当C3H8 气云团50%充满封闭式地面火炬筒体空间时发生爆炸,爆炸超压 造成人员 最大伤害 区域的半 径约为20m;在防风墙内侧处爆炸超压值最大,为51.83kPa。