谈谈动力电池系统的绝缘配合
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动力电池绝缘份用途
动力电池绝缘份通常指的是动力电池中的绝缘隔板或绝缘材料。
它的主要用途是提供电池内部组件之间的绝缘隔离,防止电池短路、漏电和确保安全。
具体来说,动力电池绝缘份有以下几个用途:
1. 防止短路:动力电池由多个电池单元组成,每个电池单元之间需要进行绝缘隔离,以防止电池单元之间发生短路。
绝缘份可以阻止电流在电池单元之间直接流通,从而避免短路导致的电池故障和安全问题。
2. 漏电保护:绝缘份可以减少电池内部的漏电现象。
如果电池内部发生漏电,绝缘份可以阻止电流流向外部,保护使用者免受电击危险。
3. 提高电池安全性:动力电池在使用过程中可能会面临温度变化、机械冲击等情况,绝缘份可以提供额外的保护,防止电池内部部件之间的接触和短路,提高电池的整体安全性。
4. 隔离正负极:在动力电池中,正极和负极需要保持分离。
绝缘份可以在正极和负极之间提供绝缘隔离,防止它们直接接触,避免
电池内部发生短路和其他故障。
电力系统绝缘配合技术规程引言电力系统是现代社会不可或缺的基础设施之一。
为确保电力系统的高效运行和安全稳定,绝缘配合技术的规范和标准非常重要。
本文将深入探讨电力系统绝缘配合技术的规程和标准。
一、绝缘配合技术的概念及重要性绝缘配合技术是电力系统中确保电气设备绝缘性能良好、能够正常工作的重要环节。
它包括绝缘设计、绝缘材料选择、绝缘监测和绝缘检测等多个方面。
绝缘配合技术的准确应用具有重要意义,它可以提高电力系统的安全性、可靠性和稳定性。
合理的绝缘设计可以预防电弧、击穿和闪络等事故,降低因电气设备故障而导致的停电时间和维修费用。
二、绝缘配合技术规范的制定1.绝缘配合技术规范的背景与目的绝缘配合技术规范的制定是为了标准化绝缘配合技术的应用,提高电力系统的运行效率和安全性。
这些规范包括对绝缘设计的要求、绝缘材料的选择、绝缘监测和绝缘检测的方法等。
2.绝缘配合技术规范的制定过程绝缘配合技术规范的制定需要依据国家标准和相关法规,并结合电力系统的实际运行情况进行制定。
制定过程包括需求调研、技术方案论证、标准编写、专家评审和公示等。
三、绝缘配合技术规范的要求与考虑因素1.绝缘设计的要求绝缘设计应符合绝缘材料的特性要求和电力设备的工作条件。
针对不同电压等级和设备类型,绝缘设计需要考虑电场强度、电压分布、介质特性等因素,以确保绝缘系统能够承受电力系统运行中的各种负荷和故障情况。
2.绝缘材料的选择绝缘材料的选择应满足绝缘要求和环境条件,并考虑其物理、化学和电学特性。
常用的绝缘材料有绝缘胶、树脂、橡胶和绝缘涂层等。
不同绝缘材料适用于不同的设备和工作环境,需要根据实际情况进行选择。
3.绝缘监测与绝缘检测绝缘监测和绝缘检测是维持电力系统正常运行和安全稳定的关键环节。
绝缘监测包括绝缘电阻、京斯效应和绝缘损耗等参数的实时监测。
绝缘检测主要是通过检测绝缘电阻和绝缘材料的完整性来评估绝缘系统的可靠性和健康状况。
四、绝缘配合技术规范的应用实例和效果1.绝缘配合技术规范在输电线路上的应用通过合理的绝缘设计和绝缘材料选择,可以有效提高输电线路的抗电弧和击穿能力,减少因环境因素造成的故障概率。
动力电池系统高压电气设计要求高压电气设计要求1.高压电气设计通用要求高压电气系统应根据系统电压、电流等级和应用环境等因素(如车载工况、温度、湿度、海拔、电磁干扰等)进行选型和设计开发。
电池包内部电气布置的设计应符合相关技术标准要求。
2.绝缘和耐压在全生命周期内,要求高压电气系统的输出端(正极和负极)与电池箱体之间的绝缘阻抗大于2.5MΩ,或者满足《电动汽车安全要求第3部分:人员触电防护》(GB/T 18384.3—2015)规定的高压电气回路绝缘阻抗要求。
同时,动力电池系统的绝缘防护设计还需要考虑密封性能,主要是因为水或者水蒸气进入电池系统内部,会引起系统内部的高压带电部分与売体通过阻值较低的水相连接,导致高压绝缘失效。
另外,高压电气系统也要具有绝缘失效检测功能,具体通过电池管理系统(BMS)进行检测。
高压电气系统的输出端(正极和负极)与电池箱体之间的耐电压强度应满足《电动汽车安全要求第3部分:人员触电防护》(GB/T 18384.3—2015)规定的相关要求。
3.直接接触防护直接接触防护主要包括电气绝缘和屏护防护要求。
除了满足上述绝缘防护要求之外,高压电气系统的带电部件,应具有屏护防护,包括采用保护盖、防护栏、金属网板等来防止发生直接接触。
这些防护装置应牢固可靠,并耐机械冲击。
在不使用工具或无意识的情况下,它们不能被打开、分离或移开。
其中,带电部件在任何情况下都应由至少能提供《外売防护等级(IP代码)》(GB4208—2017)中IPXXD 防护等级的売体来防护,同时规定在打开电池箱体上盖后,应具有IPXXB防护等级。
4.间接接触防护间接接触防护主要包括等电位、电气间隙和爬电距离要求。
动力电池系统应通过绝缘的方法来来防止与高压电气系统中外露的可导电部件的间接接触,所有电气部件的设计、安装应避免相互摩擦,防止发生绝缘失效。
尤其是高压线缆的布置需要考虑安全间隙,并进行必要的固定和绝缘防护,应避免在行车过程中与可导电部件发生摩擦。
第6章电力系统的绝缘配合6.1 电力系统的绝缘配合一、绝缘配合1、绝缘配合:是指合理地确定系统中各个设备的绝缘水平,使综合性能、价格最优。
2、考虑因素:1)作用于电气设备上的各种电压:长期工作电压、内部过电压、外部过电压。
在某一额定电压下,绝缘水平U越小投资越省,但可能导致频繁的闪络和绝缘击穿;绝缘水平U越大,则投资大大增加,造成浪费。
2)保护装置的性能。
如改善避雷器的性能和断路器的性能以限制过电压的数值,对于降低系统绝缘水平意义非常重大。
3)设备绝缘承受各种电压的能力。
如改善电气设备绝缘结构和绝缘材料的电气性能。
4)系统中性点接地方式。
中性点不接地系统的长期工作电压为线电压;中性点直接接地系统的长期工作电压为相电压。
3、绝缘配合的根本任务是:正确处理过电压和绝缘这一矛盾,以达到优质、安全、经济供电的目的。
绝缘配合的基本原则是:综合考虑电气设备在系统中可能承受的各种作用电压、保护装置的特性和设备绝缘对各种作用电压的耐受特性,合理地确定设备必要的绝缘水平,以使设备的造价、维护费用和设备绝缘故障引起的事故损失,达到经济上和安全运行上总体效益最高目的。
绝缘配合的核心问题是:确定各种电气设备的绝缘水平,它是绝缘设计的首要前提。
二、绝缘水平绝缘水平:指电气设备的绝缘可以承受的试验电压值,在此值下设备不发生火花放电闪络或击穿。
试验电压是模拟各种实际电压的,故有以下三种:工频交流试验电压、雷闪冲击试验电压、操作冲击试验电压。
绝缘水平的确定:一般情况下,绝缘水平由长期工作电压、内部过电压、外部过电压中最严格的一个决定。
220KV及以下系统,绝缘水平主要由大气过电压决定。
330KV及以上超高压系统,在绝缘配合中,操作过电压起主导作用。
污秽严重地方的电网处绝缘水平主要由系统最大运行电压决定。
三、绝缘配合的方法:惯用法、统计法、简化统计法。
我国主要采用惯用法。
惯用法:首先确定设备上可能出现的最大过电压Umax,再乘以安全系数K,使之等于设备绝缘的最小耐受水平U W。
绝缘配合的基本方法一、绝缘配合的重要性1.1 绝缘配合就像是一场精心编排的舞蹈。
在电力系统这个大舞台上,各种电气设备都得各司其职,而绝缘配合就是确保它们能和谐共处的关键规则。
如果绝缘配合没做好,那就像跳舞的人乱了步伐,整个电力系统就可能陷入混乱。
这可不得了,电力系统一旦出问题,就像多米诺骨牌一样,影响的范围可广了,小到家庭停电,大到影响整个城市甚至更大区域的正常运转。
1.2 从安全角度看,绝缘配合就如同给电气设备穿上合适的铠甲。
电气设备在运行过程中,会面临各种各样的电压威胁,就像战士在战场上会遇到各种危险一样。
如果绝缘这个铠甲不合适,太薄弱了,设备就容易被电压“敌人”攻破,导致设备损坏,甚至引发安全事故,那可真是“城门失火,殃及池鱼”,周围的设备和人员都可能受到伤害。
2.1 确定绝缘水平这就好比给每个电气设备量体裁衣。
我们得先知道设备在正常运行和可能出现的异常情况下会遇到的电压情况。
比如说,一个变压器在正常运行时可能承受一定的额定电压,但在雷击或者系统故障时,就会遭受更高的过电压。
我们要根据这些情况,综合考虑各种因素,像设备的重要性、使用环境等,来确定这个设备的绝缘水平应该是多少。
这可不能马虎,要是绝缘水平定得太高,就像给一个小孩穿上大人的衣服,浪费资源不说,还可能影响设备的性能;要是定得太低,那就像给士兵穿了一件破铠甲,根本起不到保护作用。
2.2 选择绝缘材料这是绝缘配合里很关键的一环。
市场上有各种各样的绝缘材料,就像商店里琳琅满目的商品。
我们要根据设备的需求来挑选。
有些设备需要耐高温的绝缘材料,就像在高温环境下工作的烤箱相关的电气设备;有些设备需要高介电强度的绝缘材料,比如高压输电线路中的设备。
我们得像精明的购物者一样,在众多的绝缘材料中挑选出最适合的那一款。
这可不仅仅是看价格或者外观,而是要综合考虑材料的电气性能、机械性能、化学稳定性等多方面的因素。
2.3 考虑绝缘距离绝缘距离就像是设备之间的安全距离。
电动汽车的电压和电流等级都较高,车载电池包电压一般在200~600V, 电流可达几百安培。
人体能承受的安全电压的大小取决于人体允许通过的电流和人体的电阻。
一.电气设备绝缘配合的重要意义
根据国家标准GB 3805—83《特低电压(ELV)限值》可知一定电压作用下,通过人体电流的大小与人体电阻有关(在有触电保护装置的情况下,人体允许通过的电流为30mA),一般在干燥、无外伤情况下人体的电阻约为2000Ω左右。
因此可以得知直流电压大于60V会对人体有电击的伤害,由于电动汽车电池是一种高压,并且是一种高能量存储装置,因此在无任何防触电保护情况下,人员触及将无法存活。
由国际电工标准的可知,人体没有任何感觉的阈值是2 mA。
这就要求如果人或其他物体构成动力蓄电池系统(或“高电压”电路)与地之间的外部电路,最坏的情况下泄漏电流不能超过2 mA,即人直接接触电气系统任一点的时候,流过人体的电流应当小于2 mA 才认为车辆绝缘合格。
因此,在电动汽车的开发中,要注意高压电气系统的绝缘设计,严格控制绝缘电阻值,使泄漏电流在安全的范围内。
表1人体对电流的反应
二.电气设备的电绝缘配合
1.人员触电危害与防护措施
触电对人体的危害,主要是因电流通过人体一定路径引起的。
电流通过头部会使人昏迷,电流通过脊髓会使人截瘫,电流通过中枢神经会引起中枢神经系统严重失调而导致死亡。
根据欧姆定律U=I*R可以得知当电压加在人体与绝缘电阻(包括空气和固体等电阻)构成的串联回路中,为保证人员安全只能通过增大与人体串联的绝缘电阻。
例如通过增大外衣、鞋、裤等绝缘电阻,于是就出现了高压绝缘鞋、高压绝缘手套等一系列供人穿戴的防护用品如图1。
但是问题又来了,不可能每次要用电气设备之前都要全副武装,那样很不方便,像图2这样的场景估计也只有在工厂才能见到,如果平时也这样那大家会崩溃的。
既然可以通过增大外衣、鞋、裤等电阻增加人体电阻,那也可以把电气设备中的危险源进行绝缘处理(相当于在危险源与人体之间串联一个较大的电阻)。
对于绝缘通常都是以电阻(R)的大小进行量化,根据电阻公式R=ρ*L/S(ρ材料的等效电阻率;L材料的等效长度;S材料的等效截面面积)可知,通过改变ρ、L和S的值来就能改变绝缘电阻的大小。
大家都知道空气是一种最普通、可靠、便宜的电气绝缘介质,它的绝缘电阻与空气间隙大小成正比,但是在一个限制空间的高压设备,只靠空气间隙是无法满足绝缘电阻的要求(因为空气的等效长度(L)不够,导致R变小)。
而高电阻率(ρ)的固体绝缘材料,就能满足限制空间的高压设备的绝缘电阻要求,但是与空气绝缘不同的是,固体绝缘材料是一种不可恢复的绝缘介质,在电场强度、热、潮湿等的不利因素造成固体绝缘材料电阻率(ρ)不断的减小导致绝缘电阻值变小称之为绝缘老化。
比如长时间发热会造成绝缘性能的下降。
那怎样才能满足电气绝缘的要求,不会使设备和人员受到损伤。
EN 60664-1(或GB/T16935)低压系统内设备的绝缘配合标准提出了绝缘配合的概念,绝缘配合统指电气设备根据其使用和环境条件来选择的电气绝缘,它由电气间隙、爬电距离以及固体绝缘组成,是对电气设备绝缘的统称。
2.电气间隙、爬电距离之间的关系
在各电器产品的国家强制标准里均涉及到“爬电距离”和“电气间隙”两个术语,从EN 60664-1(或GB/T16935)低压系统内设备的绝缘配合标准可知:电气间隙则是“两导电部件或一个导电部件与器具易触及表面的空间最短距离”。
而爬电距离是“两导电部分之间,或一个导电部件与器具的易触及表面之间沿
绝缘材料表面的最短距离”。
它存在于两个平行的绝缘材料的连接处,它有可能存在于固体或者气体绝缘之间。
电气间隙和爬电距离是两个不同的概念,但两者既有区别又有联系,前者与纯空气的绝缘强度(或者说击穿电压)密切关联,后者则与固体绝缘件表面击穿电压(或者称为沿面放电电压、表面闪络电压)紧密相关。
在同一个分布电场里,电气间隙和爬电距离相当于是两个“并联”的击穿通道。
在长期电压有效值使用情况下,由于导体周围的固体绝缘材料被电极化(凡在外电场作用下产生宏观上不等于零的电偶极矩,因而形成宏观束缚电荷的现象称为电极化),导致绝缘材料呈现带电现象,而空气却不存在电极化现象。
此带电区(导体为圆形时,带电区为环形)的半径,即为爬电距离;在绝缘材料表面会形成泄漏电流路径。
若这些泄漏电流路径构成一条导电通路,则出现表面闪络或击穿现象。
绝缘材料的这种变化需要一定的时间,它是由长时间加在器件上的工作电压所引起的,器件周围环境的污染能加速这一变化。
当出现暂态过电压或瞬态过压的情况下,虽然电压峰值很高,但是持续的时间短,导体周围的固体绝缘材料无法被电极化,这时固体绝缘材料为高阻抗,结果电压只能从另一个低绝缘电阻通道(电气间隙)放电,可见电气间隙的大小和老化现象无关。
综上所述可以得知,固体绝缘件表面击穿电压大大低于纯电气间隙的击穿电压(固体绝缘材料被电极化导致),这也正是在同一电压等级下,为什么爬电距离往往比电气间隙数值要大的原因。
3.电气间隙、爬电距离和固体绝缘三者之间的关系
假设两个裸露导体在同一个平面,当两导体之间的电压差不断增加时,最终空气将会被击穿然后导通,产生火花(电弧)如右图,能量消散在这电弧之中,为了解决这一问题我们有两种办法可以采用,一种是把电气间隙数值大大增加使绝缘电阻变大,使它无法击穿空气产生电弧。
另一个办法就是在固体绝缘增加一块绝缘挡板,这样电气间隙的路径就被延长了,延长的路径增加了电气强度性能,从而达到提高电气间隙绝缘性能的目的。
(图3 右)。
从图3可以发现在固体绝缘增加一块绝缘挡板,同样把爬电距离的路径延长,延长的路径增加了电气强度性能,从而也提高爬电距离绝缘性能。
4.PACK系统中的绝缘配合应用
在不同带电部件之间或带电部件与金属外壳之间,进行电气间隙和爬电距离的设计时。
电气间隙的确定:电气间隙应以承受所要求的冲击耐压来确定(对于直接接至低压电网供电的设备,应在综合考虑冲击耐受电压,稳态有效值电压,暂态过电压和再现峰值电压之后,选择最大的电气间隙)。
爬电距离的确定:以作用在跨接爬电距离两端的长期电压有效值为基础(此电压为实际工作电压、额定绝缘电压或额定电压),瞬态过电压通常不会影响电痕化现象,因此忽略不计,然而对暂态过电压和功能过电压,如果他们的持续时间和出现的频度对起痕有影响的话,则必须要考虑。
而绝缘材料的选用主要从绝缘材料的电性能、机械性能、热性能、化学性能以及经济性几个方面来进行考虑。
如电芯与电芯空气中的隔离空间就是“电气间隙”、模组的正/负极柱沿绝缘材料表面到模组外壳之间的爬电距离是用来减少(防止)漏电起痕或者电弧放电的。
(显然,两导体之间的电压越低,导体间的空间越小,爬电距离和电气间隙数值可以相应减小。
)
另外还要考虑两电导体之间的距离因长期使用后绝缘电阻的减小。
比如灰尘或其他微粒的积累会引起印制线路板上的漏电起痕甚至电气导通。
大气中的固体颗粒(包括金属),尘埃和水能够桥接小的电气间隙,在潮湿的环境下,非导电性物体也会转换成导电性物体,从而改变了整个系统绝缘电阻的电阻率(ρ)。
当绝缘表面污染到一定程度,带电部件之间的漏电流较大时,会形成闪烁,释放的能量造成绝缘表面损伤,长时间作用下,绝缘性能逐步劣化,形成带电通道(漏电痕迹)。
大多数情况下设备是处在高温、高湿、有害化学物等环境中,为了保证设备能在其期望寿命中满足绝缘配合,把设备的内(称为微观环境)和设备外进行密封隔离处理。
例如PACK产品就是采取增加外壳同时满足IP67的方法来防止灰尘和水进入其内部,以保证PACK内部的微观环境不会因为通风或灰尘或水对电气间隙、爬电距离和固体绝缘的产生影响。
三.绝缘配合检测
从EN 60664-1(或GB/T16935)低压系统内设备的绝缘配合标准可知,绝缘配合的设计是否能满足产品要求可以通过绝缘电阻和抗电强度测试进行验证。
这两项都是在高电压下进行的测试(绝缘:500V DC,耐压:2100V DC),判定标准分别是绝缘阻抗(R)和漏电流(I),其原理上都是采用欧姆定律U=I*R。
这两个测试的区别是绝缘电阻测试测量到的绝缘电阻值为两个测试点之间及其周边连接在一起的各项关联网络所形成的等效电阻值。
但是,绝缘电阻测试无法检测出下列状况:
(1)绝缘材料的绝缘强度太弱;
(2)绝缘体上有针孔;
(3)零部件之间的距离不够;
(4)绝缘体被挤压而破裂;
上述各种情况只能通过抗电强度检测出。
在电动汽车行业标准EN 1987-3、ISO 6469-3、GB/T18384也明确要求产品满足绝缘电阻和抗电强度测试要求。