安规性设计课件
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康佳学院培训教材
内部资料,请勿外传 - 1 -
安全性标设计课件
[讲师手册/学员手册]
康佳集团股份有限公司
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内部资料,请勿外传 - 2 - 【前言】
家用电器的诞生,尤其是彩电、音响、多媒体产品的广泛普及,给人类带来了无穷的生活乐趣;但是,另一方面,家用电器的安全性问题将越来越引起世界各国人民的关注,直接或间接地给用户带来了人身伤害或财产损失,其中,造成人身伤害和财产损失的主要因素是触电和着火(见附录7.5,案例----电视机的起火现场像片)。
产品的安全性,是产品进入各国市场的通行证,世界各国对家电产品都有强制性的安全标准或安全认证制度,如在我国实施的3C认证、美国的UL认证、加拿大的CSA认证、欧盟各国的CE认证等,安全不合格的产品进入市场是非法的,因此,产品的安全性设计至关重要,是产品设计的一个不可缺少的组成部分,安全设计合格与否将直接导致产品开发成败。
为了让设计师对产品的安全性设计有一个基本的了解,应康佳学院的要求,特编写了本讲义,供设计师参考。
由于本公司多媒体产品主要是音视频及类似电子产品,故本讲义内容主要依据GB8898(idtIEC60065-1998)安全要求而编写,同时适当补充了UL6500有关要求。
本讲义包括附录共分七个章节,内容涵盖安全原则、基本术语和基本概念、安全防护措施和技术、安全性概要设计。
本讲义由康佳学院提出和归口;
由于本人水平有限、缺点和错误之处在所难免,欢迎各位批评、指正;
作者
2004-03-31
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内部资料,请勿外传 - 3 - 第1章 引言
1.1安全设计原则
为了设计出安全的产品,设计师必须了解安全设计原则。
设计师不仅要考虑产品的正常工作条件,还要考虑可能的故障条件以及其随之而引起故障,可预见的误用以及诸如温度、海拔、污染、湿度、电网电源的过电压等外界影响,对于信息产品,还要考虑网络的过电压的影响。
确定设计方案时,应遵守以下的优先次序和安全技术措施:
——首先应尽可能采用直接安全技术,规定能消除、减小危险或对危险进行防护的设计原则;
——其次是应采用间接安全技术,使用独立于设备的保护措施,如人身防护;
——最后一招才选用提示性安全技术措施,即如果上述方案和其它的措施均不切实可行,那么应对残留的危险采取标识和说明的措施。
设计时,需要考虑两类人员的安全,一类是使用或操作人员;另一类是维修人员。应对维修人员就意外危险进行防护,如用标牌或警告说明提醒维修人员有残余的危险。
潜在危险的信息可以根据其造成危害的可能性和严重程度在产品上标示或随同在产品上标示或随产品一起提供,以使维修人员得到。
用户使用信息主要在于避免误用和可能造成危险的状况,如错误连接电源。
安全保护要求应假定使用人员未经过识别危险的培训,但不会故意制造危险而提出的,通常应限制使用人员接触危险零部件。
对移动式产品(小于18Kg),由于其电源线可能会承受额外的应力,从而导致保护接地线断裂,故会增加电击危险,设计时应适当增加危险系数。
1.2安全措施“度”的原则
安全问题"人命关天",理论上应是越安全越好,但任何事物都有个"度"的问题,安全也不例外。任何与安全相关的措施都应该有冗余的,但这个冗余止于'用1备1'的程度。这二个"1"可以是同类型的,也可以是不同类型的。例如安全隔离变压器,源边连接220V的危险电压,付边提供一般电子电路使用的ELV电压,中间靠一层绝缘将其隔开,这层绝缘至少应能抗得住2倍工作电压+1000V交流电压1分钟的耐压试验,称之为基本绝缘。但这还不够,他仅是实现了"
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内部资料,请勿外传 - 4 - 用1"的目的,安全隔离变压器还需要考虑"备1"的问题。可以有二种方法实现"备1"的目标,一种是将基本绝缘加倍,使其能抗得住4倍工作电压+2000V交流电压1分钟。所谓加强绝缘,这种方法"用1"和"备1"是同类型的。另一种方法是在原、次级之间加导电屏蔽层,并将屏蔽层接地。当原、次级之间击穿时,原级的危险电压是先与屏蔽层击穿形成短路,使过流保护器件动作,切断电源,起到保护作用。这种方法"用1"和"备1"是不同类型的,只有实现了上二种措施中的一种,付边电子电路中的ELV电压,才有可能提升为SELV(安全极低电压)。又如为提供安全屏挡设置的护板,护栏上必须要粘贴警示标志,这也是安全冗余的体现。
同样,安全措施的度也体现在时间上。所谓的'单故障条件'是指在任何单故障条件下,设备可能会发生功能下降或损坏,但不能发生危险。这是基于"不同原因的故障在同一时间发生的机率总是很小的"为出发点的。
1.3安全设计目的
安全设计的目的在于减少由于下列各种危险造成伤害或危害的可能性,避免造成人身伤害或财产损失。
——触电;
——过高温度;
——辐射;
——爆炸;
——机械危险;
——着火。
1.3危险及其起因
1.3.1触电危险
触电又称电击,是电流通过人体或动物体而引起的病理或生理效应;对可触及的零部件,一般应提供双重保护以避免故障引起的触电,这样单一故障和任何由此引起的故障都不会产生危险。
触电是由于电流通过人体而造成的,大约0.5mA的电流就能在健康的人体内产生反应,而且这种不知不觉的的反应可能会导致间接的伤害;再大一些的电流,就会产生直接的影响,例如烧伤或心室的纤维性颤动。
人体和动物体接触了带体能否造成伤害主要取决于电流通过人体的效应,其引起的的生理反应取决于电流值的大小和持续时间及其通过人体的路径和人体对电流呈现的阻抗特性。电流值取决于施加压力的电压以及电源的阻抗和人体的阻抗。人体的阻抗依次取决于接触区域的湿度及
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内部资料,请勿外传 - 5 - 施加的电压和频率。
——安全电压
试验表明,在干燥的条件下,相当于一只手的接触面积上,峰值电压高达42.4V或直流60V的稳态电压,一般不认为是危险(摆脱电流30mA,人体电阻约1.7K, 电工书上安全电压为50V)。但是,对使用时必须接触的或用手操作的裸露零部件,则应使其处于地电位,或者对其采取适当的隔离。
——电流限值
安全标准中的电流限值是依据人对电流的感觉阈值(电流从左手到双脚),即人身所能觉察的流过人体的最小电流值确定的,这个感觉阈值取决于人体与电极的接触面积,接触状态(干燥、潮湿、压力、温度等因素),一般感觉阈值为0.5mA。
——安全电流
人体能够摆脱握在手中的电极的最大电流值,约等于10mA,又叫摆脱电流阈值;
它取决于接触面积、电极形状和大小,人的各自生理特点等因素。
——人体阻抗
研究表明,当通过人体的电流路径确定后,触电危险主要取决于电流的大小和持续时间。
IEC479根据对尸体以及部分人体的测试,分析、验证得出:人体阻抗主要取决于电流通过人体的路径、接触电压、电流持续时间、频率、皮肤潮湿程度、接触面积、施加压力、温度等因素。
人体初始电阻值主要取决于电流路径。接触表面积对其电阻值的影响较小,当接触面积较大
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内部资料,请勿外传 - 6 - 时,手到手或手到脚路径的5%分布的体初始电阻值可视为500Ω。IEC标准规定人体阻抗网络为:
——触电起因一般了解
1)接触正常情况下带危险电压的零部件;
2)正常情况下带危险电压的零部件和可触及的导电零部件之间的绝缘被击穿;
3) 正常情况下带危险电压的零部件与带非危险电压的电路之间的绝缘被击穿,从而使可触及的零部件和端子带上危险电压。
4) 从带危险电压的零部件流过人体的接触电流(如RFI滤波元件)。
1.3.2过高温度危险
——接触烫热的可触及零部件引起的灼伤;
——绝缘等级下降或安全元器件的绝缘性能降低而触电;
——内部高温引起的机械不稳定性。
过高的温升不仅直接影响使用者的安全,而且还会影响产品其他安全性能,如造成局部自燃,或释放可燃气体造成火灾;高温还可使绝缘材料性能下降,或使塑料软化造成短路、电击;高温还可使带电元件、支承件或保护件变形,改变安全间隙引发短路或电击的危险。因此, 产品在正常或故障条件下工作时应当能够防止由于局部高温过热而造成人体烫伤,并能防止 起火和触电。因此,要求产品进行合理的热设计。
1.3.3辐射危险
——电离辐射;
——激光辐射(I类是安全的,II类经上要有防护,不能接触)。