對教學(xué)儀器設(shè)備電氣安全設(shè)計(jì)思路的幾點(diǎn)看法

陳學(xué)軍

（湛江市技師學(xué)院 廣東 湛江 524000）

0 引言

教學(xué)儀器設(shè)備的使用對象主要是學(xué)生， 對中職學(xué)校而言，大多數(shù)使用者還是未成年人，他們的身體素質(zhì)和心理素質(zhì)正處在逐步成長階段，對這樣的弱勢群體，設(shè)備的安全性能，尤其是電氣安全性能就顯得格外重要了。 如何規(guī)范設(shè)備的電氣安全設(shè)計(jì)，確保同學(xué)們在使用過程中不會(huì)發(fā)生任何電氣安全事故，自然就成為設(shè)備的設(shè)計(jì)者必須認(rèn)真思考的重要課題。

1 設(shè)計(jì)的依據(jù)是國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)備的電氣安全性能是設(shè)備的固有特性。 從各自的需求出發(fā)，不同的使用者可能會(huì)提出各自不同的要求，有來自市場環(huán)境的要求，有來自客戶的要求，也有制造廠家為增強(qiáng)產(chǎn)品的競爭力，提出一些附加要求等等。 然而，所有這些要求必須服從一個(gè)準(zhǔn)則，就是國家相關(guān)的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。 既然是強(qiáng)制性，意味著要無條件執(zhí)行，沒有商量的余地。 這些強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)包括有GB4706.1 《家用和類似用途電器的安全通用要求》、GB21746《教學(xué)儀器設(shè)備安全要求總則》、GB21747《教學(xué)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備實(shí)驗(yàn)臺(tái)（桌）的安全要求及試驗(yàn)方法》、GB21748《教學(xué)儀器設(shè)備安全要求儀器和零部件的基本要求》、GB21749 《教學(xué)儀器設(shè)備安全要求玻璃儀器及連接部件》……等等。 這些強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)從不同的角度，對可能導(dǎo)致電氣不安全的各種因素進(jìn)行了詳盡的闡述，為設(shè)備的電氣安全設(shè)計(jì)指出了較為合理的設(shè)計(jì)思路。

2 設(shè)計(jì)思路是要逐個(gè)解決不安全因素

影響電氣不安全的因素是多方面的， 綜合歸納如下：1）電氣間隙；2）爬電距離；3）電磁兼容性；4）電源變壓器；5）電源線及主電路導(dǎo)線；6）接地裝置；7）保護(hù)裝置；8）其他（發(fā)熱器件、 電氣原理圖、 產(chǎn)品銘牌、 實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)說明書等等）。

實(shí)踐表明，只有認(rèn)真按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求規(guī)范設(shè)計(jì)，逐個(gè)解決不安全因素，就有可能消除安全隱患，確保設(shè)備的電氣安全。

2.1 電氣間隙和爬電距離

電氣間隙是指兩個(gè)導(dǎo)電部件之間或?qū)щ姴考c器具邊界之間通過空氣測得的最短距離。 爬電距離是指兩個(gè)導(dǎo)電部件之間或?qū)щ姴考c器具之間沿絕緣物表面測得的最短距離。 對這兩個(gè)術(shù)語可以作這樣的通俗理解：兩個(gè)導(dǎo)電部件之間， 或是導(dǎo)電部件與設(shè)備金屬殼體之間要保持一定的距離，如果彼此之間相距太近， 就有可能發(fā)生閃烙等電氣安全事故，在潮濕的環(huán)境或是其表面受污染嚴(yán)重的情況下，尤其會(huì)是這樣。 這就是人們常說的漏電，情況嚴(yán)重時(shí)還可能發(fā)生由于短路而釀成的觸電或火災(zāi)事故。

教學(xué)儀器設(shè)備設(shè)計(jì)過程所涉及到線路板印刷電路和元器件布局應(yīng)考慮的電氣間隙和爬電距離，參照GB7251《低壓成套開關(guān)設(shè)備》所提出的要求確定。

2.2 電磁兼容性

電磁兼容性有兩個(gè)含義： 一是設(shè)備自身不受電磁環(huán)境中，其他設(shè)備的電磁干擾能夠正常工作，不會(huì)出現(xiàn)功能降級(jí)情況，這稱為抗干擾性能；二是設(shè)備工作（或存在）時(shí)，不會(huì)因其發(fā)射電磁， 導(dǎo)致在此環(huán)境中的其他設(shè)備不能正常工作，這稱為電磁騷擾性能。

隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，電磁兼容性設(shè)計(jì)，已逐漸成為包括教學(xué)儀器設(shè)備在內(nèi)的，眾多電子電氣設(shè)備設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。 常見的技術(shù)措施，就是盡可能選用相互干擾小的部件、電路或設(shè)備，并且進(jìn)行合理的布局；或者是采用屏蔽、濾波或接地等措施，以便能使電磁干擾予以隔離或抑制在允許的范圍。

2.3 電源變壓器

教學(xué)儀器設(shè)備是通過電源變壓器， 把外接的380V 或220V 電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂葡到y(tǒng)36V 以下的安全電壓， 所以電源變壓器是設(shè)備的重要器件之一，它的電氣安全性能主要由兩方面來確定，包括有：

電氣強(qiáng)度——應(yīng)能承受1250V～的沖擊，在1min 內(nèi)不發(fā)生閃烙或擊穿。

額定功率——電源變壓器額定功率應(yīng)為其在電路實(shí)際耗散功率的1.5～2 倍。 也就是說，電源變壓器應(yīng)具備足夠的容量，這樣才不會(huì)因變壓器長時(shí)間運(yùn)行，或者是設(shè)備非正常運(yùn)行，使變壓器溫升過高，導(dǎo)致絕緣破壞而釀成電氣安全事故。

2.4 電源線及主電路導(dǎo)線

教學(xué)儀器設(shè)備電源線及主電路導(dǎo)線的工作電壓為380V或220V，它的電氣安全性能由兩方面確定，包括有：

電氣強(qiáng)度——應(yīng)能承受1250V～的沖擊，在1min 內(nèi)不發(fā)生閃烙或擊穿。

導(dǎo)電橫截面積——具有足夠的導(dǎo)電橫截面積，確保在額定電流的工況下長時(shí)間運(yùn)行，電源線的溫升能夠控制在允許的范圍，從而保障了人員和設(shè)備的安全。

對電源線橫截面積的規(guī)定，應(yīng)該依據(jù)GB4706.1《家用和類似用途電器的安全通用要求》。

2.5 接地裝置

常見的接地裝置有兩個(gè)目的：一是防止電磁干擾，消除公共阻抗的耦合；二是保障人身和設(shè)備的安全。 所以，又有工作接地和保護(hù)接地之分。

遵照GB21748 《教學(xué)儀器設(shè)備安全要求儀器和零部件的基本要求》和GB4706.1《家用和類似用途電器安全通用要求》的有關(guān)規(guī)定，教學(xué)儀器設(shè)備接地裝置應(yīng)按下述要求設(shè)計(jì)：

接地端子——常見的為黃銅或抗腐蝕能力不亞于黃銅的金屬螺釘。

接地標(biāo)志——應(yīng)清晰、并粘貼或鉚接牢靠。

設(shè)備內(nèi)的保護(hù)接線和需要與之相連的零件的接地電阻應(yīng)≤0.1 歐，并且有機(jī)械性非常可靠的連接。 這里所說的“非常可靠的連接”，是指要用有彈簧墊圈的螺母固定。

2.6 保護(hù)裝置

常見的保護(hù)裝置有過電流保護(hù)、過電壓保護(hù)、過熱保護(hù)等多種形式， 教學(xué)儀器設(shè)備采用的是過電流保護(hù)裝置。具體地說， 在主電路上裝設(shè)漏電保護(hù)器或稱漏電開關(guān)，并設(shè)定動(dòng)作電流為30mA。 當(dāng)設(shè)備的漏電電流等于或大于30mA 時(shí)，漏電開關(guān)動(dòng)作，自動(dòng)切斷電源，確保人員和設(shè)備安全。

2.7 其他

發(fā)熱器件——發(fā)熱器件的安裝應(yīng)考慮有良好的散熱條件，尤其是安裝在其上方的元器件不宜靠得太近，要留有足夠的散熱空間，必要時(shí)應(yīng)設(shè)置散熱片。

電氣原理圖——遵照國家對電氣產(chǎn)品的有關(guān)規(guī)定，教學(xué)儀器設(shè)備宜在背板顯著位置，牢靠地粘貼電氣原理圖，明確標(biāo)識(shí)電源性質(zhì)、電路接線和接地的要求等。 眾所周知，質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門在對電氣產(chǎn)品監(jiān)督抽查時(shí)， 發(fā)現(xiàn)沒有電氣原理圖、電氣原理圖模糊不清或者破損，都要視為不合格項(xiàng)，責(zé)令限期整改，這已經(jīng)不是什么新鮮的事了。

產(chǎn)品銘牌——在設(shè)備外表面適當(dāng)位置鉚接固定產(chǎn)品銘牌。

實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)說明書——要強(qiáng)調(diào)指出實(shí)訓(xùn)的安全注意事項(xiàng)，必要時(shí)用警句或黑體字在說明書的顯著位置標(biāo)出，以此來提醒大家的注意。

3 檢驗(yàn)把關(guān)消除安全隱患

按國家標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)規(guī)范的設(shè)計(jì)要求， 生產(chǎn)制造完成的設(shè)備，在出廠前還必須按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，對電氣安全性能進(jìn)行檢測，以便進(jìn)一步消除安全隱患。 主要的檢測項(xiàng)目和要求如下：

3.1 視檢工藝布線應(yīng)符合產(chǎn)品圖紙要求， 電氣原理圖應(yīng)清晰、準(zhǔn)確。

3.2 絕緣電阻——在斷路情況，用兆歐表測量導(dǎo)電件與接地點(diǎn)之間絕緣電阻≥5 兆歐。

3.3 電氣強(qiáng)度——在斷路情況下，在導(dǎo)電件與接地點(diǎn)之間施加1250V～，1min 內(nèi)不發(fā)生閃烙或擊穿。

3.4 接地裝置——接地線為黃綠雙色線，且與接地螺釘用帶彈簧墊圈的螺母固定；接地標(biāo)志清晰、牢靠；各元器件接地線良好，與接地螺釘之間的接觸電阻≤0.1 歐。

4 結(jié)束語

4.1 電氣不安全的產(chǎn)品視為存在致命缺陷，必須限期整改糾正。

4.2 以國家相關(guān)的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)為設(shè)計(jì)依據(jù)，逐個(gè)解決不安全因素，出廠前通過檢驗(yàn)把關(guān)以消除安全隱患，是確保教學(xué)儀器設(shè)備，符合國家強(qiáng)制性安全標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)思路。

4.3 設(shè)計(jì)和制造完成的整機(jī)， 應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行出廠檢驗(yàn)把關(guān)，以進(jìn)一步消除安全隱患，確保符合國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的要求。

［1］GB4706.1－2005 家用和類似用途電器的安全通用要求[S].

［2］GB21746－2008 教學(xué)儀器設(shè)備安全要求總則[S].

［3］GBT21747－2008 教學(xué)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備實(shí)驗(yàn)臺(tái)（桌）的安全要求及試驗(yàn)方法[S].