电气控制设备安全设计方法

电气控制设备安全设计方法
任何电气控制设备都是在一定的环境下工作的，而潮湿、盐雾和霉菌会降低材料的绝缘强度，引起漏电，从而导致故障。

因此，必须采取防止或减少环境条件对机电产品安全稳定性影响的各种方法，以保证机电产品的性能。

1．防止电危险的安全性设计
防止电危险的安全性设计主要包括以下几点。

（1）设计操作方便的电源开关，以便能及时切断电源。

（2）全部外露金属件都要可靠接地。

（3）设置过压、过流和漏电保护装置。

（4）设置高压电容器自动放电装置。

（5）电源和高压部位应当设置明显标志，如电源进出线的“相”“零”“地”，蓄电池的“正”“负”，以防误操作。

（6）特别要注意高压部件的绝缘设计。

（7）露天使用的机电产品应设置避雷装置。

（8）多个电连接器应有防差错设计。

（9）如果设备运行中有静电产生，必须防止危险的静电集聚，否则必须采取放电或隔离安全技术措施。

（10）供维修使用的照明电源应为安全电压。

（11）尽量减少电弧放电，为此尽量不用触点闭合器件。

2．防止机械危险的安全性设计
防止机械危险的安全稳定性是产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。

安全稳定性是产品质量的时间指标，是产品性能能否在实际使用中得到充分发挥的关键之一。

安全稳定性设计必须与控制产品的功能设计同步进行，设计人员必须掌握其设计方法。

防止机械危险的安全稳定性设计主要包括以下几点。

（1）运动部件应当加防护和限位装置以保证人身安全。

（2）设备的边角应当倒圆以防伤人。

（3）门、抽屉及其他运动部件，应当加连锁装置以防意外脱落。

（4）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。

如果通过结构设计和元器件质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。

（5）设备的运输。

设备的外形结构应便于移动和搬运。

标明质量，注明装卸部分位置及重心。

（6）有危险的部位，应当设置明显标志，如吊装索具位置。

3．防止火灾和爆炸危险的安全性设计
防止火灾和爆炸危险的安全性设计主要包括以下几点。

（1）有爆炸危险的器件，对其使用、运输和存储都应有相应的安全措施。

（2）有易燃危险的器件，应有相应的防范措施。

（3）对电气设备，应当加强维护和检修，以防引起火灾。

（4）尽量采用阻燃性好的材料。

（5）设置灭火装置。

4．防止辐射危险的安全性设计
防止辐射危险的安全性设计主要包括以下几点。

（1）微波辐射功率密度大于10mW/cm，应当加装防护衰减装置。

（2）磁通量大于0.1T，应当加装防护衰减装置。

（3）因为激光进入人眼的密度不能大于5×10-6J/cm2，因此，产生激光的部位应设置明显标志；X射线每周累计照射量一般不能大于5.58×10-2 C/kg。

（4）有防差错的安全性设计，就不会发生灾难性后果。

5．防潮设计的原则
（1）采用吸湿性小的元器件和材料。

（2）采用喷涂、浸渍、灌封等处理。

（3）局部采用密封结构。

（4）改善整机使用环境，如采用空调、安装加热去湿装置。

（5）经常在潮湿环境条件下使用的控制设备，选用元器件时要特别注意其密封性和耐潮性。

（6）在潮湿环境下或在海上及沿海地区应用的设备，应尽量使用密封的继电器和光电耦合固体继电器。

6．防霉设计的原则
（1）采用抗霉材料，如无机矿物质材料。

（2）采用防霉剂进行处理。

（3）控制环境条件来抑制霉菌生长，如采用防潮、通风、降温、降湿等措施。

7．防盐雾设计的原则
（1）采用防潮和防腐能力强的材料。

（2）采用密封结构。

（3）易腐蚀表面进行重防腐处理。

（4）岸上设备应当远离海岸。

8．抗震设计
任何机电产品都要经过从厂家到用户的装运过程，特别是在振动场合下应用的机电设备，必须采取防止或减少振动环境条件对机电产品可靠性影响的各种方法，以保证电气控制设备工作中的性能。

为此应当充分注意以下几个方面。

（1）印制电路板上的元器件引脚线长应当尽量短，以增强抗振能力。

（2）印制电路板应当竖放并进行加固。

（3）较重的器件应当进行加固。

（4）悬浮的引线不宜拉得过紧，以防振动时断裂。

（5）运输机电产品时，应当加强防震措施。

（6）振动场合应用的机电产品，应当采用防震措施。

9．电磁兼容性设计
电磁兼容性是指控制设备在电磁环境中正常工作的能力。

电磁干扰是对控制设备工作性能有害的电磁变化现象。

电磁干扰不仅影响控制设备的正常工作，甚至造成控制设备中的某些元器件损害。

因此，对控制设备的电磁兼容技术要给予充分的重视。

既要注意控制设备不
受周围电磁干扰正常工作，又要注意控制设备本身不对周围其他设备产生电磁干扰，影响其他设备的正常运行。

电磁兼容性设计应包括以下几个方面。

（1）电磁兼容性的预测和分析。

（2）制定项目的电磁兼容性标准。

（3）进行相同的频谱管理。

（4）制定电源、结构、工艺、布局等电磁兼容性的要求。

（5）拟制电磁兼容性试验大纲。

10．设备运行中危险因素的防护设计
（1）电气设备在运行时，工件、工具、部件和所产生的金属屑有可能飞甩出去，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。

（2）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下表所示的范围内。

（3）不要在经常工作的部件旁安置高温零件。

（4）凡是需在极热或极冷条件下使用的工具或控制器，都不要安装金属把手。

（5）应对使用和维护设备提供温度适宜的环境，过冷或过热都是不允许的，应增设空调设备。

（6）设计时应使一切外露部分（包括机箱）在35℃环境温度下，它们的温度不超过60℃。

面板和控制器不应超过43℃。

（7）要控制振动，大振幅、低频率对人体是有害的，应采取措施限制。

（8）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操作说明，在什么条件下才能无危险作用。

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使其变为无害后排出。

如果采用这些措施有困难或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，当液体溢出时，不得损害电气绝缘。

在发生故障和事故时，不得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。

（9）必须防止危险的静电集聚。

如果设备运行中有静电产生，可能导致危险，则必须采取特殊安全技术措施。

（10）应对设备内各种噪声源进行控制，同时应增设消音设备。

11．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动方向和最终效应应符合下表所示的规定，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，为此要有相应的连锁或限位装置。

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连锁机构，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时，工作人员不能快速地操纵一个公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各个控制位置上人手能迅速摸到的地方，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，都不允许由于启动紧急开关而造成危险。

紧急开关应当手动复位。

（3）防止误启动
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，必须防止设备的误启动。

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将控制或连锁元器件布置在危险区域，且只能在此区域闭锁或启动。

④装入或拔出的开关钥匙。