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嘉峪檢測網(wǎng) 2024-12-14 13:54
傳統(tǒng)燃油汽車采用 12V 給車內(nèi)電氣（車燈，雨刷，車窗，空調(diào)等）供電， 不易發(fā)生觸電事故.電動汽車采用動力電池提供動力驅(qū)動電動機(jī)，電動汽車高壓蓄電池（動力電池）輸出電壓已經(jīng)超出了安全電壓，若系統(tǒng)絕緣損壞就會發(fā)生觸電事故。發(fā)生觸電事故的主要原因有以下幾種：
（1）缺乏電氣安全知識；
（2）違反操作規(guī)程；
（3）設(shè)備不合格；
（4）設(shè)備失修等。
1、 絕緣相關(guān)概念
（1）擊穿
在固體電介質(zhì)中發(fā)生破壞性放電時，稱為擊穿。擊穿時，在固體電介質(zhì)中留下痕跡，使固體電介質(zhì)永久失去絕緣性能。
（2）原子結(jié)構(gòu)
原子由原子核和核外電子構(gòu)成，這些電子繞著原子核的中心運(yùn)動，就像太陽系的行星繞著太陽運(yùn)行一樣。原子核內(nèi)有質(zhì)子、中子，還有其他基本粒子。
（3）電流
導(dǎo)體內(nèi)的自由電子或離子在電場力的作用下有規(guī)律的流動。規(guī)定正電荷移動的方向?yàn)檎较?。用字?i 表示，單位為 A（安）。
（4）電壓
電路中兩點(diǎn)之間的電位差。用字母 U表示，單位是 V（伏）。標(biāo)稱電壓（nominal voltage）一個電氣系統(tǒng)名義的電壓值。該系統(tǒng)的特性都與此值有關(guān)。工作電壓（working voltage）在任何正常工作狀態(tài)下，電氣系統(tǒng)可能產(chǎn)生的交流電壓（均方根值 rms)或直流電壓的最髙值（不考慮瞬時電壓）。
（5）電阻
導(dǎo)體能導(dǎo)電，同時對電流有阻力作用，這種阻礙電流通過的能力成為電阻， 用字母 R 表示，單位是 Ω（歐姆）。
絕緣體內(nèi)部：原子核周圍的電子被原子核牢牢束縛，稱為束縛電子，因此絕緣體不導(dǎo)電；
導(dǎo)體內(nèi)部：存在大量脫離原子核束縛的電子,稱為自由電子，因此導(dǎo)體導(dǎo)電。
（6）電路 electrical circuit
電流可以流過的彼此相連的帶電部件的集合。
（7）電氣間隙
兩導(dǎo)電部件之間，或一個導(dǎo)電部件與器具的易觸及表面之間的空間最短距離， 如圖所示。
（8）爬電距離
兩導(dǎo)電部件之間，或一個導(dǎo)電部件與器具的易觸及表面之間沿絕緣材料表面測量的最短路徑，如圖所示。
（9）直接接觸 direct contact
人員與帶電部件的接觸。
（10）間接接觸 indirect contacl
人員與基本絕緣故障情況下變?yōu)閹щ姷耐饴犊蓪?dǎo)電部件之間的接觸?；蛘哒f指電氣設(shè)備的外露導(dǎo)電部分因絕緣損壞而帶故障電壓，這時人或動物接觸此外露導(dǎo)電部分而遭受的電擊。例如因絕緣破損，人挪動相線線芯碰金屬支柱時遭受的電擊。電動汽車本來車殼不帶電，當(dāng)由于電動汽車內(nèi)部高壓系統(tǒng)中的零部件的絕緣損壞導(dǎo)致機(jī)殼至少兩點(diǎn)帶電時，此時如果人不小心觸碰車殼時，會造成間接接觸觸電。
（11）四種絕緣
電動汽車中涉及到 4 種絕緣，包括基本絕緣，附加絕緣，雙重絕緣，加強(qiáng)絕緣。
基本絕緣 basicinsulation
帶電部件上對防觸電（在沒有故障的狀態(tài)下）起基本保護(hù)作用的絕緣。
附加絕緣 supplementary insulation
為了在基本絕緣故障情況下防止觸電，而在基本絕緣之外使用的獨(dú)立絕緣。以導(dǎo)線絕緣為例說明基本絕緣和附加絕緣表現(xiàn)形式，電動汽車使用的高壓電纜如圖所示。
基本絕緣和附加絕緣
雙重絕緣 double insulation
同時具有基本絕緣和附加絕緣的絕緣。雙重絕緣使用的例子如：具有兩層護(hù)套的電線。舉例說明：一根電源線有基本絕緣，如果再套一層纖維管或熱縮管， 那么增加的這一層絕緣叫做附加絕緣，加強(qiáng)絕緣從形式上看是一層絕緣，但本質(zhì)上相當(dāng)于雙重絕緣的功能。
加強(qiáng)絕緣 reinforced insulation
提供相當(dāng)于雙重絕緣保護(hù)程度的帶電部件上的絕緣結(jié)構(gòu)。絕緣結(jié)構(gòu)并不意味著絕緣必須是同類材料，它可以由幾種不同于基本絕緣或附加絕緣那樣能夠單獨(dú)試驗(yàn)的絕緣層組成。
加強(qiáng)絕緣使用的例子很多，如：一般電器產(chǎn)品的塑膠外殼。電動汽車交流充電插座屬于加強(qiáng)絕緣，如圖所示。
電動汽車交流充電插座
對于上述 4種絕緣可以拿個生活例子穿衣服來比喻：基本絕緣：穿了一件衣服；附加絕緣：可能有點(diǎn)冷，在原來的衣服上再加一件；雙重絕緣：兩件衣服的統(tǒng)稱，即第一件衣服+第二件衣服；加強(qiáng)絕緣：就穿一件衣服，比較厚的保暖衣。此件衣服可以是一層也可以是兩層或多層。
（12）電動車的防護(hù)等級
IP（INGRESS PROTECTION）防護(hù)等級系統(tǒng)是由IEC（INTERNATIONALELECTROTECHNICAL COMMISSION）所起草，將電器依其防塵防濕氣之特性加以分級。這里所指的外物含工具，人的手指等均不可接觸到電器內(nèi)之帶電部分， 以免觸電。IP 防護(hù)等級是由兩個數(shù)字所組成，第 1 個數(shù)字表示電器防塵、防止外物侵入的等級，第 2 個數(shù)字表示電器防濕氣、防水侵入的密閉程度，數(shù)字越大表示其防護(hù)等級越高。
防護(hù)等級多以 IP 后跟隨兩個數(shù)字來表述，數(shù)字用來明確防護(hù)的等級。
第一位數(shù)字表明設(shè)備抗微塵的范圍，或者是人們在密封環(huán)境中免受危害的程度。代表防止固體異物進(jìn)入的等級，最高級別是 6，如表 3.1所示；
第二位數(shù)字表明設(shè)備防水的程度。代表防止進(jìn)水的等級，最高級別是 8， 如表 3.2 所示。
表3.1 IP后第一位數(shù)字:防塵等級說明
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| 2 | 防 止 直 徑 大 于12.5mm 的固體外物侵入 | 防止人的手指接觸到電器內(nèi)部的零件，防止中等尺寸（直徑大于12.5mm）的外物侵入 |
| 3 | 防 止 直 徑 大 于2.5mm 的固體外物侵入 | 防止直徑或厚度大于 2.5mm 的工具、電線及類似的小型外物侵入而接觸到電器內(nèi)部的零件 |
| 4 | 防 止 直 徑 大 于1.0mm 的固體外物侵入 | 防止直徑或厚度大于 1.0mm 的工具、電線及類似的小型外物侵入而接觸到電器內(nèi)部的零件 |
| 5 | 防止外物及灰塵 | 完全防止外物侵入，雖不能完全防止灰塵侵入，但灰塵的侵入量不會影響電器的正常運(yùn)作 |
| 6 | 防止外物及灰塵 | 完全防止外物及灰塵侵入 |
表3.2 IP后第二位數(shù)字:防水等級說明
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（13）I和 II類設(shè)備
I類設(shè)備 class 1 equipment
依靠基本絕緣對帶電部件進(jìn)行防觸電保護(hù)，并把這個設(shè)備中外露可導(dǎo)電部件
與保護(hù)導(dǎo)體相連的設(shè)備。
在電動汽車中一類設(shè)備主要有：電動汽車的線束中帶一層絕緣外皮的導(dǎo)線。
II類設(shè)備 classIIequipment
使用雙重絕緣或加強(qiáng)絕緣進(jìn)行防觸電保護(hù)的設(shè)備。
在電動汽車中二類設(shè)備主要有：電動汽車交流充電插座，各種接插件的接口， 高壓電纜等，如圖所示。
電動汽車交流充電插座
（14）電位均衡概念
電動汽車中各個高壓部件采用接地線連接，保證各個高壓部件電位均衡。接地的電阻值不超過 0.1Ω。
（15）污染等級
環(huán)境條件：根據(jù)導(dǎo)電物體吸濕的塵埃、游離氣體或鹽類和由于吸濕或凝露導(dǎo)致表面介電強(qiáng)度或電阻率下降事件發(fā)生的頻度而對環(huán)境條件作出的分級。
污染等級 1：無污染、或僅有干燥的非導(dǎo)電性污染。
污染等級 2：一般情況下，只有非導(dǎo)電性污染。但是，也應(yīng)考慮到偶然由于凝露造成的暫時的導(dǎo)電性。
污染等級 3：存在導(dǎo)電性污染，或者由于凝露使干燥的非導(dǎo)電性污染變成導(dǎo)電性的污染。
污染等級 4：造成持久性的導(dǎo)電性污染，例如由于導(dǎo)電塵?；蛴暄┰斐傻奈廴尽?/span>
按照國標(biāo) GB4706.1-2005 需要滿足爬電距離和電氣間隙的要求（針對污染等級為 III，使用電壓 220-240V，一般如下）：
基本絕緣：電氣間隙 1.5mm，爬電距離 4.0mm；
雙重絕緣：電氣間隙 3.0mm，爬電距離 8.0mm；
污染導(dǎo)致；絕緣破壞，所以電動汽車高壓系統(tǒng)必須需要維護(hù)。
（16）絕緣等級
絕緣等級是指其所用絕緣材料的耐熱等級，分 A級、E級、B級、F級、H 級、C 級、N級、R級。允許溫升是指電動機(jī)的溫度與周圍環(huán)境溫度相比升高的限度。
在電氣設(shè)備中，絕緣材料是最為薄弱的環(huán)節(jié)。絕緣材料尤其容易受到高溫的影響而加速老化并損壞。不同的絕緣材料耐熱性能有區(qū)別，采用不同絕緣材料的電氣設(shè)備其耐受高溫的能力就有不同。因此一般的電氣設(shè)備都規(guī)定其工作的最高溫度。
絕緣等級說明
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（17）絕緣電阻
簡單說絕緣電阻是指絕緣物在規(guī)定條件下的直流電阻。具體說絕緣電阻是指加直流電壓于電介質(zhì)，經(jīng)過一定時間極化過程結(jié)束后，流過電介質(zhì)的泄漏電流對應(yīng)的電阻稱絕緣電阻。
2、 絕緣監(jiān)測重要性
（1）絕緣電阻監(jiān)控系統(tǒng)
絕緣電阻監(jiān)控系統(tǒng)是對動力電池和電底盤之間的絕緣電阻進(jìn)行定期（或永久)地監(jiān)視的系統(tǒng)。
對于電動汽車高壓系統(tǒng)來說，高壓系統(tǒng)中所有零部件（如車載充電器，驅(qū)動電機(jī)，電機(jī)控制器，高壓分線盒，DC/DC 變換器等），均與高壓蓄電池是并聯(lián)關(guān)系，所以（包括高壓蓄電池）這些零部件中任何一個零部件發(fā)生絕緣故障，均可以通過測量高壓蓄電池的正、負(fù)極的對地絕緣電阻來檢測出。
在實(shí)際電動汽車中，高壓部件是一種并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，整個系統(tǒng)的絕緣電阻是所有高壓部件絕緣電阻的并聯(lián)值。依據(jù) GB/T18384.3的要求，高壓系統(tǒng)絕緣值應(yīng)大于 100Ω/V，而 SAEJ1766和 ECER100標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定絕緣值應(yīng)大于 500Ω/V。這實(shí)際要求高壓母線上的設(shè)備本身的絕緣電阻值要遠(yuǎn)大于上述要求值。
整車高壓系統(tǒng)原理圖
因此，對于電動汽車高壓系統(tǒng)而言，其等效的絕緣電阻與整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)密切相關(guān)，這對整個高壓系統(tǒng)的絕緣狀態(tài)監(jiān)測提出了很高的要求。
電動汽車發(fā)生絕緣故障之后會對操作者和設(shè)備帶來不同程度的傷害，設(shè)備通常采用各級別保護(hù)措施，對于操作者來說即使在絕緣故障工況下，只要按照一定的規(guī)則操作就不會發(fā)生危險(xiǎn)。
（2）電動車高壓系統(tǒng)發(fā)生絕緣故障分類
由于電動車高壓系統(tǒng)發(fā)生絕緣故障導(dǎo)致人觸電主要分為兩大類：
高壓部位直接對車身的絕緣失效
以高壓母線正極對車身絕緣失效為例進(jìn)行分析，如下圖所示。如果母線正極對車身的絕緣電阻值變小（可能由于高壓母線本身或者某一設(shè)備發(fā)生了正極對車身地絕緣故障而造成），則當(dāng)人體接觸到負(fù)極母線時，通過人體的電流值可能較大。如果絕緣電阻值減小到使通過人體的電流超過安全電流限值的時候， 就會發(fā)生電擊事故。
高壓母線正極對車身的絕緣故障
高壓部位對設(shè)備外殼的絕緣失效
如下圖所示，假設(shè)某一高壓電氣設(shè)備正極出現(xiàn)對外殼的碰殼或漏電故障， 那么當(dāng)人體一端接觸到帶電外殼，另一端與高壓母線負(fù)極直接接觸時，即使人體與車身是絕緣的，人體仍舊相當(dāng)于接觸到高壓母線正、負(fù)兩極，因此仍然會有危險(xiǎn)的漏電流如下圖中虛線所示的途徑流過人體，從而造成對人員的間接電擊。
高壓部位對設(shè)備外殼的絕緣故障
電動汽車絕緣故障對電動汽車內(nèi)部設(shè)備的影響
電動汽車高壓零部件較多，如動力電池組、驅(qū)動電動機(jī)、電機(jī)控制器、車載沖電機(jī)等等，如不測絕緣電阻，導(dǎo)致設(shè)備短路燒毀。例如當(dāng)電機(jī)某相繞組對地絕緣過小時會造成電機(jī)控制器過流，可能造成 IGBT 模塊擊穿或燒損。
3、 電動汽車的觸電防護(hù)
（1）電壓等級介紹
根據(jù)電路的工作電壓 U，將電路分為以下幾級，如表所示。
電路的電壓分級
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注：
1）60 V（DC）或 25 V（AC）的電壓是因考慮了空氣的濕度條件。對非交流電但是重復(fù)的脈沖電壓，如果峰值持續(xù)時間大于 10 ms,則取工作電壓為最大峰值。如果峰值持續(xù)時間小于10ms，則取工作電壓為均方根(rms)值。記錄下的交流電壓值在規(guī)定的頻率范圍內(nèi)是非常重要的。
2）波動電壓的均方根不超過 10%。
3）B 級的最高電壓按GB 156—1993 中 1 的規(guī)定。
（2）電動汽車對人觸電防護(hù)
GBT 18384.3-2001電動汽車安全要求第 3 部分：人員觸電防護(hù)要求中明確規(guī)定了對人觸電防護(hù)的基本要求，觸電防護(hù)如下。
觸電防護(hù)應(yīng)包含防止人員與任何帶電部件的直接接觸和在帶電部件的基本
絕緣故障的情況下的觸電防護(hù)。對于 A 級電壓的電路不要求提供觸電防護(hù)。
直接接觸防護(hù)
對于任何 B 級電壓電路的帶電部件，都應(yīng)為人員提供危險(xiǎn)接觸的防護(hù)。直接接觸防護(hù)應(yīng)由帶電部件的基本絕緣提供遮擋/外殼，或兩者的結(jié)合來提供，并應(yīng)滿足基本絕緣、附加絕緣、雙重絕緣和加強(qiáng)絕緣的要求中的內(nèi)容，以及耐壓試驗(yàn)的要求中的內(nèi)容。
基本絕緣故障情況下的防護(hù)
任何 B級電壓電路的帶電部件的基本絕緣故障時，應(yīng)防止人員與外露可導(dǎo)電部件接觸而導(dǎo)致的觸電危害。
故障情況下，應(yīng)由Ⅰ類設(shè)備或Ⅱ類設(shè)備或兩者組合來防護(hù)。Ⅱ類設(shè)備的附加絕緣、雙重絕緣或加強(qiáng)絕緣應(yīng)滿足基本絕緣、附加絕緣、雙重絕緣和加強(qiáng)絕緣的要求中的內(nèi)容。Ⅰ類設(shè)備的電位均衡應(yīng)滿足電位均衡的要求中的內(nèi)容。
按照 GB 5465. 2 的規(guī)定，Ⅱ類設(shè)備應(yīng)用下列符號進(jìn)行標(biāo)志。
在電動汽車中對人體防護(hù)的具體措施有以下幾種：
對電動汽車中高壓系統(tǒng)采取電位均衡
采用等電位連接的作用示例如下圖所示，該方法將直流電氣設(shè)備外殼與車輛底盤直接連接。采用等電位聯(lián)結(jié)后，該設(shè)備外殼和車身地為相同電位，當(dāng)該設(shè)備正極發(fā)生對外殼漏電故障時，即使人員接觸到該設(shè)備帶電的外殼，由于人體被等電位連接線短路，故不會有危險(xiǎn)的電流流過，從而避免了電擊。
等電位連接的作用示例
按國家標(biāo)準(zhǔn)，等電位聯(lián)結(jié)所用的保護(hù)導(dǎo)體的電阻值應(yīng)滿足下面的導(dǎo)電性試驗(yàn)要求：用一個不超過 60V(DC)的電壓，動力電路最大電流的 1.5 倍或 25A 的電流（取二者中較大值）通過任何兩個進(jìn)行等電位聯(lián)結(jié)的外露可導(dǎo)電部件，持續(xù)時間至少 5s，測量其電壓 降。根據(jù)電流和電壓降計(jì)算得到的保護(hù)導(dǎo)體的電阻值不應(yīng)超過 0.1Ω。
在工程上，電動汽車中實(shí)現(xiàn)電位均衡主要通過搭鐵實(shí)現(xiàn)，搭鐵點(diǎn)接線通常有一個螺母或螺柱，由此將搭鐵線直接連接到車體或金屬部件上。傳統(tǒng)汽車搭鐵方式如圖所示。電動汽車驅(qū)動電動機(jī)搭鐵如圖所示。
整車負(fù)極搭鐵工作示意圖
驅(qū)動電機(jī)搭鐵
電動汽車充電系統(tǒng)涉及到工頻交流電對人體其它觸電防護(hù)措施具體如下：
保護(hù)接地
保護(hù)接地是將電氣設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分用保護(hù)線與大地直接連接的防護(hù)措施。保護(hù)接地一般可作為一種電擊防護(hù)措施應(yīng)用在電動汽車充電系統(tǒng)中。圖示對電動汽車車身采用保護(hù)接地措施，即利用 PE 線直接接地。此時如果人員站在地面上接觸到帶有危險(xiǎn)電壓的設(shè)備外殼（例如圖中所示的電動汽車車身外殼），由于保護(hù)線 PE 的電阻很小，故人體兩端承受的電壓也很小，通過人體的漏電流也就會很?。ù蟛糠致╇娏鞫加?PE 線經(jīng)大地流回電網(wǎng)，如圖中虛線所示），從而使得人員的間接電擊危險(xiǎn)性大大降低。
保護(hù)接地對人員電擊的防護(hù)
保護(hù)接零
保護(hù)接零一般可作為一種電擊防護(hù)措施應(yīng)用在電動汽車充電系統(tǒng)中，如下圖所示為一種應(yīng)用示例。對充電機(jī)外殼采用保護(hù)接零，利用 PE 線將外殼與供電電網(wǎng)的保護(hù)零線連接起來。
保護(hù)接零對人員電擊的防護(hù)
采用保護(hù)接零時，一方面，由于設(shè)備外殼通過保護(hù)導(dǎo)體連接到電網(wǎng)保護(hù)零線， 設(shè)備對外殼絕緣故障時 漏電流會流回電網(wǎng)電源中性點(diǎn)，即此時會造成故障相線對零線的單相短路故障，巨大的短路電流會促使線路上的過電流及短路保護(hù)裝置或者熔斷器動作，切斷電源，消除電擊危險(xiǎn)；另一方面，同保護(hù)接地類似，保護(hù)線 PE 電阻很小，能夠降低人員間接接觸時兩端承受的電壓，從而降低電擊危險(xiǎn)性。
來源：Internet
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