新能源汽車電力電子技術(shù) 課件 第5章 新能源汽車安全用電及高壓防護

第5章新能源汽車安全用電及高壓防護5.1人體觸電及其防護5.1.1電流對人體傷害的類型5.1.2電流對人體體傷害程度的影響因素5.1.3人體常見的觸電方式5.1.4觸電事故發(fā)生的原因及保護措施

5.1.1電流對人體傷害的類型1.電傷電傷是由于電流的熱效應、化學效應、機械效應以及在電流的作用下使熔化或蒸發(fā)的金屬微粒等侵入人體皮膚，使皮膚局部發(fā)紅、起泡、燒焦或組織破壞，嚴重時也可危及人命。電傷多發(fā)生在及以上的高壓帶電體上。2.電擊電擊指電流觸及人體而使內(nèi)部器官受到損害，它是最危險的觸電事故。當電流通過人體時，輕者使人體肌肉痙攣，產(chǎn)生麻電感覺，重者會造成呼吸困難，心臟麻痹，甚至導致死亡。電擊多發(fā)生在對地電壓為的低壓線路或帶電設(shè)備上。3.電磁場傷害電磁場傷害指人體在電磁場作用下吸收能量受到的傷害。受到電磁場傷害后,人會出現(xiàn)頭暈、乏力、記憶力減退、失眠和多夢等神經(jīng)系統(tǒng)衰弱的癥狀。5.1.2電流對人體體傷害程度的影響因素1.通過人體電流的大小通過人體的電流越大,人的生理反應越明顯,危險性也越大。通過人體的電流大小取決于觸電電壓和人體的電阻,人體電阻一般為800～1000kΩ。表5-1是不同大小的電流對人體的作用。2.電流的頻率常用的50～60Hz的工頻交流電對人體的傷害最嚴重。3.電流的作用時間人體觸電,當通過電流的時間越長,越易造成心室顫動,生命危險性就越大。據(jù)統(tǒng)計,觸電1～5min內(nèi)急救,90%有良好的效果,10min內(nèi)有60%救生率,超過15min希望甚微。4.電流通過人體的途徑電流通過頭部可使人昏迷;通過脊髓可能導致癱瘓;通過心臟會造成心跳停止,血液循環(huán)中斷;通過呼吸系統(tǒng)會造成窒息。5.人體的身體狀況人體電阻是不確定的,皮膚干燥時一般為800kΩ左右,而一旦潮濕可降到1kΩ。人體不同,對電流的敏感程度也不一樣。電流/mA對人體的作用<0.7無感覺1有輕微感覺1～3有刺激感,一般電療儀器取此電流3～10感到痛苦,但可自行擺脫10～30引起肌肉痙攣,短時間無危險,長時間有危險30～50強烈痙攣,時間超過60s即有生命危險50～250產(chǎn)生心臟室性纖顫,喪失知覺,嚴重危害生命>250短時間內(nèi)(1s以上)造成心臟驟停,體內(nèi)造成電灼傷表5-1不同大小的電流對人體的作用5.1.3人體常見的觸電方式1.單相觸電單相觸電是常見的觸電方式。人體的某一部分接觸帶電體的同時，另一部分又與大地或中性線相接，電流從帶電體流經(jīng)人體到大地或中性線，形成回路。2.兩相觸電人體的不同部分同時接觸兩相電源時造成的觸電，如圖

所示。對于這種情況，無論電網(wǎng)中性點是否接地，人體所承受的線電壓將比單相觸電時高，危險更大。3.跨步電壓觸電如果人或牲畜站在距離電線落地點8～10米以內(nèi)。就可能發(fā)生觸電事故，這種觸電叫做跨步電壓觸電。4.接觸電壓觸電接觸電壓是指人站在發(fā)生接地短路故障設(shè)備旁邊，距設(shè)備水平距離0.8米，這時人手觸及設(shè)備外殼手與腳兩點之間呈現(xiàn)的電位差，叫做接觸電壓。5.1.4觸電事故發(fā)生的原因及保護措施1.觸電事故發(fā)生的原因由于電氣原因而造成的人身傷亡和設(shè)備損壞的事故,稱為電氣事故,它包括人身事故和設(shè)備事故。人身事故包括電流傷害、電磁傷害、靜電傷害、雷電傷害、電氣設(shè)備故障等造成的人身傷害。設(shè)備事故包括短路、漏電和操作事故等。(1)違章操作違章操作是引起電氣事故的原因之一。

(2)施工不規(guī)范在電氣操作中施工不規(guī)范也會引起電氣事故。

(3)電氣產(chǎn)品質(zhì)量不合格使用了不合格的電氣產(chǎn)品,也會導致電氣事故。2.防止觸電的保護措施

(1)直接觸電的預防①絕緣措施。②屏護措施。③間距措施。(2)間接觸電的預防①加強絕緣。②電氣隔離。(3)防止人體觸電的技術(shù)措施①保護接地。如圖５-５所示。②保護接零。如圖５-６所示。圖5-6保護接零圖5-5保護接地對于采用保護接零系統(tǒng)的要求:A.零線上不能裝熔斷器和斷路器,以防止零線回路斷開時,零線出現(xiàn)相電壓而引起的觸電事故。B.在同一低壓電網(wǎng)中,不允許將一部分電氣設(shè)備采用保護接地,而另一部分電氣設(shè)備采用保護接零。C.在接三孔插座時,不準將插座上接電源零線的孔同接地線的孔串接。正確的接法是接電源零線的孔同接地的孔分別用導線接到零線上。D.中性點必須良好接地外,還必須將零線重復接地,三相五線制中要將PE線重復接地。③工作接地。將電力系統(tǒng)中某一點直接或經(jīng)特殊設(shè)備與地作金屬連接,稱為工作接地,如圖5-7所示。④重復接地。如圖5-8所示。圖5-7工作接地圖5-8重復接地5.2新能源汽車高壓安全與防護5.2.1電壓等級與高電壓危險性5.2.2高壓防護措施5.2.3新能源電動汽車安全用電常識5.2.1電壓等級與高電壓危險性電壓等級是電力系統(tǒng)及電力設(shè)備的額定電壓級別系列。目前,我國將電壓等級劃分為以下幾種:安全電壓通常為36V以下,我國規(guī)定安全電壓為42V、36V、24V、12V和6V。低壓指對地電壓在1000V及以下。交流系統(tǒng)中的220V三相四線制的380V/220V中性點接地系統(tǒng)的均屬低壓。高壓指1000V以上的電力輸變電電壓,或380V以上的配用電電壓。超高壓為330～750kV。特高壓為1000kV交流,±800kV直流以上。1.高電壓作業(yè)的職業(yè)危害(1)電擊效應。(2)熱效應。(3)化學效應。(4)肌肉刺激效應。(5)發(fā)生靜態(tài)短路的熱效應。(6)短路引起火花,金屬很快熔化,產(chǎn)生飛濺的火花,飛濺出來的金屬顆粒溫度超過5000℃,可能引起燒傷。(7)帶電高壓線路接通和斷開時所產(chǎn)生的光輻射可能造成電光性眼炎。2.高壓電流對人體的危害(1)高壓電流穿過人體時會切斷神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)出的信號(甚至包括通向心臟的信號),并且會燒傷內(nèi)臟和組織。人體內(nèi)電流經(jīng)過的不同路徑的電阻值如圖5-9所示。(2)高壓電流還會對人體產(chǎn)生生理作用(3)高壓電流對呼吸系統(tǒng)肌肉組織和心肌的干擾最危險電流強度、電流持續(xù)時間和頻率(交流電)超過一定值就可能導致心室顫動。(4)高壓電流的加熱作用對人體的危害流過人體內(nèi)的電流會加熱人體組織。體液也會在電流的加熱作用下蒸發(fā),這稱為內(nèi)部燒傷。。圖5-9人體不同路徑的電阻值3.高壓電弧對人體的傷害電弧對人的危害主要表現(xiàn)在以下方面：(1)燒傷:如果人體靠近電弧或直接進入電弧內(nèi),則會因高溫而導致嚴重燒傷。因此不要進入電弧內(nèi),只能在戴上防護手套的情況下握住導體。(2)紫外線輻射:電荷載體碰撞不僅產(chǎn)生熱量,還會發(fā)射光線(含紫外線)。紫外線可能傷害眼睛,準確地說是造成視網(wǎng)膜傷害,這稱為“灼傷”。(3)四周飛揚的微粒:電弧產(chǎn)生的高溫不斷將離子和電子從導體材料中“拉出”。此時,較小的微粒也可能隨之“逃出”,然后不受控制地飛向四周。通常情況下,這些微粒非常熱。5.2.2高壓防護措施1.車輛的保護接地(1)純電動汽車適用的IT電網(wǎng)結(jié)構(gòu)純電動汽車采用IT系統(tǒng),如圖5-10所示。IT系統(tǒng)由于電源與車身沒有導通連接,所以即便正極對殼體漏電,殼體與車架連接,也不會形成回路。熔絲不會熔斷,也就不會被斷電。接地的目的主要是:

①保證等電位連接:電氣部件出現(xiàn)故障時保證等電位,并且消除危險感應電勢差(如電機感應電勢與車體間的電勢差);②電磁兼容性設(shè)計:減少系統(tǒng)電磁干擾。5-10純電動汽車采用的IT系統(tǒng)(2)等電位連接如圖5-11所示,基于IT系統(tǒng),可以使用將電氣設(shè)備的外露可導電部件直接或通過保護導體與車輛底盤相連接的方法來進行等電位聯(lián)結(jié)。圖5-11中所示第1個故障:系統(tǒng)仍能工作,組合儀表上有黃色警告信息。圖5-14中所示第2個故障:控制系統(tǒng)會將高壓系統(tǒng)切斷(斷電),同時系統(tǒng)內(nèi)會短路,功率電子裝置內(nèi)和保養(yǎng)插頭內(nèi)的熔絲會爆開,組合儀表上會有紅色警告信息,高壓系統(tǒng)無法工作、也無法重新起動。圖5-11等電位連接2.絕緣防護電動汽車電氣系統(tǒng)絕緣問題,應確保絕緣電阻能夠滿足人身安全需求,保證絕緣電阻值大于100Ω,動力系統(tǒng)的測量階段最小瞬間絕緣電阻為500Ω。(1)絕緣防護等級通常電動汽車最低報警絕緣電阻值設(shè)定為500kΩ,由電池管理系統(tǒng)BMS來承擔檢測功能,當檢測到的絕緣電阻值低于該值時,BMS將對應的絕緣故障碼上報給上位機,整車上則由組合儀表來進行代碼顯示和故障燈報警。根據(jù)電路的工作電壓U,將電路分為兩個等級,見表5-2。電壓級別工作電壓直流電壓/V(15～150Hz)交流電壓有效值/VＡ0<U≤600<U≤25Ｂ60<U≤100025<U≤660表5-2電路等級①定義Ⅰ類設(shè)備(圖5-12),是依靠基本絕緣對帶電部件進行防觸電保護,并把這個設(shè)備中外露可導電部件與保護導體相連的設(shè)備。②定義Ⅱ類設(shè)備(圖5-13),是使用雙重絕緣或加強絕緣進行防觸電保護的設(shè)備。圖5-12Ⅰ類設(shè)備圖5-13Ⅱ類設(shè)備關(guān)于絕緣防護的一些重要定義見表5-3。表5-3關(guān)于絕緣防護的一些重要定義3.電氣隔離所謂電氣隔離,就是將電源與用電回路進行隔離,即將用電的分支電路與整個電氣系統(tǒng)隔離,使之成為一個在電氣上被隔離的、獨立的不接地安全系統(tǒng),以防止在裸露導體故障帶電情況下發(fā)生間接觸電危險。電氣隔離的基本原理如圖5-14所示,左側(cè)為供電方一側(cè),右側(cè)為用電方一側(cè)。如果左側(cè)N級接地,那么人員a是很危險的,一般其站在地面上碰觸L線,則會形成從L-a-N的回路,電流流過人體,造成傷亡。圖5-14電氣隔離的基本原理

4.手動高壓斷開裝置在純電動汽車的裝配、保養(yǎng)和維修的操作中,需要有手動斷開電氣回路的功能,保證在操作過程中人員和能接觸到的電氣設(shè)備上面不帶有危險電壓。純電動汽車維護開關(guān)結(jié)構(gòu)、原理如圖5-15所示:動力電池中電池單體串聯(lián)并聯(lián)組合成兩個部分,這兩個部分通過維護開關(guān)的高壓觸頭串聯(lián)在一起,同時維護開關(guān)也是安全線完整回路中不可缺少的一個環(huán)節(jié)。(a)結(jié)構(gòu)

(b)原理圖5-15手動高壓斷開裝置5.高壓接觸器實現(xiàn)自動斷路電動汽車為實現(xiàn)高壓電路的可自行切斷保護功能,在電動汽車的高壓系統(tǒng)中配置可控制的并且有自我保護切斷高壓回路功能的高壓接觸器。(1)高壓接觸器需要盡可能地接近電池包(高壓源),以減少在斷電時候繼續(xù)蓄能的電路。(2)自動斷路器的初始狀態(tài)應該是常開狀態(tài),需要控制器給予安全信號方能閉合,以避免高壓線路誤接通。(3)復位高壓接觸器應要求操作者施加額外的信號,需其確認在已消除高壓危險的情況下方能復位。(4)高壓接觸器應具有自診斷能力,將其內(nèi)部的故障檢測出來并予以顯示,如果不能正常工作、則整車需要特殊處理(停車或報警)。(5)高壓接觸器即使是在出現(xiàn)供電電壓過低的情況下也應能操作。(6)高壓接觸器需要提供一個輸出信號,提前通知其他用電負載,使之能在斷電之前有提前響應的時間。(7)行駛過程中等特殊情況不能強行斷開。6.環(huán)路互鎖安全回路線是個環(huán)形線路,通過低壓元件(互鎖信號源)收發(fā)信號來監(jiān)控高壓電網(wǎng),檢查整個高壓產(chǎn)品、導線、連接器及護蓋的電氣完整性(連續(xù)性),如果安全回路線斷路,高壓系統(tǒng)會立即被切斷。大眾公司混合動力汽車互鎖環(huán)路系統(tǒng)及其原理如圖5-16。圖5-16大眾混合動力汽車互鎖環(huán)路系統(tǒng)7.高壓熔斷器熔斷器接在電路中,當電流超過規(guī)定值和規(guī)定的時間時使電路斷開。熔斷器是一個熱能響應器件,熔斷器中的熔片或熔絲是用電阻率較高的易熔合金制成的,或用截面積較小的導體制成的。圖5-17所示為純電動汽車熔斷器布置方案。圖5-17純電動汽車熔斷器布置8.漏電保護電動汽車是以大容量動力電池驅(qū)動汽車,電力未切斷的動力電池會對汽車和人員造成不容忽視的威脅和傷害。漏電保護開關(guān)、漏電斷路器,主要是用來在設(shè)備發(fā)生漏電故障時以及對有致命危險的人身觸電保護,具有過載和短路保護功能,可用來保護線路或電動機的過載和短路。漏電保護開關(guān)在純電動汽車上主要以絕緣電阻監(jiān)測系統(tǒng)的形式出現(xiàn),傳統(tǒng)的漏電保護開關(guān)主要安裝在非車載充電系統(tǒng)上。5.2.3新能源電動汽車安全用電常識１.高壓安全操作注意事項(1)車輛充電使用專用交流電路和電源插座(16A插座),不允許使用外接轉(zhuǎn)換接頭、插線板等,16A電源插座接地良好。(2)維修維護①對新能源汽車高壓部件維修維護前，首先要準各好基本絕緣安全工具。②維修高壓系統(tǒng)時必須使用專門絕緣工具。③使用安全工具時，要注意各項事項及平時保養(yǎng),注意:驗電器必須按其額定電壓使用。2.高壓斷電操作(1)在新能源汽車全部停電或部分停電的電氣設(shè)備上工作,必須完成下列措施:停電、掛鎖、驗電、放電、懸掛標識牌、裝設(shè)遮欄、有監(jiān)護人。(2)在高壓設(shè)備上檢修工作需要停電時，將檢修設(shè)備停電,必須把各方面的電源完全斷開，工作地點各方必須有明顯斷開點。(3)對電氣設(shè)備驗電前,應先在有電設(shè)備上進行試驗,確證驗電器良好。(4)對于大事故車輛或異常車輛(如有焦煙味,冒煙、浸水等)要有專用的場地(或工位)觀測48h,并有防爆防火設(shè)施。(5)維修動力電池組或更換電芯時,施工人員應做好相應的屏護和警示工作。3.電動汽車維修注意事項(1)非持證電工不準裝接電動汽車高壓電氣設(shè)備。(2)任何人不準玩弄電氣設(shè)備和開關(guān)。(3)破損的電氣設(shè)備應及時調(diào)換,不準使用絕緣損壞的電氣設(shè)備。(4)不準利用車身電源對電動汽車以外的用電設(shè)備供電。(5)設(shè)備檢修切斷電源時,任何人不準起動掛有警告牌的電氣設(shè)備。(6)不準用水沖洗揩擦電氣設(shè)備。(7)熔絲熔斷時,不準調(diào)換容量不符的熔絲。(8)不經(jīng)技術(shù)部門或主管部門審批,不準私自改動或加裝電氣設(shè)備。(9)發(fā)現(xiàn)有人觸電,應立即切斷電源進行搶救,在未脫離電源前不準直接接觸觸電者。(10)雷雨天氣時,禁止在室外對車輛充電和維修維護。4.電動汽車鋰電池起火爆炸問題及其防護電動汽車最大的安全隱患來自鋰電池。(1)任何從事鋰電池運輸、存儲、安裝、測試、維護等工作的人員,必須通過專業(yè)培訓、具備鋰電池的風險識別能力和起火、爆炸后的應急處理能力。(2)禁止利用非專業(yè)和未校驗過的測試設(shè)備對鋰電池及電池包進行充放電測試或安全測試。(3)電池及