继电保护产品安全标准的基本要点及实施的建议

2007第十一届全国保护和控制学术研讨会468继电保护产品安全标准的基本要点及实施的建议田蘅（北京四方继保自动化股份有限公司）摘要：继电保护产品的安全标准IEC60255－27规范了确保人身健康和安全以及设备运行安全的基本要求，是产品开发设计、制造、检验及运行的基本依据。本文阐述了产品安全的意义、安全标准的特点、标准的核心内容、我国继电保护产品在安全设计方面存在的问题，并就安全标准的实施提出一些建议，以提升我国继电保护产品的安全水平。关键词：产品安全；安全标准；继电保护0引言在国际标准领域，产品安全要求除了包括设备自身安全之外，主要是指涉及到产品对有关人身以及动植物安全的防护要求。在发达国家，产品的安全受到高度重视，把执行安全标准优先于产品的功能性标准作为首要条件，并且以技术法规的形式在法律层面强制执行。例如，欧洲联盟编号为73/23/EEC及其修改版93/68/EEC的低电压指令，实质上就是有关电气设备进入欧盟市场的安全指令（技术法规），成为市场准入的先决条件。按照世界贸易组织WTO的贸易技术壁垒协议（TBT）和国际惯例，标准是自愿采用的，不能作为技术壁垒的手段。但在涉及国家安全、人身健康、保护环境、保护动植物、防止欺诈行为等5个领域，可以通过立法的方式做出强制性的规定。在欧洲联盟，对包括产品安全在内的涉及上述5个领域的产品的基本要求，是通过欧盟指令这一技术法规形式体现的，而具体的技术细节交由与技术法规相协调的技术标准规定，并把产品只有在通过欧盟的CE认证后才能进入欧洲市场的强制性要求以法律的形式确定下来。这样，技术法规（指令）与标准之间出现了协调和交叉关系，见图1。由技术法规（指令）、协调的技术标准以及在欧盟指令中规定的合格评定程序所共同构成的一整套规则，作为规范市场运作的技术准则。技术法规(technicalregulation)法规标准图1由此看来，产品安全标准作为与技术法规协调和补充的规范性文件，与合格评定程序及其它相关的技术标准一起，成为市场准入的必要的条件和具体的依据。1IEC60255-27安全标准的特点IEC60255-27:2005《量度继电器和保护装置产品安全要求》是国际电工委员会TC95制定的第一份有关继电保护产品的安全标准。在此之前，继电保护产品的安全要求一直以参考信息技术产品安全标准作为一种提示，隐含在IEC60255-5:1977中，而被我国所忽视。直到我国标准GB16836发布，产品安全要求才进入我们的视野，但尚未引起足够的重视。与我国安全标准比较，IEC60255-27具有以下特点：1）标准包括了从材料和元器件的选型到产品的整机，从设备的自身要求到与通信网络及其它相关设备的连接，从产品设计到产品的包装、标志及配套文件，从产品设计的导则到试验，凡是涉及有关安全的技术问题，几乎无所不包；2）一改IEC标准只规定要求、不规范产品实现方法的传统，安全标准对某些具体的设计要求也做出了规范（例如对着火危险防护外壳的设计规定），带有明显的美国标准特色；3）以产品安全要求为核心、以产品通用要求为基础，把继电保护产品的基础和通用要求集成在一起（见标准的表11检验项目一览表），以此形成IECTC95标准的一种思路，影响着其它标准的制定，特别是目前正处于CD阶段、即将替代IEC60255-6:1988的IEC60255-1《量度继电器和保护装置通用要求》；4）标准在诸多方面严于我国目前的国家标准和行业标准，例如单一故障的概念及其试验、潮湿继电保护产品安全标准的基本要点及实施的建议469条件下的绝缘电阻、短时耐热性能、高温试验和低温试验周期（16h）、湿热试验周期（至少10d）、潮湿下的绝缘电阻（10MΩ）、连接电缆的导体截面积、安全标志、对配套文件的要求等；5）标准提供的规范性的和资料性的附录，可以作为产品安全设计的技术导则，为我们提供了很有借鉴价值的资料和信息；6）标准中包涵大量的引用标准和引用其它标准的条款，使得产品安全要求的内容大大扩展，使标准的内涵向更深入、更广泛的领域延伸，这些隐含着的安全要素由于我们尚不熟悉而更加不可忽视；7）标准的英文篇幅长达230页，在表述方面显得有些繁杂和逻辑不清。例如，对于电气绝缘，在电击防护、试验及附录等部分均有描述，需要通过逻辑上的整合才能搞清思路。2IEC60255-27的核心内容2.1术语标准规定了有关安全的术语及其定义，共66条。2.2单一故障条件标准对单一故障条件的形成、判断及应用（试验），在电击防护、可燃性及防火和试验各章中均做出了规定，但标准并未对单一故障条件的术语进行定义。根据相关的资料及标准，“单一故障条件”（single-faultconditions）可以理解为是相对于“正常条件”（normalconditions）而提出的另外一个概念。“正常条件”是指预期使用a）并且没有故障的条件，而由于任何绝缘（双重绝缘或加强绝缘除外）或任何元器件（具有双重绝缘或加强绝缘的元器件除外）的失效而产生及由此引发的以下任何一种情况，均认为是“单一故障（条件）”：――可触及的非危险带电部分变成危险的带电部分（例如，限制稳态接触电流和电荷的措施失效）；――在正常条件下可触及的不带电的可导电部分变成危险带电部分（例如，由于外露的可导电部分的基本绝缘损坏）；――不可触及的危险带电部分变成可触及部分（例如，防护外壳的机械损坏）；――发生引燃或着火（例如，由于着火危险防护措施失效）。a）预期使用是根据供方提供的信息，对产品、过程或服务的使用。在单一故障的分析中，不考虑同时发生一个以上的随机故障。同时，由单一故障引起的各种随之继发的故障，均视作该单一故障的组成部份。2.3安全限值有关的安全限值包括正常条件下的电压、电流、电容和能量限值，以及单一故障条件下的电压、电流、电容和能量限值（见表1）。这些限值是根据对人体通过的电流效应的研究结果提出、为了达到电击防护目的的最基本的限制要求，而成为世界各国电击防护设计的基本依据。表1有关的安全限值电压（V）电流（mA）电容放电序号条件交流有效值直流交流有效值直流电荷μC能量mJ干燥33701正常条件潮湿2537.50.5245350干燥551402单一故障条件潮湿33703.515按IEC60255-27:2005的图I.1和图I.2的曲线确定注：1）超过表中限值时，即认为是危险带电。2）正常运行和单一故障条件下，只有当电压超过本表中的值时，才采用本表中的电流和电容限值。3）采用的试验电路：干燥条件采用GB/T12113-2003（IEC60990）中的图4，潮湿条件采用该标准的图3。4）单一故障条件下短时可持续接近的电压的最长时间，见IEC60255-27:2005的图I.1。5）正常和单一故障条件下的带电电容水平（最大可接受电压），见IEC60255-27:2005的图I.2。2007第十一届全国保护和控制学术研讨会4702.4电击防护电击防护包括：1）对可接近部件的判断；2）对Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类安全设备的界定；3）对直接接触及间接接触的防护要求；4）对固体绝缘设计的要求；5）对Ⅰ类设备的保护接地要求，包括保护接地的连续性要求、保护接地阻抗要求、保护接地连接的腐蚀防护要求，以及接地线的导线截面和颜色应符合的要求等。2.5机械危险防护机械危险防护包括对运动部件的防护要求、对设备稳定性要求、对可触及部件的圆润性要求等。2.6着火危险防护着火危险防护包括：1）对火势蔓延防护的流程；2）对最高环境温度下正常运行的设备最高的可接受温度的规定；3）对可燃性材料的防火等级（一般不低于VI级）的规定；4）对绕组绝缘材料的最高温度的限值的规定；5）对可燃的引燃源的判断及要求；6）对绝缘材料的选择、电缆及其横截面的选择的规定；7）防火外壳的设计要求。2.7通用的和基本的安全要求通用的、基本的安全设计要求包括：1）安全的气候条件；2）电气连接（含导体及导线的选择、结构及力学设计、端子及其连接设计等）；3）电池、互感器、一次电路的电容器、线圈绕组、绝缘箔、插入式保护屏蔽、安全隔离变压器、机电元件、半导体元件、高集成元件、导体尺寸、电源端子、通信接口、与其它设备的连接、激光源、爆炸、出口跳闸继电器、VT/CT电路的短时耐热等元器件、零部件及附件的设计要求。2.8安全标志对安全标志的规定包括安全标志的种类、符号、意义及表示方法，设备上的安全标志标识方法，文件中对安全标志的说明要求，以及对标志的持久性要求。2.9产品文件产品文件中有关安全的条款包括：1）对设备文件涉及的通用安全准则的要求如下：•指明设备型号、名称及其制造厂名称、地址；•所有涉及安全的信息和文件应与产品一并提供；•对产品技术规范、调试、校准、使用的说明；•包括零部件在内的安全处置及退役的说明；•应用户要求提供的型式试验文件或例行试验文件；•安全警告的说明；•用户在操作前对保持保护接地连续性的责任的声明；•用户在调试、维护前，核实额定参数、安装说明和操作说明责任的声明；•对设备的额定值、安装、调试、运行、维护的说明；•设备的预期使用的说明。2）文件中对额定值描述的要求如下：•设备预期的安装类别（过电压类别）；•设备的电源电压或电压范围、额定频率或频率范围，以及功率或电流的额定值；•对设备所有输入输出连接的描述；•内部熔断器的类型及其额定电流和额定电压；•推荐的熔断器类型或其它保护方式；•推荐的外部开关、断路器或其它保护器件；•设备正视方向前部的IP防护等级；•设备的过电压类别及污染等级；•设备的绝缘等级。2.10试验IEC60255-27在试验部分的规定有如下特点：1）把气候环境、机械环境和电气环境等作为对安全的影响因素，以产品研发阶段的“确认试验”纳入到试验体系之中，见表2；2）在IECTC95，有一种以IEC60255-27替代IEC60255-5的趋势，因而在安全标准中对产品的电气绝缘要求、试验以及设计等作了详尽的描述。现将上述两个标准有关电气绝缘的相关内容整合在表3中，以便系统地了解有关继电保护产品电气绝缘的概貌；3）正如本文第1章之4）指出的，我国继电保护业内首次接触到的单一故障条件的试验也纳入到安全型式试验之中；4）高温、低温和潮湿的试验周期都比我国现行的标准GB/T7261-2000更为严酷。2.11附录IEC60255-27共有12个附录，提供了产品安全设计及试验的规范性的要求或资料性的技术导则。继电保护产品安全标准的基本要点及实施的建议471表2检验项目一览表型式试验2)试验IEC60255-27相应的条款确认1)（资料性）安全（规范性）例行试验3)环境试验高温试验－运行的10.5.1.1√－－低温试验－运行的10.5.1.2√－－最高贮存温度下的高温试验10.5.1.3√－－最低贮存温度下的低温试验10.5.1.4√湿热试验10.5.1.5√－－交变湿热试验（与湿热试验二者选一）10.5.1.6√－－振动10.5.2.1.1√－－冲击10.5.2.1.2√－－碰撞10.5.2.1.3√－－地震10.5.2.1.4√－－安全试验电气间隙和爬电距离10.5.2.2－√－IP等级10.5.2.3－√－冲击电压10.5.3.1－√－交流或直流介质电压10.5.3.2－√√绝缘电阻10.5.3.3√－－保护连接阻抗10.5.3.4.1－√－保护连接的连续性10.5.3.4.2－－√绝缘材料、元件和防火外壳的可燃性4）10.5.4.2－√4）－单一故障条件10.5.4.5－√－电气环境试验部件和材料的最高温度10.5.4.1√－－短时耐热10.5.4.3√－－出口继电器的动合及承载10.5.4.4√－－1）确认试验通常在产品研发阶段作为型式试验进行，但它们可能会对产品的安全有影响。确认试验之后，宜对被试设备是否符合安全要求进行检查，例如提供绝缘的部件是否破裂或变形。2）是否符合型式试验的要求可以通过适当的试验、测量、目检或评估检查。例如，电气间隙和爬电距离的测量（或者在间距明显很大时进行目检）；或技术论证，例如对结论可知的单一故障条件的评估。为了验证对要求的符合性，在正常施加的型式试验中