行业规定安全电压为不高于36V,持续接触安全电压为24V,安全电流为10mA。电击对人体的危害程度,主要取决于通过人体的电流大小和通电时间长短。电流越大,致命危险越大;一般1mA的电流通过时人体就有感觉,25mA以上人体就很难摆脱,50mA即有生命危险。电击对人体的伤害主要是可以导致心脏停止和呼吸麻痹。
依据国家标准《电动汽车安全要求》(GB 18384—2020)中的人员触电防护要求,根据不同电压等级可能对人体产生的伤害和危险程度不同,在新能源汽车中,将工作电压按照类型和电压值分为两个等级,见表1-1。
表1-1 电压等级
考虑到空气的湿度和人体在不同工作环境下的电阻,基于安全考虑将车辆工作电压分为以下安全级别:
1)A级是较为安全的电压等级,在直流中电压值小于或等于60V;在规定的50~150Hz频率下电压值低于25V,该电压等级下的维护人员不需要采取特殊的触电保护。
2)B级对人体会产生伤害,被认为是高压。在该电压等级下必须采用必要的防护设备对维护人员进行保护。
如图1-1所示,电流通过头部可使人昏迷;通过脊髓可能导致瘫痪;通过心脏会造成心跳停止,血液循环中断;通过呼吸系统会造成窒息。因此从左手到胸部是最危险的电流路径。从手到手,从手到脚也是很危险的电流路径。从脚到脚是危险性相对较小的电流路径。
图1-1 电流流过人体的路径
假如某辆电动汽车的动力电池额定电压是650V,人体电阻为500Ω,从图1-2和图1-3中可以看到,如果人的双手直接触碰动力电池的正负极,或者动力电池绝缘损坏,动力电池通过人体电阻产生的1.3A电流(650V/500Ω=1.3A),只要流经人体0.03s,就可能使人出现心室纤维性颤动,直至死亡。
图1-2 动力电池正负极通过人体形成回路
图1-3 动力电池与车身的绝缘损坏
急救原则:自身安全第一。未明确伤者是否脱离电源,不要触碰其身体,第一时间切断高压电源。电击事故的急救流程如图1-4所示。
图1-4 电击事故的急救流程
为了达到安全用电的目的,必须采取可靠的技术措施,防止触电事故发生。绝缘、安全间距、漏电保护、安全电压、遮栏及阻挡物等都是防止直接触电的防护措施。保护接地、保护接零是间接触电防护措施中最基本的措施。所谓间接触电防护措施是指防止人体各个部位触及正常情况下不带电,而在故障情况下才变为带电的电器金属部分的技术措施。
专业电工人员在全部停电或部分停电的电气设备上工作时,在技术措施上,必须完成停电、验电、装设接地线、悬挂标识牌和装设遮栏后,才能开始工作。
绝缘是用绝缘材料把带电体隔离起来,实现带电体之间、带电体与其他物体之间的电气隔离,使设备能长期安全、正常地工作,同时可以防止人体触及带电部分,避免发生触电事故,所以绝缘在电气安全中有着十分重要的作用。良好的绝缘是设备和线路正常运行的必要条件,也是防止触电事故的重要措施。
绝缘材料具有很强的隔电能力,被广泛地应用在许多电气设备、装置及电气工程上,如胶木、塑料、橡胶、云母及矿物油等都是常用的绝缘材料。
绝缘手套(图1-5)是用天然橡胶制成的,能起到对人的保护作用,具有防电、防油、耐酸碱等功能,主要在高压电器设备操作时使用,如动力电池高压回路放电、验电,高压部件的拆装。
图1-5 绝缘手套
绝缘手套的耐压等级必须是1000V(0级)以上,每次使用前应通过充气检查绝缘手套的气密性,并检查表面有无切口、缺陷、污垢、机油、润滑脂等。
绝缘鞋(图1-6)的作用是高压操作时使人与地面绝缘,防止电流通过人体与大地之间构成通路,对人体造成电击伤害,把触电时的危险降低到最小程度。绝缘鞋的电阻值应在100kΩ~1000MΩ,一般在较潮湿的场所使用,具有防静电、防滑、耐磨等功能。绝缘鞋应放在干燥、通风处,不能随意乱放,并且避免接触高温、尖锐物品,以及酸、碱、油类物质。
图1-6 绝缘鞋
绝缘安全帽(图1-7)在新能源汽车维修作业和举升作业时使用,既能防止维修人员头部与汽车底盘下部的高压部件接触而发生触电伤害,又能保护维修人员头部不受到磕碰、挤压等伤害。
图1-7 绝缘安全帽
护目镜(图1-8)是防御有害因素损伤眼睛的面部防护用品,在检查和维护新能源汽车时需要佩戴护目镜,以防御电器拉弧产生的电火花和液体飞溅对眼睛的损伤。
图1-8 护目镜
绝缘服(图1-9)采用锦纶涂覆织物材料,具有绝缘性能,可防7000V以下高电压,同时具有阻燃、防酸碱的性能,主要用于维护人员带电作业时的身体防护。
图1-9 绝缘服
绝缘垫(图1-10)是具有较大电阻率和耐电击穿的胶垫,主要在新能源汽车维护时用于地面的铺设,起到绝缘的作用。
新能源汽车维护作业时,必须使用带有绝缘功能的工具,这些工具包括常用的套筒、扳手、钳子、电工刀等,也包括专用的仪表,比如数字式万用表、绝缘测试仪等,如图1-11所示。
图1-10 绝缘垫
图1-11 绝缘工具
为防止意外触及高压系统,新能源汽车高压部件均采用特殊的标识或颜色,对维修人员或车主给予警示。新能源汽车采用两种形式进行高压警示,即高压警示标记和导线颜色标记。
每个新能源汽车的高压组件外壳上都带有一个标记,如图1-12所示,高压警示标记采用黄色或者红色作为底色,上面标有高压触电国家标准图形符号。
图1-12 高压警示标记
新能源汽车上所有的高压导线全部采用橙色警示标记,高电压的导线插座以及安全插件也是采用橙色设计,如图1-13所示。
图1-13 高压导线及插座
新能源汽车具有高压系统,存在高压用电危险,考虑到驾驶员和维修人员的安全,为了防止触电事故的发生,生产厂家在设计生产电动汽车时采用了一些高压用电安全措施:高压线束、高压标记牌、高压熔断器、维修开关(图1-14)、高压互锁、漏电传感器等。
图1-14 维修开关
高压互锁安全回路是环形线路,通过12V电网元件来监控高电压电网,由动力电池控制模块(BMS)监控,每个高压电缆插接器以及高压控制器端盖上都有高压互锁开关(图1-15),如互锁回路发生断路故障,会导致高压系统立即切断。
图1-15 高压连接上的高压互锁装置
新能源汽车涉及高压的部分有整车橙色线束、动力电池包、高压配电箱、车载充电机、驱动电机控制器总成、电加热芯体PTC、空调配电盒、漏电传感器等。为确保维修人员人身安全,避免违规操作引起安全事故,在进行高压电器维修时,应严格按照以下要求及规范执行:
1)维修人员必须佩戴必要的防护物品,如绝缘手套、防酸碱手套、绝缘鞋、绝缘垫、防护服及护目镜等,其耐压等级必须大于1000V。
2)维修车辆时,必须设置专职监护人一名,监护人工作职责为监督维修的全过程,具体如下:
①监督维修人员组成、工具使用、防护用品佩戴、备件安全保护、维修安全警示牌等是否符合要求。
②检查紧急维修开关的接通和断开情况。
③负责对维修过程中的安全维修操作规程进行检查,监护人要按照安全维修操作规程指挥维修人员操作,维修人员在做完一个操作后要告知监护人,监护人要在作业流程单上做标记。
④监护人要认真负起责任,确保维修过程的安全,避免发生安全责任事故。
⑤监护人及维修人员必须具备国家认可的“特种作业操作证(电工)”,即低压电工上岗证,严禁无证进行维修操作。
⑥监护人及维修人员必须经过主机厂的培训,并通过考核。
⑦严禁未经培训人员进行高压部分检修,禁止带有一切侥幸心理的危险操作,避免发生安全事故。