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2.4 电气事故

电气事故是汽车电气安全工程主要研究和管理的对象,充分分析并总结电气事故对安全使用电动汽车有警示和启发的作用。结合电气事故的特点和事故类别,开展电动汽车电气事故研究对做好电动汽车安全工作具有重要的意义。一般可将电气事故分为触电、短路、静电、雷电灾害、射频电磁场和电气系统故障等。

2.4.1 触电

触电是指人体直接触及带电体,或者带电体与人体之间发生电弧放电时,电流直接通过人体的现象。下面对电击方式及电击后造成的电伤情况进行介绍。

1. 电击

电流通过人体时所造成的内部伤害会影响人的心脏、肺部、神经系统等组织的正常工作,使人出现痉挛、窒息、心室纤维颤动、心搏骤停甚至死亡等现象。按照电气设备的状态,电击可分为直接接触电击和间接接触电击:前者是人体触及正常状态下带电的带电体时发生的电击,后者是人体触及正常状态下不带电但因故障状态下意外带电的带电体时发生的电击。为了防止发生电击事故,电动汽车需满足IPXXB及IPXXD的防护等级要求,并且具备绝缘检测、高压接触器的黏结检测、高压互锁等触电防护措施。

按照人体触及带电体的方式以及电流通过人体的途径,可将电击分为单相电击、两相电击和跨步电压电击。单相电击是指人在地面或其他接地导体上,人体的某一部位触及单相带电体的触电事故;两相电击是指人体的某两处部位同时触及两相带电体的触电事故,其危险性一般较大;跨步电压是指人在带电体接地点周围时两脚之间产生的电压,由此引起的触电事故叫跨步电压电击,高压接地故障处或有大电流流过的接地装置附近都有可能出现较高的跨步电压。

2. 电伤

电伤是指由电流的热效应、化学效应、机械效应对人体外部组织或器官造成的局部伤害,如电灼伤、电烙印、机械损伤、皮肤金属化等。

1)电灼伤,一般有接触灼伤和电弧灼伤两种。接触灼伤多发生在高压触电事故时电流通过人体皮肤的进出口处;电弧灼伤多是由拉合刀闸时产生的强烈电弧引起的。

2)电烙印发生在人体与带电体有良好接触,但人体不被电击的情况下,在皮肤表面留下和接触带电体形状相似的肿块瘢痕。

3)机械损伤是电流作用于人体时,由于中枢神经反射和肌肉强烈收缩等作用导致的机体组织断裂、骨折等伤害。

4)皮肤金属化是由于高温电弧使周围金属熔化、蒸发并飞溅渗透到皮肤表层所形成的金属颗粒。

2.4.2 短路

短路是指电气设备的不同电极之间发生短接,此时短接回路中会瞬间产生大电流,大电流导致元器件瞬间累计很高的热量从而损坏电气设备,短路是电气事故中危害最大的事故之一。工业中为防止短路事故,会采取一些措施,例如回路中增加熔丝、断路器等。

短路也是引起电动汽车起火的常见原因之一,如高压电池发生短路、车辆碰撞导致高压回路发生短路、高压功率半导体发生短路等。为了提高电动汽车的安全性,GB 38031—2020及ECE R100等标准对高压回路有短路实验的要求,要求高压回路所用熔丝在任何极端工况下当高压回路发生短路时都能有效熔断。

2.4.3 静电

处于相对稳定状态的电荷被称为静电,即物质所带的电荷处于静止或缓慢变化状态。静电现象广泛存在于自然界、工业生产和人们的日常生活中。静电放电也是发生电磁兼容(EMC)的原因之一,静电具有电位高、瞬时电流大以及会引起电子产品内部电场与磁场变换等的特点。静电易损坏电子元器件,对电力电子设备危害较大,故电动汽车必须要做静电抗扰度测试。静电放电抗扰度试验国家标准主要有GB/T 17626.2—2018《电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验》和GB/T 19951—2019《道路车辆 电气/电子部件对静电放电抗扰性的试验方法》。

电动汽车在防止静电放电危害方面,主要采用以下三点措施:

1)接地。接地是直接将静电放电电荷通过连接导线泄放到大地。接地是静电放电防护措施中最直接、最有效的方法。电动汽车要求每个高压零部件都必须可靠地接到车身地。

2)绝缘。通过绝缘材料将电路与外界隔离开。

3)屏蔽。对于静电敏感的元器件,可采用屏蔽罩等来保护产品免受静电放电的影响。

2.4.4 射频电磁场

射频泛指频率在100kHz以上的无线电波或者相应的电磁波,该频率下形成的电磁场可引起生物中枢神经系统的机能障碍、神经衰弱症候群、心率或血压异常、眼睛损伤等症状。在高强度的射频电磁场作用下,元器件内部可能会产生感应放电,从而发生意外爆炸。感应放电对存在爆炸、火灾等风险的场所来说是一个不容忽视的危险因素。此外,当受电磁场作用感应出的感应电压比较高时,也会给人以明显的电击感。

2.4.5 电气火灾与爆炸

电气火灾指电气设备、线路、器具等因故障产生电弧、电火花或其他形式的热量累积而引发的火灾和爆炸。分析国内外大量电气火灾事故的起因可知,引发电气火灾的主要因素包括漏电、短路、过负荷和接触电阻过大等,其中大部分电气火灾是由电气线路接地短路以及线路过热而引发。当出现接地短路故障时,流经线路的电流突然增大,从而使线路绝缘层和局部温度升高,若长时间积累热量,易引燃周围可燃物,从而造成火灾。油浸电力变压器、多油断路器等电气设备不仅存在较大的火灾危险,还存在爆炸的风险。在火灾和爆炸事故中,电气火灾与爆炸事故占有很大的比例。

电动汽车电气火灾是车辆使用安全的重点关注对象,为此国家颁布了GB 18384—2020《电动汽车安全要求》、GB/T 31498—2020《电动汽车碰撞后安全要求》、GB 38031—2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》等相关标准,以保证电动汽车的电气安全。

2.4.6 异常带电

在高压电气系统中,原本不带电的金属外壳因高压电路故障而导致异常带电,易引发触电事故。在家用电网或工业电网中,电气设备因绝缘故障导致漏电,使金属外壳带电;高压回路故障接地时,在接地处附近呈现出较高的跨步电压,从而形成触电风险;以上是绝缘失效时异常带电的常见表现。

为解决异常带电问题,在电动汽车电气安全相关标准中,GB 18384—2020要求车辆必须对高压回路的绝缘电阻进行检测。当高压直流回路的绝缘电阻小于等于100Ω/V或高压交直流传导连接的回路绝缘电阻小于等于500Ω/V时,整车必须做出相应的报警提示并对高压电气系统采取限制措施。整车的各个高压零部件外壳搭铁部分必须可靠接车身地,从而保证等电势符合标准要求以解决跨步电压的问题。整车的高压接插件须有互锁功能,以在维修车辆的高压部分时,防止因高压电路异常而引起触电事故。

2.4.7 异常停电

对于工业用电及民用电,在某些特定场合,异常停电可能会造成设备损坏和人员伤亡。如道路中的交通信号灯突然停电,会引发交通事故;医院的手术室可能因异常停电而被迫停止手术,无法正常施救从而危及病人生命;排放有毒气体的风机因异常停电而停转,致使封闭环境内有毒气体超过允许浓度而危及人身安全等。

在电动汽车正常使用过程中,绝不允许车辆异常断电。例如,电动汽车正常行驶时整车突然断电,车辆失去动力且失控,危及驾驶员及乘客的人身安全;电动汽车发生碰撞时整车突然断电,会导致车门无法解锁,严重时可能发生车辆起火,导致人员无逃生机会等。

2.4.8 雷电灾害

雷电是一种大气放电现象,雷电放电的电流大、电压高,且其释放的能量具有极大的破坏力。直接遭受雷击可导致人员与动物的伤亡,或引发火灾;因雷电波入侵、雷击电磁脉冲干扰等,也会导致电力系统、通信系统、雷达天线及其他电子信息系统故障或失效,进而直接或间接地导致经济损失。以上这些现象统称为雷电灾害。在雷电天气下不应对电动汽车进行充放电,以避免出现人员触电事故。

对于电动汽车充电场站应配备符合GB 50057—2010《建筑物防雷设计规范》、DL/T 620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定的防雷设施。充电场站供电设备的正常不带电金属部分应做保护接地,严禁做接零保护,且电气设备内部的防雷地线应和机壳就近可靠连接。充电场站配备有专用电力变压器时,其电力线宜采用具有金属护套或绝缘护套的电缆穿过钢管并埋地引入充电场站。电力电缆金属护套或钢管两端应就近可靠接地;信号电缆应由地下进出充电场站,同时电缆内芯线在进站处应加装相应的信号避雷器,避雷器和电缆内的空线对均应作保护接地,站区内严禁布放架空缆线。 Tdyhl+xYwNbOTLy5qna+Jp1cVi6cAE7SvHBnDqGlEjhGjsJ9qYcs0dNOk8RG8Jmw

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