白偉，聞利群

（中北大學(xué) 化工與環(huán)境學(xué)院，太原 030 051）

前言

隨著21世紀(jì)電氣、電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各類帶有高新科技的電氣、電子產(chǎn)品出現(xiàn)在我們身邊。它們的出現(xiàn)給我們現(xiàn)在的學(xué)習(xí)、工作和生活帶來了很大的便捷。但同時(shí)，電氣、電子產(chǎn)品的各種安全問題已不容小覷。為盡力避免、減少其對人身財(cái)產(chǎn)和環(huán)境所造成的危害，世界各國紛紛實(shí)行了強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證制度作為進(jìn)入市場的條件，其中最重要的一項(xiàng)就是產(chǎn)品的安全認(rèn)證制度。在電氣、電子產(chǎn)品安全認(rèn)證方面，最重要的步驟就是做好產(chǎn)品的安全設(shè)計(jì)。

電子設(shè)備由于各種原因而發(fā)生失效,無法正確執(zhí)行預(yù)定的功能,從而導(dǎo)致災(zāi)難事故的發(fā)生，由此，電子設(shè)備的安全性應(yīng)運(yùn)而生。電子設(shè)備的安全性研究是安全相關(guān)系統(tǒng)(Safety-related System, SRS)的一類,是保障生產(chǎn)安全的重要措施,它應(yīng)在危險(xiǎn)事件發(fā)生之前正確地執(zhí)行其安全功能,避免或減少事故的發(fā)生。

電子設(shè)備在生產(chǎn)、使用、維修各階段中所出現(xiàn)的許多問題取決于設(shè)計(jì)階段的安全性工作。例如, 工作人員的操作、設(shè)備的安全性設(shè)計(jì)、電磁信息安全設(shè)計(jì)等。在研制階段,對各種影響因素進(jìn)行測定與統(tǒng)計(jì)分析，根據(jù)其結(jié)果調(diào)整工藝、設(shè)備、操作、管理、生產(chǎn)周期和投資等因素，提出消除、減少、控制危險(xiǎn)及危險(xiǎn)事件的措施，降低系統(tǒng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)[1]。

1 設(shè)計(jì)的內(nèi)涵

通過對潛在的危險(xiǎn)進(jìn)行分析，提出相應(yīng)的防范措施，使人-機(jī)-環(huán)境相協(xié)調(diào)，減少危險(xiǎn)事故的發(fā)生。設(shè)計(jì)的內(nèi)涵和種類分別如圖1。

2 安全性設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)備的選用

2.1.1 材料選擇

很多設(shè)備的失效是由所用材料的質(zhì)量和性能問題造成的。材料的選用要遵循以下原則:

1）材料的選取應(yīng)滿足工作環(huán)境要求和受力的安全要求；

2）避免選用對人體有害的材料，如

①含有致癌物的材料；

②含水銀等有毒材料；

③能釋放與大氣化合形成酸或腐蝕性堿的氣體材料，能釋放有毒煙霧和易爆炸氣體的材料等[2]。

若必須采用上述材料時(shí)，應(yīng)須采用安全技術(shù)措施和提示性安全措施。

3）造成材料變質(zhì)的原因有很多，如工作環(huán)境、生物、電磁、老化、應(yīng)力等，選材上應(yīng)符合國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)確保材料的使用壽命并滿足工作強(qiáng)度等要求。對于易老化敏感的材料，定期檢查，做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)立即更換。

圖1 設(shè)計(jì)的內(nèi)涵

圖2 設(shè)計(jì)的種類

2.1.2 三防設(shè)計(jì)

三防設(shè)計(jì)是指防潮、防鹽霧和防霉設(shè)計(jì)。材料的選取上, 金屬器件應(yīng)進(jìn)行表面防腐處理或采用耐腐蝕性材料等，如防銹合金、三防漆等，應(yīng)保證金屬器件不會因各種腐蝕失效而對人、其他設(shè)備及環(huán)境造成危害。需防水的設(shè)備，防水設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到預(yù)期的性能，并且設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)要合理，要達(dá)到三防的目的[3]。

對露天工作的設(shè)備，除達(dá)到上訴設(shè)計(jì)外，也要對塵土、高溫、低溫等進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.1.3 防誤碰措施

對潛在的由意外操作而導(dǎo)致危險(xiǎn)情況的發(fā)生，應(yīng)設(shè)有防誤碰措施。對重要的或會造成嚴(yán)重后果的啟動開關(guān),必要時(shí)可以覆蓋操作件、添加防護(hù)欄裝置等結(jié)構(gòu)措施。

2.1.4 熱安全設(shè)計(jì)

在規(guī)定條件下，所有的設(shè)備、部件、器件的工作溫度不得超過GB 8898規(guī)定。對于設(shè)備中高熱易損的裝置、部件或器件應(yīng)有過熱保護(hù)措施。為防止過熱和過冷對人員傷害，可在人員和設(shè)備之間設(shè)置隔熱層或輻射屏蔽，并應(yīng)采取防接觸遮蔽措施或提示性安全措施。

2.1.5 防火、防爆炸設(shè)計(jì)

設(shè)備在工藝設(shè)計(jì)和制造的過程中，對元件、材料等的選取應(yīng)首先選擇具有不易燃燒或阻燃性質(zhì)的，對所使用具有易燃、易爆等性質(zhì)的物件時(shí)，應(yīng)采取嚴(yán)格、有效的保護(hù)措施來達(dá)到防火、防爆炸設(shè)計(jì)。設(shè)備的使用應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離高溫環(huán)境。對潛在的火源進(jìn)行分析確定，有必要的消防器材，可以采用設(shè)置防火墻、防爆墻、泄壓設(shè)備等措施，必要時(shí)配備著火告警設(shè)備。設(shè)置火災(zāi)探測器，早發(fā)現(xiàn)早控制。

對電真空器件，應(yīng)嚴(yán)格選材，并須設(shè)有足夠強(qiáng)度的防護(hù)裝置，以減小爆炸時(shí)對周圍人員、設(shè)備的傷害。對超過1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的充氣、充液等的壓力容器，設(shè)計(jì)的安全系數(shù)要適當(dāng)及有相應(yīng)的過壓安全閥等措施，防止承受過大的壓力而爆炸[4]。

鋰電池使用不當(dāng)會引起燃燒、爆炸。應(yīng)給出警告，設(shè)計(jì)上應(yīng)采用限流電路、采用過流保護(hù)元件等措施防止放電電流和反向電流超過電池制造廠規(guī)定的允許值。

2.2 工作環(huán)境的安全性設(shè)計(jì)

2.2.1 安全出入口

工作室除設(shè)有人員進(jìn)出的門外，也應(yīng)配有一個(gè)緊急安全出入口，且開啟操作簡單方便，其位置應(yīng)清楚標(biāo)明，附近不應(yīng)有雜物。

2.2.2 溫度設(shè)計(jì)

為使工作者的環(huán)境溫度適宜，對工作環(huán)境所設(shè)計(jì)的溫度要合理。通常是選用空調(diào)、加濕器等設(shè)備，來調(diào)整溫度、濕度等參數(shù)以保證人體正常的生理特點(diǎn)。

2.2.3 防噪聲設(shè)計(jì)

噪聲可造成工作人員耳部的不適，如耳鳴、聽力受損甚至耳聾等，另外還易產(chǎn)生疲勞感或煩燥情緒，嚴(yán)重時(shí)可影響工作效率，甚至可能造成誤操作的危險(xiǎn)。

在人員工作崗位上的噪聲強(qiáng)度不大于70dB，無操作人員時(shí)的噪聲強(qiáng)度應(yīng)不大于80dB。

如果噪聲將不可避免地超過允許值時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)隔音屏、隔音墻等，對于需要在強(qiáng)噪聲環(huán)境中工作的人員，可以配備頭盔、輪班休息等措施來保證人員的生理健康。

2.2.4 照明安全

照明安全是關(guān)乎設(shè)備和人員安全的重要環(huán)境要素。充足的光源可以避免因燈光不足或過強(qiáng)及而造成操作失誤。通常操作區(qū)的照度應(yīng)540lx-755lx。

2.2.5 安全標(biāo)志

設(shè)備上必須標(biāo)有能清晰長久保存的標(biāo)牌，其上要標(biāo)出該設(shè)備的主要特征、操作類型說明及警示標(biāo)志等。

安全色即是能表達(dá)出安全信息的顏色，分為紅、藍(lán)、黃、綠四種顏色，分別表示禁止、指令、警告、安全等信息。對色彩的選用應(yīng)按GB 2893-2008嚴(yán)格執(zhí)行。

2.3 電氣、輻射的安全性設(shè)計(jì)

2.3.1 防止電氣傷害

1）防止觸及帶電件：通過加強(qiáng)絕緣或雙重絕緣將帶危險(xiǎn)電壓的零部件與可觸及件隔離。

2）防止危險(xiǎn)帶電件與可觸及件之間的絕緣擊穿，根據(jù)產(chǎn)品工作的環(huán)境條件，如：工作時(shí)長、機(jī)械應(yīng)力、環(huán)境溫度、空氣濕度、污染狀況等選擇合適的絕緣材料。對絕緣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要有有足夠的絕緣穿透距離、爬電距離、電氣間隙等。

3）防接觸電流過大

①降低隔離電容的容量；

②設(shè)備中的接地連接要可靠，防止因任何意外而導(dǎo)致人員傷害和設(shè)備受損；

③設(shè)置補(bǔ)償電路來達(dá)到降低電容電流；

④設(shè)置消弧線圈，并使消弧線圈能快速準(zhǔn)確做補(bǔ)償調(diào)整與校正電感值[5]。

2.3.2 靜電的防護(hù)

近年來，在我國因靜電原因引起的事故屢見不鮮，其中損失巨大的有：上海某石化公司的2000m3甲苯罐事故；山東某石化公司的膠渣罐事故；撫順某石化公司的航煤罐事故等。

通過摩擦及各種能量的作用會產(chǎn)生靜電，選用適當(dāng)材料及形狀，增大電導(dǎo)率等抑制措施外，還可采取下列措施：

1）要有良好的接地系統(tǒng)。工作（實(shí)驗(yàn)）臺、桌椅等要接地，須有防靜電工作服（衣服、帽子、鞋、靜電手環(huán)等）以保證靜電對人體和設(shè)備的影響；

2）屏蔽。采用靜電屏蔽可將靜電危害限制到最低或者不發(fā)生，還可防止儀器設(shè)備受到靜電干擾；

3）對絕緣體帶電可采用中和的方法；

4）濕潤的環(huán)境可以抑制靜電的產(chǎn)生，可以采用加濕器等來實(shí)現(xiàn)。

2.3.3 防輻射

1）電離輻射

電離輻射是釋放電子的過程，特點(diǎn)是具有波長短、能量高。其中質(zhì)子、α粒子、β粒子帶電，γ射線、χ射線和中子不帶電。影響因素有：

①接受輻射時(shí)間的長短。接受輻射時(shí)間越長，受到的影響越大；

②距離。不同的射線輻射距離也不同，如χ射線比γ射線射程近；

③屏蔽。設(shè)立屏蔽墻（屏）等來達(dá)到保護(hù)工作人員的目的。

2）激光輻射

激光是波長為180nm~1mm的所有的電磁波，具有定向、能量高、發(fā)散度小等的特點(diǎn)。激光輻射可引起人體乏力、頭痛、心律失常、灼傷皮膚、損傷細(xì)胞、視力下降甚至失明等。可采取防護(hù)罩、擋板、遙控操作等措施避免工作人員直接暴露在激光的輻射范圍內(nèi)；設(shè)立警告標(biāo)志，防止非工作人員靠近等。

3）電磁防護(hù)

①危害:

強(qiáng)電磁輻射可對人體神經(jīng)、生殖等系統(tǒng)造成傷害，引發(fā)癌癥等，可令孕婦流產(chǎn)、畸胎等。

未來是高科技的時(shí)代，國防建設(shè)中對于能制敵與無形的武器——電磁脈沖武器，它產(chǎn)生的輻射在電路之間及半導(dǎo)體之間產(chǎn)生感應(yīng)電流，對電子設(shè)備造成干擾，甚至使電子元件、集成電路燒毀，使敵方設(shè)備失控，喪失戰(zhàn)斗力。

②防護(hù)技術(shù)：

電磁防護(hù)技術(shù)一般有屏蔽、接地、濾波等。

屏蔽一般又分為電屏蔽、磁屏蔽和電磁屏蔽。屏蔽主要是指減弱電磁向外輻射并減弱外部的電磁對設(shè)備的影響來達(dá)到目的的。電屏蔽一般用于輻射頻率較高時(shí)，磁屏蔽一般用于頻率較低時(shí)，當(dāng)有復(fù)合電磁場的干擾一般用電磁屏蔽。通過屏蔽，可以保護(hù)設(shè)備免受外部電磁的干擾和沖擊，同時(shí)能有效的保護(hù)信息被竊取。

濾波可以將信號中某些特定頻率的信號過濾，達(dá)到抑制和防止干擾的作用。一般加載濾波器等措施。

接地起到防止外部電磁場的干擾，可以把多余的電荷釋放掉，接地起到避免設(shè)備和人員遭受電源泄露或者靜電放電的作用[6]。

3 總結(jié)

隨著科技的發(fā)展，電子設(shè)備的功能越來越多,組成結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜,自動化程度越來越高,設(shè)備發(fā)生安全事故的可能性也不斷增大,加強(qiáng)安全性的設(shè)計(jì)與研究顯得十分迫切。鑒于中國在全球制造環(huán)節(jié)和設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的重要地位，使得中國成為全球各大儀器廠商青睞的大戰(zhàn)場，隨著國產(chǎn)設(shè)備銷往世界，因此必須要符合世界各地的安全標(biāo)準(zhǔn)。我國的電子設(shè)備要走出國門面向全球化市場，首先第一步就是解決電子設(shè)備的安全性問題。

[1] 劉芳芳. 電子設(shè)備可靠性設(shè)計(jì)方法研究[J]. 電子測試, 2007(2):99-103.

[2] 莫世禹. 艦艇通信設(shè)備安全性設(shè)計(jì)[C]. 安順：第六屆電子產(chǎn)品防護(hù)技術(shù)研討會, 2008:176-179.

[3] 路龍龍, 石偉. 電子結(jié)構(gòu)的三防設(shè)計(jì)[J]. 電子元器件應(yīng)用, 2012, 14(7):11-13.

[4] 戈進(jìn)飛.軍用電子設(shè)備結(jié)構(gòu)安全性設(shè)計(jì)概述[J].電子機(jī)械工程，2010，26(5):1-6.

[5] 楊鞭. 淺析6～10kV電網(wǎng)中電容電流的危害及防治[J]. 能源技術(shù)與管理, 2010(3):132-133.

[6] 郭建飛. 車輛電控系統(tǒng)電磁防護(hù)技術(shù)研究[D]. 長春：吉林大學(xué), 2013.6.