白伟，闻利群

（中北大学 化工与环境学院，太原 030 051）

前言

随着21世纪电气、电子技术的飞速发展，各类带有高新科技的电气、电子产品出现在我们身边。它们的出现给我们现在的学习、工作和生活带来了很大的便捷。但同时，电气、电子产品的各种安全问题已不容小觑。为尽力避免、减少其对人身财产和环境所造成的危害，世界各国纷纷实行了强制性产品认证制度作为进入市场的条件，其中最重要的一项就是产品的安全认证制度。在电气、电子产品安全认证方面，最重要的步骤就是做好产品的安全设计。

电子设备由于各种原因而发生失效,无法正确执行预定的功能,从而导致灾难事故的发生，由此，电子设备的安全性应运而生。电子设备的安全性研究是安全相关系统(Safety-related System, SRS)的一类,是保障生产安全的重要措施,它应在危险事件发生之前正确地执行其安全功能,避免或减少事故的发生。

电子设备在生产、使用、维修各阶段中所出现的许多问题取决于设计阶段的安全性工作。例如, 工作人员的操作、设备的安全性设计、电磁信息安全设计等。在研制阶段,对各种影响因素进行测定与统计分析，根据其结果调整工艺、设备、操作、管理、生产周期和投资等因素，提出消除、减少、控制危险及危险事件的措施，降低系统运行的风险[1]。

1 设计的内涵

通过对潜在的危险进行分析，提出相应的防范措施，使人-机-环境相协调，减少危险事故的发生。设计的内涵和种类分别如图1。

2 安全性设计

2.1 设备的选用

2.1.1 材料选择

很多设备的失效是由所用材料的质量和性能问题造成的。材料的选用要遵循以下原则:

1）材料的选取应满足工作环境要求和受力的安全要求；

2）避免选用对人体有害的材料，如

①含有致癌物的材料；

②含水银等有毒材料；

③能释放与大气化合形成酸或腐蚀性碱的气体材料，能释放有毒烟雾和易爆炸气体的材料等[2]。

若必须采用上述材料时，应须采用安全技术措施和提示性安全措施。

3）造成材料变质的原因有很多，如工作环境、生物、电磁、老化、应力等，选材上应符合国家、行业标准，设计时应确保材料的使用寿命并满足工作强度等要求。对于易老化敏感的材料，定期检查，做到及时发现立即更换。

图1 设计的内涵

图2 设计的种类

2.1.2 三防设计

三防设计是指防潮、防盐雾和防霉设计。材料的选取上, 金属器件应进行表面防腐处理或采用耐腐蚀性材料等，如防锈合金、三防漆等，应保证金属器件不会因各种腐蚀失效而对人、其他设备及环境造成危害。需防水的设备，防水设计应达到预期的性能，并且设计的结构要合理，要达到三防的目的[3]。

对露天工作的设备，除达到上诉设计外，也要对尘土、高温、低温等进行设计。

2.1.3 防误碰措施

对潜在的由意外操作而导致危险情况的发生，应设有防误碰措施。对重要的或会造成严重后果的启动开关,必要时可以覆盖操作件、添加防护栏装置等结构措施。

2.1.4 热安全设计

在规定条件下，所有的设备、部件、器件的工作温度不得超过GB 8898规定。对于设备中高热易损的装置、部件或器件应有过热保护措施。为防止过热和过冷对人员伤害，可在人员和设备之间设置隔热层或辐射屏蔽，并应采取防接触遮蔽措施或提示性安全措施。

2.1.5 防火、防爆炸设计

设备在工艺设计和制造的过程中，对元件、材料等的选取应首先选择具有不易燃烧或阻燃性质的，对所使用具有易燃、易爆等性质的物件时，应采取严格、有效的保护措施来达到防火、防爆炸设计。设备的使用应尽可能远离高温环境。对潜在的火源进行分析确定，有必要的消防器材，可以采用设置防火墙、防爆墙、泄压设备等措施，必要时配备着火告警设备。设置火灾探测器，早发现早控制。

对电真空器件，应严格选材，并须设有足够强度的防护装置，以减小爆炸时对周围人员、设备的伤害。对超过1个标准大气压的充气、充液等的压力容器，设计的安全系数要适当及有相应的过压安全阀等措施，防止承受过大的压力而爆炸[4]。

锂电池使用不当会引起燃烧、爆炸。应给出警告，设计上应采用限流电路、采用过流保护元件等措施防止放电电流和反向电流超过电池制造厂规定的允许值。

2.2 工作环境的安全性设计

2.2.1 安全出入口

工作室除设有人员进出的门外，也应配有一个紧急安全出入口，且开启操作简单方便，其位置应清楚标明，附近不应有杂物。

2.2.2 温度设计

为使工作者的环境温度适宜，对工作环境所设计的温度要合理。通常是选用空调、加湿器等设备，来调整温度、湿度等参数以保证人体正常的生理特点。

2.2.3 防噪声设计

噪声可造成工作人员耳部的不适，如耳鸣、听力受损甚至耳聋等，另外还易产生疲劳感或烦燥情绪，严重时可影响工作效率，甚至可能造成误操作的危险。

在人员工作岗位上的噪声强度不大于70dB，无操作人员时的噪声强度应不大于80dB。

如果噪声将不可避免地超过允许值时，应设计隔音屏、隔音墙等，对于需要在强噪声环境中工作的人员，可以配备头盔、轮班休息等措施来保证人员的生理健康。

2.2.4 照明安全

照明安全是关乎设备和人员安全的重要环境要素。充足的光源可以避免因灯光不足或过强及而造成操作失误。通常操作区的照度应540lx-755lx。

2.2.5 安全标志

设备上必须标有能清晰长久保存的标牌，其上要标出该设备的主要特征、操作类型说明及警示标志等。

安全色即是能表达出安全信息的颜色，分为红、蓝、黄、绿四种颜色，分别表示禁止、指令、警告、安全等信息。对色彩的选用应按GB 2893-2008严格执行。

2.3 电气、辐射的安全性设计

2.3.1 防止电气伤害

1）防止触及带电件：通过加强绝缘或双重绝缘将带危险电压的零部件与可触及件隔离。

2）防止危险带电件与可触及件之间的绝缘击穿，根据产品工作的环境条件，如：工作时长、机械应力、环境温度、空气湿度、污染状况等选择合适的绝缘材料。对绝缘系统的结构设计要有有足够的绝缘穿透距离、爬电距离、电气间隙等。

3）防接触电流过大

①降低隔离电容的容量；

②设备中的接地连接要可靠，防止因任何意外而导致人员伤害和设备受损；

③设置补偿电路来达到降低电容电流；

④设置消弧线圈，并使消弧线圈能快速准确做补偿调整与校正电感值[5]。

2.3.2 静电的防护

近年来，在我国因静电原因引起的事故屡见不鲜，其中损失巨大的有：上海某石化公司的2000m3甲苯罐事故；山东某石化公司的胶渣罐事故；抚顺某石化公司的航煤罐事故等。

通过摩擦及各种能量的作用会产生静电，选用适当材料及形状，增大电导率等抑制措施外，还可采取下列措施：

1）要有良好的接地系统。工作（实验）台、桌椅等要接地，须有防静电工作服（衣服、帽子、鞋、静电手环等）以保证静电对人体和设备的影响；

2）屏蔽。采用静电屏蔽可将静电危害限制到最低或者不发生，还可防止仪器设备受到静电干扰；

3）对绝缘体带电可采用中和的方法；

4）湿润的环境可以抑制静电的产生，可以采用加湿器等来实现。

2.3.3 防辐射

1）电离辐射

电离辐射是释放电子的过程，特点是具有波长短、能量高。其中质子、α粒子、β粒子带电，γ射线、χ射线和中子不带电。影响因素有：

①接受辐射时间的长短。接受辐射时间越长，受到的影响越大；

②距离。不同的射线辐射距离也不同，如χ射线比γ射线射程近；

③屏蔽。设立屏蔽墙（屏）等来达到保护工作人员的目的。

2）激光辐射

激光是波长为180nm~1mm的所有的电磁波，具有定向、能量高、发散度小等的特点。激光辐射可引起人体乏力、头痛、心律失常、灼伤皮肤、损伤细胞、视力下降甚至失明等。可采取防护罩、挡板、遥控操作等措施避免工作人员直接暴露在激光的辐射范围内；设立警告标志，防止非工作人员靠近等。

3）电磁防护

①危害:

强电磁辐射可对人体神经、生殖等系统造成伤害，引发癌症等，可令孕妇流产、畸胎等。

未来是高科技的时代，国防建设中对于能制敌与无形的武器——电磁脉冲武器，它产生的辐射在电路之间及半导体之间产生感应电流，对电子设备造成干扰，甚至使电子元件、集成电路烧毁，使敌方设备失控，丧失战斗力。

②防护技术：

电磁防护技术一般有屏蔽、接地、滤波等。

屏蔽一般又分为电屏蔽、磁屏蔽和电磁屏蔽。屏蔽主要是指减弱电磁向外辐射并减弱外部的电磁对设备的影响来达到目的的。电屏蔽一般用于辐射频率较高时，磁屏蔽一般用于频率较低时，当有复合电磁场的干扰一般用电磁屏蔽。通过屏蔽，可以保护设备免受外部电磁的干扰和冲击，同时能有效的保护信息被窃取。

滤波可以将信号中某些特定频率的信号过滤，达到抑制和防止干扰的作用。一般加载滤波器等措施。

接地起到防止外部电磁场的干扰，可以把多余的电荷释放掉，接地起到避免设备和人员遭受电源泄露或者静电放电的作用[6]。

3 总结

随着科技的发展，电子设备的功能越来越多,组成结构越来越复杂,自动化程度越来越高,设备发生安全事故的可能性也不断增大,加强安全性的设计与研究显得十分迫切。鉴于中国在全球制造环节和设计环节的重要地位，使得中国成为全球各大仪器厂商青睐的大战场，随着国产设备销往世界，因此必须要符合世界各地的安全标准。我国的电子设备要走出国门面向全球化市场，首先第一步就是解决电子设备的安全性问题。

[1] 刘芳芳. 电子设备可靠性设计方法研究[J]. 电子测试, 2007(2):99-103.

[2] 莫世禹. 舰艇通信设备安全性设计[C]. 安顺：第六届电子产品防护技术研讨会, 2008:176-179.

[3] 路龙龙, 石伟. 电子结构的三防设计[J]. 电子元器件应用, 2012, 14(7):11-13.

[4] 戈进飞.军用电子设备结构安全性设计概述[J].电子机械工程，2010，26(5):1-6.

[5] 杨鞭. 浅析6～10kV电网中电容电流的危害及防治[J]. 能源技术与管理, 2010(3):132-133.

[6] 郭建飞. 车辆电控系统电磁防护技术研究[D]. 长春：吉林大学, 2013.6.