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电子设备的安全性设计 The Security Design of Electr

作者:10bet十博    发布时间:2019-08-19 00:36    点击:

  电子设备的安全性设计 The Security Design of Electronic Equipment.pdf

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  nvironmental Adaptability 环境适应性和可靠性 E&Reliability 电子设备的安全性设计 白伟,闻利群 (中北大学 化工与环境学院,太原 030051) 摘要:本电子设备安全性设计的目的就是通过识别、分析、评价系统中存在的危险性,预计事故对人员、设备和环境 的破坏的可能性和严重性,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,以便使事故在发生之前得到控制,降低系统运行的风险。 关键词:安全性;预计事故;破坏;消除;控制;降低 中图分类号:X934 文献标识码:A 文章编号:1004-7204(2014)02-0040-04 The Security Design of Electronic Equipment BAI Wei, WEN Li-qun (Chemical Engineering and Environment, North University of China, Taiyuan 030051) Abstract:The purpose of the electronic equipment’s security design is through the risk existing in the identification, analysis, evaluation system, to anticipate the possibility and severity of the accident to personnel, equipment and environment. According to the result, the factors that the process, equipment, operation, management, production cycle and investment were adjusted. The measurements to eliminate, reduce and control damage were put forward in order to control the accidents before happened, and reduce the risk of system operation. Key words:security; accident; damage; eliminate; control; reduce 前言 电子设备在生产、使用、维修各阶段中所出现的许 随着 21 世纪电气、电子技术的飞速发展,各类带有 多问题取决于设计阶段的安全性工作。例如 , 工作人员 高新科技的电气、电子产品出现在我们身边。它们的出 的操作、设备的安全性设计、电磁信息安全设计等。在 现给我们现在的学习、工作和生活带来了很大的便捷。 研制阶段 , 对各种影响因素进行测定与统计分析,根据 但同时,电气、电子产品的各种安全问题已不容小觑。 其结果调整工艺、设备、操作、管理、生产周期和投资 为尽力避免、减少其对人身财产和环境所造成的危害, 等因素,提出消除、减少、控制危险及危险事件的措施, 世界各国纷纷实行了强制性产品认证制度作为进入市场 降低系统运行的风险 [1] 。 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 1 设计的内涵 好产品的安全设计。 通过对潜在的危险进行分析,提出相应的防范措施, 电子设备由于各种原因而发生失效 , 无法正确执行 使人 - 机 - 环境相协调,减少危险事故的发生。设计的 预定的功能 , 从而导致灾难事故的发生,由此,电子设 内涵和种类分别如图 1。 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 2 安全性设计 全的重要措施 , 它应在危险事件发生之前正确地执行其 2.1 设备的选用 安全功能 , 避免或减少事故的发生。 2.1.1 材料选择 Environmental Technology· April 2014 039 nvironmental Adaptability 环境适应性和可靠性 E&Reliability 很多设备的失效是由所用材料的质量和性能问题造 设计时应确保材料的使用寿命并满足工作强度等要求。 成的。材料的选用要遵循以下原则 : 对于易老化敏感的材料,定期检查,做到及时发现立即 1)材料的选取应满足工作环境要求和受力的安全要 更换。 求; 2.1.2 三防设计 2)避免选用对人体有害的材料,如 三防设计是指防潮、防盐雾和防霉设计。材料的选 ①含有致癌物的材料; 取上 , 金属器件应进行表面防腐处理或采用耐腐蚀性材 ②含水银等有毒材料; 料等,如防锈合金、三防漆等,应保证金属器件不会因 ③能释放与大气化合形成酸或腐蚀性碱的气体材料 , 各种腐蚀失效而对人、其他设备及环境造成危害。需防 能释放有毒烟雾和易爆炸气体的材料等 [2] 。 水的设备,防水设计应达到预期的性能,并且设计的结 若必须采用上述材料时,应须采用安全技术措施和 构要合理,要达到三防的目的 [3] 。 提示性安全措施。 对露天工作的设备,除达到上诉设计外,也要对尘土、 3)造成材料变质的原因有很多,如工作环境、生物、 高温、低温等进行设计。 电磁、老化、应力等,选材上应符合国家、行业标准, 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 图 1 设计的内涵 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、 图 2 设计的种类 040 2014年04月 ·环境技术 nvironmental Adaptability 环境适应性和可靠性 E&Reliability 泄压设备等措施,必要时配备着火告警设备。设置火灾 安全色即是能表达出安全信息的颜色,分为红、蓝、 探测器,早发现早控制。 黄、绿四种颜色,分别表示禁止、指令、警告、安全等信息。 对电真空器件,应严格选材,并须设有足够强度的 对色彩的选用应按 GB 2893-2008 严格执行。 防护装置,以减小爆炸时对周围人员、设备的伤害。对 2.3 电气、辐射的安全性设计 超过 1 个标准大气压的充气、充液等的压力容器,设计 2.3.1 防止电气伤害 的安全系数要适当及有相应的过压安全阀等措施,防止 1)防止触及带电件:通过加强绝缘或双重绝缘将带 承受过大的压力而爆炸 [4] 。 危险电压的零部件与可触及件隔离。 锂电池使用不当会引起燃烧、爆炸。应给出警告, 2)防止危险带电件与可触及件之间的绝缘击穿,根 设计上应采用限流电路、采用过流保护元件等措施防止 据产品工作的环境条件,如:工作时长、机械应力、环 放电电流和反向电流超过电池制造厂规定的允许值。 境温度、空气湿度、污染状况等选择合适的绝缘材料。 2.2 工作环境的安全性设计 对绝缘系统的结构设计要有有足够的绝缘穿透距离、爬 2.2.1 安全出入口 电距离、电气间隙等。 工作室除设有人员进出的门外,也应配有一个紧急 3)防接触电流过大 安全出入口,且开启操作简单方便,其位置应清楚标明, ①降低隔离电容的容量; 附近不应有杂物。 ②设备中的接地连接要可靠,防止因任何意外而导 2.2.2 温度设计 致人员伤害和设备受损; 为使工作者的环境温度适宜,对工作环境所设计的 ③设置补偿电路来达到降低电容电流; 温度要合理。通常是选用空调、加湿器等设备,来调整 ④设置消弧线圈,并使消弧线圈能快速准确做补偿 温度、湿度等参数以保证人体正常的生理特点。 调整与校正电感值 [5] 。 2.2.3 防噪声设计 2.3.2 静电的防护 噪声可造成工作人员耳部的不适,如耳鸣、听力受 近年来,在我国因静电原因引起的事故屡见不鲜, 损甚至耳聋等,另外还易产生疲劳感或烦燥情绪,严重 其中损失巨大的有:上海某石化公司的 2000m3 甲苯罐事 时可影响工作效率,甚至可能造成误操作的危险。 故;山东某石化公司的胶渣罐事故;抚顺某石化公司的 在人员工作岗位上的噪声强度不大于 70dB,无操作 航煤罐事故等。 人员时的噪声强度应不大于 80dB。 通过摩擦及各种能量的作用会产生静电,选用适当 如果噪声将不可避免地超过允许值时,应设计隔音 材料及形状,增大电导率等抑制措施外,还可采取下列 屏、隔音墙等,对于需要在强噪声环境中工作的人员, 措施: 可以配备头盔、轮班休息等措施来保证人员的生理健康。 1)要有良好的接地系统。工作(实验)台、桌椅等 2.2.4 照明安全 要接地,须有防静电工作服(衣服、帽子、鞋、静电手环等) 照明安全是关乎设备和人员安全的重要环境要素。 以保证静电对人体和设备的影响; 充足的光源可以避免因灯光不足或过强及而造成操作失 2)屏蔽。采用静电屏蔽可将静电危害限制到最低或 误。通常操作区的照度应 540lx-755lx。 者不发生,还可防止仪器设备受到静电干扰; 2.2.5 安全标志 3)对绝缘体带电可采用中和的方法; 设备上必须标有能清晰长久保存的标牌,其上要标 4)湿润的环境可以抑制静电的产生,可以采用加湿 出该设备的主要特征、操作类型说明及警示标志等。 器等来实现。 Environmental Technology· April 2014 041 nvironmental Adaptability 环境适应性和可靠性 E&Reliability 2.3.3 防辐射 滤波可以将信号中某些特定频率的信号过滤,达到 1)电离辐射 抑制和防止干扰的作用。一般加载滤波器等措施。 电离辐射是释放电子的过程,特点是具有波长短、 接地起到防止外部电磁场的干扰,可以把多余的电 能量高。其中质子、α 粒子、β 粒子带电,γ 射线、 荷释放掉,接地起到避免设备和人员遭受电源泄露或者 χ 射线和中子不带电。影响因素有: 静电放电的作用 [6] 。 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; 3 总结 ②距离。不同的射线辐射距离也不同,如 χ 射线比 随着科技的发展,电子设备的功能越来越多 , 组成 γ 射线射程近; 结构越来越复杂 , 自动化程度越来越高 , 设备发生安全事 ③屏蔽。设立屏蔽墙(屏)等来达到保护工作人员 故的可能性也不断增大 , 加强安全性的设计与研究显得 的目的。 十分迫切。鉴于中国在全球制造环节和设计环节的重要 2)激光辐射 地位,使得中国成为全球各大仪器厂商青睐的大战场, 激光是波长为 180nm~1mm 的所有的电磁波,具有定 随着国产设备销往世界,因此必须要符合世界各地的安 向、能量高、发散度小等的特点。激光辐射可引起人体 全标准。我国的电子设备要走出国门面向全球化市场, 乏力、头痛、心律失常、灼伤皮肤、损伤细胞、视力下 首先第一步就是解决电子设备的安全性问题。 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 参考文献 形的武器——电磁脉冲武器,它产生的辐射在电路之间 [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- 及半导体之间产生感应电流,对电子设备造成干扰,甚 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 至使电子元件、集成电路烧毁,使敌方设备失控,丧失 技术研讨会 , 2008:176-179. 战斗力。 [3] 路龙龙 , 石伟 . 电子结构的三防设计 [J]. 电子元器件应用 , 2012, ② 防护技术: 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, 电磁防护技术一般有屏蔽、接地、滤波等。 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 屏蔽一般又分为电屏蔽、磁屏蔽和电磁屏蔽。屏蔽 管理 , 2010(3):132-133. 主要是指减弱电磁向外辐射并减弱外部的电磁对设备的 [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. 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 作者简介 般用电磁屏蔽。通过屏蔽,可以保护设备免受外部电磁 白伟(1989-),男,山西长治人,在读硕士研究生,主要从事电子测 试设备安全性的设计及研究。 的干扰和冲击,同时能有效的保护信息被窃取。 042 2014年04月 ·环境技术