文章來源：國家工程機械質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心

高電壓叉車的特點是電氣系統(tǒng)為高壓，其工作電壓可高達600V，在使用、維修和保養(yǎng)時，可能會給駕駛?cè)藛T、周圍作業(yè)人員和維修人員帶來觸電風(fēng)險。因此，在設(shè)計和規(guī)劃其電氣系統(tǒng)時，除滿足正常工作需求外，還必須確保叉車駕駛?cè)藛T和周圍作業(yè)人員安全。高電壓叉車電氣系統(tǒng)安全防護成為該類型叉車研究設(shè)計時必須解決的問題。
本文從電氣安全的角度對高電壓叉車的電氣系統(tǒng)進行分析和研究，給出較為全面的安全分析、防護方案，從而指導(dǎo)高電壓叉車電氣系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計。

1高電壓叉車安全標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

同樣的功率下將工作電壓升高后，電流就會變小，因此采用高壓設(shè)計，可減小叉車電機、逆變器電流，從而縮小體積、降低成本和能耗。目前，叉車等工業(yè)車輛的電氣系統(tǒng)依據(jù)GB/T27544-2011《工業(yè)車輛電氣要求》，該標(biāo)準(zhǔn)給出了系統(tǒng)電壓超過120V的幾個電氣安全防護措施，不夠細致和全面，而電動汽車的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)明確說明了高電壓的電氣安全要求，對高壓部件和高壓系統(tǒng)提出了結(jié)構(gòu)、性能和策略方面的要求，兩者對電氣系統(tǒng)的安全要求對比如表1所示。

從表1可以看出，電動叉車的GB/T27544-2011在電氣系統(tǒng)的主動放電和絕緣監(jiān)測方面存在缺失，且其在接觸防護和電位均衡方面沒有詳細闡述，通過與國內(nèi)某叉車生產(chǎn)企業(yè)溝通交流，結(jié)合電動叉車自身特點及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，我們就高電壓叉車電氣系統(tǒng)安全關(guān)鍵技術(shù)展開分析和研究。

2高壓安全技術(shù)分類

高壓安全的防觸電技術(shù)，就是要充分保證人的安全，即防止高壓接觸對人體造成的觸電危害，其關(guān)鍵技術(shù)主要有3個方面，一是接觸防護，即如何防止人員接觸到高壓部件；二是即使發(fā)生意外接觸，應(yīng)避免人員發(fā)生觸電危害；三是安全預(yù)警，在發(fā)生高壓安全危險之前，即漏電之前，要有及時的預(yù)防和預(yù)警系統(tǒng)，保證危險發(fā)生之前就能夠杜絕。
因此，高電壓叉車電氣系統(tǒng)的安全要在接觸防護、防止觸電傷害、安全預(yù)警3方面保證安全。為此，我們進行了以下分類，如表2所示。


3高電壓叉車安全保護措施

3.1接觸防護
3.1.1絕緣
高壓安全最重要方面就是電氣系統(tǒng)的絕緣水平，電動叉車的高壓電氣系統(tǒng)包括電池、電機、控制器、高壓電氣回路，這些帶電部件與自身殼體之間、高壓回路與車體之間以及不同高壓部件之間都有很高的絕緣要求。提供這些產(chǎn)品的電氣部件供應(yīng)商在設(shè)計過程中，絕緣指標(biāo)必須預(yù)留安全余量，以確保在部件的生命周期內(nèi)，絕緣措施不會因為老化而自然失效。
叉車生產(chǎn)企業(yè)要采取主動安全的策略，利用物理方法，對整車及電氣系統(tǒng)相關(guān)部件進行絕緣，主要有以下幾點：
電池二次絕緣。從設(shè)計上保證電池組與箱體絕緣、箱體與車體再次進行絕緣。
高壓電氣部件外殼接地。高壓電器外殼接地，確保人體可觸及的部位與人體為同一電位。
絕緣電阻檢測。對高壓電氣部件進行絕緣電阻檢測，當(dāng)?shù)陀诎踩拗禃r采取相關(guān)措施。

3.1.2耐壓
高壓電氣設(shè)備故障很多是由于過電壓造成設(shè)備的絕緣損壞。當(dāng)絕緣有缺陷時若不及時發(fā)現(xiàn)排除，最終會導(dǎo)致電氣部件的損壞。耐壓試驗是發(fā)現(xiàn)高壓電氣絕緣缺陷的重要方法，通過試驗及時發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷，并通過檢修加以消除，以防設(shè)備在運行中發(fā)生絕緣擊穿等不可挽回的損失。
高電壓叉車電氣系統(tǒng)在運行中，由于故障或電氣部件的參數(shù)配合不當(dāng)?shù)仍?，引起系統(tǒng)中某些部件的電壓突然升高，超過其額定電壓，這就是過電壓。因此，耐壓試驗是鑒定高電壓叉車電氣設(shè)備絕緣強度最直接的方法，可以有效地發(fā)現(xiàn)其電氣系統(tǒng)的絕緣缺陷，是高電壓叉車出廠和定期必測的項目，也是保證其絕緣水平、避免發(fā)生絕緣事故的主要手段。

3.1.3高壓安全標(biāo)識及遮擋
高壓電氣系統(tǒng)必須設(shè)有高壓安全標(biāo)識，以起到警示作用.為了防止接觸傷害，高壓電氣部件的防護等級要達到IPXXB，通過使用蓋、防護欄等來防止直接接觸，這些防護裝置應(yīng)牢固可靠，并耐機械沖擊，在不使用工具或無意識的情況下，其不能被打開、分離或移開。
3.1.4復(fù)雜拆卸
為了防止高壓電氣系統(tǒng)被輕易打開，電氣系統(tǒng)及部件要設(shè)計成復(fù)雜拆卸，這種復(fù)雜拆卸的特點是只有通過多個操作動作和專用工具才能打開部件，最大限度的保護作業(yè)人員和非維修人員的安全。

3.2防止觸電傷害
3.2.1高壓互鎖
高電壓叉車的電氣系統(tǒng)由多個部件組成，其相互之間都是靠高壓連接器連接。叉車運行的環(huán)境比較惡劣，大多數(shù)工況使叉車處于振動與沖擊狀態(tài)，由于人為操作不當(dāng)或者車輛振動、部件老化而引起高壓連接器的脫落或松動，對于高壓連接器類不具備分斷能力的器件非常危險。此時電壓會擊穿空氣，在連接器之間形成電弧，電弧時間雖短，但能量很高，會對周邊的人員造成觸電的傷害。這時就需要相應(yīng)裝置被觸發(fā)，從而斷開高壓回路，高壓互鎖能夠起到該種保護作用。
高壓互鎖裝置是與高壓回路具有聯(lián)動關(guān)系的低壓部分，其原理是通過在高電壓回路中發(fā)送一個微弱(遠低于安全電壓)的電信號，以對電氣回路的連續(xù)性(完整性)進行檢查，一旦信號中斷，說明某一個高壓連接器有松動或者脫落，此時控制器就會切斷電源，主動放電，以清除該處的危險電壓。由此可見，高壓互鎖的作用就是檢測高壓部件、導(dǎo)線和連接器的電氣完整性或連通性，從而識別電氣回路是否異常，以防止發(fā)生觸電危險。
3.2.2電位均衡
如果高電壓叉車電氣部件的導(dǎo)線或外殼意外破損時，破損部位就會與車體搭碰，造成較大的電勢差而形成漏電電流，人體碰觸車體可能導(dǎo)致電擊。假如將電氣設(shè)備的導(dǎo)線和外殼直接或間接與車體相連接，達到同一電位。由于沒有電勢差，就不會在瞬時產(chǎn)生大電流，人體就不會觸電，人在叉車上仍是安全的，不會發(fā)生電擊事故，這就是電位均衡，也稱等電位聯(lián)結(jié)。電位均衡可以有效防止人員觸電傷害，是高電壓叉車電氣系統(tǒng)安全的重要保證之一。

3.3安全預(yù)警
3.3.1絕緣監(jiān)測
高電壓叉車電氣系統(tǒng)的工作電壓可以達到600V以上，較高的工作電壓對高壓系統(tǒng)與車輛底盤之間的絕緣性能提出了更高要求。高壓電纜線絕緣介質(zhì)老化、破損或受潮濕環(huán)境影響等，都會導(dǎo)致高電壓電路和車體之間的絕緣性能下降，電源正、負極引線將通過絕緣層和車體構(gòu)成漏電回路，給駕駛?cè)藛T的安全造成嚴(yán)重威脅。
當(dāng)高電壓電路和車體之間發(fā)生多點絕緣性能嚴(yán)重下降時，還會導(dǎo)致漏電回路的熱積累效應(yīng)，可能造成電氣系統(tǒng)的火災(zāi)。因此，高電壓叉車電氣系統(tǒng)相對車體絕緣性能的實時監(jiān)測是其安全技術(shù)的核心內(nèi)容，準(zhǔn)確、實時地監(jiān)測叉車高壓電氣系統(tǒng)對車體的絕緣性能，對保證作業(yè)人員安全、電氣設(shè)備正常工作和叉車安全運行具有重要意義。
絕緣檢測器和漏電保護器是高電壓叉車電氣系統(tǒng)絕緣監(jiān)測不可或缺的裝置。絕緣監(jiān)測器實時監(jiān)測電動叉車高壓系統(tǒng)對地的絕緣電阻，當(dāng)高壓系統(tǒng)對車體的絕緣電阻低于設(shè)定的報警判定值時，絕緣監(jiān)測器發(fā)出報警信號，并切斷叉車高壓電源。其原理是在交流母線正、負極和車體之間接入電阻，通過電子開關(guān)或高壓繼電器接通電阻和車體，然后測量這些電阻上的電壓或電流，再實時計算得到絕緣電阻的大小。
漏電保護器監(jiān)測高壓回路里的漏電電流，一旦有正或負母線與車體相連，保護器報警，這就避免了電氣部件殼體漏電成為高壓正極，在車上的駕駛?cè)藛T觸摸負極造成電擊傷。如果有上述意外發(fā)生，整車會通過儀表提示駕駛員并進行相應(yīng)的處理策略。
3.3.2溫度監(jiān)測
高電壓叉車的電機、電控、高壓連接件等部件在工作過程中，因其自身的電阻會發(fā)熱，隨著熱量的累積，將會使部件的基板溫度和工作溫度升高。如果溫度過高，可能會造成部件的過熱損壞，相鄰絕緣部件的性能劣化甚至擊穿，造成事故，為了能使電氣部件可靠穩(wěn)定工作，除了部件自身的過熱保護外，還必須采取有效措施監(jiān)控電氣部件溫度，溫度過高時，須采取行之有效的散熱措施，將熱量傳導(dǎo)出去，從而保證叉車安全可靠的作業(yè)。
3.3.3觸點監(jiān)測
為實現(xiàn)高電壓叉車的控制功能和高壓電路的可自行切斷保護功能，在叉車的高壓電氣系統(tǒng)中需要配置有可控制的且有自我保護切斷高壓回路功能的高壓接觸器。如果高壓接觸器觸點發(fā)生閉合或斷開失效的情況時，沒有相應(yīng)的正確處理方式應(yīng)對，將有可能引起不正常的控制而造成叉車不能正常啟動或不能啟動，嚴(yán)重的情況下，將會給人身安全造成威脅。鑒于上述問題的嚴(yán)重性，應(yīng)對高壓接觸器觸點狀態(tài)進行安全有效的實時監(jiān)控，并對故障進行處理。當(dāng)高壓接觸器觸點發(fā)生閉合或斷開失效故障時，高壓電氣系統(tǒng)會發(fā)出報警，以提示駕駛?cè)藛T停止叉車作業(yè)并找出問題的所在。

4行業(yè)應(yīng)當(dāng)解決的問題

目前叉車行業(yè)中具備高電壓叉車開發(fā)能力的企業(yè)極少，對高壓電安全問題缺乏系統(tǒng)的認識，也沒有可依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，一定程度上限制了高電壓叉車的發(fā)展。今后，需要著重解決以下幾個問題：一是對于高壓電氣系統(tǒng)的電擊危險性還需要作更加全面、更加深入的定量分析，才能更加有效地指導(dǎo)高電壓叉車的研發(fā)工作。二是由于高壓系統(tǒng)的等效絕緣電阻與整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)密切相關(guān)，并且系統(tǒng)高壓母線上的干擾非常大，這對絕緣監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計、測試與完善提出了很高的要求。三是目前參考電動汽車的標(biāo)準(zhǔn)居多，對叉車的適用性仍有待完善。