關(guān)于IEC 60335-1中對(duì)插頭插腳間殘余電壓標(biāo)準(zhǔn)解讀

劉 鵬 陳思苑 王麗陽(yáng)

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519070）

引言

檢測(cè)插頭各插腳間的殘余電壓是為了驗(yàn)證產(chǎn)品在使用過(guò)程中插拔接觸插腳時(shí)，不會(huì)因存在容性器件等放電而引起觸電隱患。IEC 60335-1中規(guī)定了相關(guān)的檢測(cè)方法及判斷要求,被測(cè)器具以額定電壓供電將其任何一個(gè)開(kāi)關(guān)置于“斷開(kāi)”位置，使器具在電壓峰值時(shí)與電源切斷，在切斷電源后的1 s時(shí)用一個(gè)不會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響的儀器對(duì)插頭各插腳間的電壓進(jìn)行測(cè)量，要求該電壓有效值不應(yīng)超過(guò)34 V。

1 標(biāo)準(zhǔn)中選擇34 V來(lái)源

人體及家畜對(duì)電容器的放電電流開(kāi)始有疼痛感的曲線圖及區(qū)域如圖1。

圖1所示，所有人體及家畜對(duì)電擊都開(kāi)始有反映的能量是58 μJ，描繪出等能量線如上。從描繪圖可知只有交點(diǎn)a在所有人體及家畜都有反映的區(qū)域內(nèi)，而該交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電容量為0.1 μF。

根據(jù)電能與電壓的關(guān)系：

其中 E=58 μJ C=0.1 μF

由關(guān)系式（1）可知：U=34 V

殘余電壓是由于容性等元器件的放電產(chǎn)生的,假設(shè)電容C的初始電壓為U0，并聯(lián)電阻R，那么電容上的電壓U1隨著時(shí)間的變化呈一定的指數(shù)規(guī)律下降。按照標(biāo)準(zhǔn)要求大于0.1μF的電容，有存在電擊的危險(xiǎn)。如何檢測(cè)插頭拔掉后1 s鐘插頭之間殘壓，根據(jù)電容器放電原理，其放電過(guò)程可用如下公式，電容器放電模擬曲線如圖2。

其中U0為電容器放電之前電容器兩端的最高電壓，U1為安全電壓；τ為放電時(shí)間常數(shù)；t為插頭拔出瞬間后直到電容器的電壓降到安全電壓以下所需的時(shí)間。以220 V市電為例，降為安全電壓34 V，其中220 V的峰值電壓：

U0=220×1.414≈311 V

t=1 s

U1=34 V

則：τ=- 1 / （ln34/311）=0.452 s

經(jīng)上述分析，單相220 V供電的器具，當(dāng)電源插頭拔出1 s后，插頭上的電壓需降到安全電壓以下，此時(shí)電容器的放電方式所構(gòu)成的時(shí)間常數(shù)如下：

即τ=RC≤0.452 s

綜上是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中要求電壓不超過(guò)34 V的來(lái)源分析，及以34 V為極限值時(shí)所對(duì)應(yīng)的放電時(shí)間的設(shè)計(jì)推算，該推算為設(shè)計(jì)人員提供參考依據(jù)。

2 人體或家畜對(duì)電擊反映趨勢(shì)分析

圖1曲線 A1表示部分人或家畜對(duì)電擊開(kāi)始有明顯觸電感覺(jué)的曲線（承受范圍內(nèi)）

圖1曲線 A2表示所有人或家畜對(duì)電擊開(kāi)始有明顯觸電感覺(jué)的曲線（承受范圍臨界點(diǎn)）

圖1區(qū)域 A 表示部分人或家畜對(duì)電擊有明顯觸電感覺(jué)的區(qū)域（承受范圍內(nèi)）

圖1區(qū)域 B 表示所有人或家畜對(duì)電擊有非常疼痛感的區(qū)域（超承受范圍）

標(biāo)準(zhǔn)要求電壓從峰值處斷開(kāi)，目的使電容器的充電電壓達(dá)到最大。例如額定電壓為120 V的器具當(dāng)插頭從插座拔出時(shí)，電容器對(duì)插腳的放電電壓為170 V（120×√2）。從上圖1可以看出對(duì)于容量為0.1μF的電容器在電壓是170 V時(shí)的放電能量和電量沒(méi)有到達(dá)曲線B的范圍內(nèi)，放電能量大于0.72 mJ，該電壓已對(duì)人體和家畜產(chǎn)生危害，但還沒(méi)有達(dá)到非常危險(xiǎn)的程度。

對(duì)于額定電壓為230 V的器具當(dāng)插頭從插座拔出時(shí)，電容器對(duì)插腳的放電電壓為325 V（230×√2）。從上圖1可以看出對(duì)于容量為0.1μF的電容器在電壓是230 V時(shí)的放電能量和電量已在曲線B的范圍內(nèi)，放電能量為10.56 mJ，該電壓對(duì)人體和家畜已產(chǎn)生很大的危害。電擊對(duì)人體和家畜的危險(xiǎn)程度除了和電壓有關(guān)外，還要考慮人體和家畜與插腳的接觸面積。

圖1 電擊反映趨勢(shì)

圖 2 電容放電曲線

從以上分析可知，如果1 s時(shí)電壓為34 V電容器為0.1 μF，a交點(diǎn)已剛剛進(jìn)入所有人及家畜對(duì)電擊都有反映的區(qū)域，所以當(dāng)人體及家畜接觸了電壓小于34 V，電容量小于0.1 μF插頭的插腳時(shí)不會(huì)造成危險(xiǎn)。

3 實(shí)測(cè)案例分析

1）案例一：對(duì)某一系列電飯煲進(jìn)行開(kāi)機(jī)和待機(jī)檢測(cè)殘余電壓測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)同一臺(tái)樣機(jī)在開(kāi)機(jī)和待機(jī)是所測(cè)得的殘余電壓結(jié)果存在差異，測(cè)試具體數(shù)據(jù)如表1所示。

案例分析：根據(jù)圖3插頭放電一般等效電路圖及放電過(guò)程公式（1） 所示，可知當(dāng)被測(cè)器具開(kāi)機(jī)時(shí)，相當(dāng)于給電路并上了一個(gè)電阻，是等效電阻R的阻值變小，τ（τ=RC）變小，變小，因?yàn)槭菃握{(diào)增函數(shù)，變小，u1也變?。凰?，被測(cè)器具開(kāi)機(jī)時(shí)測(cè)得的殘余電壓小于或等于待機(jī)時(shí)測(cè)得的殘余電壓。

綜上以上原因分析，對(duì)于具有類似功能設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，對(duì)器具開(kāi)機(jī)檢測(cè)和待機(jī)檢測(cè)的結(jié)果相差較大，且待機(jī)測(cè)試值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于開(kāi)機(jī)測(cè)試值，實(shí)測(cè)案例完全符合上述分析。這就要求檢測(cè)者應(yīng)全面考慮器具的不同工作模式，得出符合要求的結(jié)論。

2）案例二：對(duì)某一電源黑盒子進(jìn)行殘余電壓檢測(cè)，分別在波峰和波谷斷開(kāi)處檢測(cè)供電插頭的殘余電壓，測(cè)試值如表2。

案例分析：由于在某些電路中，可能存在二極管等類似單向?qū)ǖ脑骷?，二極管具有正向?qū)?，反向截止的特性，由于二極管這種單向?qū)ㄐ?，使得機(jī)組在波峰斷開(kāi)和波谷斷開(kāi)的放電通路不同，放電快慢也不一樣，所測(cè)得的殘余電壓也存在這差異，有些電路有時(shí)波峰斷開(kāi)殘余電壓為零，波谷斷開(kāi)時(shí)殘余電壓卻遠(yuǎn)大于零。

查看該案例中器具的電路如圖4，存在單向?qū)ǖ亩O管D11，結(jié)合該器具電路設(shè)計(jì)原理圖分析實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)值，可知實(shí)測(cè)值符合以上原因分析。

4 引起殘余不合格常見(jiàn)因素

除以上因素外還以下兩種常見(jiàn)的因素：

1） 對(duì)于一些控制器元器件設(shè)計(jì)較多的電子線路，常因電子線路的設(shè)計(jì)不合理而使各插頭的插腳之間殘余電壓過(guò)剩，在拔出插頭后1 s時(shí)仍存在較高的電壓，而操作者在拔插頭時(shí)形成觸電危險(xiǎn)。此類問(wèn)題的原因可能是因未設(shè)計(jì)放電回路或回路設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致。

表1 開(kāi)機(jī)和待機(jī)測(cè)試值

圖3 插頭放電一般的等效電路圖

表2 波峰和波谷測(cè)試值

圖4 電壓檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)電路

2）某些產(chǎn)品為了滿足電磁兼容的需要，會(huì)在電子線路電路的零線對(duì)地和火線對(duì)地并聯(lián)多個(gè)濾波電容，但如果未設(shè)計(jì)放電電阻或電阻過(guò)大均會(huì)導(dǎo)致電容端的殘余電壓未能及時(shí)釋放而存在電擊危險(xiǎn)。

5 總結(jié)

本文結(jié)合人體、家畜對(duì)電擊反映的趨勢(shì)圖，詳細(xì)分析了標(biāo)準(zhǔn)選擇34 V及0.1 μF的原因，使相關(guān)設(shè)計(jì)及檢測(cè)人員從根本上了解限值的由來(lái)。并結(jié)合實(shí)際產(chǎn)品檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員如何優(yōu)化設(shè)計(jì)電子電路，從根本上解決殘余電壓過(guò)剩問(wèn)題，指導(dǎo)檢測(cè)人員掌握對(duì)日常檢測(cè)結(jié)果影響的因素，提高檢測(cè)效率。