淺析電器開關斷電位置的安全風險

陳春良 朱乃榕

（1.福州墨爾本理工職業(yè)學院 福州 350108；2.福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院 福州 350002）

引言

電子電器產(chǎn)品通常會在電源輸入LN極間安裝X電容用于抑制差模干擾。當斷開電源連接后，X電容泄放電荷，插頭極間帶有殘余電壓，倘若人體過早地觸及電源插頭存在觸電風險。家用電器產(chǎn)品、信息技術設備、音視頻裝置及醫(yī)療電子設備標準中，均包含X電容殘余電壓（俗稱插頭放電）的檢驗項目。我國每年的國家級、省級以及地市級的電子電器產(chǎn)品安全質(zhì)量監(jiān)督抽查中，該項目是必檢項目，可見其重要性[2-4]。

GB 4706.1標準22.5條款規(guī)定：對于額定電壓供電的電器，其任一位置的開關斷電不影響在電壓峰值時從電源斷開[1]。業(yè)內(nèi)對“將任一開關置于斷位”的理解上存在分歧，有觀點基于中文標準字面含義理解為至少有一個或多個開關置于斷位，也有觀點認為要考慮開關置于通位和斷位的不同狀態(tài)。理解差異最終造成產(chǎn)品安全測試結果不一致，導致家電產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，存在安全隱患。

1 召回案例

根據(jù)國家市場監(jiān)督管理總局缺陷產(chǎn)品管理中心統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，因插頭放電項目存在風險而召回電子電器產(chǎn)品的案例不在少數(shù)，例如：

國內(nèi)召回案例一：湖北視貝智能電器有限公司決定召回計劃，召回2017年11月8日至11月21日生產(chǎn)的STP11B型SEEBEST電磁爐，受影響的產(chǎn)品數(shù)量為2 000臺。本次召回所涉及的產(chǎn)品存在殘余電壓測試項目不符合相關國家標準，當消費者使用完該產(chǎn)品拔出電源插頭時，可能存在觸電危險，存在安全隱患。

國內(nèi)召回案例二：福安市榮善電子有限公司宣布召回計劃，召回2020年8月10日制造的規(guī)格型號為X10F，生產(chǎn)批號為RS2020-A08021的按摩椅，涉及數(shù)量為15臺。本次召回范圍內(nèi)的按摩椅，產(chǎn)品結構、穩(wěn)定性和機械危險項目不符合國家標準GB 4706.1和GB 4706.10的要求：①綁扎帶可能會意外脫落，后蓋可被自行打開，觸及危險的運動部件；②電路板上的電容缺少放電電阻，導致殘留電壓超過限值。

國外召回案例一：歐盟于2019年03月29日宣布，召回E-ROAD自平衡滑板車，編號：BR1000CCHBS。認為存在的缺陷：電源的連接器插腳的放電電壓過高，在用戶拔下電源時，可能會遭到電擊。

國外召回案例二：歐盟于2019年02月15日宣布，召回CDTS Electrical gyropod自平衡滑板車，型號BS-2.5。認為存在的缺陷：電源的連接器插腳的放電電壓過高，在用戶拔下電源時，可能會遭到電擊。

制造商與消費者應密切關注國家市場監(jiān)督管理總局缺陷產(chǎn)品管理中心實時發(fā)布的召回信息，以便加強對電子電器產(chǎn)品安全質(zhì)量的認知理解。

2 條款原理

插頭放電的原理是RC放電（RC放電回路見圖1）。根據(jù)基爾霍夫定律，RC電路方程為：

圖1 RC放電回路

式中：

R—圖1中的電阻的電阻值，

E—圖1中的電源電壓值，

C—圖1中的電容器電容值，

t—表示時間，

Uc—圖1中的電容器電壓值。

基于電容電壓無法突變的原理，當初值條件為：

該公式表明電容C殘余電壓Uc，與供電電壓E、RC值、放電時間t等參數(shù)相關。簡單來看，電容C殘余電壓Uc與供電電壓E、RC值成正比，與放電時間t成反比。

當用戶將產(chǎn)品與電網(wǎng)電源斷開時，若斷開時刻剛好對應電壓峰值，則插頭極間電容充電至最大電壓，放電也將呈現(xiàn)最大殘余電壓。殘余電壓受放電時間t、電容容值C及泄放電阻R影響。其中，放電時間t為標準要求的固定值，電容容值C主要考慮EMI最低需求。所以，插頭放電項目主要評估泄放電阻R，只要R阻值合理，能夠?qū)㈦娙軨電荷在時間t內(nèi)泄放至標準要求，即可通過考核。

GB 4706.1完全等同翻譯IEC 60335-1標準，以最新的IEC 60335-1:2020版本條款原文“Any switch is then placed in the off position and the appliance is disconnected from the supply mains at the instant of voltage peak.”為例，Any switch解釋為任一開關。所謂任一開關即代表一個或多個乃至全部開關。檢驗中將開關置于斷位后再測試插頭放電項目對應著在現(xiàn)實中用戶先斷開產(chǎn)品開關后再將電源插頭拔出。即使該測試方法的結果合格，先斷開產(chǎn)品開關才能拔出電源插頭的行為，對于用戶而言難以得到嚴格遵循。無論是斷開任一或全部開關，都無法完全模擬實際情況，僅以標準文字按本宣科地檢測會人為忽略某些暗藏危險的結構設計。

3 開關影響

以某家用電器初期的設計原理圖對開關組合影響插頭放電作如下分析，以圖2為例。

圖2 電源開關組合

probe為插頭放電檢測網(wǎng)絡（詳見IECEE DSH 716號CTL決議，該網(wǎng)絡由100 MΩ電壓探頭和25 pF電容組成，通常認為在插頭放電試驗中不會造成顯著影響）；

Mains connector為器具電源插頭；

CX為X電容，RX為泄放電阻（理論計算RXCX參數(shù)剛好使得器具在峰值電壓時斷電，1s后插頭極間電壓能夠降低至標準要求）；

CYa、CYb為Y電容（通常Y電容容值小于X電容容值數(shù)萬倍，在插頭放電試驗中不會造成顯著影響）；

REUT為器具運行負載（電源斷開后負載電路阻抗與RX并聯(lián)后加速插頭放電）。

開關A、B、C、D功能如下：

開關A：連接/斷開電源，電源線上的防漏電保護開關；

開關B：連接/斷開X電容CX及后級電路，單極斷開機械開關；

開關C：連接/斷開Y電容CYa、CYb及后級電路，單極斷開機械開關；

開關D：連接/斷開器具運行負載，單極斷開機械開關。

器具正常通電運行后，設置不同開關組合（開關A、B、C、D的通/斷狀態(tài)能夠構成16種組合），然后拔出電源插頭，將對應不同的試驗結果，詳見表1。

表1 16種開關組合的插頭放電結果

表1中，即使16種組合的probe檢測結果均為合格，組合5、6、7、8、13、14、15、16卻依然存在觸電隱患。隱患在于，當產(chǎn)品開關處于上述組合，用戶拔出電源插頭并觸摸插頭時無殘余電壓，再接通開關后，CX電荷無法通過RX瞬間泄放至安全限值，插頭上帶有高伏值電壓從而對人體產(chǎn)生電擊危險。而如果不存在開關B，RXCX始終并聯(lián)，則不論開關A、C、D處于何種組合搭配或用戶任何操作都不影響CX電荷的有效泄放。由此可見，若RXCX電路中存在開關，即使置于斷位后測試插頭放電合格也無法認為危險已經(jīng)消除。

4 標準對照

對照家用電器產(chǎn)品、信息技術產(chǎn)品、音視頻產(chǎn)品及醫(yī)療電子產(chǎn)品標準中關于插頭放電的有關規(guī)定，詳見表2。GB 4943.1、GB 9706.1標準均認為，對于帶有開關的器具，應考慮開關通/斷組合下的最不利情況，即考核所有開關通/斷狀態(tài)，對應表1的所有組合[1,3,5]。

表2 大類標準關于插頭放電的條款對照

考慮到IEC 60335-1標準版本迭代已有數(shù)十年，IECEE官方不曾發(fā)布關于插頭放電試驗中開關通/斷狀態(tài)的相關公告或決議。引起國內(nèi)分歧的主要原因是解讀不統(tǒng)一，我們應從安全防護原則出發(fā)，深刻理解標準初衷。

插頭放電的核心原理是RC放電，即電容C貯藏電荷始終由泄放電阻R消耗。電子電器的設備級安全防護設計應能保證在插頭從電源處拔出后，泄放電阻R有效泄放X電容電荷，使得殘余電壓在指定時間降低至標準要求。而不應該主動地降低防護等級，意圖依靠行為性安全防護，即指望用戶先斷開某些開關，再拔出插頭且不再有任何操作。在開關斷開時，X電容電荷得不到有效泄放，即使插頭拔出后的檢測結果顯示沒有殘余電壓，用戶在插頭斷電時接通開關反而出現(xiàn)觸電，其實質(zhì)是沒有通過設備級安全防護將危險源始終控制在安全級別以內(nèi)，違背安全標準設計原則。

故而，對于GB 4706.1標準規(guī)定，額定電壓供電的電器任一位置的開關斷電不影響在電壓峰值時從電源斷開[1][5]的解讀，應從字面“任一開關置于斷位后測試插頭放電”提升至“考慮任一開關置于斷位可能造成的最不利情況后，測試插頭放電”?！白畈焕闆r”不僅包含樣品所有開關的通/斷電狀態(tài)，也包含對用戶行為的預測。牢記“電容C貯藏電荷始終由泄放電阻R消耗”原則，才能最大限度地保證插頭放電項目的安全性。

5 結語

GB 4706.1標準起草相關部分時引言聲明假定有經(jīng)驗且有資格的人才能執(zhí)行標準，因此存在這樣的情況，一個符合本條款標準的器具，在檢查時，仍可能存在其他特性或者是無法保證器具（如開關位置導致的插頭放電）的安全水平，但最終判定其符合本部分中的相關安全準則[1,5]。

當發(fā)現(xiàn)電子電器產(chǎn)品出現(xiàn)安全質(zhì)量隱患，并標準文本要求相背離時，不應教條地執(zhí)著于個別字眼，應該認真溯源、查閱原文標準、分析項目初衷、研究試驗原理、模擬用戶行為，以安全防護為第一原則，避免形成漏判或誤判。