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1、引 言
家用电器设备早已经进入了干家万户,用途日益广阔,其电气安全性能也成为我们越来越重视的问题,“漏电”在日常生活中无处不在,高压源通过空气放电,导电性物质放电,非导电性物质放电,可以说我们每天接触的电器都有“漏电”的存在,在潮湿的天气如果用电笔接触电器设备在室外的金属外壳,有时会有微弱的亮光,说明此时设备金属外壳是有电的,这是否代表此电器设备是不安全的呢?实际上并非如此,电器设备金属外壳和强电部分本身是分离的,造成这种现象的原因就是“漏电”,也就是泄露电流。电器设备的强电部分通过空气或者绝缘材料泄露放电,使设备金属外壳带电,当人触摸到设备金属外壳则构成回路,但此时在回路中的泄露电流很小(既由强电部分到设备金属外壳之间的绝缘电阻很大),220V的电源在人体上的分压很小,不会对人造成危害。但是一旦出现异常情况,强电部分到设备金属外壳之间的绝缘被破坏,电阻变小,则之前回路的电流就会增大,从而对人体造成危害,由此可见电气安全的重要性。
2、人体的电流阈值
经过研究表明通过人俸的电流值只要不超过某个限值就不会对人体造成危害,对于
低压(1000V以下)50Hz的交流电而言,人体有两个主要的效应阈值。
(1)摆脱阈值:10mA,主要指人体接触带电导体时可瞬即摆脱带电导体,不存在电击致使危险的电流。当人用手持带电导体时,如流过手掌的电流超过此值,手掌肌肉的反应是不依人意地紧握带电导体而不是摆脱带电导体,如不能摆脱带电导体,在较大电流长时间作用下人体将遭受伤害甚至死亡。
(2)心室纤维性颤动阈值:30mA,电流通过人体时引起的心室纤维性颤动是电击致死的主要原因。IEC60479标准根据测试得出导致心室纤颤的15-100Hz交流电流Ib与通电时间;的关系曲线,由曲线可知,只要Ib小于30mA,人体就不致因发生心室纤颤而电击致死。据此国际上将防电击的高灵敏剩余电流动作保护器的额定动作电流取为30mA。
依据欧姆定律电流Ib园施加与人体阻抗上的接触电压而产生,接触电压越大,Ib也越大。在设计电气装置时计算电流很困难,而计算接触电压比较方便。因此IEc又提出相应的预期接触电压一时间曲线。由此得出在干燥条件下当接触电压不大干50V时,人体接触此电压不致发生心室纤颤。IEC标准中将家用电器的特低电压值规定为不超过50V,安全特低电压不超过42V。
3、电气安全指标和相关的测试方法
(1)绝缘耐压
绝缘耐压主要是考核在高电压的情况下,设备绝缘不会发生破坏。一般来说绝缘分为基本绝缘,附加绝缘和双重绝缘,基本绝缘是指施加于带电部件对电击提供基本防护的绝缘,附加绝缘是指万一基本绝缘失效,为了对电击提供防护而对基本绝缘另外施加的独立绝缘。双重绝缘是指有基本绝缘和附加绝缘构成的绝缘系统。加强绝缘是指提供与双重绝缘等效的防电击等级而施加于带电部件的单一绝缘,此绝缘可以由几层组成。但它不像附加绝缘或基本绝缘那样能逐一地试验。国标中规定对于基本绝缘需要承受1250V持续1min的耐压测试,附加绝缘需要承受1750V持续1min的耐压测试,而加强绝缘则需要承受3000V持续1min的耐压测试;且绝缘应具备最低的厚度,附加绝缘为1mm,加强绝缘为2mm。
①测试仪器:安规综合测试仪7440,其测试量程为:电气强度 0-5000V(0-40mA);
接地电阻0-150mQ(3-30A);
②测试接口:此仪器共有3个测试接口,H.V,RETURN~CURRENT。其中H.V与
RETURN端口为绝缘耐压测试端口,此时H.V接空调火零线,RETURN接需要测试部位;CURRENT与RETURN端口为接地电阻测试端口,此时CURREN瞄空调需测试接地电阻部位,RETURN接空调地线。
③测试方法:在带电部件和易触及部件(非金属部件用金属箔覆盖)之间施加绝缘对
应的电压,持续1min。一般来说带电部件都是电源的火零线。
④判定依据是不出现击穿,既带电部分与易触及部分之间的电流不超过某个电流限值,如果电流超过此电流值则仪器会报警,表明未通过此项测试。
(2)泄露电流
主要是指电源到易触及的金属部件之间的电流。主要是考核在设备在正常电压下运行,人体触摸到金属部分的产生的泄露电流,此电流不能对人体造成危害。国标中对空调产品规定
“对于公众易触及的器具,泄露电流的最大值不超过10mA,对于公众不易触及的器具,泄露电流的最大值应不超过30mA以下,完全满足前面第2点的人体的电流限值,而一般空调的泄露电流在10mA以下,不会对人体有危害。
①测试仪器:漏电电流测试仪(量程0-25mA)
②测试接口正面右侧有测量端子接口,连接红色测试线,此探头接到易触及金属部件或者空调接地部位背面图如下:
中间部分为空调电源电压控制位,下面输入为调好的电源输入到仪器,上面端子为仪器控制电源电压输出到空调。冷态测试时只连绥输出端火线到空调火零线(输出端左侧零线悬空),此时空调不通电;热态测试时将输出端火零线分别与空调火零线相连,此时空调上电。
③测试方法:泄露电流通过下面的电路装置进行测量,测试在电源的任一极与连接金属箔的易触及金属部件之间进行。测试电压为1.06倍额定电压,持续时间为1min。
④判定依据:不同电器设备的具体允许值可见国标GB4706.1中的13和16章。测试得到的泄露电流值不能超过允许值。
(3)接地电阻
接地是电气安全中一个很重要的部分,易接触的金属部件接地后,可以在设备漏电时有效的避免触电危险。接地电阻是指设备接地端子或接地触点与接地金属部件之间的连接。
①测试仪器:安规综合测试仪同耐压测试仪
②测试接口:此仪器共有3个测试接口,H.V,RETURN与CURRENT。其中CURRENT与RETURN端口为接地电阻测试端口,此时CURRENT接空调需测试接地电阻部位,RETURN接空调地线。
③测试方法:按照上面接口接好,设定输出电流25A,持续时间为1min。
④判定依据:国标规定接地电阻值不能超过0.1Ω。
对于空调的接地来说接地电阻的测试只是其中的一个手段,接地连续性的核实也是一个重要的手段,通过检查易触及的金属部分与电源地之间的连接是否满足要求,来确认金属部件是否已经接地。
结 语
外露金属部件是电器设备日常使用中可能被触及的导电部分。它正常情况下不带电压,但在基本绝缘损坏发生接地故障时可能带电,例如电器设备的金属外壳。在实际发生的电击事故中,由于电器设备在设计上不会让人直接接触带电部分,直接接触电击事故很少;相反,因人随时可能接触外露金属部件,所以间接接触电击事故发生的可能性要大的多。
因此绝缘和接地与安全息息相关,我们需要在开发设计产品时留意相关要求,注意带电部件和金属部件之间的绝缘要求是否满足,仔细核实产品易触及金属部件的接地连续性是否满足要求,并且要经过最终的绝缘耐压测试,泄露电流测试,以及接地电阻测试,以保证产品的电气安全性能。
家用电器设备早已经进入了干家万户,用途日益广阔,其电气安全性能也成为我们越来越重视的问题,“漏电”在日常生活中无处不在,高压源通过空气放电,导电性物质放电,非导电性物质放电,可以说我们每天接触的电器都有“漏电”的存在,在潮湿的天气如果用电笔接触电器设备在室外的金属外壳,有时会有微弱的亮光,说明此时设备金属外壳是有电的,这是否代表此电器设备是不安全的呢?实际上并非如此,电器设备金属外壳和强电部分本身是分离的,造成这种现象的原因就是“漏电”,也就是泄露电流。电器设备的强电部分通过空气或者绝缘材料泄露放电,使设备金属外壳带电,当人触摸到设备金属外壳则构成回路,但此时在回路中的泄露电流很小(既由强电部分到设备金属外壳之间的绝缘电阻很大),220V的电源在人体上的分压很小,不会对人造成危害。但是一旦出现异常情况,强电部分到设备金属外壳之间的绝缘被破坏,电阻变小,则之前回路的电流就会增大,从而对人体造成危害,由此可见电气安全的重要性。
2、人体的电流阈值
经过研究表明通过人俸的电流值只要不超过某个限值就不会对人体造成危害,对于
低压(1000V以下)50Hz的交流电而言,人体有两个主要的效应阈值。
(1)摆脱阈值:10mA,主要指人体接触带电导体时可瞬即摆脱带电导体,不存在电击致使危险的电流。当人用手持带电导体时,如流过手掌的电流超过此值,手掌肌肉的反应是不依人意地紧握带电导体而不是摆脱带电导体,如不能摆脱带电导体,在较大电流长时间作用下人体将遭受伤害甚至死亡。
(2)心室纤维性颤动阈值:30mA,电流通过人体时引起的心室纤维性颤动是电击致死的主要原因。IEC60479标准根据测试得出导致心室纤颤的15-100Hz交流电流Ib与通电时间;的关系曲线,由曲线可知,只要Ib小于30mA,人体就不致因发生心室纤颤而电击致死。据此国际上将防电击的高灵敏剩余电流动作保护器的额定动作电流取为30mA。
依据欧姆定律电流Ib园施加与人体阻抗上的接触电压而产生,接触电压越大,Ib也越大。在设计电气装置时计算电流很困难,而计算接触电压比较方便。因此IEc又提出相应的预期接触电压一时间曲线。由此得出在干燥条件下当接触电压不大干50V时,人体接触此电压不致发生心室纤颤。IEC标准中将家用电器的特低电压值规定为不超过50V,安全特低电压不超过42V。
3、电气安全指标和相关的测试方法
(1)绝缘耐压
绝缘耐压主要是考核在高电压的情况下,设备绝缘不会发生破坏。一般来说绝缘分为基本绝缘,附加绝缘和双重绝缘,基本绝缘是指施加于带电部件对电击提供基本防护的绝缘,附加绝缘是指万一基本绝缘失效,为了对电击提供防护而对基本绝缘另外施加的独立绝缘。双重绝缘是指有基本绝缘和附加绝缘构成的绝缘系统。加强绝缘是指提供与双重绝缘等效的防电击等级而施加于带电部件的单一绝缘,此绝缘可以由几层组成。但它不像附加绝缘或基本绝缘那样能逐一地试验。国标中规定对于基本绝缘需要承受1250V持续1min的耐压测试,附加绝缘需要承受1750V持续1min的耐压测试,而加强绝缘则需要承受3000V持续1min的耐压测试;且绝缘应具备最低的厚度,附加绝缘为1mm,加强绝缘为2mm。
①测试仪器:安规综合测试仪7440,其测试量程为:电气强度 0-5000V(0-40mA);
接地电阻0-150mQ(3-30A);
②测试接口:此仪器共有3个测试接口,H.V,RETURN~CURRENT。其中H.V与
RETURN端口为绝缘耐压测试端口,此时H.V接空调火零线,RETURN接需要测试部位;CURRENT与RETURN端口为接地电阻测试端口,此时CURREN瞄空调需测试接地电阻部位,RETURN接空调地线。
③测试方法:在带电部件和易触及部件(非金属部件用金属箔覆盖)之间施加绝缘对
应的电压,持续1min。一般来说带电部件都是电源的火零线。
④判定依据是不出现击穿,既带电部分与易触及部分之间的电流不超过某个电流限值,如果电流超过此电流值则仪器会报警,表明未通过此项测试。
(2)泄露电流
主要是指电源到易触及的金属部件之间的电流。主要是考核在设备在正常电压下运行,人体触摸到金属部分的产生的泄露电流,此电流不能对人体造成危害。国标中对空调产品规定
“对于公众易触及的器具,泄露电流的最大值不超过10mA,对于公众不易触及的器具,泄露电流的最大值应不超过30mA以下,完全满足前面第2点的人体的电流限值,而一般空调的泄露电流在10mA以下,不会对人体有危害。
①测试仪器:漏电电流测试仪(量程0-25mA)
②测试接口正面右侧有测量端子接口,连接红色测试线,此探头接到易触及金属部件或者空调接地部位背面图如下:
中间部分为空调电源电压控制位,下面输入为调好的电源输入到仪器,上面端子为仪器控制电源电压输出到空调。冷态测试时只连绥输出端火线到空调火零线(输出端左侧零线悬空),此时空调不通电;热态测试时将输出端火零线分别与空调火零线相连,此时空调上电。
③测试方法:泄露电流通过下面的电路装置进行测量,测试在电源的任一极与连接金属箔的易触及金属部件之间进行。测试电压为1.06倍额定电压,持续时间为1min。
④判定依据:不同电器设备的具体允许值可见国标GB4706.1中的13和16章。测试得到的泄露电流值不能超过允许值。
(3)接地电阻
接地是电气安全中一个很重要的部分,易接触的金属部件接地后,可以在设备漏电时有效的避免触电危险。接地电阻是指设备接地端子或接地触点与接地金属部件之间的连接。
①测试仪器:安规综合测试仪同耐压测试仪
②测试接口:此仪器共有3个测试接口,H.V,RETURN与CURRENT。其中CURRENT与RETURN端口为接地电阻测试端口,此时CURRENT接空调需测试接地电阻部位,RETURN接空调地线。
③测试方法:按照上面接口接好,设定输出电流25A,持续时间为1min。
④判定依据:国标规定接地电阻值不能超过0.1Ω。
对于空调的接地来说接地电阻的测试只是其中的一个手段,接地连续性的核实也是一个重要的手段,通过检查易触及的金属部分与电源地之间的连接是否满足要求,来确认金属部件是否已经接地。
结 语
外露金属部件是电器设备日常使用中可能被触及的导电部分。它正常情况下不带电压,但在基本绝缘损坏发生接地故障时可能带电,例如电器设备的金属外壳。在实际发生的电击事故中,由于电器设备在设计上不会让人直接接触带电部分,直接接触电击事故很少;相反,因人随时可能接触外露金属部件,所以间接接触电击事故发生的可能性要大的多。
因此绝缘和接地与安全息息相关,我们需要在开发设计产品时留意相关要求,注意带电部件和金属部件之间的绝缘要求是否满足,仔细核实产品易触及金属部件的接地连续性是否满足要求,并且要经过最终的绝缘耐压测试,泄露电流测试,以及接地电阻测试,以保证产品的电气安全性能。