家用電器防觸電設(shè)計(jì)常見問題分析

張立 胡益群 陳技

（1;2、寧波出入境檢驗(yàn)檢疫局電氣安全檢測(cè)中心;3、余姚市廣播電視臺(tái) 浙江寧波 315000）

1 引言

防觸電是家用電器產(chǎn)品安全的首要問題。若產(chǎn)品存在防觸電方面的缺陷，將對(duì)使用者構(gòu)成人身傷害乃至嚴(yán)重威脅到其生命。同時(shí)，我們也注意到近幾年來，一些中國(guó)制造的家電產(chǎn)品頻遭歐盟RAPEX通報(bào)［1］。從該通報(bào)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，也是將各種涉及觸電的危險(xiǎn)列為主要通報(bào)原因之一，占被通報(bào)家電產(chǎn)品總數(shù)的一半以上，時(shí)時(shí)給我們敲響了警鐘。

盡管此問題受到普遍的關(guān)注，但目前很多制造商對(duì)此仍缺乏充分的認(rèn)識(shí)，特別是在產(chǎn)品整機(jī)設(shè)計(jì)階段未能引起足夠重視致使很多產(chǎn)品從一開始就存在著“先天不足”的問題。因此對(duì)于家電產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)人員來說，熟悉各種防觸電措施尤其是了解一些易被忽視的常見問題是十分必要的。

2 在家電產(chǎn)品設(shè)計(jì)中采用某些結(jié)構(gòu)使觸電風(fēng)險(xiǎn)加大

對(duì)塑料外殼或部件包括按鈕、旋鈕等進(jìn)行電鍍處理是很多設(shè)計(jì)人員經(jīng)常采用的一種外觀設(shè)計(jì)方案，但若考慮不周將導(dǎo)致后果嚴(yán)重。若整個(gè)部件都進(jìn)行了電鍍，即部件的內(nèi)外表面均有電鍍層并且在電氣上是連通的，且電鍍件很難實(shí)現(xiàn)有效可靠的保護(hù)接地措施，這種情況下如果該部件內(nèi)表面與帶電部件之間的電氣間隙很小甚至有接觸，事實(shí)上已使得外表面也成了帶電部件。更嚴(yán)重的情況是若此電鍍部件被設(shè)計(jì)裝配到正常使用時(shí)連續(xù)握持的手柄上，由于電擊造成使用者手部肌肉不自主的收縮而更加握緊帶電的手柄無法擺脫，將導(dǎo)致使用者遭到更嚴(yán)重的電擊甚至死亡。

圖1 跑步機(jī)手柄螺釘

圖2 輸入插座被拉出

圖3 格柵設(shè)計(jì)過于薄弱

跑步機(jī)等產(chǎn)品的手柄是使用時(shí)連續(xù)握持的部件，需要對(duì)防觸電滿足雙重絕緣或加強(qiáng)絕緣的防護(hù)要求［2］，僅依靠接地仍然認(rèn)為是不符合要求的，畢竟產(chǎn)品接地的有效性還依賴于墻壁固定插座中接地線路的連續(xù)性。這一點(diǎn)很多廠家都能認(rèn)識(shí)到，在金屬手柄上增加了絕緣護(hù)套，但卻忽略了一個(gè)細(xì)節(jié)，用于固定測(cè)量跑步者心率感應(yīng)板的螺釘（位于手柄向下一側(cè)表面）直接與接地的手柄鋼管相接觸，而用戶握持手柄時(shí)能夠觸及此螺釘，存在較大的觸電隱患，圖1顯示了改進(jìn)前后的對(duì)比照片，后者增加了與接地金屬的絕緣隔離措施。

采用扣子固定部件的方式未充分考慮其不可拆卸性要求也是一個(gè)常見的設(shè)計(jì)缺陷［3］。使用者徒手可以輕易地取下或在正常使用插拔過程中脫出（如圖2），或產(chǎn)品跌落后部件脫落，如電吹風(fēng)出風(fēng)口的格柵，都會(huì)導(dǎo)致直接觸電事故。特別是一些小部件，如在外殼上嵌入安裝的開關(guān)、指示燈（罩）等與外殼安裝孔尺寸的配合關(guān)系過松是主要原因，但過緊則裝配困難。另外由于扣子設(shè)計(jì)過小或強(qiáng)度不夠等也是造成部件可拆卸的一個(gè)原因。

其次是部件本身的機(jī)械強(qiáng)度，尤其是在外殼上設(shè)計(jì)通風(fēng)散熱格柵或現(xiàn)場(chǎng)成形敲落孔縫，柵格條過細(xì)過薄易于斷裂（如圖3）或變形，因此需要考慮具備一定的抗外力沖擊和抗尖銳物刮蹭的能力。作為防護(hù)外殼的設(shè)計(jì)，要盡量避免使用脆性材料，但出于產(chǎn)品使用過程中耐高溫等因素的考慮確實(shí)需要使用此類材料時(shí)，如華夫餅爐的外殼，應(yīng)采取增加材料厚度、設(shè)置加強(qiáng)筋等措施來滿足應(yīng)有的強(qiáng)度要求。

3 對(duì)電氣間隙和爬電距離的滿足需要多措并舉

這方面尤其應(yīng)考慮在環(huán)境較為惡劣、戶外或潮濕污染情況較嚴(yán)重條件下使用的產(chǎn)品，如在廚房中使用的油炸鍋、電燒烤架以及會(huì)產(chǎn)生冷凝水的電水壺等，對(duì)爬電距離有更高的要求。另外，必需考慮產(chǎn)品內(nèi)部帶電部件和僅有基本絕緣層的內(nèi)部導(dǎo)線的安裝位置，在距離外殼開孔、接縫比較近的情況下，需要在兩個(gè)相配合的外殼接縫邊緣上設(shè)置凹凸榫槽或增加內(nèi)襯隔離層等措施來有效地增加電氣間隙距離；緊貼在外殼接縫處的指示氖燈，整個(gè)燈珠包括其引腳需要增加透明絕緣套管等措施才能滿足防護(hù)要求。僅有編織層而未浸漬過的套管由于纖維之間的存在縫隙，因此不認(rèn)為具有絕緣防護(hù)作用，除非帶有一定厚度的（硅）膠層才能用作電氣絕緣材料。

設(shè)計(jì)由安全特低電壓供電時(shí)，此類電路初級(jí)（高壓側(cè)）與次級(jí)（低壓側(cè)）之間隔離需符合加強(qiáng)絕緣要求，同時(shí)應(yīng)考慮焊點(diǎn)大小不均對(duì)間隙的影響，必要時(shí)中間開寬度適當(dāng)?shù)牟?、孔來增加爬電距離（如圖4），但開槽并不能增大電氣間隙，線路板上必要的間距仍需保證。

一些開關(guān)型電源雖然在線路板上高低壓之間的間距滿足要求，但卻忽略了低壓側(cè)鋁質(zhì)散熱片與高壓側(cè)電路的間距要求，如圖5，導(dǎo)致整體防觸電仍不符合要求。

4 元器件的選用不可隨意

為了減小開關(guān)電路在工作過程中產(chǎn)生的高頻共模干擾信號(hào)，一些產(chǎn)品在高壓側(cè)與低壓側(cè)電路之間連接電容器［4］。當(dāng)?shù)蛪狠敵龆擞脩艨梢灾苯佑|及時(shí)，則該電容器被認(rèn)為是一種保護(hù)阻抗，在電路原理和線路板設(shè)計(jì)時(shí)，必須至少設(shè)置兩個(gè)獨(dú)立的Y級(jí)電容器串聯(lián)，如圖6中兩個(gè)緊靠在一起的藍(lán)色電容器，并且需確保這些電容器的性能在整機(jī)的壽命周期內(nèi)保持相對(duì)穩(wěn)定。電容器容量的選擇需確保任何一個(gè)電容器擊穿短路時(shí)，測(cè)得的泄漏電流值仍需符合規(guī)定限值［5］。

圖4 適當(dāng)開槽可增加爬電距離

圖5 高低壓隔離不徹底

圖6 開關(guān)電源線路板（正面）

另一個(gè)問題是插頭殘余電壓的控制［6］。是否會(huì)造成使用者觸電則取決于該電容器的容量值和并聯(lián)在該電容器上等效放電電阻的阻值（RC電路時(shí)間常數(shù)）。理論上，電容器容量越小，電阻阻值越小，則放電過程越短，安全性越高。但是為了滿足器具正常工作需要如利用電容器的容抗降壓以后為后級(jí)低電壓的電子控制電路如繼電器等提供足夠的電流或者為滿足器具抗電磁干擾（EMC）要求，電容器的容量又不能選擇過小，為了滿足放電時(shí)間不至于過長(zhǎng)的要求，所并聯(lián)的電阻值就不能太大，但阻值較小的電阻并聯(lián)在電容器上，正常工作時(shí)在額定電壓下會(huì)產(chǎn)生較大的耗散功率，故該電阻額定功率的選用也需要進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證，以免因長(zhǎng)期過載而燒毀造成不能有效放電，使插頭拔出后其插銷間仍維持著很高的電壓。

5 防觸電設(shè)計(jì)理念需要進(jìn)一步引向深入

一些設(shè)計(jì)人員的思路停留在僅僅確保產(chǎn)品在按照其說明書中操作指南正常使用的狀態(tài)，而未能進(jìn)一步考慮產(chǎn)品使用過程中可以預(yù)見的其他狀態(tài)。

事實(shí)上，防觸電設(shè)計(jì)需要考慮產(chǎn)品的整個(gè)壽命周期，不僅包括不同功能附件的相互組裝配合等各種狀態(tài)，，還需要考慮器具可能經(jīng)受的外力沖擊、跌落等情況，以及由于內(nèi)部元器件的意外失效、常見的使用者疏忽、過熱過載、過電壓、外部電磁干擾等非正常工作條件，即使經(jīng)歷了這些惡劣的情況直至產(chǎn)品報(bào)廢的整個(gè)過程仍然能確保產(chǎn)品不會(huì)對(duì)使用者造成電擊傷害。

這樣一來，有人可能會(huì)擔(dān)心產(chǎn)品制造成本的明顯上升。但從整體經(jīng)濟(jì)效益角度來說，加強(qiáng)機(jī)電產(chǎn)品的防觸電設(shè)計(jì)，并不一定會(huì)如此，相反地由于在產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初就得到了充分考慮，從而避免了在進(jìn)行產(chǎn)品安全認(rèn)證和出口型式試驗(yàn)時(shí)被檢出不合格而需要返工整改帶來的一系列問題，更可以有效避免出口后被通報(bào)帶來的各種經(jīng)濟(jì)損失和對(duì)品牌價(jià)值的負(fù)面影響。

需要提醒的是，制造商在開發(fā)設(shè)計(jì)機(jī)電新產(chǎn)品時(shí)，不能完全照搬客戶提供的樣機(jī)或完全迎合客戶提出的要求而不顧及安全指令和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，而是需要在企業(yè)內(nèi)部建立起有效的產(chǎn)品防觸電安全評(píng)價(jià)機(jī)制，從制度上為產(chǎn)品的防觸電安全把關(guān)。

另一方面，在人們安全意識(shí)日益提高和科學(xué)技術(shù)進(jìn)步等因素的推動(dòng)下，安全指令和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)也在不斷更新，提出了更多更高的要求，產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)人員需要及時(shí)跟蹤掌握相關(guān)信息，使防觸電安全的設(shè)計(jì)理念也與時(shí)俱進(jìn)。

6 結(jié)束語

安全問題無小事。機(jī)電產(chǎn)品若存在觸電的隱患，縱有最亮麗的外觀和卓越的性能，也是難免被一票否決的，因此首要問題是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)中，需要在思想意識(shí)上引起高度重視。

其次，對(duì)電擊防護(hù)設(shè)計(jì)不但要有一個(gè)全面系統(tǒng)性的把握，更需要注重各類細(xì)節(jié)，這些措施為用戶放心使用電器編織起多道安全防護(hù)網(wǎng)，進(jìn)一步加強(qiáng)了產(chǎn)品的防觸電安全性，從而將由此帶來的風(fēng)險(xiǎn)和損失降至最低。

[1] 歐盟非食品類消費(fèi)品快速預(yù)警系統(tǒng)[EB/OL].2013.European Union Rapid Alert System for nonfood dangerous products [EB/OL]. 2013.http://ec.europa.eu/consumers/safety/rapex/alerts/main/index.cfm?event=main.listNotification s&CFID=622690&CFTOKEN=23541419&jsessionid=090 08ad3ab5788cab920f477a54513a305b1.

[2] GB 4706.1-2005, 家用和類似用途電器的安全 第1部分：通用要求[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.08.

[3] 徐聲杰 ,對(duì)GB 4706.1中“對(duì)觸及帶電部件的防護(hù)設(shè)計(jì)”的幾點(diǎn)理解[J]. 家電科技， 2011.311(12):58-59.

[4] 劉松，EMI及無Y電容手機(jī)充電器的設(shè)計(jì)［J］.電子設(shè)計(jì)應(yīng)用,2007.09：112-115.

[5] 張立，帶電部件的確定及測(cè)量方法分析［J］.家電科技，2009，273(9):34-36.

[6] 陳永強(qiáng); 劉國(guó)榮，正確理解電氣設(shè)備中電源插頭的剩余電壓和剩余能量［J］.日用電器,2008.10：53-57.