家用電器接觸電流測量淺析

王伯燕 張兆明 屈新芳 葉至壯 徐傳芳

WANG Boyan1 ZHANG Zhaoming1 QU Xinfang1 YE Zhizhuang1 XU Chuanfang2

1. 中家院（北京）檢測認(rèn)證有限公司 北京 100176；2. 安徽中認(rèn)倍佳科技有限公司 安徽滁州 239000

1. CHEARI (Beijing) Certification & Testing Co., Ltd. Beijing 100176;2. Anhui CQC-CHEARI Technology Co., Ltd. Chuzhou 239000

1 引言

泄漏電流是考核家用電器安全性能的主要指標(biāo)之一，是評(píng)價(jià)家用電器產(chǎn)品絕緣性能的重要參數(shù)。家電產(chǎn)品的用戶絕大多數(shù)都不是專業(yè)人士，他們對電氣安全的知識(shí)了解不多，確保用戶的人身安全至關(guān)重要。GB 4706.1-2005標(biāo)準(zhǔn)中的泄漏電流分為13.2條款工作溫度下的泄漏電流和16.2潮態(tài)試驗(yàn)后的泄漏電流。

GB/T 12113-2003（IEC 60990: 1999，IDT）標(biāo)準(zhǔn)中給出了兩種泄漏電流定義：

接觸電流是當(dāng)人或動(dòng)物觸及電氣裝置或電氣設(shè)備的一個(gè)或多個(gè)可觸及部分時(shí)，通過其軀體的電流。

保護(hù)導(dǎo)體電流是流過保護(hù)導(dǎo)體的電流。

家電產(chǎn)品工作溫度下的泄漏電流其實(shí)測試的是接觸電流，其測量方法參考GB/T 12113-2003（IEC 60990: 1999，IDT）標(biāo)準(zhǔn)，不同類型家電產(chǎn)品的接觸電流的限值在GB 4705.1-2005標(biāo)準(zhǔn)中給出，同時(shí)IECEE也在實(shí)驗(yàn)室操作文件（OD文件）中給出了一些操作要求。由于我國標(biāo)準(zhǔn)滯后于IEC標(biāo)準(zhǔn)，我們在分析現(xiàn)行國標(biāo)的時(shí)候也需要及時(shí)關(guān)注相關(guān)IEC標(biāo)準(zhǔn)的更新和變化趨勢。接觸電流只有在人或動(dòng)物（或等效電路）作為電流通路的一部分時(shí)存在，當(dāng)用戶接觸工作中的家電產(chǎn)品時(shí)就會(huì)有接觸電流流經(jīng)人體，接觸電流的大小直接影響人身安全。因此接觸電流是衡量家用電器安全性能的主要指標(biāo)之一，將接觸電流限制在一個(gè)很小值，這對提高產(chǎn)品安全性能具有重要作用。

本文以最常見的單相家電產(chǎn)品為例探討接觸電流的標(biāo)準(zhǔn)要求、測試設(shè)備要求及測量方法。

2 接觸電流的測量

接觸電流的測量原理是使用一個(gè)“電阻-電容”RC人體阻抗模擬網(wǎng)絡(luò)來模擬人體接觸用電產(chǎn)品時(shí)的觸電情況，可以確定被測樣品的接觸電流值。

2.1 接觸電流測量網(wǎng)絡(luò)

用于接觸電流測試的模擬網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。該網(wǎng)絡(luò)中RS=1.5 kΩ，代表人體皮膚電阻；CS=0.22 μF，代表皮膚電容，兩者并聯(lián)代表兩接觸點(diǎn)間總的人體皮膚的接觸阻抗；RB=500 Ω，代表人體內(nèi)部電阻。由于家用電器使用的正弦頻率電源對人體電流效應(yīng)閾值的影響，引入了R1、C1構(gòu)成RC低通濾波網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償該影響。R1=10 kΩ，C1=0.022 μF。為了保證測試精度，測量網(wǎng)絡(luò)需通過校準(zhǔn)以保證其直流輸入電阻、傳輸阻抗、不同頻率下的輸入電壓和輸出電壓符合GB/T 12113-2003標(biāo)準(zhǔn)的要求。

圖1 加權(quán)的接觸電流的測量網(wǎng)絡(luò)

2.2 可觸及導(dǎo)電零部件的選擇

接觸電流測試位置的選擇，即用戶使用家電產(chǎn)品時(shí)可接觸到的導(dǎo)電零部件的選擇，可以參考GB/T 12113-2003標(biāo)準(zhǔn)及IEC 60990:2016標(biāo)準(zhǔn)，主要有以下幾個(gè)部位：

（1）通過金屬鉸鏈連接的門和組件，例如冰箱門、烤箱門等；（2）帶有可觸及導(dǎo)電部分的標(biāo)簽，例如家電外殼上的金屬標(biāo)簽；

（3）附著在噴漆或陽極氧化表面上的零件；

（4）金屬材質(zhì)的操作手柄。

如果用戶可觸及導(dǎo)電零部件偶爾與其他零部件有電氣連接的，需要分別在與其他零部件有電氣連接和沒有電氣連接的兩種情況下都進(jìn)行測量，最終選取最不利的情況。

2.3 電壓表

為了保證測量網(wǎng)絡(luò)電壓U2的測試精度，使用的電壓表需要符合下述要求：

（1）能響應(yīng)下列測量值：

a.直流，在做直流測量時(shí)；

b.真有效值，在做有效值測量時(shí)；c.峰值，在做峰值測量時(shí)；

（2）輸入阻抗≥1 MΩ；

（3）測量交流信號(hào)時(shí)，輸入容抗≤200 pF；

（4）測試交流信號(hào)時(shí)，頻率響應(yīng)范圍至少為15 Hz～1 MHz。

（5）測試儀表的精度參考IECEE在2019年發(fā)布的實(shí)驗(yàn)室操作文件OD-5014中有關(guān)電壓表的測試精度要求，見表1所示。

表1 電壓表測試精度要求（被測電壓小于1000 V）

實(shí)驗(yàn)室常用電壓表的內(nèi)阻見表2所示。

表2 常用電壓表內(nèi)阻

由表2可知，除了勝利VC890C+型數(shù)字萬用表的直流200 mV檔位內(nèi)阻不符合OD-5014文件要求，其他幾種型號(hào)電壓表都可以滿足測試要求。

2.4 測試電路

接觸電流測試時(shí)，被測樣品需使用隔離變壓器供電，或與地絕緣。對于帶有保護(hù)接地的I類家電產(chǎn)品，測試電路如圖2所示；測量網(wǎng)絡(luò)的A端電極依次施加到每個(gè)可觸及的零部件或者易觸及絕緣材料表面的金屬箔；B端電極連接到電源的L極或N極，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。單相家電產(chǎn)品測試時(shí)通過極性轉(zhuǎn)換開關(guān)P實(shí)現(xiàn)正常極性和相反極性兩種狀態(tài)。

圖2 單相家電產(chǎn)品接觸電流試驗(yàn)電路

2.5 被測樣機(jī)的狀態(tài)

接觸電流在家電產(chǎn)品正常工作的所有可能的條件下進(jìn)行。正常工作包括：電源開關(guān)接通、斷開、待機(jī)、啟動(dòng)、預(yù)熱以及按照產(chǎn)品使用說明中用戶的控制界面可進(jìn)行的任意設(shè)置。設(shè)置不同工況和故障條件（包括斷開保護(hù)阻抗和無線電干擾濾波器，I類家電產(chǎn)品與地絕緣）的原則是測得更大的接觸電流。

2.6 不同儀表測試比較

為了驗(yàn)證不同電壓表的測試精度，使用泄漏電流能力驗(yàn)證測試盒進(jìn)行比對測試，筆者分別使用Fluke 87型數(shù)字萬用表、橫河WT310E數(shù)字電參數(shù)儀、安捷倫3012A示波器進(jìn)行接觸電流測試。測試條件為：測試盒供電電壓254.4 V，供電頻率50 Hz，測試結(jié)果詳見表3所示。

表3 不同電壓表測試比對

電源N極電壓測試數(shù)據(jù)極差為23.6 mV，計(jì)算接觸電流極差為0.047 mA；電源L極電壓測試數(shù)據(jù)極差為6.93 mV，計(jì)算接觸電流極差為0.014 mA。這四種電壓表的內(nèi)阻都符合OD-5014文件要求，所以電壓測試結(jié)果差異很小。

家電產(chǎn)品接觸電流的測量，首先要正確理解和掌握家用電器標(biāo)準(zhǔn)中“接觸電流”的概念、測量方法，同時(shí)還需要掌握相關(guān)的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、引用標(biāo)準(zhǔn)以及IECEE的OD指導(dǎo)文件要求，明確加權(quán)接觸電流測試設(shè)備的相關(guān)要求。針對不同的家電產(chǎn)品，選取合適的測試設(shè)備，正確搭建測試電路，然后按照被測家電產(chǎn)品的使用說明書在正常使用的每種設(shè)置下多次測量，最終得到該產(chǎn)品最大加權(quán)接觸電流，進(jìn)而驗(yàn)證該產(chǎn)品的加權(quán)接觸電流是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展趨勢

明確了現(xiàn)行國標(biāo)對于接觸電流的相關(guān)要求，同時(shí)我們還需要及時(shí)關(guān)注IEC標(biāo)準(zhǔn)的更新和發(fā)展，IEC新版標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于家電產(chǎn)品接觸電流的新要求。

現(xiàn)行GB 4706.1-2005標(biāo)準(zhǔn)與IEC 60335-1: 2020標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于接觸電流的測試要求的差異見表4。

相對于現(xiàn)行的GB 4706.1-2005標(biāo)準(zhǔn)，新版IEC 60335-1標(biāo)準(zhǔn)對家電產(chǎn)品的測試設(shè)備進(jìn)行了細(xì)化，對于0I類和I類家電產(chǎn)品引入了低阻抗電流表，來替代模擬人體網(wǎng)絡(luò)；同時(shí)提高了0I類和I類家電產(chǎn)品中的II類結(jié)構(gòu)的泄漏電流的限值要求。

表4 GB 4706.1-2005與IEC 60335-1: 2016標(biāo)準(zhǔn)中接觸電流要求的差異

IEC 60990: 2016標(biāo)準(zhǔn)要求測試使用的低阻抗電流表是指內(nèi)阻不超過0.5 Ω的電流表。實(shí)驗(yàn)室常用電流表的內(nèi)阻見表5。峰值因數(shù)（CF）是波形峰值和有效值的比值。橫河WT310E數(shù)字電參數(shù)儀的峰值因數(shù)表示可以輸入測量量程的多少倍峰值，可以選擇3或6，默認(rèn)設(shè)置是3。

表5 常用電流表內(nèi)阻

由表5可見，F(xiàn)luke 289C數(shù)字萬用表、橫河WT310E數(shù)字電參數(shù)儀和SB15B數(shù)字電流表的內(nèi)阻符合IEC 60990: 2016標(biāo)準(zhǔn)要求，可以作為低電阻電流表使用。儀表的精度參考IECEE在2019年發(fā)布的實(shí)驗(yàn)室操作文件OD-5014中有關(guān)泄漏電流儀表的測試精度要求見表6。

表6 電流表測試精度要求

4 結(jié)語

當(dāng)用戶接觸工作中的家電產(chǎn)品時(shí)就會(huì)有接觸電流流經(jīng)用戶身體，接觸電流的大小會(huì)直接影響用戶的人身安全。在理解產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，一定要追溯到一些基礎(chǔ)的方法標(biāo)準(zhǔn)上，同時(shí)還要關(guān)注標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展趨勢，才能對測量方法有一個(gè)正確的理解。本文對加權(quán)接觸電流標(biāo)準(zhǔn)要求、測試位置、測試設(shè)備、實(shí)驗(yàn)電路等方面的分析對比，為檢測機(jī)構(gòu)對家電產(chǎn)品接觸電流的測試提供參考。