關(guān)于IEC 60335-1中13章與16章泄漏電流解析

王凱音　劉智亮　陳信勇

珠海格力電器股份有限公司　廣東珠?！?19070

1　引言

本文主要針對安規(guī)檢測IEC 60335-1中最常見的13章和16章泄漏電流的試驗進行解析，以免檢測者在測試過程中將兩個條款的試驗混淆，本文內(nèi)容供檢測人員參考。

2　產(chǎn)生機理

接觸電流是當(dāng)人體或動物接觸一個或多個裝置或設(shè)備的可觸及部件時，流過身體的電流。泄漏電流的大小由施加的電壓和人體阻抗所決定，可能與人體串聯(lián)的任何有明顯作用的電路有關(guān)，人體阻抗包含皮膚阻抗和內(nèi)部組織阻抗。

2.1　電流的分量分析

測量泄漏電流采用交流電源供電，所以電容的電流必須要考慮在內(nèi)，測量泄漏電流的目的是希望測量結(jié)果能夠客觀定量地評估電器設(shè)備對人體可能造成危害的程度。所以泄漏電流是以電流的大小來表示的，但泄漏電流的頻率成分可能不是單一的工頻成分，器具的供電電壓包括了工頻及其各次諧波頻率成分的周期脈沖電壓波，不同頻率的電壓共同作用生了不同頻率的泄漏電流。若檢測儀器的頻帶足夠?qū)捑湍軌驕y量出總的泄漏電流值。設(shè)I總為總的泄露電流值，則：

其中：I0、I1、I2、I3——工頻及其各次諧波頻率的泄漏電流的有效值。

2.2　接觸物對電流的反應(yīng)

接觸物受產(chǎn)品泄漏電流影響的程度是由接觸物本身的感知特性所決定，感知特性主要表現(xiàn)為感知電流。所以測量器具對接觸物的泄漏電流，可以直接通過測量接觸物的感知電流來確定泄漏電流。確定泄漏電流時需要先求取該接觸物相對感知程度系數(shù)。以人體為例：經(jīng)多次實際測試發(fā)現(xiàn)，電阻在1500～2000Ω，時間常數(shù)在200～250us時的RC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的曲線最接近實際的人體對頻率的感知程度。等效模擬電路如圖1所示。

根據(jù)圖1的RC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等效圖可得出電阻分流系數(shù)（B(f)）與頻率(f)的關(guān)系，如下：

R=1.5KΩC=0.15uF

基于如上函數(shù)測得的電流值就能綜合考慮到泄漏電流的大小和頻率的關(guān)系。有相關(guān)學(xué)者通過多次試驗研究得出：人體對泄漏電流的感知程度隨著頻率的升高而下降，頻率越高電流的危害就越小。但人體對不同頻率電流的敏感程度是相對的。

2.3　人體阻抗的影響因素

泄漏電流的大小和人體阻抗有關(guān)，人體阻抗包含皮膚阻抗和內(nèi)部組織阻抗。

影響人體阻抗大小的因素：

（1）電流的類型：交流、直流；

（2）電流的路徑：手到手、雙手到雙腳、一只手到臀部；

（3）皮膚狀況：干燥、濕度、鹽水濕度；

（4）皮膚的接觸面積：接觸面積大、接觸面積中、接觸面積?。?/p>

（5）接觸電壓：低壓、高壓；

（6）皮膚電容：電容的試驗數(shù)字在0.01μf/cm2～0.05μf/cm2。

（7）皮膚電阻：在電流開始流過皮膚之前，施加于皮膚的電壓為零，但是自最初的瞬間接觸電壓一呈現(xiàn)，電流就開始流動。如圖2所示。

皮膚電阻變化和電擊持續(xù)時間的函數(shù)：

[Rs(t)-Rv]=[Rs(0)-Rv] e-t/0.05

Rs(0)——未施加接觸電壓的皮膚電阻；

Rv——在施加電壓后無限長時間的皮膚電阻；

τ——時間常數(shù)。

Rs數(shù)值也是電流流過人體持續(xù)時間的函數(shù)，則：

Rs(t)=Rv+[Rs(0)-Rs] e-t/0.05

3　標(biāo)準(zhǔn)檢測方法差異

3.1　檢測目的不同

IEC 60335-1中13章工作溫度下的泄漏電流：當(dāng)器具處于正常工作狀態(tài)下，人體接觸器具時，由于器具具有的容性和人體本身等效電容。器具、人體及大地三者通過耦合形成一個回路，該回路中形成的電流就是該章規(guī)定的泄漏電流，所以測試該章時需要考慮連接模擬人體網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)世界不同區(qū)域人體的特性不同，人體網(wǎng)絡(luò)大致分為兩種（IEC及UL）。在測試該章時應(yīng)該根據(jù)產(chǎn)品銷售到不同的地區(qū)而選擇對應(yīng)的人體網(wǎng)絡(luò)。

IEC 60335-1中16章泄漏電流：器具不連接電源，但須外加試驗電壓。帶電部件和觸及的金屬部件之間的絕緣在承受電壓時，器具的寄生電容和絕緣材料由于受潮而導(dǎo)致電阻率下降等產(chǎn)生泄漏電流。該章考核的目的是測試出由絕緣材料本身導(dǎo)致的泄漏電流，所以該章測試時不需要連接模擬人體網(wǎng)絡(luò)。

以上兩章測試的泄漏電流實際都是模擬器具接地失效的情況，所以在測試時一定要將器具和大地做好絕緣。

表1　測試結(jié)果

3.2　檢測儀器不同

測試13章泄漏電流時，IEC 60990中要求測量系統(tǒng)的輸入阻抗，人體網(wǎng)絡(luò)如圖3所示。

設(shè)定測量端子電壓=Ui

圖1　等效模擬電路

圖2　皮膚電阻變化

圖3　人體網(wǎng)絡(luò)原理

圖4　對泄漏檢測儀器3個關(guān)鍵開關(guān)的說明

圖5　Ix在絕緣體上的分布圖

圖6　不連接電源時泄漏電流分布

Z2——RB、C1諧振電路阻抗；

Zin——總諧振電路阻抗；

Ui——定測量端子電壓；

Ii——加權(quán)漏電流。

從圖3人體網(wǎng)絡(luò)原理可知，13章的泄漏電流值實際是測量出電壓U（并聯(lián)一個高阻抗的電壓表）和計算出人體阻抗電阻Zin，儀器最終通過歐姆定律計算出泄漏電流I。

圖4是對泄漏檢測儀器3個關(guān)鍵開關(guān)的說明。

S1：儀器總電源開關(guān)，串聯(lián)在儀器的零線上；

S2：雙刀雙支的換向開關(guān)， 模擬零火線轉(zhuǎn)換的情況；

S3：接地開關(guān)，控制被測器具是否與地連接，對于一些特殊的樣機需要與地連接該開關(guān)需要關(guān)閉，一般情況下是打開狀態(tài)。

測試16章時不需要串聯(lián)人體網(wǎng)絡(luò)，標(biāo)準(zhǔn)里明確規(guī)定泄漏電流的測量是通過一個低阻抗高精度安培表測量的，安培表測量的是泄漏電流的有效值，所以標(biāo)準(zhǔn)里對16章的要求都是測量有效值。

3.3　限值要求不同

大部分情況下兩章節(jié)泄漏電流限值是相同的，但16章的限值在下述四種情況下是要求增加一倍。

（1）對于所有控制器在所有極上有一個斷開位置的器具；

（2）對于只有一個熱斷路器的器具；

（3）對于所有的溫控器、限溫器和調(diào)節(jié)器等控制裝置都沒有斷開位置的器具；

（4）帶有無線電干擾濾波器的器具。

4　16章泄漏電流加倍原理

（1）對于器具的功能性關(guān)斷僅是通過一個類似單極開關(guān)來實現(xiàn)，由于器具只是功能性的關(guān)斷，所以器具關(guān)斷后仍有一端連接在電源上。在開關(guān)斷開位置的泄漏電流Ix是平均分布在絕緣體上的，若單位絕緣體上的電流為Ix，則Ix在絕緣體上的分布圖如圖5所示。

（2）當(dāng)器具不連接電源時，泄漏電流的分布如圖6，可見電壓在器具上無電位差，電流平均分布在器具上。當(dāng)單極開關(guān)使器具接通電源時，由于器具的中性線與地線等電位，電流從火線經(jīng)過器具的絕緣電阻后到零線時此時的電位值為0，電流在絕緣體上的分布也逐漸降低為0，此時電流在絕緣體的分布如圖6，可見圖5電流的面積是圖6的兩倍。

（3）若器具的零、火線上只有一個全極斷開的開關(guān)或類似元器件，該類器具只通過此類元器件或直接拔掉插頭來控制器具的通斷，那么器具處于斷開位置時是沒有一端連接在電源上的。對于這類器具用16章要求測試時泄漏電流的值應(yīng)為0。

因此出現(xiàn)上述4種情況時，測試16章泄漏電流值將是在實際中絕緣所受到的泄漏電流平均值的兩倍。對于器具而言即使泄漏電流測試值增加一倍，但器具本身的絕緣性是不變的，同樣能達到與器具僅通過一個類似單極開關(guān)斷電相同的安全水平。

5　實例檢測比對

針對IEC 60335-1中13章和16章測試的4種狀態(tài)和限值要求的不同，分別對四臺帶有只單極開關(guān)的不同型號的窗機進行驗證測試在相同測試條件下測試，窗機型號分別為：型號1：GJC05BT-A6NMNE1A；型號2：JC06BTA6NRNE1A；型號3：JC07AA-D1RNB9A；型號4：JC08BSA3NRNH2C。測試結(jié)果如表1所示。

從以上4個型號的樣機測試結(jié)果可看出，16章不連接電源的測試結(jié)果明顯比13章正常工作穩(wěn)定運行時的測試結(jié)果大得多，兩者幾乎是2倍的關(guān)系，符合以上四種情況的標(biāo)準(zhǔn)要求。

6　小結(jié)

本文主要分析了頻率及人體阻抗等因素和泄漏電流的關(guān)系，并簡詳細(xì)解析對比了IEC 60335-1中13、16章兩個章節(jié)中對泄漏電流的不同要求。對標(biāo)準(zhǔn)中16章要求泄漏電流加倍的四種情況進行了詳細(xì)的解釋，并對四臺窗機進行了實例對比驗證，驗證結(jié)果表明符合標(biāo)準(zhǔn)要求。