集成灶火花點(diǎn)火電路的安全性分析與探討

蔡向明，湯培勇，潘海寧

（上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，上海 201114）

引言

集成灶（示意圖如圖1），亦稱(chēng)作集成環(huán)保灶，是一種集吸油煙機(jī)、燃?xì)庠?、消毒柜、?chǔ)藏柜等多種功能于一體的廚房電器。與傳統(tǒng)的廚房電器相比，集成灶集成度高，具有節(jié)省空間、大氣美觀、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，受到越來(lái)越多家庭的青睞。

與此同時(shí)，集成灶是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，包含了電氣和燃?xì)庀到y(tǒng)。電路部分和燃?xì)庀到y(tǒng)同時(shí)安裝于灶臺(tái)下方的密閉空間，如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，這種混裝可能會(huì)帶來(lái)意想不到的風(fēng)險(xiǎn)。本文從集成灶的火花點(diǎn)火電路部分出發(fā)，對(duì)該模塊的安全性進(jìn)行一定的分析與探討。

圖1 集成灶示意圖

1 標(biāo)準(zhǔn)要求分析

傳統(tǒng)的燃?xì)庠畹狞c(diǎn)火裝置，是通過(guò)高壓轉(zhuǎn)換器，將干電池的低壓轉(zhuǎn)換為10 kV甚至更高的脈沖電壓，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火功能。而集成灶是直接連接220V的交流電，通過(guò)變壓器或者電子線(xiàn)路的模塊轉(zhuǎn)換來(lái)降至安全特低電壓，然后再通過(guò)高壓轉(zhuǎn)換器獲得點(diǎn)火所需的高電壓。由于點(diǎn)火針就在灶頭上，使用過(guò)程中可輕易觸及，那么，這種火花點(diǎn)火電路的形式是否安全？是否有觸電風(fēng)險(xiǎn)？

依據(jù)現(xiàn)行的GB 4706.94-2008《家用和類(lèi)似用途電器的安全 帶有電氣連接的使用燃?xì)狻⑷加秃凸腆w燃料器具的特殊要求》[1]，除非火花點(diǎn)火電路是壓電點(diǎn)火器，否則如果超過(guò)下述的限值，火花點(diǎn)火電路的部件都不應(yīng)被觸及：

——脈沖火花點(diǎn)火放電 每次脈沖100 μC

——連續(xù)火花點(diǎn)火

電流 0.7 mA（峰值）

無(wú)負(fù)載電壓 10 kV（峰值）

或

放電 每次脈沖45 μC

——脈沖重復(fù)點(diǎn)火

放電 每次脈沖45 μC

脈沖重復(fù)頻率 25 Hz

通過(guò)視檢，施加GB/T 16842-2008[2]的B型試驗(yàn)探棒及下述試驗(yàn)確定其是否合格。

火花點(diǎn)火電路正常工作，測(cè)量的脈沖時(shí)間為火花間隙到火花減少到峰值的10 %之間，如圖2所示。對(duì)于脈沖重復(fù)點(diǎn)火，脈沖間隔時(shí)間也要被測(cè)量。對(duì)于連續(xù)火花點(diǎn)火，無(wú)負(fù)載峰值電壓在火花電極移動(dòng)時(shí)測(cè)量。

在火花間隙間串聯(lián)一個(gè)2 000 Ω的無(wú)感電阻，測(cè)量電阻的電壓。流過(guò)此電阻的電流值通過(guò)計(jì)算測(cè)量電壓值得出。

在最新的IEC 60335-2-102：2017[3]中，對(duì)上述限值進(jìn)行了微調(diào)和歸類(lèi)，將最新的要求整理如表1所示。

近年來(lái)，糞污排放成為我省畜牧業(yè)發(fā)展重要的污染源，規(guī)?；B(yǎng)殖糞污處理難度大，成本高，環(huán)境承載力緊張，環(huán)保壓力大。據(jù)測(cè)算，每萬(wàn)元畜產(chǎn)品產(chǎn)值，承載的牲畜糞尿排放量為7.23噸，主要牲畜糞尿排放總量約占每年工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量的35%左右。其中，平原農(nóng)區(qū)，石家莊、唐山、邯鄲和保定4個(gè)地區(qū)的牲畜糞尿排放總量占河北省總排放量的50%，牛和豬是河北省牲畜糞尿污染物排放的主要來(lái)源，BOD、COD、NH3-N、TN、TP 排放總量分別占總污染物排放量的97.04%、96.65%、95.16%、86.38%和 87.90%。糞污排放問(wèn)題進(jìn)一步限制了我省平原農(nóng)區(qū)畜牧業(yè)的規(guī)?；l(fā)展。

基于上述的標(biāo)準(zhǔn)要求，火花點(diǎn)火電路的部件是否能被觸及，可按以下步驟來(lái)判定：

1）測(cè)定火花點(diǎn)火電路正常工作時(shí)的脈沖時(shí)間（d）與脈沖間隔時(shí)間 （t）；

2）根據(jù)測(cè)定的d和t，確定該火花點(diǎn)火電路可觸及時(shí)，對(duì)空載電壓、電流或放電量的限值要求；

3）測(cè)定正常工作時(shí)的空載電壓、電流或放電量，將結(jié)果與限值相比，最終確定火花點(diǎn)火電路是否能被觸及。

圖2 脈沖波形圖

圖3 安全性測(cè)試電路

表1 可觸及火花點(diǎn)火電路的限值

3 火花點(diǎn)火電路的安全性測(cè)試

結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)，可以搭建如圖3所示的安全性測(cè)試電路。

利用示波器或萬(wàn)用表測(cè)量高壓輸出端與接地金屬端的空載電壓；測(cè)量電流或放電量時(shí)，需按圖示在火花間隙間串接一個(gè)2 000 Ω的無(wú)感電阻。此處需要采用金屬膜電阻，如果是容性電阻，則放電量測(cè)試結(jié)果偏小，如果是感性電阻，則放電量測(cè)試結(jié)果偏大。

以某型號(hào)集成灶為例，在用示波器捕捉到其正常點(diǎn)火時(shí)的脈沖波形時(shí)，測(cè)定兩個(gè)相鄰脈沖的間隔時(shí)間t=257.0 ms，如圖4所示。

緊接著，我們放大其中任意一個(gè)脈沖波形，將其展開(kāi)，如圖5所示。這里，我們首先可以測(cè)定脈沖時(shí)間d，為火花間隙到火花減少到電壓峰值的10 %之間。利用示波器直接可讀出峰值電壓為28 800 V（高壓探頭為×1 000倍探頭），從脈沖開(kāi)始至電壓衰減至2 880 V的持續(xù)時(shí)間d=307.4 us.根據(jù)測(cè)定的d和t，查表1，我們可以得出，該集成灶還需測(cè)定單個(gè)脈沖的放電量。只有單個(gè)脈沖的放電量不超過(guò)100 μC時(shí)，該集成灶的火花點(diǎn)火電路才能被觸及。

放電量的計(jì)算公式為：

在實(shí)際測(cè)量中，我們利用示波器的積分功能，把單個(gè)脈沖波形分解成多個(gè)小區(qū)間。每個(gè)小區(qū)間的極性保持一致。將每個(gè)小區(qū)間的面積進(jìn)行累加，即可得到∫Udt的數(shù)據(jù)，再將該數(shù)據(jù)除以2 000 Ω的阻值即可得到放電量。

圖4 脈沖間隔時(shí)間 （t）的測(cè)定

圖5 空載電壓（Vo）和脈沖時(shí)間（d）的測(cè)定

圖6 單個(gè)脈沖放電量（Q）的測(cè)定

最終，我們得到單個(gè)脈沖的放電量Q=8.4μC（如圖6）。該結(jié)果小于表1的限值，表明該集成灶的火花點(diǎn)火電路是可以被觸及的。換句話(huà)說(shuō)，該集成灶火花點(diǎn)火電路的外露式結(jié)構(gòu)是安全的。

3 總結(jié)

集成灶具有集成化和智能化的特征，受到越來(lái)越多的家庭的喜愛(ài)。與此同時(shí)，這類(lèi)新型產(chǎn)品的安全性不容忽視。在行業(yè)發(fā)展的早期，生產(chǎn)廠(chǎng)家更多地宣傳其突出的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)可能存在的安全性問(wèn)題缺少重視，市場(chǎng)對(duì)其監(jiān)管的力度往往也不夠。本文依據(jù)國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)集成灶火花點(diǎn)火電路的安全性進(jìn)行了分析與探討，揭示了此類(lèi)產(chǎn)品可能存在的電氣安全風(fēng)險(xiǎn)，給生產(chǎn)廠(chǎng)家和監(jiān)管部門(mén)提供一定的技術(shù)參考。