日用五金家電行業(yè)接地電阻實驗的原理及檢測方法

吳彤彤 劉桐麟 孫佳琪

（1.中國日用五金技術(shù)開發(fā)中心 2.華晨寶馬汽車有限公司）

一、家用電器的接地電阻檢測

在GB 4706.1-2005《家用和類似用途電器的安全第1部分：通用要求》中要求對所有一類產(chǎn)品必須進行接地測試，標準中對電器接地須達到的要求：一旦絕緣失效，那些有可能帶電的產(chǎn)品的易被人接觸到的金屬部件，應(yīng)能始終保持可靠的連接到產(chǎn)品內(nèi)部的一個接地端子上或產(chǎn)品輸入插口有接地觸點。這項測試的目的就是為了保證產(chǎn)品在單一絕緣失效的情況下，使用者一旦接觸到產(chǎn)品的導(dǎo)電部件，此時產(chǎn)品可以被可靠的連接到接地點上，防止人員觸電危險。通過對產(chǎn)品阻抗的測量來判斷產(chǎn)品是否滿足標準要求，從而來判斷產(chǎn)品是否安全，例如：GB 4706.1-2005《家用和類似用途電器的安全 第1部分：通用要求》中要求一般電器的接地電阻值應(yīng)不超過0.1Ω，那么則認為該產(chǎn)品的接地電阻是符合要求的。另外，開關(guān)或者保險絲的是不應(yīng)該包含在阻抗內(nèi)的。

接地只是針對金屬外殼的產(chǎn)品而要求的，有加強絕緣的產(chǎn)品是利用塑料外殼來進行觸電保護的，正常情況下，金屬外殼是不帶電的，但當家用電器的絕緣遭到了破壞，內(nèi)部的帶電部件與外殼的金屬導(dǎo)通，那么就會產(chǎn)生電壓，當電壓超過了安全電壓，如果人一旦觸及外殼就容易產(chǎn)生觸電事故。產(chǎn)品要求有接地在裝置的原理就是，當金屬外殼通過接地線與建筑物中的地線及大地導(dǎo)通將電流釋放，這樣電流就不會通過人體，從而達到了保護使用者人身安全的目的，因此“接地”是家用電器的安全保護措施。

二、家用電器進行接地電阻的測試要求：

大部分現(xiàn)行通用標準中對接地測試要求如下：

1.使用歐姆定律來計算被測產(chǎn)品的接地電阻值，電流流過被測產(chǎn)品，對被測產(chǎn)品施加一定時間直流或交流的低電壓值，測量保護接地連接端子或接地觸點和被接地零件之間的電壓。通過此電壓降與流經(jīng)產(chǎn)品的電流值來計算出產(chǎn)品的接地電阻值。

2.阻抗不應(yīng)超出安全標準要求的某個值，不同的安全標準要求值有所不同。例如：IEC 60950-1要求測試電壓不超過12V，交流或直流電流，選擇產(chǎn)品設(shè)定電流的1.5倍或25A中兩者較大的值進行測試。測試持續(xù)時間為60s，最終連接在保護接地端子或接地觸點和被接地的零件之間的阻抗不能超過0.1Ω，其中不包括電纜的阻抗。有一些標準，警如CAN/CSA-C22.2 No.60950-1或UL60950-1(含加拿大國家差異)規(guī)定，如果產(chǎn)品的額定電流不超過16A，則要求測試電流為40A，持續(xù)時間為2分鐘。除加拿大標準外，大多數(shù)標準要求對產(chǎn)品施加一分鐘及25A的電流。加拿大國家接線法規(guī)（Canadian National Wiring Code）的要求與這些要求是非常相似的，他們假設(shè)保險絲在兩倍額定值的電流下動作時間不超過1分鐘，UL標準則認為，由于多數(shù)電源電路使用20A線路開關(guān)保護，故障電流將會是40A并且不超過2分鐘。

三、接地電阻準確測量方法：

目前，接地電阻測試儀已普及至各實驗室，為接地電阻的測量創(chuàng)造了方便的條件，有關(guān)接地電阻儀的使用方法，有以下幾點需要進行注意：

1.采用四端測量法是比較準確的一種方法，圖1為測量接地電阻的原理圖。

圖1 測量原理圖

由于接地電阻值比較小，引線電阻和測試電極接觸電阻也會對小電阻的測量有很大的影響。因此測量時為了消除這些影響，達到精確測量，可采用四端測量法，即：“電壓回路等電位、電流回路等電流。”

設(shè)定一個測試的電流A，其通常為電器設(shè)備額定電流的1.5倍，或者是與25A進行比較，取兩者中較大的數(shù)值作為該測試電流，并且設(shè)備的空載電壓不應(yīng)超過12V，這樣便滿足了絕大多數(shù)電器產(chǎn)品標準中規(guī)定的測試條件下，進行限定電壓測試。通過計算用電設(shè)備的接地端子與其相連接的金屬部件的電壓降，根據(jù)歐姆定律可以得到電阻阻值R。如圖2中的電路圖所示，4個電阻r1-r4分別是電壓表的引線電阻以及回路上的接觸電阻。其中由于電壓表的輸入阻抗較大，因此流過電流表的電流較小，可以判斷出AC兩點為等電位點，BD兩點為等電位點，從圖中可以總結(jié)出，電壓差U并不受到r1和r2的干擾，即AB兩點之間的電位差為電壓表的讀數(shù)數(shù)值。電路中電流表的數(shù)值I即為通過電阻R的電流，這是因為串聯(lián)電路中AB兩點不產(chǎn)生分流，r3r4同理。因此，r1-r4的引線和AB兩點以外的引線對U/I比值的結(jié)果，是沒有影響的。

圖2 四線法消除引線和接觸電阻的影響

2．應(yīng)能提供較大的電流

在家用電器產(chǎn)品中，接地電阻測試原理就是使用較大電流的低電壓源加到接地回路來進行核實接地路徑的完整性。大多數(shù)國內(nèi)外現(xiàn)行有效的產(chǎn)品及國家標準的要求都是給設(shè)備提供25A的電流，使其工作60s來測試產(chǎn)品的接地電阻值；這兩個值設(shè)置的目的就是讓產(chǎn)品在可以承受的最大電流及在此最大電流下可經(jīng)受的最長時間來測試產(chǎn)品所產(chǎn)生的接地電阻，以此來考核產(chǎn)品的接地電阻值是否達到標準要求。其主要的防觸電保護的原理是：當家用電器產(chǎn)品絕緣失效從而引起的易觸及金屬部件帶電時，接地措施可使易觸及的金屬部件與電器上的接地端子與供電線路中的接地回路連接成一體，產(chǎn)生比較大的回路電流同時通過供電線路中的過流保護裝置的動作從而切斷電器供電電源，使人觸及這類器具的金屬部件時免受電擊的危險。

因此，提供較大的電流是接地測試的必要條件之一，檢測產(chǎn)品的接地性能不但要測試出準確的接地電阻值，同時要保證能夠給產(chǎn)品提供較大的電流，這樣才能準確的考核出被測樣品的接地連續(xù)性。

事實上，即使不能提供足夠大的電流，設(shè)備也可以顯示出合格的接地電阻值，所以實驗室有時候不能從測試值中發(fā)現(xiàn)設(shè)備的問題，因此通常實驗室可以通過定期計量來核查設(shè)備的功能是否正常。

3.接地電阻儀期間核查

接地電阻測試是安規(guī)中最常規(guī)的一項測試，因此，對于家電檢測實驗室來說，接地電阻測試儀也是使用頻率非常高的設(shè)備，為了能夠確保儀器始終處于準確測量狀態(tài)，最好在兩次檢定之間再增加一次期間核查。期間核查的方法有很多，本文中推薦如圖3所示的四線制的測試方法，供讀者參考：

圖3 四線制測試法

四線制測試方法可選電阻值為10、20、50、75、100、200、300、500mΩ的電阻進行校驗。電阻的溫度系數(shù)＜250×10-6/℃。每個電阻值測量3次取平均值。如果測量結(jié)果的誤差在±5%以內(nèi)，則視為滿足要求。

四、炊具日用五金行業(yè)需進行接地電阻測試的產(chǎn)品及標準要求：

以下列舉筆者所熟悉的炊具日用五金行業(yè)涉及的產(chǎn)品包括：

1.家用燃氣灶具：國家強制性標準GB 16410-2020《家用燃氣灶具》中5.2.11條款中第四條對家用燃氣灶具的接地電阻要求接地電阻值不應(yīng)超過0.1Ω。

2.燃氣采暖熱水爐，所涉及的標準是 GB 25034-2020《燃氣采暖熱水爐》中6.11電氣安全性條款中要求使用交流電源采暖爐的電氣安全性應(yīng)符合附錄I的規(guī)定，附錄I中I.12接地措施中對燃氣采暖爐的接地措施進行了明確的要求，除了結(jié)構(gòu)要求外，最終要求燃氣采暖爐的接地電阻值不超過0.1Ω。

3.家用燃氣快速熱水器：國家強制性標準GB 6932-2015《家用燃氣快速熱水器》中附錄C中C.14接地措施中對一類家用燃氣快速熱水器的接地措施進行了明確的要求，其接地電阻值不應(yīng)超過0.1Ω。

4.除幾種家用燃氣用具外商用燃氣用具也對產(chǎn)品的接地電阻值進行了明確的要求，例如：GB 35848-2018商用燃氣燃燒器具、中餐燃氣炒菜灶 CJ/T 28-2013、炊用燃氣大鍋灶CJ/T392-2012、燃氣蒸箱CJ/T187-2013、商用燃氣燃燒器具通用技術(shù)條件CJ/T451-2014等都對產(chǎn)品的接地電阻進行了明確的要求。

結(jié)語：

接地電阻測試是家電安規(guī)中最基本的檢測實驗，是對用戶人身安全的最基本保障，因此，在強制性認證中要求，需進行強制性認證的家用電器出廠前必須要對產(chǎn)品進行接地電阻的出廠檢驗，在產(chǎn)品投入市場前要對同批次的產(chǎn)品進行確認檢驗，以保證電器產(chǎn)品的安全。