GB 4943.1-2022與GB 4943.1-2011關(guān)于插頭放電試驗(yàn)的差異分析

摘 要：GB 4943.1-2022相較于GB 4943.1-2011在標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)和內(nèi)容上發(fā)生了重大的變化，標(biāo)準(zhǔn)制定基于危險(xiǎn)的安全工程理念，引入疼痛和傷害模型，增加了能量源界定等。本文通過對(duì)GB 4943.1-2022與GB 4943.1-2011關(guān)于插頭放電試驗(yàn)的差異對(duì)比分析，結(jié)合實(shí)例研究，以期對(duì)相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)和設(shè)計(jì)及檢測實(shí)驗(yàn)室的檢測能力儲(chǔ)備提供一些借鑒作用。

關(guān)鍵詞：插頭放電，電氣間隙，分析

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.24.019

0 引 言

隨著音視頻、信息技術(shù)產(chǎn)品和通信技術(shù)產(chǎn)品的融合發(fā)展，難以清晰界定產(chǎn)品的類別以適用不同的標(biāo)準(zhǔn)。為了適應(yīng)產(chǎn)品的更新?lián)Q代和新技術(shù)的應(yīng)用，我國積極地推進(jìn)IEC 62368-1標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)化工作。GB4943.1-2022已于2022年7月19日發(fā)布，于2023年8月1日實(shí)施，我們應(yīng)關(guān)注新舊版本的差異，為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和研究提供一些指導(dǎo)。

1 電引起的傷害

GB 4943.1-2022基于HBSE（Hazard BasedSa fety Engineer ing）的原則制定，引入了疼痛和傷害的三框圖模型和安全的三框圖模型，區(qū)分不同等級(jí)的能量源，并識(shí)別不同的能量傳遞原理以適用不同的安全防護(hù)等級(jí)[1]。電能量源分為ES1、ES2和ES3三級(jí)，通過正常工作條件下、異常工作條件下和單一故障條件下的電壓和電流來確定的（見圖1）。相較于GB 4943.1-2011，對(duì)于部分產(chǎn)品的限值要求可能有所放寬。如GB 4943.1-2022ES1的穩(wěn)態(tài)電流限值0.5 mA，而GB 4943.1-2011中限值為0.25 mA，限值增加了一倍。另外，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)產(chǎn)品的預(yù)期使用人員予以分類，包括一般人員、受過培訓(xùn)的人員和熟練技術(shù)人員，對(duì)各類人員的安全防護(hù)要求有差異。

GB 4943.1-2022中使用抗電強(qiáng)度試驗(yàn)確定電氣間隙，不同于GB 4943.1-2011的要求，電氣間隙的限值要求比較低，企業(yè)的設(shè)計(jì)壓力較小。引入抗電強(qiáng)度試驗(yàn)，對(duì)于檢測方來說可以更全面地評(píng)估產(chǎn)品的符合性。

此外，考慮到新興產(chǎn)品中應(yīng)用絕緣液體代替空氣構(gòu)成安全防護(hù)，也增加了絕緣液體的要求。對(duì)于新型的安全防護(hù)元器件，如SPD，IC限流電容器等的要求也予以限制。整體上說，新版的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于現(xiàn)有及未來的產(chǎn)品有更大的適用性。

2 關(guān)于插頭放電試驗(yàn)的差異

2.1 插頭放電

插頭放電是評(píng)估設(shè)備從供電電源斷開連接器的瞬間，內(nèi)部的儲(chǔ)能元件（如電容器、ICX等）殘余的電荷向外部電路釋放的情況。電容放電依據(jù)以下公式：

其中：U 0為放電起始電壓；t為放電時(shí)間；U為電容放電時(shí)刻t 的電壓值；τ為電容放電常數(shù)。由上述公式可知，放電時(shí)間由電阻的阻值Ｒ和電容的容值C 決定。當(dāng)C一定時(shí)，R 越大，所需放電時(shí)間越長；反之，R 越小，放電時(shí)間越短。

2.2 插頭放電試驗(yàn)差異

GB 49 43.1-2 0 22中條款5. 5. 2 . 2規(guī)定了斷開連接器后，如果電容器電壓是可觸及的，則應(yīng)檢測斷開后2s時(shí)的可觸及電壓是否符合要求[2]。GB4943.1-2011中僅在電容量超過0.1 uF時(shí)進(jìn)行插頭放電試驗(yàn)[3]。另外，兩版標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于可觸及電壓的限值也不相同。GB 4943.1-2011對(duì)放電的時(shí)間常數(shù)τ進(jìn)行限制，而GB 4943.1-2022則規(guī)定如果電能量源是一個(gè)電容器，則需要依據(jù)充電電壓和電容量來劃分能量級(jí)的級(jí)別。斷開連接器后電容器的放電試驗(yàn)需要依據(jù)不同的使用類別及電容量來確定限值，如圖2所示。GB 4943.1-2022對(duì)于用作電容器放電安全防護(hù)的電阻器有要求，此項(xiàng)要求與GB 8898-2011的要求類似。泄放電阻短路或開路故障試驗(yàn)一般選擇開路其中一個(gè)泄放電阻，使整體回路電阻R變大，放電時(shí)間較長。如果電阻器符合5.5.6，則不需要承受模擬單一故障條件。

依據(jù)上述的分析，列出GB 4943.1-2022與GB4943.1-2011針對(duì)插頭放電的測試差異如表1。

3 實(shí)例分析

某電源適配器的輸入電壓為100-240V，頻率50Hz，輸出：9V/3A。電路中L、N兩端的XC1電容為0.22 uF，4個(gè)串聯(lián)的泄放電阻R1-R1.3（阻值相同，都為560kΩ，未經(jīng)安全認(rèn)證，需進(jìn)行隨機(jī)試驗(yàn)）。電源適配器為一般人員使用，輸出端子為ES1。

（1）測試電壓為額定電壓范圍的上限1.1倍，264V；

（2）測試電壓頻率50 Hz，使用示波器檢測連接器斷開后的從峰值衰減的放電波形。測試：正常工作條件下，插頭斷開2s時(shí)，電壓降為0V，符合圖2中對(duì)應(yīng)容值的ES1能量級(jí)60V的限值要求。

單一故障條件（R1斷開），適配器帶額定負(fù)載條件下，插頭斷開2s時(shí)，電壓降為0V，也滿足限值要求。

但是適配器不帶載的條件下，多次測量時(shí)發(fā)現(xiàn)一個(gè)特殊的現(xiàn)象。正半周（L為＋時(shí)），電容兩端電壓在插頭斷開后2s能降為0，而負(fù)半周（N為＋時(shí)）電容放電不能符合要求。調(diào)換插頭的L，N兩極，負(fù)半周正常放電，正半周不能放電，2s時(shí)電壓還保持202V，如圖3所示。

分析：樣品工作的等效電路見圖4。當(dāng)R1斷開后，帶載情況下，次級(jí)電路電壓已經(jīng)建立，U1和Q1處于工作狀態(tài)，插頭殘余的能量通過隔離變壓器TR1將能量傳遞至負(fù)載順利耗盡。

R1斷開后，不帶載的工作電路如圖5所示，當(dāng)電路中的正弦波中L端為+，N為-時(shí)，電荷經(jīng)由L→LF1→DB1→EC1→C1→R2→R1.2→R1.3→N，可形成一個(gè)完成的放電回路。而當(dāng)N端為+，L為-時(shí)，無法形成放電回路。測試了后端的電容EC1，此時(shí)電壓與插頭兩端的殘余電壓一致，殘余電壓都加載在后端電容上，無法快速放電。

GB 4943.1-2022中規(guī)定受試設(shè)備中的輸入電容器充電至峰值時(shí)斷開連接器，則為放電時(shí)間開始，未對(duì)插頭放電測試的次數(shù)進(jìn)行要求。對(duì)于Ⅱ類設(shè)備來說，插頭L，N兩極所接入的電路不同，正半周和負(fù)半周放電時(shí)間存在差異。試驗(yàn)中，應(yīng)多次試驗(yàn)，注意測量不同半周的放電時(shí)間。此外，受試設(shè)備帶載與不帶載的工作狀態(tài)，測試結(jié)果也會(huì)有差異。測試過程中應(yīng)注意考慮多種工作狀態(tài)，避免誤判漏判。

4 結(jié) 論

GB 4943.1-2022插頭放電試驗(yàn)較之GB 4943.1-2011有較大變化，需要結(jié)合電容容值、使用人員及不同工作條件使用不同的限值。對(duì)于電路中用作電容器放電安全防護(hù)的電阻器或電阻器組的要求應(yīng)注意考慮。對(duì)生產(chǎn)方而言，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)全面考慮產(chǎn)品可能存在的故障狀態(tài)，選用合適的元件。對(duì)實(shí)驗(yàn)室檢測，應(yīng)盡量結(jié)合產(chǎn)品工作狀態(tài)進(jìn)行測量。

參考文獻(xiàn)

王瑩，郭子綺，等.GB 4943.1-202X與GB 4943.1-2011及GB8898-2011的總體差異[J].質(zhì)量與認(rèn)證，2022（2）：44-47.

音視頻、信息技術(shù)和通信技術(shù)設(shè)備 第1部分：安全要求：GB 4943.1-2022[S].

信息技術(shù)設(shè)備 安全 第1部分：通用要求：GB 4943.1-2011[S].

作者簡介

余丹艷，碩士，工程師，研究方向?yàn)闄z測技術(shù)。

（責(zé)任編輯：張佩玉）