王婷婷 張 紅 俞毅敏 戴妙妙 馬 壯 / 上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院

0 引言

電子電氣產(chǎn)品，尤其是家用電器產(chǎn)品的安全涉及千家萬(wàn)戶的生命財(cái)產(chǎn)安全，為加強(qiáng)監(jiān)管力度，政府把電氣安全納入了強(qiáng)制性認(rèn)證目錄。插頭放電項(xiàng)目作為電子電氣產(chǎn)品的重要安全項(xiàng)目之一，直接關(guān)系到普通使用人員在操作時(shí)的人身安全，正確地判定插頭的放電量是否在安全范圍，也是相關(guān)實(shí)驗(yàn)室在監(jiān)測(cè)工作中遇到的難點(diǎn)。

電子電氣產(chǎn)品的輸入電路往往含有儲(chǔ)能元件，通電一段時(shí)間后其儲(chǔ)能元件中會(huì)充滿電量。拔出插頭后，如果沒(méi)有有效的放電電路，或儲(chǔ)能元件中的電量過(guò)大，與放電電路的放電速度不匹配，就會(huì)給觸碰插頭的人員帶來(lái)觸電的感覺(jué)。本文研究了插頭放電的測(cè)試方法，比較了不同標(biāo)準(zhǔn)判定的差異，指出測(cè)試中的注意點(diǎn)。

1 插頭放電測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

多類產(chǎn)品的安全測(cè)試均須進(jìn)行插頭放電測(cè)試，如音頻、視頻及類似電子設(shè)備、信息技術(shù)設(shè)備，家用和類似用途電器、燈具、測(cè)量、控制和實(shí)驗(yàn)室用電氣設(shè)備，手持式電動(dòng)工具、醫(yī)用電氣設(shè)備、電力變壓器、電源、電抗器和類似產(chǎn)品等，涉及標(biāo)準(zhǔn)有[1-8]GB 4706.1-2005（IEC 60335-1：2010）、GB 8898-2011（IEC 60065：2011）、GB 4943.1-2011（IEC 60950-1：2013）、GB 7000.1-2007（IEC 60598-1：2008）、GB 4793.1-2007（IEC 61010-1：2010）、GB 3883.1-2008（IEC 60745-1：2006）、GB 9706.1-2007（IEC 60601-1：2012）、GB 19212.1-2008（IEC 61558-1：2009）等。雖然各標(biāo)準(zhǔn)判定要求存在差異，但測(cè)試方法一致。不同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)被測(cè)試設(shè)備是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的判定依據(jù)不同，但一般均考察下面兩個(gè)參數(shù)，一是考察特定時(shí)間的電壓，判斷其是否滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電壓值以下，如 GB 4706.1-2005（IEC 60335-1：2010）中規(guī)定當(dāng)測(cè)試樣品在電壓峰值時(shí)從電源斷開，在斷開后的1 s，插頭各插腳間的電壓不超過(guò)34 V；二是考察電壓下降到特定值時(shí)所需的時(shí)間，判斷該時(shí)間是否短于標(biāo)準(zhǔn)要求的時(shí)間，如GB 4943.1-2011（IEC 60950-1：2013）中要求對(duì)A型可插式設(shè)備，其放電時(shí)間常數(shù)不超過(guò)1 s，對(duì)B型可插式設(shè)備，其放電時(shí)間常數(shù)不超過(guò)10 s。放電時(shí)間常數(shù)定義為經(jīng)過(guò)該段時(shí)間放電，電壓將衰減到初始值的37%。

2 插頭放電測(cè)試

2.1 測(cè)試方法

插頭放電測(cè)試所涉及的主要設(shè)備有交流源、示波器、探頭、開關(guān)。 測(cè)試線路如圖1所示。

圖1 測(cè)試線路示意圖

試驗(yàn)需要滿足下列環(huán)境條件：符合標(biāo)準(zhǔn)要求的穩(wěn)定環(huán)境，無(wú)外來(lái)輻射熱及氣流影響。使用溫濕度指示儀表監(jiān)控整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程的溫濕度，如有條件，監(jiān)控試驗(yàn)過(guò)程的大氣壓和樣品周圍的風(fēng)速。按如圖所示施加符合標(biāo)準(zhǔn)要求電壓。然后切斷電路，使用示波器測(cè)試電路切斷后特定時(shí)間的最大電壓Vmax，并記錄相關(guān)波形。

2.2 理論計(jì)算

插頭放電的理論值可按下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：U0— 電壓峰值；

t — 放電時(shí)間；

R — 被測(cè)插頭內(nèi)阻；

C — 被測(cè)插頭電容；

U — 放電一段時(shí)間后的電壓；

RC — 時(shí)間常數(shù)。

3 分析與討論

使用Tektronix DP05204示波器對(duì)測(cè)試插頭進(jìn)行放電試驗(yàn)，測(cè)試用電壓為220 V，50 Hz的交流電。接通線路，分別測(cè)試放電1 s、2 s、5 s、10 s后的樣品兩端電壓。測(cè)試樣品主要零部件為金屬化膜聚丙烯電容器和玻璃鈾電阻器，所用零部件可承受電壓400 V、準(zhǔn)確度在1%以上、溫度系數(shù)在100×10-6以下、引出端為插片。分別采用兩種不同規(guī)格的樣品和探頭進(jìn)行試驗(yàn)。使用Fluke 8846A數(shù)字多用表測(cè)試樣品1電阻R為6.699 MΩ，電容C為0.153 μF，時(shí)間常數(shù)為1.025；測(cè)試樣品2電阻R為21.81 MΩ，電容C為0.151 μF，時(shí)間常數(shù)為3.29。使用的探頭1為Agilent的10076B探頭，內(nèi)阻66.7 MΩ，電容3 pF；探頭2為上海某廠生產(chǎn)的XJ23702高壓高阻無(wú)源探頭，內(nèi)阻100 MΩ，電容12 pF。經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試，取多次測(cè)試電壓的最大值，可得不同放電時(shí)間時(shí)的測(cè)試電壓，樣品1和樣品2的測(cè)試值和理論值如表1和表2所示（計(jì)算理論值時(shí)需同時(shí)考慮樣品和探頭的電阻和電容。由于探頭電容很小，可忽略不計(jì)）。樣品和探頭1的等效電阻R11為6.088 MΩ，樣品和探頭2的等效電阻R12為6.278 MΩ。表中理想探頭一欄為不考慮探頭影響時(shí)的理論值，此時(shí)探頭R→∞，等效電阻即為樣品內(nèi)阻值。使用理想探頭可以反映樣品自身的阻抗特性。

從表1和表2可知：

1）理論值總是大于測(cè)量值，通過(guò)分析可知，實(shí)際測(cè)試中，很難在電壓峰值切斷電源，故電壓不是從最大值開始放電，導(dǎo)致測(cè)量值偏小。圖2為使用2號(hào)探頭測(cè)1號(hào)樣品1 s時(shí)的波形圖，從圖中可以清楚地看出初始電壓為301.9 V，未達(dá)到峰值311 V。

表1 樣品1不同放電時(shí)間的測(cè)試電壓

表2 樣品2不同放電時(shí)間的測(cè)試電壓

圖2 2號(hào)探頭測(cè)1號(hào)樣品1 s時(shí)的波形圖

2）探頭內(nèi)阻需盡量大，電容需盡量小，從而降低測(cè)試時(shí)探頭阻抗對(duì)樣品本身的影響。為了減少探頭阻抗對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，IECEE的CTL決議（DSH-0716）[9]對(duì)插頭放電測(cè)試使用的探頭做了明確規(guī)定，探頭電阻大于100 MΩ，電容小于25 pF。如若探頭內(nèi)阻不夠大，在測(cè)試大內(nèi)阻的樣品時(shí)探頭內(nèi)阻影響較大，誤差會(huì)較大，從表3和表4可以看出。

4 結(jié)語(yǔ)

本文分析了電子電氣產(chǎn)品插頭放電的測(cè)試過(guò)程，指出不同標(biāo)準(zhǔn)雖然判定依據(jù)存在差異，但是測(cè)試方法一致。在測(cè)試中，需從電壓峰值處切斷電源，從而獲得電壓最大值。由于測(cè)試探頭自身的阻抗會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響，故測(cè)試過(guò)程中需選用大電阻小電容的探頭。

[1]工業(yè)與電子信息部第四研究院. GB 8898-2011[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

表3 不同探頭測(cè)試樣品1的測(cè)試值與理想值

表4 不同探頭測(cè)試樣品2的測(cè)試值與理想值

[2]工業(yè)與電子信息部第四研究院. GB 4943.1-2011[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

[3]全國(guó)家用電器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì). GB 4706.1-2005[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.

[4]全國(guó)照明電器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)燈具分會(huì). GB 7000.1-2007[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[5]全國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究所. GB 4793.1-2007[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[6]全國(guó)電動(dòng)工具標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì). GB 3883.1-2008[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[7]全國(guó)醫(yī)用電器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì). GB 9706.1-2007[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[8]全國(guó)變壓器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC44）. GB 19212.1-2008[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[9]IECEE CTL. DSH-0716[S]. 北京：2008.