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嘉峪檢測(cè)網(wǎng) 2021-04-13 17:32
一提到家用電器產(chǎn)品安全,我們通常都會(huì)想到的是防觸電安全,防火災(zāi)安全,防高溫燙傷安全以及防機(jī)械危險(xiǎn)等。而其中需要特殊考慮得一種危險(xiǎn)就是插頭放電。
之所以說(shuō)它是個(gè)特殊的防護(hù)項(xiàng)目,那就先要簡(jiǎn)單介紹下插頭放電危害產(chǎn)生的原因。這一切就要從電容器開(kāi)始說(shuō)起,眾所周知,電容器是一種儲(chǔ)能元件,當(dāng)電容器的兩個(gè)極板之間加上電壓時(shí),電容器就會(huì)儲(chǔ)存電荷。對(duì)于現(xiàn)代電器產(chǎn)品而言,電阻和電容已經(jīng)成了不可或缺的基礎(chǔ)元件,由于現(xiàn)在越來(lái)越多的法規(guī)對(duì)于產(chǎn)品的電磁兼容方面提出了要求,從而使得越來(lái)越多的X2電容(電容的一種,屬于安規(guī)電容,其失效后,不會(huì)導(dǎo)致電擊,不危及人身安全,常用于抗干擾電路中的濾波作用,跨接在產(chǎn)品零火線之間,典型容值是零點(diǎn)幾μF~1μF。)被應(yīng)用到了產(chǎn)品中,有時(shí)產(chǎn)品中甚至沒(méi)有單獨(dú)的電阻但會(huì)有一顆X2電容。
由于電容器的存在,當(dāng)產(chǎn)品連接到電源時(shí),電容器開(kāi)始儲(chǔ)存電荷,而當(dāng)電器產(chǎn)品的插頭被從插座中拔出后,電容器內(nèi)儲(chǔ)存的能量如果沒(méi)有合適的排泄渠道,就會(huì)積聚在器具內(nèi),最直觀的危害就是,大家在日常生活中也偶爾會(huì)遇到,無(wú)意中觸碰到從電源上拔下的電器插頭時(shí),會(huì)有電擊灼痛。此時(shí)便是電容器內(nèi)的能量就會(huì)通過(guò)插頭的插腳釋放到人體,從而對(duì)人造成電擊傷害。正是因?yàn)槠湮:Πl(fā)生的部位特殊,發(fā)生的時(shí)間較為特定,且發(fā)生在產(chǎn)品從供電電源斷開(kāi)后,故而容易讓人們忽略這個(gè)危險(xiǎn)。
因此國(guó)際現(xiàn)行的家電產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)IEC 60335-1,在22.5章節(jié)中對(duì)插頭放電這個(gè)危害規(guī)定了專門的限值要求:
即在從電源斷開(kāi)1秒后,插腳之間的電壓不能超過(guò)34V。
而筆者的疑惑也來(lái)自于此,為什么標(biāo)準(zhǔn)中將限值定在34V?這個(gè)值有什么特殊的意義嗎?
如前所述,一般來(lái)說(shuō),如果有人觸碰了帶有未釋放能量的電容器的器具插頭時(shí),會(huì)有被電擊的痛感,那么可以將之歸類于電擊傷害的一種。但如果只是將其簡(jiǎn)單歸類于電擊危險(xiǎn)的話,是否正確呢?
在標(biāo)準(zhǔn)IEC60335-1中,一直將帶電體作為需要防護(hù)且不可觸及的對(duì)象,標(biāo)準(zhǔn)在3.6.4章節(jié)中對(duì)帶電體的定義為“打算在正常使用時(shí)通電的導(dǎo)線或?qū)щ娦圆考凑諔T例包括中性導(dǎo)線,但不包括PEN導(dǎo)線”,即所有通電的導(dǎo)體,導(dǎo)線都可能是帶電體;但正如我們實(shí)際生活中實(shí)際遇到的,比如剃須刀的充電器的輸出口,如果按照這個(gè)定義豈不是應(yīng)該要被包起來(lái)?怎么我們?nèi)粘I钪锌梢噪S便摸卻沒(méi)事呢?所以標(biāo)準(zhǔn)中也考慮了某些特殊情況,比如較低的電壓對(duì)人體無(wú)害,在3.6.4章節(jié)的注1中提到“凡是符合8.1.4章節(jié)要求的易觸及或不易觸及部件都認(rèn)為是非帶電體。”
順著這個(gè)思路我們看下標(biāo)準(zhǔn)8.1.4章節(jié)中要求:
如果易觸及部件為下述情況,則不認(rèn)為其是帶電的:
——該部件由安全特低電壓供電,且
-對(duì)交流,其電壓峰值不超過(guò)42.4V;
-對(duì)直流,其電壓不超過(guò)42.4V。
或……
看到這里,我們?cè)俸?2.5章節(jié)中限值對(duì)比,就會(huì)發(fā)現(xiàn),似乎這又與IEC60335-1中關(guān)于安全電壓的定義有出入,一個(gè)是34V,一個(gè)是42.4V,中間差的可不是一點(diǎn)點(diǎn)。
那么究竟是42.4V不安全還是34V要求過(guò)于嚴(yán)苛呢?可能有人會(huì)說(shuō)這兩者完全不是一個(gè)概念,不應(yīng)當(dāng)放在一起比較;那么筆者簡(jiǎn)單構(gòu)思了一個(gè)電氣結(jié)構(gòu),或許可以讓兩者之間聯(lián)系更加直觀:
上圖是一個(gè)簡(jiǎn)化的適配器電路,左側(cè)為變壓器初級(jí)輸入,通過(guò)插頭連接到220V市電上,中間是一個(gè)安全隔離變壓器,滿足加強(qiáng)絕緣,右側(cè)為次級(jí)輸出,輸出電壓42V。在安全隔離變壓器的初級(jí)線路和次級(jí)線路上有一對(duì)聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān),兩者同時(shí)導(dǎo)通和斷開(kāi),輸入端有1個(gè)X2電容和一個(gè)放電電阻,能確保在斷電1秒后,電容兩端電壓降到39V。次級(jí)是由一個(gè)半波整流二極管和一個(gè)濾波電容器組成。以下按照三種狀態(tài)分別討論各種情況下適配器輸入插腳之間的電壓以及輸出端之間的電壓
(1)當(dāng)適配器接入220V的市電,聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)閉合。此時(shí)適配器輸入插腳之間電壓峰值為311V,而次級(jí)輸出電壓為42V;
(2)當(dāng)適配器從電源斷開(kāi)時(shí),若同時(shí)將聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。在斷開(kāi)瞬間,適配器輸入插腳之間電壓的瞬時(shí)電壓可能達(dá)到311V,而輸出端之間仍然是42V;
(3)在適配器與市電斷開(kāi)1秒后。此時(shí)適配器輸入插腳之間電壓已經(jīng)降到了39V,而輸出端之間依然是42V。
按照IEC60335-1的判定,對(duì)于適配器輸入插腳而言,在狀態(tài)(1)和(2)時(shí),都屬于危險(xiǎn)帶電情況,不滿足安全的要求。但在狀態(tài)(3)時(shí),雖然適配器已經(jīng)和市電斷開(kāi),但是因?yàn)榇藭r(shí)插腳之間電壓為39V依然大于22.5章節(jié)34V的限值,所以依然會(huì)被認(rèn)為是不合格的。反觀次級(jí)輸出,無(wú)論處于哪種狀態(tài)都被認(rèn)為是安全并且可觸及的電壓。那么此時(shí)最明顯的對(duì)比就出現(xiàn)了,同樣在狀態(tài)(3)時(shí),為什么適配器輸入插腳之間電壓低于輸出端,但還是要被認(rèn)定為不合格呢?
帶著這個(gè)疑問(wèn),我后續(xù)翻閱了目前主流的電器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),驚訝的發(fā)現(xiàn)各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于限值要求各不相同,如下羅列了現(xiàn)行的各種電器產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于插頭放電電壓限值的要求:
表(1)
常見(jiàn)電器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)插頭放電電壓限值匯總表 |
|||||
產(chǎn)品類型 |
家電類產(chǎn)品 |
音視頻產(chǎn)品 |
燈具 |
電動(dòng)工具 |
適配器 |
相關(guān)主要標(biāo)準(zhǔn) |
IEC 60335-1: 2010 |
IEC 62368-1: 2014* |
IEC 60598-1: 2014 |
IEC 62841-1: 2014 |
IEC 61558-1: 2017 |
電壓限值 |
34 V |
60 V d.c.; 30 V r.m.s.或者42.4 V peak |
34 V** |
34 V |
60 V d.c. |
*針對(duì)正常情況下的普通人群,能量源頻率≤1kHz **通過(guò)插頭連接電源的普通燈具 ***帶有連接到初級(jí)供電的插頭 |
同時(shí)按照同樣的方法和各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中可觸及的安全電壓限值相比較,情況也不盡相同。
表(2)
常見(jiàn)電器產(chǎn)品可觸及安全電壓限值匯總表 |
|||||
產(chǎn)品類型 |
家電類產(chǎn)品 |
音視頻產(chǎn)品 |
燈具 |
電動(dòng)工具 |
適配器 |
相關(guān)主要標(biāo)準(zhǔn) |
IEC 60335-1: 2010 |
IEC 62368-1: 2014* |
IEC 60598-1: 2014 |
IEC 62841-1: 2014 |
IEC 61558-1: 2017 |
電壓限值 |
42.4 V d.c.或42.4 V peak |
60 V d.c.; 30 V r.m.s.或者42.4 V peak* |
60 V d.c.; 帶載時(shí)≤25 V r.m.s.且空載時(shí)≤35 V r.m.s.** |
42.4 V peak且空載電壓≤50 V peak |
60 V d.c.或 35 V peak |
*針對(duì)正常情況下的普通人群,能量源頻率≤1kHz **針對(duì)普通燈具 |
那么為什么會(huì)出現(xiàn)這種限值不同的情況呢?
個(gè)人猜測(cè):首先,由于各個(gè)電器產(chǎn)品的特性不同,使用情況不同,從而導(dǎo)致安全電壓限值不同,同樣也導(dǎo)致了插頭放電限值不同。無(wú)論限值是34V還是42.4V亦或是60V,這里的目的都是為了促使器具有一個(gè)泄放電容器能量的措施,從而確保在插頭與電源斷開(kāi)后,在被有意或無(wú)意觸及時(shí),不會(huì)對(duì)人體造成嚴(yán)重傷害。此外,可能插頭放電的危害不單單是電擊傷害這一點(diǎn),還需要考慮其他的潛在危害,例如火災(zāi)隱患。電容器能量的泄放是通過(guò)電流流出實(shí)現(xiàn)的,而電流在導(dǎo)體中的流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生熱量,兩者之間呈現(xiàn)平方后正比的關(guān)系,所以當(dāng)插頭的插腳在斷電后被一個(gè)低電阻導(dǎo)體橋接,此時(shí)就會(huì)有電流流過(guò),電容器此時(shí)儲(chǔ)存的能量越高,則瞬時(shí)電流越大,而表征電容器能量高低的指標(biāo)之一便是電容器兩端電壓的大小,體現(xiàn)在整個(gè)器具上就是插頭插腳之間的電壓大小,只有能量越小,才能讓可能產(chǎn)生的電流越小。
當(dāng)然以上僅僅是筆者自己的一點(diǎn)猜測(cè)和思考,作為拋磚引玉,歡迎各位讀者和專家提出自己的觀點(diǎn)和意見(jiàn)。
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