关于IEC 60335-1中13章与16章泄漏电流解析

2018-07-14王凯音刘智亮陈信勇

家电科技 2018年6期

关键词：器具电阻人体

王凯音　刘智亮　陈信勇

珠海格力电器股份有限公司　广东珠海　519070

1　引言

本文主要针对安规检测IEC 60335-1中最常见的13章和16章泄漏电流的试验进行解析，以免检测者在测试过程中将两个条款的试验混淆，本文内容供检测人员参考。

2　产生机理

接触电流是当人体或动物接触一个或多个装置或设备的可触及部件时，流过身体的电流。泄漏电流的大小由施加的电压和人体阻抗所决定，可能与人体串联的任何有明显作用的电路有关，人体阻抗包含皮肤阻抗和内部组织阻抗。

2.1　电流的分量分析

测量泄漏电流采用交流电源供电，所以电容的电流必须要考虑在内，测量泄漏电流的目的是希望测量结果能够客观定量地评估电器设备对人体可能造成危害的程度。所以泄漏电流是以电流的大小来表示的，但泄漏电流的频率成分可能不是单一的工频成分，器具的供电电压包括了工频及其各次谐波频率成分的周期脉冲电压波，不同频率的电压共同作用生了不同频率的泄漏电流。若检测仪器的频带足够宽就能够测量出总的泄漏电流值。设I总为总的泄露电流值，则：

其中：I0、I1、I2、I3——工频及其各次谐波频率的泄漏电流的有效值。

2.2　接触物对电流的反应

接触物受产品泄漏电流影响的程度是由接触物本身的感知特性所决定，感知特性主要表现为感知电流。所以测量器具对接触物的泄漏电流，可以直接通过测量接触物的感知电流来确定泄漏电流。确定泄漏电流时需要先求取该接触物相对感知程度系数。以人体为例：经多次实际测试发现，电阻在1500～2000Ω，时间常数在200～250us时的RC并联网络的曲线最接近实际的人体对频率的感知程度。等效模拟电路如图1所示。

根据图1的RC并联网络等效图可得出电阻分流系数（B(f)）与频率(f)的关系，如下：

R=1.5KΩC=0.15uF

基于如上函数测得的电流值就能综合考虑到泄漏电流的大小和频率的关系。有相关学者通过多次试验研究得出：人体对泄漏电流的感知程度随着频率的升高而下降，频率越高电流的危害就越小。但人体对不同频率电流的敏感程度是相对的。

2.3　人体阻抗的影响因素

泄漏电流的大小和人体阻抗有关，人体阻抗包含皮肤阻抗和内部组织阻抗。

影响人体阻抗大小的因素：

（1）电流的类型：交流、直流；

（2）电流的路径：手到手、双手到双脚、一只手到臀部；

（3）皮肤状况：干燥、湿度、盐水湿度；

（4）皮肤的接触面积：接触面积大、接触面积中、接触面积小；

（5）接触电压：低压、高压；

（6）皮肤电容：电容的试验数字在0.01μf/cm2～0.05μf/cm2。

（7）皮肤电阻：在电流开始流过皮肤之前，施加于皮肤的电压为零，但是自最初的瞬间接触电压一呈现，电流就开始流动。如图2所示。

皮肤电阻变化和电击持续时间的函数：

[Rs(t)-Rv]=[Rs(0)-Rv] e-t/0.05

Rs(0)——未施加接触电压的皮肤电阻；

Rv——在施加电压后无限长时间的皮肤电阻；

τ——时间常数。

Rs数值也是电流流过人体持续时间的函数，则：

Rs(t)=Rv+[Rs(0)-Rs] e-t/0.05

3　标准检测方法差异

3.1　检测目的不同

IEC 60335-1中13章工作温度下的泄漏电流：当器具处于正常工作状态下，人体接触器具时，由于器具具有的容性和人体本身等效电容。器具、人体及大地三者通过耦合形成一个回路，该回路中形成的电流就是该章规定的泄漏电流，所以测试该章时需要考虑连接模拟人体网络。根据世界不同区域人体的特性不同，人体网络大致分为两种（IEC及UL）。在测试该章时应该根据产品销售到不同的地区而选择对应的人体网络。

IEC 60335-1中16章泄漏电流：器具不连接电源，但须外加试验电压。带电部件和触及的金属部件之间的绝缘在承受电压时，器具的寄生电容和绝缘材料由于受潮而导致电阻率下降等产生泄漏电流。该章考核的目的是测试出由绝缘材料本身导致的泄漏电流，所以该章测试时不需要连接模拟人体网络。

以上两章测试的泄漏电流实际都是模拟器具接地失效的情况，所以在测试时一定要将器具和大地做好绝缘。

表1　测试结果

3.2　检测仪器不同

测试13章泄漏电流时，IEC 60990中要求测量系统的输入阻抗，人体网络如图3所示。

设定测量端子电压=Ui

图1　等效模拟电路

图2　皮肤电阻变化

图3　人体网络原理

图4　对泄漏检测仪器3个关键开关的说明

图5　Ix在绝缘体上的分布图

图6　不连接电源时泄漏电流分布

Z2——RB、C1谐振电路阻抗；

Zin——总谐振电路阻抗；

Ui——定测量端子电压；

Ii——加权漏电流。

从图3人体网络原理可知，13章的泄漏电流值实际是测量出电压U（并联一个高阻抗的电压表）和计算出人体阻抗电阻Zin，仪器最终通过欧姆定律计算出泄漏电流I。

图4是对泄漏检测仪器3个关键开关的说明。

S1：仪器总电源开关，串联在仪器的零线上；

S2：双刀双支的换向开关，模拟零火线转换的情况；

S3：接地开关，控制被测器具是否与地连接，对于一些特殊的样机需要与地连接该开关需要关闭，一般情况下是打开状态。

测试16章时不需要串联人体网络，标准里明确规定泄漏电流的测量是通过一个低阻抗高精度安培表测量的，安培表测量的是泄漏电流的有效值，所以标准里对16章的要求都是测量有效值。

3.3　限值要求不同

大部分情况下两章节泄漏电流限值是相同的，但16章的限值在下述四种情况下是要求增加一倍。

（1）对于所有控制器在所有极上有一个断开位置的器具；

（2）对于只有一个热断路器的器具；

（3）对于所有的温控器、限温器和调节器等控制装置都没有断开位置的器具；

（4）带有无线电干扰滤波器的器具。

4　16章泄漏电流加倍原理

（1）对于器具的功能性关断仅是通过一个类似单极开关来实现，由于器具只是功能性的关断，所以器具关断后仍有一端连接在电源上。在开关断开位置的泄漏电流Ix是平均分布在绝缘体上的，若单位绝缘体上的电流为Ix，则Ix在绝缘体上的分布图如图5所示。

（2）当器具不连接电源时，泄漏电流的分布如图6，可见电压在器具上无电位差，电流平均分布在器具上。当单极开关使器具接通电源时，由于器具的中性线与地线等电位，电流从火线经过器具的绝缘电阻后到零线时此时的电位值为0，电流在绝缘体上的分布也逐渐降低为0，此时电流在绝缘体的分布如图6，可见图5电流的面积是图6的两倍。

（3）若器具的零、火线上只有一个全极断开的开关或类似元器件，该类器具只通过此类元器件或直接拔掉插头来控制器具的通断，那么器具处于断开位置时是没有一端连接在电源上的。对于这类器具用16章要求测试时泄漏电流的值应为0。

因此出现上述4种情况时，测试16章泄漏电流值将是在实际中绝缘所受到的泄漏电流平均值的两倍。对于器具而言即使泄漏电流测试值增加一倍，但器具本身的绝缘性是不变的，同样能达到与器具仅通过一个类似单极开关断电相同的安全水平。

5　实例检测比对

针对IEC 60335-1中13章和16章测试的4种状态和限值要求的不同，分别对四台带有只单极开关的不同型号的窗机进行验证测试在相同测试条件下测试，窗机型号分别为：型号1：GJC05BT-A6NMNE1A；型号2：JC06BTA6NRNE1A；型号3：JC07AA-D1RNB9A；型号4：JC08BSA3NRNH2C。测试结果如表1所示。

从以上4个型号的样机测试结果可看出，16章不连接电源的测试结果明显比13章正常工作稳定运行时的测试结果大得多，两者几乎是2倍的关系，符合以上四种情况的标准要求。