电子电气安规分析

2020-11-18袁行超郭正铭

环境技术 2020年5期

袁行超，郭正铭

（四川省电子产品监督检验所，成都 610000）

引言

目前电子电气产品广泛走进人们日常生活中，其安全与使用者、牲畜或财产息息相关；需满足按照电气产品的设计用途使用时，不会因产品安全而构成危害和损失。

产品安全中的安全是相对的，仅是一个定性的而不是绝对的概念，安全与否并没有一个明确且清晰的界限。因此评定一个产品安全性是一个定性的过程，没有一个严格的界限。世界各国组织为了能够对电子电气产品的安全性有一个自己的结论，必须有一个明确的检测方法及定性指标，由此就产生了各种指令与标准。

1 常见安全问题及处理措施

安全都是相对的，没有绝对的安全，安全的相对性表现在两个方面：一方面是风险程度；一方面是基础条件。产品安全设计的目的都是将各种危险造成的伤害或危害的危险减少到最低，直到可以接受的程度来达到安全。在产品设计或整改过程中从能量源、传播途径、人体三个部分进行考虑，就能解决产品的安全相关问题。

下面介绍几个重点关注的安全问题：电击；与能量有关的危险、着火、与热有关的危险；化学危险；机械危害；辐射。

1）电能的危害主要是指电击，而电击是由于电流通过人体而造成的，其引起的生理反应取决于电流值的大小和持续时间及其通过人体的路径，因此在产品设计时一定要考虑有效的安全防护措施。为了防止使用人员遭到电击，通常要有两级保护，且产品要同时满足正常工作条件、单一故障状态下使用都不能引起电击危险。例如设计产品时，要充分考虑其泄漏电流，以防泄漏电流过大而对使用者造成危害。而泄漏电流的关键又在于产品使用的隔离Y电容，因此选取适当规格的隔离Y电容便是重中之重。

2）电能的次要危害是与能量有关的危险，其原因是由于大电流或大电容电路的相邻电极间短路时可能导致的伤害或着火，减小这种危险常见的方法有：隔离、屏蔽、提供警告标识、使用安全联锁装置。因为如果产品在短时间内释放过高能量，由电能转换成热能，使可燃材料发热，就有可能引燃材料并燃烧起来，所以防火也是电子电气产品一个重要安全指标。电子电气产品发生火灾常有两种情况：产品自身作为火源直接引起的火灾及产品使用中过热等其它原因引起。不管是直接火源还是过热等引起的，我们都可以把着火分为三个关键元素：能量源、能量传递方式、可燃材料。我们要进行产品防火设计时，就必须考虑到这三点。在设计之初就充分考虑产品结构的安全，然后辅以合理的隔离以及屏蔽，最后在材料选择时使用满足阻燃要求的元件，这样就能使产品不会有能量相关的危险。常见的能量相关危险的例子就是电池的使用。电池的种类有很多，一般我们所使用的大致分类为：可充电电池、不可充电电池。当代生活当中有很多产品都带有电池，如果在使用时电池安装错误（不可充电池和充电电池混淆），给不可充电电池充电；或者是安装时极性错误，反向充电；又或者是产品因为某单一故障造成电池的过载、过放等情况时，都可能导致电池过热进而引发火灾。

3）产品当中的化学危害主要是指接触某些化学物品或吸入它们的气体和烟雾可能会造成伤害。这种危害对人体的伤害更直接，可能造成皮肤、器官受损，甚至中毒，因此防止这种危害的基本安全防护是避免使用容易产生化学反应的消耗性材料，并且提供安全结构的容器，然后再提供附加安全防护，比如防溢洒容器、安全联锁装置、安全警告标识等措施。

4）动能危害主要是指人体部位与产品及零部件发生碰撞时，动能传递到人体而引起的伤害。而导致这种伤害的原因一般是由于产品的锐边锐角、运动部件、不稳定等，例如产品内部直接与电源电网连接的电源线与尖锐的部件未做固定而产生摩擦，未做安全防护的散热风扇等。要想减少此类伤害，有效的方法是倒圆边角，安全联锁装置，还有警告标识等。

5）辐射危害主要是产品产生的某种辐射会对使用和维修人员造成伤害。主要的示例有高强度光和激光辐射、声波辐射、射频辐射、电离辐射等，能防止此类危害的方法包括：限制潜在辐射源的能量等级，屏蔽辐射源，加装屏蔽罩或使用隔板，使用安全联锁装置，以及警告标识等。

2 不同标准中相关规定和区别分析

各国现行的安规标准对“安全”的目标都是一致的，都是尽可能的构造一个安全的环境，即产品在生产、存储、运输、使用、直到报废等各个时间段都尽可能的不会对使用者、牲畜或财产等构成危害或损伤，但是结合各国的国情而各有差异，下面主要介绍是欧盟、北美、国内现行主流的一些安规指令及标准：

1）欧盟目前最新的指引指令为：2014/35/EU（低压电气指令）。其描述为：Electrical equipment may be made available on the Union market，only if having been constructed in accordance with good engineering practice in safety matters in force in the Union, it does not endanger the health and safety of persons and domestic animals, or property, when properly installed and maintained and used in applications for which it was made. 其充分表述为：在正确安装、维护及使用时，不会危害人员和家畜或财产的健康和安全。现行安规标准有IEC 62368-1、IEC 60950、IEC 60065、IEC 60335-1等。IEC 62368-1Audio/video,information and communication technology equipment Part 1: Safety requirements《音频、视频、信息和通信技术设备第1部分：安全要求》是将IEC 60950（等同采用GB 4943.1）、IEC 60065（等同采用GB 8898）两个标准相结合，进行安全防护要求分析，其认为产品的危害来源于能量源，从而以能量源建立模型。

2）北美的安全标准主要是指美国的UL标准，如：UL 62368-1、UL 60950、UL 60065、UL 60335-1 等，其内容大体和IEC标准一致，只是有地区的细微差异。

3）国内首先从GB 19517-2009 《国家电气设备安全技术规范》中表明了对安全的要求：为了期望在人、环境和产品之间的安全总水平得到最佳平衡，使电子电气产品设计、制造、销售和使用时最大程度减少对生命、健康和财产损害的风险，并达到可接受的水平，从而在细分的安规标准中进了详细的要求。国内常见标准主要是以IEC标准为基础，考虑了我们国家的国情、地理、气候、供电条件等差异而编制出GB 4943.1、GB 8898、GB 4706.1等标准。

其中GB 4943.1主要针对的是由电源电网供电或电池供电的额定电压不超过600 V的信息技术设备，常见示例有：货币处理机、数据处理存储设备、个人计算机、复印机等。GB 8898主要适用于由电网电源、电源设备、电池供电的额定电源电压单相交流不超过250 V或直流电源不超过250 V，连接到非单相电源不超过交流433 V，预订用来分别接受、产生、录制或播放音频、视频和有关信号的电子设备，常见示例有：电视机、音频功率放大器、有源音箱等。GB 4706.1主要适用于单相器具额定电压不超过250 V，其他器具额定电压不超过480 V的家用和类似用途电器的安全，常见示例有：电饭锅、榨汁机、空调等。

表1 GB 4943.1-2011与GB 8898-2011具体差异

在实际的电子电气设备安规检测过程中，由于科技的进步，音视频设备和信息设备的界限已经不是特别鲜明，经常出现功能上的交叉，进而容易引起认证标准的混淆。本次仅讨论GB 8898和GB 4943.1的差异，这两个标准有很多地方是相通的，但具体差异也很明显，具体内容见表1。

3 实际案例

在实际测试过程中，常常出现将GB 4943.1-2011与GB 8898-2011条款混淆的情况，下面是两个具体实例。

1）图1是一台液晶显示器的铭牌照片。

本次只分析产品的电源规格信息。如果工程师不熟悉或者不仔细记错标准，按照标准GB 8898中的第5.1条来判断，铭牌信息没有问题，只要标识了额定消耗功率或额定消耗电流其中之一均能满足标准要求；但是此类产品实际是按照标准GB 4943.1的1.7条来判定，标准中只要求标识额定电流，故此铭牌不符合GB 4943.1要求。

2）图2、3是一台音柱（音频播放器）的泄漏电流测试结果图。

我们本次只分析产品按照不同标准测试时泄漏电流要求值的差异。按照标准GB 8898中的第9.1条要求，测试要求值是按照电压峰值（图2）来判定；如果按照标准GB 4943.1中的第5.1条要求，测试要求值是按照电流有效值（图3）来判定。而此类产品实际是按照标准GB 8898的9.1条来判定，标准要求值是按照电压峰值，所以在测试时，工程师要严格按照产品类别来测试，不然就会出现测试结果偏差，造成判定错误。