关于家用电器产品内部接地连续性结构的研究

范凌云 杨 威

（珠海格力电器股份有限公司 珠海 519070）

引言

随着家电产品的不断创新与发展，消费者接触到的家用电器种类也越来越多，小到手持式风扇、电动剃须刀、吸尘器，大到电暖器、空调等产品，各种不同种类电器其内部结构是完全不同，其安全防护类型也有差异。

大部分家电产品为I类器具，其安全防护的措施主要是基本绝缘外加接地，其防护方式是将用户易触及的导电部件连接到建筑物中的保护性接地导线上，万一基本绝缘因异常导致失去原有的保护功能，易触及的导电部件不会带电。因此，产品内部的接地结构是否可靠对人身安全有很大的影响。而且当家电产品在第三方机构进行检测时，不同的人员因对标准中的条款理解有差异，容易导致同一产品检测时得出不同的结论，因此针对部分特殊的接地结构需要进一步明确。

1 接地相关的说明

1.1 功能性接地

1）定义

用于保证家用电器的正常工作，或使家用电器可靠而正确地实现其功能，为功能接地。

如产品内部控制板，为达到抗干扰、滤波等作用连接地线至金属外壳，使产品可正常工作。

2）符号

1.2 保护性接地

1）定义

以用户和电气产品的安全为目的的接地。如产品带有可触摸的金属外壳，当内部的导线因绝缘损坏导致带电部件外露，如果带电部件接触金属外壳，则会使外壳带电，因此金属外壳需进行保护接地。

2）符号

2 保护性接地的作用

不同家电产品其防触电保护类型是不同的，I类器具是采用基本绝缘和接地的方式，II类器具是采用双重绝缘或加强绝缘的方式。

因此保护接地只针对于I类器具中的可触及金属外壳，不适用于II类器具（基本是通过加强绝缘的塑料外壳）。

家用电器在正常工作状态时，其金属外壳和其内部带电部件是相互绝缘的，金属外壳不带电。当家用电器内部绝缘发生异常或长期使用使得绝缘老化后，可能会导致电器的带电部件（如导线、带电端子等）与外壳接触，因此电压会导入金属外壳，如果该电压超出人体可接受的安全范围（标准中规定42.4 V），且当使用者触摸到金属外壳时，就会发生触电危险。

但是如果电器的金属外壳通过电源线中地线与大地连接时，危险电压/电流则不会从人体通过，因此可以保护用户不被触电。因为金属外壳与建筑物之间的电阻是很小的（标准要求不超过0.1 Ω），而金属外壳到人体，再到大地的电阻要大很多（人体电阻约2 000 Ω），因此危险电压不会通过人体，起到保护作用。此类家用电器的电源插头应采用带接地的三脚插头。

因此电器内部的保护接地是十分重要的防触电保护措施。

3 保护性接地的连续性

保护性接地对人身安全是至关重要的，因此家电产品内部的不同金属部件之间、金属部件与大地之间的接地连续性则是关键点。

通过拆解多类产品的内部结构，如空调、冰箱、热水器等电器产品，可以发现其内部的接地基本都是用一根黄/绿色的接地线来实现连接，满足接地连续性。因此结合标准要求分析其它接地连续性结构的符合性。

3.1 安全标准分析

参考家用电器的安全通用标准GB 4706.1，其中针对接地连续性在标准内容中有多处提及，具体如表1。

从表1所知，通用标准GB 4706.1列出中接地相关的要求。涉及接地连续性的要求，需考量金属的耐腐蚀性、接地电阻、机械应力、螺钉的连接和结构。

表1 接地连续性在安全通用标准的内容汇总

3.2 金属的耐腐蚀性

金属的腐蚀分为自身腐蚀与接触腐蚀。

自身腐蚀为金属部件在长期的外部环境下，经过高温高湿以及其他因素的影响，自身发生锈蚀的现象。例如在沿海地区，长期高温高湿，且空气中盐分相对较高，容易导致金属发生腐蚀。

接触腐蚀又称电偶腐蚀。两种不同电位的金属，在同一电解质中偶接，组成原电池所引起的腐蚀。

当两种不同的金属放置接触时，只要在电解溶液中存在电位差，就可以产生电流。电流从阳极流向阴极，电位差越大，发生腐蚀的危险越高。如图1。

图1 接触腐蚀

而当金属发生腐蚀后，其接触电阻会变大，影响其接地电阻值，因此金属为保证其接地连续应具有耐腐蚀性。

3.3 接地电阻

标准要求接地端子或接地触点与接地金属部件之间的连接，应具有低电阻值。从空载电压不超过12 V（交流或直流）的电源取得电流，并且该电流等于器具额定电流1.5倍或25 A（两者中取较大者），让该电流轮流在接地端子或接地触点与每个易触及金属部件之间通过[1]。试验一直进行到稳定状态建立为止。

在器具的接地端子或器具输入插口的接地触点与易触及金属部件之间测量的电压降。由电流和该电压降计算出电阻值，该电阻值不应超过0.1 Ω[1]。

电源软线的电阻不计在内。

3.4 螺钉的连接和结构

标准说明，只要在正常使用中不需要改变连接，并且在每个连接处至少使用两个螺钉，则自攻螺钉和宽螺距螺钉可以用来提供接地连续性的连接[1]。

宽螺距螺钉指的是螺距比公制螺纹宽的普通自攻螺钉，属于螺纹成形自攻螺钉，见图2。

图2 自攻螺钉

例如ST2.9自攻螺钉的螺距为1.1 mm。普通自攻螺钉，也叫快口螺钉或者快牙螺钉，就是不用打眼可以直接钻进去。螺纹分成阳螺纹和阴螺纹，普通螺钉上的螺纹是阳螺纹，而螺母上的螺纹是阴螺纹。自攻螺钉不需要阴螺纹的螺母，自己在旋进去的同时在材料上钻出了阴螺纹。

螺钉和接地端子连接后应能保证无松脱的风险，目前认为可靠的放松托方式有如下几类：

1）使用2个以上的螺钉；

2）弹簧垫圈；

3）防松垫圈。

4 保护性接地连续性的示例

通过上述分析，在满足相关要求的前提下，接地连续性的结构可以是多样的。如下为几种常见的示例。

4.1 接地线连接

通过接地线为整机接地系统提供连续性是各类电器最常用的方法，见图3、图4，将需要接地的部件（如压缩机、电机、电加热金属管等）通过地线连接到主接地，形成接地连续性。

图3 接地线提供接地连续

图4 接地线提供接地连续

如果需要接地的部件较多，就需要连接多条接地线，此类接地结构需要防护接地线的走线路径，不得触及锐边锐角、突出的螺钉尖头等，防止走线被割伤。

4.2 钣金件之间连接

此类接地方式是通过钣金与钣金之间的连接形成接地连续性，至少通过2颗螺钉进行紧固连接，保证接地有效性，见图5。

图5 钣金件之间提供接地连续

该结构下的连接螺钉通常使用刮漆螺钉（在螺钉帽下有凸点），在螺钉旋转拧紧时，螺钉帽下的凸点与接触的钣金刮蹭，除去钣金上的涂层，使螺钉与钣金更有效的接触，保证低电阻要求，有效形成接地连续性。

此结构需要对螺钉连接处的锈蚀问题进行防护。

4.3 铜管与翅片连接

在空调的内部结构中，通过铜管与金属翅片之间的胀管连接来形成接地连续较常见。

该结构主要工艺为将U型铜管穿入翅片孔内，再使用胀杆插入U型铜管内将铜管外径胀至与翅片孔紧密接合，可保证相关部件之间的连续性，见图6、图7。

图6 铜管与翅片孔进行插接

图7 铜管胀管结构

例如：标准铜管直径Φ5对应翅片孔直径Φ5.2±0.03，经过胀管后铜管直径约为Φ5.3；标准铜管直径Φ7对应翅片孔直径Φ7.3±0.03，经过胀管后铜管直径约为Φ7.4。达到铜管与翅片孔过盈配合。

此类结构在满足耐腐蚀、接地电阻等要求的前提下，能有效保证接地连续性。

目前部分产品已有通过铜管胀管来提供接地连续的结构，因标准中未明确此类结构，导致检测判定时结论不一。

后面经过2019年IEC大会讨论后，认为该结构符合标准，可用作接地连续性设计。

5 总结

通过对安全标准GB 4706.1中与接地相关要求的分析，详细说明了产品使用的接地类型、保护接地的作用以及产品内部保护接地的连续性，并结合家用电器产品的实际接地结构，从多个方面证明其接地连续结构的符合性。

目前家用电器的种类繁多，从小家电到大家电，如电水壶、电暖器、冰箱、洗衣机、空调等，其内部的接地结构均有很大的差异，在满足安全标准中接地要求的前提下，接地连续性的结构不作限制。

因此在进行家用电器产品的结构与接地设计时，应严格按标准相关的要求进行管控。