IEC 62368-1受限制短路试验的豁免设计

朱乃榕

摘要：IEC 62368-1基于IEC 60950-1基础，对保护连接导体新增附录R受限制短路试验，旨在验证过流保护装置有效性。受限制短路试验具有电流能量大、操作复杂等特点难以实施。为降低测试成本，文中提出3种设计方案，既能够保障设备防电击绝缘性能，又合理地豁免考核。

关键词：IEC 62368-1;受限制短路试验;保护连接导体;过流保护装置;豁免设计

Design to Exempt Limited Short-circuit Tests in IEC 62368-1

ZHU Nai-Rong

（Fujian Inspection and Research Institute for Product Quality， Fuzhou 350002， Fujian， China）

Abstract： On the basis of IEC 60950-1， IEC 62368-1 adds Appendix R limited short-circuit test to the protective bonding conductor to verify the effectiveness of the overcurrent protective device. The limited short-circuit test has the characteristics of large current energy and complicated operation， which is difficult to implement. In order to reduce the cost of testing， the author proposes three design schemes， which can not only guarantee the insulation performance of the equipment against electric shock， but also reasonably exempt the assessment.

Key Words： IEC 62368-1; Limited short-circuit test; Protective bonding conductor; Overcurrent protective device; Design to exempt

1引言

我国即将发布已重新起草修改采用的IEC 62368-1：2018 《Audio/video， information and communication technology equipment – Part 1： Safety requirements》[1]新国家标准，旨在代替现行GB 4943.1/IEC 60950-1《信息技术设备 安全 第1部分：通用要求》[2]和GB 8898/IEC 60065《音频、视频及类似电子设备 安全要求》。

IEC 62368-1：2018在GB 4943.1/IEC 60950-1测量I类信息技术设备保护连接导体尺寸和阻抗的基础上，新增附录R的1500A受限制短路试验。该项目考核难度大，很多已获证GB 4943.1/IEC 60950-1的产品通过率低。为提升认证速度，笔者对该项目深入解读，提出3种豁免设计方案供参考。

2受限制短路试验的目的及难点

2.1受限制短路试验目的

Ⅰ类设备是使用基本绝缘作为基本安全防护，同时使用保护接地和保护连接作为附加安全防护的设备。保护接地导体是将设备内的主保护接地端子和供保护接地用的建筑物设施的接地点连接起来的保护导体，而保护连接导体是为设备内部出于安全目的需要接地的部分提供保护等电位联结的保护导体。

受限制短路试验能够验证在由额定值不超过25A的装置保护的电路中的保护连接导体与过流保护装置允许的故障电流是适应的，以1500A受限制短路试验来测试附加安全防护的完整性。之所以采用1500A电流值是基于设备内保护装置（例如：快速熔断器）的最高额定分断电流值，也基于建筑物设施中保护装置（例如：空气断路器）的最低额定分断电流值，具备普遍性，适用绝大多数信息技术设备[3]。

如图1所示，某款适用海拔5000m及以下、输入电压为AC220V/50Hz的I类电源单元，保护接地导体起始于电网电源地端，截止于器具插座地端;与保护接地导体相连的铜箔（连接到可触及端子）与一次电路的电气间隙和爬电距离仅满足基本/附加绝缘，该铜箔被定义为保护连接导体，进行受限制短路试验后铜箔烧穿损坏，试验未通过。

当设备内发生接地短路时，短路电流流过保护连接导体，过流保护装置应先于保护连接导体损坏前动作。若以保护连接导体断开的方式来切断故障回路，原本由基本绝缘和保护接地构成的防电击绝缘防护在失去保护接地后变为只有基本绝缘防护，存在极大的电击风险。

2.2受限制短路试验难点

GB 4943.1-2011规定保护连接导体不得有过大的电阻。若设备的保护电流额定值小于等于25A，需对保护连接导体施加I2t的电流能量以检查阻抗不超过0.1Ω（I为200%保护电流额定值，t为试验持续时间2min）[4]。假设设备内保护装置的保护电流额定值为4A，则保护连接导体需承受I2t=8A×8A×2×60s=7680A2s电流能量。

由于我国供电条件的特殊性，设备供电的相线和中性线无法做到绝对正确区分，不排除供电极性错误的可能性。对交流电源而言，进行受限制短路试验时，如果设备中仅提供一个过流保护装置，且供电无法区分极性，则要使用建筑物设施中的保护装置来进行试验，同时将设备内部的过流保护装置旁路。建筑物设施中的保护装置应具备在半个周期通过前不会切断故障电流的特性，而实际的保护装置动作响应时间与其性能深度关联，不同类型、不同型号、不同批次甚至不同运行寿命的保护装置动作响应时间都有差异。

原则上，受限制短路试验仪器的输出电源性质应与设备供电的电源性质相同。进行受限制短路试验前，先将试验电源输出短路，所测得的短路电流至少能达到1500A。再将保护连接导体连接到试验电源上，且使用的电源电压等于设备的额定电压或额定电压范围内的任意电压。我国市电频率为50Hz，波动周期为20ms，短路试验电流为1500A，假设过流保护装置脱扣时间为半个周波或以上，则受限制短路试验对保护连接导体输出电流能量的最小理论值为I2t=1500A×1500A×0.01s=22500A2s。

实际线路的阻抗可能影响试验电源实际输出电流略小于空载短路电流，但受限制短路试验输出电流能量远超过保护连接导体阻抗试验电流能量的结果不受影响，且受限制短路试验与保护连接导体阻抗试验的试验时间差异大，巨大的电流能量在一瞬间完全释放在保护连接导体上。若保护连接导体为PCB铜箔，即使设计为承载GB 4943.1/IEC 60950-1的200%保护电流额定值，也很难撑得起1500A受限制短路试验的不确定周期冲击（试验周期主要跟保护装置性能参数有关）。因此，即使设备能满足GB 4943.1/IEC 60950-1，也未必能通过IEC 62368-1附录R。

如果设备的额定输入电压为AC220V，则试验电源的电源容量至少要达到220V×1500A=330kVA。小型安规实验室专门配备一台330kVA电源（例如发电机或储能电池组）进行受限制短路试验的成本很高。另外，IEC 62368-1规定受限制短路试验应在不同的样品上进行3次试验（除非制造商上同意在同一个样品上进行试验），每次试验持续进行到过流保护装置动作为止。如果制造商同时提供N种保护连接导体方案和M种过流保护装置备料，则总试验次数为3*N*M，检测费用也将变得昂贵。

3标准规定与豁免设计

3.1标准规定

IEC 62368-1：2018规定，出于安全目的需要接地的部分，保护连接导体应满足如下之一的要求：

——表1的最小导体尺寸;或

——如果设备的额定电流和电路的保护电流额定值都不超过25A，则应满足如下之一的要求：

——表2的最小导体尺寸;或

——附录R的受限制短路试验。

a额定电流包括能为其他设备提供电网电源的输出插座所输出的电流。如果制造商未声明设备的额定电流，则采用额定功率除以额定电压的计算值。

b额定电流小于3A时，如果软线的长度不超过2m，在有些国家允许使用标称截面积为0.5mm2的软线。

c如果电源软线的长度不超过2m，则括号中的数值适用装有符合GB/T 17465.1的额定值为10A的连接器（C13、C15、C15A和C17型）的可拆卸电源软线。

d如果电源软线的长度不超过2m，则括号中的数值适用装有符合GB/T 17465.1的额定值为16A的连接器（C19、C21和C23型）的可拆卸电源软线。

连接保护连接导体的端子应满足如下之一的要求：

——表3的最小端子尺寸;或

——如果设备的额定电流和电路的保护电流额定值都不超过25A，则应满足如下之一的要求：

——端子尺寸比表3中的值小一个规格;或

——附录R的受限制短路试验。

a“螺钉型”是指在螺钉头下面夹紧导体的、带或不带垫圈的一种端子。

使用符合规定尺寸的电缆和端子可以保证保护连接导体在遇到接地短路故障时，能够承受瞬间大电流不损坏，故而无需考核受限制短路试验。若使用铜箔等无法量化的导体来构成保护连接导体，则无法豁免试验。

3.2豁免设计

受限制短路试验的豁免设计可以从变更绝缘类型、电缆取代铜箔、分散连接路径三个方向入手。

3.2.1变更绝缘类型——基本防护+附加防护

变更加强防护

Ⅰ类设备可以具有Ⅱ类结构，即防电击保护依靠双重绝缘或加强绝缘[5]。变更绝缘类型将保护连接导体所连接的电路从基本防护+附加防护变更为加强防护。如图2所示，将原本作为保护连接导体的铜箔与一次电路的空间距离扩大，防电击绝缘从基本绝缘+附加绝缘变为加强绝缘，维持绝缘性能且该铜箔不再作为保护连接导体，可以豁免受限制短路试验，然而在电路设计上需提高相关电路的电气间隙和爬电距离、抗电强度等。

3.2.2电缆取代铜箔——电缆作为保护连接导体

如果预期不使用铜箔来进行等电位联结，可以将电源输入地端（例如器具插座地端）脱离设备电源板，使用合规的电缆连接器具插座地端（保护接地端）至设备内部金属框架（保护连接端），电缆的导体和端子尺寸见表1、表2、表3。也可以定义电缆作为唯一的保护连接导体，导体后端等电位联结采用3.2.1中的加强绝缘设计，如图3所示。只要保护连接导体尺寸符合标准要求，可以豁免受限制短路试验。

3.2.3分散连接路径——多重路径的保护导体

当设备的结构不允许将电源输入地端脱离电源板时，应考虑增强保护连接导体的载流能力。可以在原有接地铜箔进行加厚加宽的基础上，外接金属片充当新的保护连接导体通路，提高载流承受能力。如图4所示，中电源板背面的接地铜箔增加面积、电源板正面的插座接地端外接金属片。金属片的横截面积远超铜箔，即使在试验中铜箔熔化断开，周期内的残余电流能量也不足以将外接的金属片破坏。外接金属片充当保护连接导体部分的某个路径截面积满足表2要求，即可通过受限制短路试验。针对类似设计，可以考虑简化试验或豁免考核。

4结语

文中的3种豁免设计方案，旨在应对IEC 62368-1：2018对I类信息技术设备的附录R新要求。豁免设计并不是逃避试验，而是依据标准规定在不降低设备防电击绝缘前提下，尽可能地降低检测实验室和企业成本。制造商应考虑自身产品结构，进行合理整改以迎接新国家标准的实施。

参考文献

[1]IEC 62368-1：2018. Audio/video， information and communication technology equipment–Part 1： Safety requirements [S].

[2]信息技术设备 安全 第1部分：通用要求：GB 4943.1-2011[S].

[3]蔡军，邹建强.电子开关1500A短路试验[J].安全与电磁兼容，2006（3）：49-50，64. DOI：10.3969/j.issn.1005-9776.2006.03.009.

[4]王昕.信息技术设备中保护连接导体电阻的测量方法[J]. 安全与电磁兼容，2007（2）：62-63. DOI：10.3969/j.issn.1005-9776.2007.02.010.

[5]刘睿骐.浅析信息技术设备的防电击处理方法[J]. 中国科技纵横，2014（20）：86-86，88. DOI：10.3969/j.issn.1671-2064.2014.20.066.