家用電器防觸電設計常見問題分析

張立 胡益群 陳技

（1;2、寧波出入境檢驗檢疫局電氣安全檢測中心;3、余姚市廣播電視臺 浙江寧波 315000）

1 引言

防觸電是家用電器產品安全的首要問題。若產品存在防觸電方面的缺陷，將對使用者構成人身傷害乃至嚴重威脅到其生命。同時，我們也注意到近幾年來，一些中國制造的家電產品頻遭歐盟RAPEX通報［1］。從該通報的統計數據來看，也是將各種涉及觸電的危險列為主要通報原因之一，占被通報家電產品總數的一半以上，時時給我們敲響了警鐘。

盡管此問題受到普遍的關注，但目前很多制造商對此仍缺乏充分的認識，特別是在產品整機設計階段未能引起足夠重視致使很多產品從一開始就存在著“先天不足”的問題。因此對于家電產品設計開發人員來說，熟悉各種防觸電措施尤其是了解一些易被忽視的常見問題是十分必要的。

2 在家電產品設計中采用某些結構使觸電風險加大

對塑料外殼或部件包括按鈕、旋鈕等進行電鍍處理是很多設計人員經常采用的一種外觀設計方案，但若考慮不周將導致后果嚴重。若整個部件都進行了電鍍，即部件的內外表面均有電鍍層并且在電氣上是連通的，且電鍍件很難實現有效可靠的保護接地措施，這種情況下如果該部件內表面與帶電部件之間的電氣間隙很小甚至有接觸，事實上已使得外表面也成了帶電部件。更嚴重的情況是若此電鍍部件被設計裝配到正常使用時連續握持的手柄上，由于電擊造成使用者手部肌肉不自主的收縮而更加握緊帶電的手柄無法擺脫，將導致使用者遭到更嚴重的電擊甚至死亡。

圖1 跑步機手柄螺釘

圖2 輸入插座被拉出

圖3 格柵設計過于薄弱

跑步機等產品的手柄是使用時連續握持的部件，需要對防觸電滿足雙重絕緣或加強絕緣的防護要求［2］，僅依靠接地仍然認為是不符合要求的，畢竟產品接地的有效性還依賴于墻壁固定插座中接地線路的連續性。這一點很多廠家都能認識到，在金屬手柄上增加了絕緣護套，但卻忽略了一個細節，用于固定測量跑步者心率感應板的螺釘（位于手柄向下一側表面）直接與接地的手柄鋼管相接觸，而用戶握持手柄時能夠觸及此螺釘，存在較大的觸電隱患，圖1顯示了改進前后的對比照片，后者增加了與接地金屬的絕緣隔離措施。

采用扣子固定部件的方式未充分考慮其不可拆卸性要求也是一個常見的設計缺陷［3］。使用者徒手可以輕易地取下或在正常使用插拔過程中脫出（如圖2），或產品跌落后部件脫落，如電吹風出風口的格柵，都會導致直接觸電事故。特別是一些小部件，如在外殼上嵌入安裝的開關、指示燈（罩）等與外殼安裝孔尺寸的配合關系過松是主要原因，但過緊則裝配困難。另外由于扣子設計過小或強度不夠等也是造成部件可拆卸的一個原因。

其次是部件本身的機械強度，尤其是在外殼上設計通風散熱格柵或現場成形敲落孔縫，柵格條過細過薄易于斷裂（如圖3）或變形，因此需要考慮具備一定的抗外力沖擊和抗尖銳物刮蹭的能力。作為防護外殼的設計，要盡量避免使用脆性材料，但出于產品使用過程中耐高溫等因素的考慮確實需要使用此類材料時，如華夫餅爐的外殼，應采取增加材料厚度、設置加強筋等措施來滿足應有的強度要求。

3 對電氣間隙和爬電距離的滿足需要多措并舉

這方面尤其應考慮在環境較為惡劣、戶外或潮濕污染情況較嚴重條件下使用的產品，如在廚房中使用的油炸鍋、電燒烤架以及會產生冷凝水的電水壺等，對爬電距離有更高的要求。另外，必需考慮產品內部帶電部件和僅有基本絕緣層的內部導線的安裝位置，在距離外殼開孔、接縫比較近的情況下，需要在兩個相配合的外殼接縫邊緣上設置凹凸榫槽或增加內襯隔離層等措施來有效地增加電氣間隙距離；緊貼在外殼接縫處的指示氖燈，整個燈珠包括其引腳需要增加透明絕緣套管等措施才能滿足防護要求。僅有編織層而未浸漬過的套管由于纖維之間的存在縫隙，因此不認為具有絕緣防護作用，除非帶有一定厚度的（硅）膠層才能用作電氣絕緣材料。

設計由安全特低電壓供電時，此類電路初級（高壓側）與次級（低壓側）之間隔離需符合加強絕緣要求，同時應考慮焊點大小不均對間隙的影響，必要時中間開寬度適當的槽、孔來增加爬電距離（如圖4），但開槽并不能增大電氣間隙，線路板上必要的間距仍需保證。

一些開關型電源雖然在線路板上高低壓之間的間距滿足要求，但卻忽略了低壓側鋁質散熱片與高壓側電路的間距要求，如圖5，導致整體防觸電仍不符合要求。

4 元器件的選用不可隨意

為了減小開關電路在工作過程中產生的高頻共模干擾信號，一些產品在高壓側與低壓側電路之間連接電容器［4］。當低壓輸出端用戶可以直接觸及時，則該電容器被認為是一種保護阻抗，在電路原理和線路板設計時，必須至少設置兩個獨立的Y級電容器串聯，如圖6中兩個緊靠在一起的藍色電容器，并且需確保這些電容器的性能在整機的壽命周期內保持相對穩定。電容器容量的選擇需確保任何一個電容器擊穿短路時，測得的泄漏電流值仍需符合規定限值［5］。

圖4 適當開槽可增加爬電距離

圖5 高低壓隔離不徹底

圖6 開關電源線路板（正面）

另一個問題是插頭殘余電壓的控制［6］。是否會造成使用者觸電則取決于該電容器的容量值和并聯在該電容器上等效放電電阻的阻值（RC電路時間常數）。理論上，電容器容量越小，電阻阻值越小，則放電過程越短，安全性越高。但是為了滿足器具正常工作需要如利用電容器的容抗降壓以后為后級低電壓的電子控制電路如繼電器等提供足夠的電流或者為滿足器具抗電磁干擾（EMC）要求，電容器的容量又不能選擇過小，為了滿足放電時間不至于過長的要求，所并聯的電阻值就不能太大，但阻值較小的電阻并聯在電容器上，正常工作時在額定電壓下會產生較大的耗散功率，故該電阻額定功率的選用也需要進行計算驗證，以免因長期過載而燒毀造成不能有效放電，使插頭拔出后其插銷間仍維持著很高的電壓。

5 防觸電設計理念需要進一步引向深入

一些設計人員的思路停留在僅僅確保產品在按照其說明書中操作指南正常使用的狀態，而未能進一步考慮產品使用過程中可以預見的其他狀態。

事實上，防觸電設計需要考慮產品的整個壽命周期，不僅包括不同功能附件的相互組裝配合等各種狀態，，還需要考慮器具可能經受的外力沖擊、跌落等情況，以及由于內部元器件的意外失效、常見的使用者疏忽、過熱過載、過電壓、外部電磁干擾等非正常工作條件，即使經歷了這些惡劣的情況直至產品報廢的整個過程仍然能確保產品不會對使用者造成電擊傷害。

這樣一來，有人可能會擔心產品制造成本的明顯上升。但從整體經濟效益角度來說，加強機電產品的防觸電設計，并不一定會如此，相反地由于在產品設計之初就得到了充分考慮，從而避免了在進行產品安全認證和出口型式試驗時被檢出不合格而需要返工整改帶來的一系列問題，更可以有效避免出口后被通報帶來的各種經濟損失和對品牌價值的負面影響。

需要提醒的是，制造商在開發設計機電新產品時，不能完全照搬客戶提供的樣機或完全迎合客戶提出的要求而不顧及安全指令和產品標準的規定，而是需要在企業內部建立起有效的產品防觸電安全評價機制，從制度上為產品的防觸電安全把關。

另一方面，在人們安全意識日益提高和科學技術進步等因素的推動下，安全指令和產品標準也在不斷更新，提出了更多更高的要求，產品開發設計人員需要及時跟蹤掌握相關信息，使防觸電安全的設計理念也與時俱進。

6 結束語

安全問題無小事。機電產品若存在觸電的隱患，縱有最亮麗的外觀和卓越的性能，也是難免被一票否決的，因此首要問題是在產品設計開發中，需要在思想意識上引起高度重視。

其次，對電擊防護設計不但要有一個全面系統性的把握，更需要注重各類細節，這些措施為用戶放心使用電器編織起多道安全防護網，進一步加強了產品的防觸電安全性，從而將由此帶來的風險和損失降至最低。

[1] 歐盟非食品類消費品快速預警系統[EB/OL].2013.European Union Rapid Alert System for nonfood dangerous products [EB/OL]. 2013.http://ec.europa.eu/consumers/safety/rapex/alerts/main/index.cfm?event=main.listNotification s&CFID=622690&CFTOKEN=23541419&jsessionid=090 08ad3ab5788cab920f477a54513a305b1.

[2] GB 4706.1-2005, 家用和類似用途電器的安全 第1部分：通用要求[S]. 北京：中國標準出版社，2005.08.

[3] 徐聲杰 ,對GB 4706.1中“對觸及帶電部件的防護設計”的幾點理解[J]. 家電科技， 2011.311(12):58-59.

[4] 劉松，EMI及無Y電容手機充電器的設計［J］.電子設計應用,2007.09：112-115.

[5] 張立，帶電部件的確定及測量方法分析［J］.家電科技，2009，273(9):34-36.

[6] 陳永強; 劉國榮，正確理解電氣設備中電源插頭的剩余電壓和剩余能量［J］.日用電器,2008.10：53-57.