關(guān)于電氣設(shè)備中插頭放電測試的探討

張 超 吳鎮(zhèn)邦 張 強

1.東莞市精邦機械科技有限公司，廣東東莞 523000；2.廣東省東莞市質(zhì)量監(jiān)督檢測中心，廣東東莞 523000

消費者日常接觸的電氣設(shè)備，如家用電器、燈具、音視頻設(shè)備、信息技術(shù)設(shè)備等都對設(shè)備電源斷開后的殘余電壓有相關(guān)要求，日常消費者接觸較少的醫(yī)用電氣設(shè)備及機械電氣設(shè)備也有相關(guān)要求，甚至要求更高。由于消費者日常接觸更多的是使用插頭與電網(wǎng)電源連接的設(shè)備，因此本文將試圖針對插頭連接電源的設(shè)備在插頭放電測試中的要求和關(guān)鍵注意事項進行探討，針對目前測試中遇到的一些問題提出解決方案。

1 標(biāo)準(zhǔn)要求

標(biāo)準(zhǔn)要求的總原則是保護使用者的安全，對預(yù)定要用電源插頭與電網(wǎng)電源連接的設(shè)備，其設(shè)計應(yīng)當(dāng)確保在插頭從電源插座拔出后，當(dāng)接觸插頭的插腳或插銷時，不得因電容器貯存的電荷而產(chǎn)生電擊危險。通常當(dāng)電容量超過0.1 μ F，則設(shè)備應(yīng)設(shè)計有放電裝置，以盡快的將電壓衰減至標(biāo)準(zhǔn)要求值以下。

1.1 標(biāo)準(zhǔn)要求概述

不同電氣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)對此要求和描述稍有不同，標(biāo)準(zhǔn)要求對比見表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)要求對比

1.2 放電裝置

如GB 4943.1—2011中所述有關(guān)的時間常數(shù)τ=RC，是指設(shè)備一次電路的等效電容量（μ F）和等效放電電阻值（MΩ）的乘積。

從下面放電電壓的計算公式（1）可知，設(shè)計放電裝置，增大一次電路的等效放電電阻值，將加快貯存電壓的衰減。

一種典型的放電裝置如下圖1典型的放電裝置，將1.5MΩ的泄放電阻R9、R10并在抑制無線電干擾電容器X1的前面，即可在電源斷開后快速的將貯存的電容衰減。典型的放電裝置如圖1所示。

圖1 典型的放電裝置

2 插頭放電測試方法及要點

2.1 插頭放電測試方法

目前國內(nèi)外實驗室對于插頭放電測試大多數(shù)采用存儲示波器測試法[5]，主要是通過穩(wěn)壓變頻源給樣品供電，使用示波器及配套高壓探頭測試樣品電源斷開后的放電波形，從示波器上讀取電壓衰減曲線和數(shù)值。

2.2 插頭放電測試要點

（1）被測樣品供電為額定電壓（如GB 4706.1—2005）或需要考慮電源容差（如GB 4943.1—2011），視具體標(biāo)準(zhǔn)要求而定。標(biāo)有額定電壓范圍的器具，應(yīng)以額定電壓范圍的上限考慮。

（2）分析電路圖在通/斷開關(guān)可能處于的任一位置確定電壓斷開時會引起較大電壓的開關(guān)狀態(tài)，如無法直接判定測試時需要開關(guān)處于不同位置時進行測試。注意部分標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定只需在開關(guān)置于“斷開”位置進行（如GB 4706.1—2005）。

（3）被測樣品通常是由50/60Hz的正弦波供電，示波器應(yīng)抓取電源從峰值斷開的放電波形，例如，器具以220V供電，則峰值電壓應(yīng)為約312V。除非標(biāo)準(zhǔn)有特殊規(guī)定，例如GB 8898—2011就規(guī)定為了找到最不利的情況，試驗可以重復(fù)10次。

（4）應(yīng)用一個內(nèi)阻抗不影響測量值的儀表來測量，GB 4943.1—2011規(guī)定當(dāng)測量電壓衰減時，使用輸入阻抗由一個（100±5）MΩ的電阻器和一個輸入電容量為25pF或更小的電容器并聯(lián)組成的儀器得到結(jié)果，CTL決議（DSH 0716）也有類似的要求。

（5）CTL決議（DSH 0753）中要求為了更好的保證結(jié)果的一致性和重復(fù)性，應(yīng)使用電子式的電壓感應(yīng)裝置控制在電壓峰值時切斷電源。

3 目前測試中的問題

3.1 準(zhǔn)確性問題

采用存儲示波器測試法時，通常使用1000x或100x的高壓探頭，這就使得測試精度不高，電壓的測試分辨力為2V或4V等，對試驗結(jié)果影響較大，在低電壓值時影響尤為突出，綜合電壓測試精度在10%左右。

需要手動的多次通斷樣品供電電源，不容易抓取到與理論值相近的電壓峰值，電壓峰值的偏差將直接影響試驗結(jié)果。

另外，由于示波器的設(shè)置和操作對測試人員要求較高，特別是取樣率、觸發(fā)耦合方式等設(shè)置，以及測試過程中光標(biāo)的移動、讀數(shù)等操作，容易由于人員的因素而影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.2 時效性問題

采用存儲示波器測試法時，整個測試過程較為煩瑣，包括樣品準(zhǔn)備、示波器連接和參數(shù)設(shè)置、多次通斷樣品供電電源及操作示波器抓取電壓峰值衰減曲線、操作示波器讀取測試結(jié)果、記錄測試結(jié)果和保持電壓衰減曲線（需要時）。一般來說，就算是操作熟練的測試人員仍需要0.5h左右完成測試，當(dāng)試驗結(jié)果臨界限值時或者需要測試相對地的放電時，所需時間更長。

4 解決方案

針對以上情況，有必要從測試的準(zhǔn)確性、便捷性和時效性方面出發(fā)，尋求解決方案，以保證滿足國內(nèi)外企業(yè)及客戶對檢測服務(wù)要求越來越高的需求。

目前檢測儀器設(shè)備市場上有專用的殘余放電測試儀，其中東莞市精邦機械科技有限公司通過專業(yè)的團隊研發(fā)，如圖2殘余放電測試儀，現(xiàn)版本的殘余放電測試儀具有操作簡單，測試界面清晰，可實現(xiàn)一鍵操作得出準(zhǔn)確試驗結(jié)果，具有自動在波峰處斷電，自動抓取實驗波形等特點，一般測試能夠在3～5min內(nèi)完成，能夠很好地解決采用存儲示波器測試法時遇到的時效性問題。

圖2 殘余放電測試儀

測試儀可顯示測試初始電壓，斷開EUT供電后1、2s后的電壓，衰減初始電壓37%時的時間，整個放電過程的波形等，如圖3測試界面所示。另外，由于采用了NI USB-6008多功能數(shù)據(jù)采集卡和交互式數(shù)據(jù)記錄軟件，可將電壓測試精度在控制1%，因此也能夠解決采用存儲示波器測試法時遇到的準(zhǔn)確性問題。

圖3 測試界面