關于家用電器產品內部接地連續性結構的研究

范凌云 楊 威

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519070）

引言

隨著家電產品的不斷創新與發展，消費者接觸到的家用電器種類也越來越多，小到手持式風扇、電動剃須刀、吸塵器，大到電暖器、空調等產品，各種不同種類電器其內部結構是完全不同，其安全防護類型也有差異。

大部分家電產品為I類器具，其安全防護的措施主要是基本絕緣外加接地，其防護方式是將用戶易觸及的導電部件連接到建筑物中的保護性接地導線上，萬一基本絕緣因異常導致失去原有的保護功能，易觸及的導電部件不會帶電。因此，產品內部的接地結構是否可靠對人身安全有很大的影響。而且當家電產品在第三方機構進行檢測時，不同的人員因對標準中的條款理解有差異，容易導致同一產品檢測時得出不同的結論，因此針對部分特殊的接地結構需要進一步明確。

1 接地相關的說明

1.1 功能性接地

1）定義

用于保證家用電器的正常工作，或使家用電器可靠而正確地實現其功能，為功能接地。

如產品內部控制板，為達到抗干擾、濾波等作用連接地線至金屬外殼，使產品可正常工作。

2）符號

1.2 保護性接地

1）定義

以用戶和電氣產品的安全為目的的接地。如產品帶有可觸摸的金屬外殼，當內部的導線因絕緣損壞導致帶電部件外露，如果帶電部件接觸金屬外殼，則會使外殼帶電，因此金屬外殼需進行保護接地。

2）符號

2 保護性接地的作用

不同家電產品其防觸電保護類型是不同的，I類器具是采用基本絕緣和接地的方式，II類器具是采用雙重絕緣或加強絕緣的方式。

因此保護接地只針對于I類器具中的可觸及金屬外殼，不適用于II類器具（基本是通過加強絕緣的塑料外殼）。

家用電器在正常工作狀態時，其金屬外殼和其內部帶電部件是相互絕緣的，金屬外殼不帶電。當家用電器內部絕緣發生異常或長期使用使得絕緣老化后，可能會導致電器的帶電部件（如導線、帶電端子等）與外殼接觸，因此電壓會導入金屬外殼，如果該電壓超出人體可接受的安全范圍（標準中規定42.4 V），且當使用者觸摸到金屬外殼時，就會發生觸電危險。

但是如果電器的金屬外殼通過電源線中地線與大地連接時，危險電壓/電流則不會從人體通過，因此可以保護用戶不被觸電。因為金屬外殼與建筑物之間的電阻是很小的（標準要求不超過0.1 Ω），而金屬外殼到人體，再到大地的電阻要大很多（人體電阻約2 000 Ω），因此危險電壓不會通過人體，起到保護作用。此類家用電器的電源插頭應采用帶接地的三腳插頭。

因此電器內部的保護接地是十分重要的防觸電保護措施。

3 保護性接地的連續性

保護性接地對人身安全是至關重要的，因此家電產品內部的不同金屬部件之間、金屬部件與大地之間的接地連續性則是關鍵點。

通過拆解多類產品的內部結構，如空調、冰箱、熱水器等電器產品，可以發現其內部的接地基本都是用一根黃/綠色的接地線來實現連接，滿足接地連續性。因此結合標準要求分析其它接地連續性結構的符合性。

3.1 安全標準分析

參考家用電器的安全通用標準GB 4706.1，其中針對接地連續性在標準內容中有多處提及，具體如表1。

從表1所知，通用標準GB 4706.1列出中接地相關的要求。涉及接地連續性的要求，需考量金屬的耐腐蝕性、接地電阻、機械應力、螺釘的連接和結構。

表1 接地連續性在安全通用標準的內容匯總

3.2 金屬的耐腐蝕性

金屬的腐蝕分為自身腐蝕與接觸腐蝕。

自身腐蝕為金屬部件在長期的外部環境下，經過高溫高濕以及其他因素的影響，自身發生銹蝕的現象。例如在沿海地區，長期高溫高濕，且空氣中鹽分相對較高，容易導致金屬發生腐蝕。

接觸腐蝕又稱電偶腐蝕。兩種不同電位的金屬，在同一電解質中偶接，組成原電池所引起的腐蝕。

當兩種不同的金屬放置接觸時，只要在電解溶液中存在電位差，就可以產生電流。電流從陽極流向陰極，電位差越大，發生腐蝕的危險越高。如圖1。

圖1 接觸腐蝕

而當金屬發生腐蝕后，其接觸電阻會變大，影響其接地電阻值，因此金屬為保證其接地連續應具有耐腐蝕性。

3.3 接地電阻

標準要求接地端子或接地觸點與接地金屬部件之間的連接，應具有低電阻值。從空載電壓不超過12 V（交流或直流）的電源取得電流，并且該電流等于器具額定電流1.5倍或25 A（兩者中取較大者），讓該電流輪流在接地端子或接地觸點與每個易觸及金屬部件之間通過[1]。試驗一直進行到穩定狀態建立為止。

在器具的接地端子或器具輸入插口的接地觸點與易觸及金屬部件之間測量的電壓降。由電流和該電壓降計算出電阻值，該電阻值不應超過0.1 Ω[1]。

電源軟線的電阻不計在內。

3.4 螺釘的連接和結構

標準說明，只要在正常使用中不需要改變連接，并且在每個連接處至少使用兩個螺釘，則自攻螺釘和寬螺距螺釘可以用來提供接地連續性的連接[1]。

寬螺距螺釘指的是螺距比公制螺紋寬的普通自攻螺釘，屬于螺紋成形自攻螺釘，見圖2。

圖2 自攻螺釘

例如ST2.9自攻螺釘的螺距為1.1 mm。普通自攻螺釘，也叫快口螺釘或者快牙螺釘，就是不用打眼可以直接鉆進去。螺紋分成陽螺紋和陰螺紋，普通螺釘上的螺紋是陽螺紋，而螺母上的螺紋是陰螺紋。自攻螺釘不需要陰螺紋的螺母，自己在旋進去的同時在材料上鉆出了陰螺紋。

螺釘和接地端子連接后應能保證無松脫的風險，目前認為可靠的放松托方式有如下幾類：

1）使用2個以上的螺釘；

2）彈簧墊圈；

3）防松墊圈。

4 保護性接地連續性的示例

通過上述分析，在滿足相關要求的前提下，接地連續性的結構可以是多樣的。如下為幾種常見的示例。

4.1 接地線連接

通過接地線為整機接地系統提供連續性是各類電器最常用的方法，見圖3、圖4，將需要接地的部件（如壓縮機、電機、電加熱金屬管等）通過地線連接到主接地，形成接地連續性。

圖3 接地線提供接地連續

圖4 接地線提供接地連續

如果需要接地的部件較多，就需要連接多條接地線，此類接地結構需要防護接地線的走線路徑，不得觸及銳邊銳角、突出的螺釘尖頭等，防止走線被割傷。

4.2 鈑金件之間連接

此類接地方式是通過鈑金與鈑金之間的連接形成接地連續性，至少通過2顆螺釘進行緊固連接，保證接地有效性，見圖5。

圖5 鈑金件之間提供接地連續

該結構下的連接螺釘通常使用刮漆螺釘（在螺釘帽下有凸點），在螺釘旋轉擰緊時，螺釘帽下的凸點與接觸的鈑金刮蹭，除去鈑金上的涂層，使螺釘與鈑金更有效的接觸，保證低電阻要求，有效形成接地連續性。

此結構需要對螺釘連接處的銹蝕問題進行防護。

4.3 銅管與翅片連接

在空調的內部結構中，通過銅管與金屬翅片之間的脹管連接來形成接地連續較常見。

該結構主要工藝為將U型銅管穿入翅片孔內，再使用脹桿插入U型銅管內將銅管外徑脹至與翅片孔緊密接合，可保證相關部件之間的連續性，見圖6、圖7。

圖6 銅管與翅片孔進行插接

圖7 銅管脹管結構

例如：標準銅管直徑Φ5對應翅片孔直徑Φ5.2±0.03，經過脹管后銅管直徑約為Φ5.3；標準銅管直徑Φ7對應翅片孔直徑Φ7.3±0.03，經過脹管后銅管直徑約為Φ7.4。達到銅管與翅片孔過盈配合。

此類結構在滿足耐腐蝕、接地電阻等要求的前提下，能有效保證接地連續性。

目前部分產品已有通過銅管脹管來提供接地連續的結構，因標準中未明確此類結構，導致檢測判定時結論不一。

后面經過2019年IEC大會討論后，認為該結構符合標準，可用作接地連續性設計。

5 總結

通過對安全標準GB 4706.1中與接地相關要求的分析，詳細說明了產品使用的接地類型、保護接地的作用以及產品內部保護接地的連續性，并結合家用電器產品的實際接地結構，從多個方面證明其接地連續結構的符合性。

目前家用電器的種類繁多，從小家電到大家電，如電水壺、電暖器、冰箱、洗衣機、空調等，其內部的接地結構均有很大的差異，在滿足安全標準中接地要求的前提下，接地連續性的結構不作限制。

因此在進行家用電器產品的結構與接地設計時，應嚴格按標準相關的要求進行管控。