关于电气设备中插头放电测试的探讨

张 超 吴镇邦 张 强

1.东莞市精邦机械科技有限公司，广东东莞 523000；2.广东省东莞市质量监督检测中心，广东东莞 523000

消费者日常接触的电气设备，如家用电器、灯具、音视频设备、信息技术设备等都对设备电源断开后的残余电压有相关要求，日常消费者接触较少的医用电气设备及机械电气设备也有相关要求，甚至要求更高。由于消费者日常接触更多的是使用插头与电网电源连接的设备，因此本文将试图针对插头连接电源的设备在插头放电测试中的要求和关键注意事项进行探讨，针对目前测试中遇到的一些问题提出解决方案。

1 标准要求

标准要求的总原则是保护使用者的安全，对预定要用电源插头与电网电源连接的设备，其设计应当确保在插头从电源插座拔出后，当接触插头的插脚或插销时，不得因电容器贮存的电荷而产生电击危险。通常当电容量超过0.1 μ F，则设备应设计有放电装置，以尽快的将电压衰减至标准要求值以下。

1.1 标准要求概述

不同电气设备标准对此要求和描述稍有不同，标准要求对比见表1。

表1 标准要求对比

1.2 放电装置

如GB 4943.1—2011中所述有关的时间常数τ=RC，是指设备一次电路的等效电容量（μ F）和等效放电电阻值（MΩ）的乘积。

从下面放电电压的计算公式（1）可知，设计放电装置，增大一次电路的等效放电电阻值，将加快贮存电压的衰减。

一种典型的放电装置如下图1典型的放电装置，将1.5MΩ的泄放电阻R9、R10并在抑制无线电干扰电容器X1的前面，即可在电源断开后快速的将贮存的电容衰减。典型的放电装置如图1所示。

图1 典型的放电装置

2 插头放电测试方法及要点

2.1 插头放电测试方法

目前国内外实验室对于插头放电测试大多数采用存储示波器测试法[5]，主要是通过稳压变频源给样品供电，使用示波器及配套高压探头测试样品电源断开后的放电波形，从示波器上读取电压衰减曲线和数值。

2.2 插头放电测试要点

（1）被测样品供电为额定电压（如GB 4706.1—2005）或需要考虑电源容差（如GB 4943.1—2011），视具体标准要求而定。标有额定电压范围的器具，应以额定电压范围的上限考虑。

（2）分析电路图在通/断开关可能处于的任一位置确定电压断开时会引起较大电压的开关状态，如无法直接判定测试时需要开关处于不同位置时进行测试。注意部分标准规定只需在开关置于“断开”位置进行（如GB 4706.1—2005）。

（3）被测样品通常是由50/60Hz的正弦波供电，示波器应抓取电源从峰值断开的放电波形，例如，器具以220V供电，则峰值电压应为约312V。除非标准有特殊规定，例如GB 8898—2011就规定为了找到最不利的情况，试验可以重复10次。

（4）应用一个内阻抗不影响测量值的仪表来测量，GB 4943.1—2011规定当测量电压衰减时，使用输入阻抗由一个（100±5）MΩ的电阻器和一个输入电容量为25pF或更小的电容器并联组成的仪器得到结果，CTL决议（DSH 0716）也有类似的要求。

（5）CTL决议（DSH 0753）中要求为了更好的保证结果的一致性和重复性，应使用电子式的电压感应装置控制在电压峰值时切断电源。

3 目前测试中的问题

3.1 准确性问题

采用存储示波器测试法时，通常使用1000x或100x的高压探头，这就使得测试精度不高，电压的测试分辨力为2V或4V等，对试验结果影响较大，在低电压值时影响尤为突出，综合电压测试精度在10%左右。

需要手动的多次通断样品供电电源，不容易抓取到与理论值相近的电压峰值，电压峰值的偏差将直接影响试验结果。

另外，由于示波器的设置和操作对测试人员要求较高，特别是取样率、触发耦合方式等设置，以及测试过程中光标的移动、读数等操作，容易由于人员的因素而影响测试结果的准确性。

3.2 时效性问题

采用存储示波器测试法时，整个测试过程较为烦琐，包括样品准备、示波器连接和参数设置、多次通断样品供电电源及操作示波器抓取电压峰值衰减曲线、操作示波器读取测试结果、记录测试结果和保持电压衰减曲线（需要时）。一般来说，就算是操作熟练的测试人员仍需要0.5h左右完成测试，当试验结果临界限值时或者需要测试相对地的放电时，所需时间更长。

4 解决方案

针对以上情况，有必要从测试的准确性、便捷性和时效性方面出发，寻求解决方案，以保证满足国内外企业及客户对检测服务要求越来越高的需求。

目前检测仪器设备市场上有专用的残余放电测试仪，其中东莞市精邦机械科技有限公司通过专业的团队研发，如图2残余放电测试仪，现版本的残余放电测试仪具有操作简单，测试界面清晰，可实现一键操作得出准确试验结果，具有自动在波峰处断电，自动抓取实验波形等特点，一般测试能够在3～5min内完成，能够很好地解决采用存储示波器测试法时遇到的时效性问题。

图2 残余放电测试仪

测试仪可显示测试初始电压，断开EUT供电后1、2s后的电压，衰减初始电压37%时的时间，整个放电过程的波形等，如图3测试界面所示。另外，由于采用了NI USB-6008多功能数据采集卡和交互式数据记录软件，可将电压测试精度在控制1%，因此也能够解决采用存储示波器测试法时遇到的准确性问题。

图3 测试界面