接地电阻测试分析*

陈 敏, 张 林, 谢云涛

(扬州市产品质量监督检验所, 江苏 扬州 225111)

0 引 言

接地电阻试验是电子电气产品安全测试时进行的最基本试验[1-5]。在国家强制性产品认证实施规则中明确规定,接地电阻试验作为认证产品的例行试验项目必须进行100%检验,同时也是确认检验的必检项目之一。如果接地电阻试验不通过,工厂生产的产品将不能出厂,在强制性产品认证初始工厂检查时将作为认证不通过的直接证据,消费者如果使用这种不合格的产品,将会给人身安全造成极大威胁。接地电阻试验实施过程中电流大,阻值小,影响结果的因素较多[6-7],造成复现性差。本文对接地电阻试验及其影响因素进行探讨, 以期对检测实施及生产控制有所帮助。

1 接地概念

接地就是把设备的某部分通过接地装置同大地紧密连接起来。接地的作用主要是防止人身遭受电击、设备和线路遭受损坏、预防火灾和防止雷击、防止静电损害和保障电力系统正常运行。电力系统和电气设备按其不同的作用,分为工作接地、保护接地、重复接地和接零[6]。

本文讨论的接地指的是保护接地,原理是当器具绝缘失效时引起易触及金属部件带电,保护接地可使易触及金属部件和器具上的接地端子与供电线路中的接地回路连成一体,产生较大的回路电流,并通过供电线路中过流保护装置动作来切断供电电源,使人触及带电的易触及金属部件时不会有电击的危险。

保护接地存在于0Ⅰ类器具和Ⅰ类器具中。0Ⅰ类器具[1]是指至少整体具有基本绝缘并带有一个接地端子的器具,但其电源线不带接地导线,插头也无接地插脚。Ⅰ类器具是指电击防护不仅依靠基本绝缘,且包括一个附加安全防护措施的器具,其防护措施是将易触及的导电部件连接到设施固定布线中的接地保护导体上,如基本绝缘失效,易触及的导电部件不会带电。同时,二者的共同点是都有一个接地端子。

保护接地是否有效取决于三个因素:易触及金属部件和器具的保护接地端子间是低电阻;器具的保护接地端子和供电系统形成的回路是低电阻;器具的供电系统中有过流保护装置。后两个因素不是对器具本身而言,不做讨论。本文主要讨论第一种情况。

2 接地电阻测试过程分析

2.1 预处理

试验前,将样品放置在(23±2) ℃的环境温度中进行预处理,使其与环境达到热平衡,时间一般为2～3 h,有疑问时应延长热平衡时间。试验用仪器设备,如稳压源、电压表、接地电阻测试仪等也应和样品一同进行预处理,一般在恒温室中进行。

试验过程中应维持环境温度基本恒定,可在距离样品外沿10 cm处布点监测环境温度。

2.2 试验设备

接地电阻测试设备有四端法测试和两端法测试。为减小引线电阻和测试电极的接触电极的影响,应选用四端法测试。

用电流/电压法计算得到接地电阻值时,测试电路由独立的电源、电压表和电流表组成。因被测接地电阻值很小,应采用电流表(相对电压表)外接的方式来保证测量的准确性。

为了得到稳定的输出电压和输出电流,建议试验时使用稳压源作为接地电阻测试设备的供电电源。测量前应确保接地电阻测试设备处于合格有效的计量状态,必要时可以在测试前用标准电阻进行核查。

测量接地电阻时,从空载电压不超过12 V(交流或直流)的电源取得电流,电流值根据不同的产品标准规定有所不同,如GB 4706.1—2005规定电流等于器具额定电流1.5倍(或25 A),GB 7000.1—2007规定电流至少为10 A,GB 8898—2011规定电流为交流25 A或直流25 A,测试时应根据产品特点选择合适的电流值。

2.3 测量点的选择

测试时,试验电流施加在器具的接地端子或接地触点与易触及金属部件之间。

首先应确定接地测试点。根据器具结构不同,接地测试点的选择也不同。如果器具带有输入插口,则接地测试点应为输入插口的接地端。带有输入插口的器具如图1所示。

如果器具带有电源软线,且电源软线只有借助工具才能更换,则接地测试点为器具内与电源软线连接的接地端子。带有电源软线的器具如图2所示。

图2 带有电源软线的器具

如果器具与固定布线直接连接,则接地测试点为器具内的接地端子。与固定布线直接连接的器具如图3所示。

图3 与固定布线直接连接的器具

其次应确定测试的易触及金属部件。易触及部件的定义:用IEC 61032的B型试验探棒能触到的部件或表面,如果该部件或表面是金属的,则应包括与其连接的所有导电性部件。一般来说,较难判断的是器具带有金属部件的盖子(如有)是否需要测试,而盖子上的金属部件并未保持接地连续性。带玻璃观察窗的器具如图4所示。

图4 带玻璃观察窗的器具

笔者认为是否需要考察盖子上金属部件的接地连续性,取决于盖子上的非金属材料是否达到附加绝缘或加强绝缘的要求。对于Ⅰ类器具,接地措施是为了防止基本绝缘失效,使用者易触及的金属部件带电有电击危险。如果器具的易触及金属部件与带电部件间达到双重绝缘或加强绝缘的要求,则不需要有接地措施来预防这种意外的出现。对图4的器具,盖子A部分与带电部件间已经达到基本绝缘的要求,则盖子的B部分与带电部件间如果达到加强绝缘的要求或者B部分与A部分间达到附加绝缘的要求,则形成Ⅰ类器具的Ⅱ类结构,则盖子的B部分就不需要与器具的接地端子连接,也不需要考察它们之间的接地电阻。

测试时应多测几个金属部件的易触及位置,选择最大值作为测试结果。多次测量时,由于大电流的作用导致器具发热,应在两次测量间使器具充分冷却,达到热平衡后再测量。

3 结 语

接地电阻测试是精密测量,应控制影响因素,准确判断测试点,得到最佳结果。其准确测量不仅反映实验室的技术水平,而且也为生产厂家的产品设计和验证提供依据。