关于IEC 60335-1中对插头插脚间残余电压标准解读

刘 鹏 陈思苑 王丽阳

（珠海格力电器股份有限公司 珠海 519070）

引言

检测插头各插脚间的残余电压是为了验证产品在使用过程中插拔接触插脚时，不会因存在容性器件等放电而引起触电隐患。IEC 60335-1中规定了相关的检测方法及判断要求,被测器具以额定电压供电将其任何一个开关置于“断开”位置，使器具在电压峰值时与电源切断，在切断电源后的1 s时用一个不会对检测结果产生影响的仪器对插头各插脚间的电压进行测量，要求该电压有效值不应超过34 V。

1 标准中选择34 V来源

人体及家畜对电容器的放电电流开始有疼痛感的曲线图及区域如图1。

图1所示，所有人体及家畜对电击都开始有反映的能量是58 μJ，描绘出等能量线如上。从描绘图可知只有交点a在所有人体及家畜都有反映的区域内，而该交点对应的电容量为0.1 μF。

根据电能与电压的关系：

其中 E=58 μJ C=0.1 μF

由关系式（1）可知：U=34 V

残余电压是由于容性等元器件的放电产生的,假设电容C的初始电压为U0，并联电阻R，那么电容上的电压U1随着时间的变化呈一定的指数规律下降。按照标准要求大于0.1μF的电容，有存在电击的危险。如何检测插头拔掉后1 s钟插头之间残压，根据电容器放电原理，其放电过程可用如下公式，电容器放电模拟曲线如图2。

其中U0为电容器放电之前电容器两端的最高电压，U1为安全电压；τ为放电时间常数；t为插头拔出瞬间后直到电容器的电压降到安全电压以下所需的时间。以220 V市电为例，降为安全电压34 V，其中220 V的峰值电压：

U0=220×1.414≈311 V

t=1 s

U1=34 V

则：τ=- 1 / （ln34/311）=0.452 s

经上述分析，单相220 V供电的器具，当电源插头拔出1 s后，插头上的电压需降到安全电压以下，此时电容器的放电方式所构成的时间常数如下：

即τ=RC≤0.452 s

综上是对标准中要求电压不超过34 V的来源分析，及以34 V为极限值时所对应的放电时间的设计推算，该推算为设计人员提供参考依据。

2 人体或家畜对电击反映趋势分析

图1曲线 A1表示部分人或家畜对电击开始有明显触电感觉的曲线（承受范围内）

图1曲线 A2表示所有人或家畜对电击开始有明显触电感觉的曲线（承受范围临界点）

图1区域 A 表示部分人或家畜对电击有明显触电感觉的区域（承受范围内）

图1区域 B 表示所有人或家畜对电击有非常疼痛感的区域（超承受范围）

标准要求电压从峰值处断开，目的使电容器的充电电压达到最大。例如额定电压为120 V的器具当插头从插座拔出时，电容器对插脚的放电电压为170 V（120×√2）。从上图1可以看出对于容量为0.1μF的电容器在电压是170 V时的放电能量和电量没有到达曲线B的范围内，放电能量大于0.72 mJ，该电压已对人体和家畜产生危害，但还没有达到非常危险的程度。

对于额定电压为230 V的器具当插头从插座拔出时，电容器对插脚的放电电压为325 V（230×√2）。从上图1可以看出对于容量为0.1μF的电容器在电压是230 V时的放电能量和电量已在曲线B的范围内，放电能量为10.56 mJ，该电压对人体和家畜已产生很大的危害。电击对人体和家畜的危险程度除了和电压有关外，还要考虑人体和家畜与插脚的接触面积。

图1 电击反映趋势

图 2 电容放电曲线

从以上分析可知，如果1 s时电压为34 V电容器为0.1 μF，a交点已刚刚进入所有人及家畜对电击都有反映的区域，所以当人体及家畜接触了电压小于34 V，电容量小于0.1 μF插头的插脚时不会造成危险。

3 实测案例分析

1）案例一：对某一系列电饭煲进行开机和待机检测残余电压测试时，发现同一台样机在开机和待机是所测得的残余电压结果存在差异，测试具体数据如表1所示。

案例分析：根据图3插头放电一般等效电路图及放电过程公式（1） 所示，可知当被测器具开机时，相当于给电路并上了一个电阻，是等效电阻R的阻值变小，τ（τ=RC）变小，变小，因为是单调增函数，变小，u1也变小；所以，被测器具开机时测得的残余电压小于或等于待机时测得的残余电压。

综上以上原因分析，对于具有类似功能设计的产品，对器具开机检测和待机检测的结果相差较大，且待机测试值远远大于开机测试值，实测案例完全符合上述分析。这就要求检测者应全面考虑器具的不同工作模式，得出符合要求的结论。

2）案例二：对某一电源黑盒子进行残余电压检测，分别在波峰和波谷断开处检测供电插头的残余电压，测试值如表2。

案例分析：由于在某些电路中，可能存在二极管等类似单向导通的元器件，二极管具有正向导通，反向截止的特性，由于二极管这种单向导通性，使得机组在波峰断开和波谷断开的放电通路不同，放电快慢也不一样，所测得的残余电压也存在这差异，有些电路有时波峰断开残余电压为零，波谷断开时残余电压却远大于零。

查看该案例中器具的电路如图4，存在单向导通的二极管D11，结合该器具电路设计原理图分析实测数据值，可知实测值符合以上原因分析。

4 引起残余不合格常见因素

除以上因素外还以下两种常见的因素：

1） 对于一些控制器元器件设计较多的电子线路，常因电子线路的设计不合理而使各插头的插脚之间残余电压过剩，在拔出插头后1 s时仍存在较高的电压，而操作者在拔插头时形成触电危险。此类问题的原因可能是因未设计放电回路或回路设计不合理导致。

表1 开机和待机测试值

图3 插头放电一般的等效电路图

表2 波峰和波谷测试值

图4 电压检测标准电路

2）某些产品为了满足电磁兼容的需要，会在电子线路电路的零线对地和火线对地并联多个滤波电容，但如果未设计放电电阻或电阻过大均会导致电容端的残余电压未能及时释放而存在电击危险。

5 总结

本文结合人体、家畜对电击反映的趋势图，详细分析了标准选择34 V及0.1 μF的原因，使相关设计及检测人员从根本上了解限值的由来。并结合实际产品检测数据进行分析，指导设计人员如何优化设计电子电路，从根本上解决残余电压过剩问题，指导检测人员掌握对日常检测结果影响的因素，提高检测效率。