集成灶火花点火电路的安全性分析与探讨

蔡向明，汤培勇，潘海宁

（上海市质量监督检验技术研究院，上海 201114）

引言

集成灶（示意图如图1），亦称作集成环保灶，是一种集吸油烟机、燃气灶、消毒柜、储藏柜等多种功能于一体的厨房电器。与传统的厨房电器相比，集成灶集成度高，具有节省空间、大气美观、节能环保等优点，受到越来越多家庭的青睐。

与此同时，集成灶是一个复杂的系统，包含了电气和燃气系统。电路部分和燃气系统同时安装于灶台下方的密闭空间，如果设计不当，这种混装可能会带来意想不到的风险。本文从集成灶的火花点火电路部分出发，对该模块的安全性进行一定的分析与探讨。

图1 集成灶示意图

1 标准要求分析

传统的燃气灶的点火装置，是通过高压转换器，将干电池的低压转换为10 kV甚至更高的脉冲电压，实现点火功能。而集成灶是直接连接220V的交流电，通过变压器或者电子线路的模块转换来降至安全特低电压，然后再通过高压转换器获得点火所需的高电压。由于点火针就在灶头上，使用过程中可轻易触及，那么，这种火花点火电路的形式是否安全？是否有触电风险？

依据现行的GB 4706.94-2008《家用和类似用途电器的安全 带有电气连接的使用燃气、燃油和固体燃料器具的特殊要求》[1]，除非火花点火电路是压电点火器，否则如果超过下述的限值，火花点火电路的部件都不应被触及：

——脉冲火花点火放电 每次脉冲100 μC

——连续火花点火

电流 0.7 mA（峰值）

无负载电压 10 kV（峰值）

或

放电 每次脉冲45 μC

——脉冲重复点火

放电 每次脉冲45 μC

脉冲重复频率 25 Hz

通过视检，施加GB/T 16842-2008[2]的B型试验探棒及下述试验确定其是否合格。

火花点火电路正常工作，测量的脉冲时间为火花间隙到火花减少到峰值的10 %之间，如图2所示。对于脉冲重复点火，脉冲间隔时间也要被测量。对于连续火花点火，无负载峰值电压在火花电极移动时测量。

在火花间隙间串联一个2 000 Ω的无感电阻，测量电阻的电压。流过此电阻的电流值通过计算测量电压值得出。

在最新的IEC 60335-2-102：2017[3]中，对上述限值进行了微调和归类，将最新的要求整理如表1所示。

近年来，粪污排放成为我省畜牧业发展重要的污染源，规模化养殖粪污处理难度大，成本高，环境承载力紧张，环保压力大。据测算，每万元畜产品产值，承载的牲畜粪尿排放量为7.23吨，主要牲畜粪尿排放总量约占每年工业固体废物产生量的35%左右。其中，平原农区，石家庄、唐山、邯郸和保定4个地区的牲畜粪尿排放总量占河北省总排放量的50%，牛和猪是河北省牲畜粪尿污染物排放的主要来源，BOD、COD、NH3-N、TN、TP 排放总量分别占总污染物排放量的97.04%、96.65%、95.16%、86.38%和 87.90%。粪污排放问题进一步限制了我省平原农区畜牧业的规模化发展。

基于上述的标准要求，火花点火电路的部件是否能被触及，可按以下步骤来判定：

1）测定火花点火电路正常工作时的脉冲时间（d）与脉冲间隔时间 （t）；

2）根据测定的d和t，确定该火花点火电路可触及时，对空载电压、电流或放电量的限值要求；

3）测定正常工作时的空载电压、电流或放电量，将结果与限值相比，最终确定火花点火电路是否能被触及。

图2 脉冲波形图

图3 安全性测试电路

表1 可触及火花点火电路的限值

3 火花点火电路的安全性测试

结合标准，可以搭建如图3所示的安全性测试电路。

利用示波器或万用表测量高压输出端与接地金属端的空载电压；测量电流或放电量时，需按图示在火花间隙间串接一个2 000 Ω的无感电阻。此处需要采用金属膜电阻，如果是容性电阻，则放电量测试结果偏小，如果是感性电阻，则放电量测试结果偏大。

以某型号集成灶为例，在用示波器捕捉到其正常点火时的脉冲波形时，测定两个相邻脉冲的间隔时间t=257.0 ms，如图4所示。

紧接着，我们放大其中任意一个脉冲波形，将其展开，如图5所示。这里，我们首先可以测定脉冲时间d，为火花间隙到火花减少到电压峰值的10 %之间。利用示波器直接可读出峰值电压为28 800 V（高压探头为×1 000倍探头），从脉冲开始至电压衰减至2 880 V的持续时间d=307.4 us.根据测定的d和t，查表1，我们可以得出，该集成灶还需测定单个脉冲的放电量。只有单个脉冲的放电量不超过100 μC时，该集成灶的火花点火电路才能被触及。

放电量的计算公式为：

在实际测量中，我们利用示波器的积分功能，把单个脉冲波形分解成多个小区间。每个小区间的极性保持一致。将每个小区间的面积进行累加，即可得到∫Udt的数据，再将该数据除以2 000 Ω的阻值即可得到放电量。

图4 脉冲间隔时间 （t）的测定

图5 空载电压（Vo）和脉冲时间（d）的测定

图6 单个脉冲放电量（Q）的测定

最终，我们得到单个脉冲的放电量Q=8.4μC（如图6）。该结果小于表1的限值，表明该集成灶的火花点火电路是可以被触及的。换句话说，该集成灶火花点火电路的外露式结构是安全的。

3 总结

集成灶具有集成化和智能化的特征，受到越来越多的家庭的喜爱。与此同时，这类新型产品的安全性不容忽视。在行业发展的早期，生产厂家更多地宣传其突出的优点，对可能存在的安全性问题缺少重视，市场对其监管的力度往往也不够。本文依据国内外标准，对集成灶火花点火电路的安全性进行了分析与探讨，揭示了此类产品可能存在的电气安全风险，给生产厂家和监管部门提供一定的技术参考。