浅析电器开关断电位置的安全风险

陈春良 朱乃榕

（1.福州墨尔本理工职业学院 福州 350108；2.福建省产品质量检验研究院 福州 350002）

引言

电子电器产品通常会在电源输入LN极间安装X电容用于抑制差模干扰。当断开电源连接后，X电容泄放电荷，插头极间带有残余电压，倘若人体过早地触及电源插头存在触电风险。家用电器产品、信息技术设备、音视频装置及医疗电子设备标准中，均包含X电容残余电压（俗称插头放电）的检验项目。我国每年的国家级、省级以及地市级的电子电器产品安全质量监督抽查中，该项目是必检项目，可见其重要性[2-4]。

GB 4706.1标准22.5条款规定：对于额定电压供电的电器，其任一位置的开关断电不影响在电压峰值时从电源断开[1]。业内对“将任一开关置于断位”的理解上存在分歧，有观点基于中文标准字面含义理解为至少有一个或多个开关置于断位，也有观点认为要考虑开关置于通位和断位的不同状态。理解差异最终造成产品安全测试结果不一致，导致家电产品质量参差不齐，存在安全隐患。

1 召回案例

根据国家市场监督管理总局缺陷产品管理中心统计数据显示，因插头放电项目存在风险而召回电子电器产品的案例不在少数，例如：

国内召回案例一：湖北视贝智能电器有限公司决定召回计划，召回2017年11月8日至11月21日生产的STP11B型SEEBEST电磁炉，受影响的产品数量为2 000台。本次召回所涉及的产品存在残余电压测试项目不符合相关国家标准，当消费者使用完该产品拔出电源插头时，可能存在触电危险，存在安全隐患。

国内召回案例二：福安市荣善电子有限公司宣布召回计划，召回2020年8月10日制造的规格型号为X10F，生产批号为RS2020-A08021的按摩椅，涉及数量为15台。本次召回范围内的按摩椅，产品结构、稳定性和机械危险项目不符合国家标准GB 4706.1和GB 4706.10的要求：①绑扎带可能会意外脱落，后盖可被自行打开，触及危险的运动部件；②电路板上的电容缺少放电电阻，导致残留电压超过限值。

国外召回案例一：欧盟于2019年03月29日宣布，召回E-ROAD自平衡滑板车，编号：BR1000CCHBS。认为存在的缺陷：电源的连接器插脚的放电电压过高，在用户拔下电源时，可能会遭到电击。

国外召回案例二：欧盟于2019年02月15日宣布，召回CDTS Electrical gyropod自平衡滑板车，型号BS-2.5。认为存在的缺陷：电源的连接器插脚的放电电压过高，在用户拔下电源时，可能会遭到电击。

制造商与消费者应密切关注国家市场监督管理总局缺陷产品管理中心实时发布的召回信息，以便加强对电子电器产品安全质量的认知理解。

2 条款原理

插头放电的原理是RC放电（RC放电回路见图1）。根据基尔霍夫定律，RC电路方程为：

图1 RC放电回路

式中：

R—图1中的电阻的电阻值，

E—图1中的电源电压值，

C—图1中的电容器电容值，

t—表示时间，

Uc—图1中的电容器电压值。

基于电容电压无法突变的原理，当初值条件为：

该公式表明电容C残余电压Uc，与供电电压E、RC值、放电时间t等参数相关。简单来看，电容C残余电压Uc与供电电压E、RC值成正比，与放电时间t成反比。

当用户将产品与电网电源断开时，若断开时刻刚好对应电压峰值，则插头极间电容充电至最大电压，放电也将呈现最大残余电压。残余电压受放电时间t、电容容值C及泄放电阻R影响。其中，放电时间t为标准要求的固定值，电容容值C主要考虑EMI最低需求。所以，插头放电项目主要评估泄放电阻R，只要R阻值合理，能够将电容C电荷在时间t内泄放至标准要求，即可通过考核。

GB 4706.1完全等同翻译IEC 60335-1标准，以最新的IEC 60335-1:2020版本条款原文“Any switch is then placed in the off position and the appliance is disconnected from the supply mains at the instant of voltage peak.”为例，Any switch解释为任一开关。所谓任一开关即代表一个或多个乃至全部开关。检验中将开关置于断位后再测试插头放电项目对应着在现实中用户先断开产品开关后再将电源插头拔出。即使该测试方法的结果合格，先断开产品开关才能拔出电源插头的行为，对于用户而言难以得到严格遵循。无论是断开任一或全部开关，都无法完全模拟实际情况，仅以标准文字按本宣科地检测会人为忽略某些暗藏危险的结构设计。

3 开关影响

以某家用电器初期的设计原理图对开关组合影响插头放电作如下分析，以图2为例。

图2 电源开关组合

probe为插头放电检测网络（详见IECEE DSH 716号CTL决议，该网络由100 MΩ电压探头和25 pF电容组成，通常认为在插头放电试验中不会造成显著影响）；

Mains connector为器具电源插头；

CX为X电容，RX为泄放电阻（理论计算RXCX参数刚好使得器具在峰值电压时断电，1s后插头极间电压能够降低至标准要求）；

CYa、CYb为Y电容（通常Y电容容值小于X电容容值数万倍，在插头放电试验中不会造成显著影响）；

REUT为器具运行负载（电源断开后负载电路阻抗与RX并联后加速插头放电）。

开关A、B、C、D功能如下：

开关A：连接/断开电源，电源线上的防漏电保护开关；

开关B：连接/断开X电容CX及后级电路，单极断开机械开关；

开关C：连接/断开Y电容CYa、CYb及后级电路，单极断开机械开关；

开关D：连接/断开器具运行负载，单极断开机械开关。

器具正常通电运行后，设置不同开关组合（开关A、B、C、D的通/断状态能够构成16种组合），然后拔出电源插头，将对应不同的试验结果，详见表1。

表1 16种开关组合的插头放电结果

表1中，即使16种组合的probe检测结果均为合格，组合5、6、7、8、13、14、15、16却依然存在触电隐患。隐患在于，当产品开关处于上述组合，用户拔出电源插头并触摸插头时无残余电压，再接通开关后，CX电荷无法通过RX瞬间泄放至安全限值，插头上带有高伏值电压从而对人体产生电击危险。而如果不存在开关B，RXCX始终并联，则不论开关A、C、D处于何种组合搭配或用户任何操作都不影响CX电荷的有效泄放。由此可见，若RXCX电路中存在开关，即使置于断位后测试插头放电合格也无法认为危险已经消除。

4 标准对照

对照家用电器产品、信息技术产品、音视频产品及医疗电子产品标准中关于插头放电的有关规定，详见表2。GB 4943.1、GB 9706.1标准均认为，对于带有开关的器具，应考虑开关通/断组合下的最不利情况，即考核所有开关通/断状态，对应表1的所有组合[1,3,5]。

表2 大类标准关于插头放电的条款对照

考虑到IEC 60335-1标准版本迭代已有数十年，IECEE官方不曾发布关于插头放电试验中开关通/断状态的相关公告或决议。引起国内分歧的主要原因是解读不统一，我们应从安全防护原则出发，深刻理解标准初衷。

插头放电的核心原理是RC放电，即电容C贮藏电荷始终由泄放电阻R消耗。电子电器的设备级安全防护设计应能保证在插头从电源处拔出后，泄放电阻R有效泄放X电容电荷，使得残余电压在指定时间降低至标准要求。而不应该主动地降低防护等级，意图依靠行为性安全防护，即指望用户先断开某些开关，再拔出插头且不再有任何操作。在开关断开时，X电容电荷得不到有效泄放，即使插头拔出后的检测结果显示没有残余电压，用户在插头断电时接通开关反而出现触电，其实质是没有通过设备级安全防护将危险源始终控制在安全级别以内，违背安全标准设计原则。

故而，对于GB 4706.1标准规定，额定电压供电的电器任一位置的开关断电不影响在电压峰值时从电源断开[1][5]的解读，应从字面“任一开关置于断位后测试插头放电”提升至“考虑任一开关置于断位可能造成的最不利情况后，测试插头放电”。“最不利情况”不仅包含样品所有开关的通/断电状态，也包含对用户行为的预测。牢记“电容C贮藏电荷始终由泄放电阻R消耗”原则，才能最大限度地保证插头放电项目的安全性。

5 结语

GB 4706.1标准起草相关部分时引言声明假定有经验且有资格的人才能执行标准，因此存在这样的情况，一个符合本条款标准的器具，在检查时，仍可能存在其他特性或者是无法保证器具（如开关位置导致的插头放电）的安全水平，但最终判定其符合本部分中的相关安全准则[1,5]。

当发现电子电器产品出现安全质量隐患，并标准文本要求相背离时，不应教条地执着于个别字眼，应该认真溯源、查阅原文标准、分析项目初衷、研究试验原理、模拟用户行为，以安全防护为第一原则，避免形成漏判或误判。