《插头放电培训讲义》PPT课件.ppt

插头放电测试技术研讨,相关概念,测试技术,注意事项,标准要求,4,1,2,3,E,安全电压和安全能量的限值 当人体接触带电体时，人就被当作一电路元件接入回路。人体阻抗通常包括外部阻抗（与触电才当时所穿衣服、鞋袜以及身体的潮湿情况有关，从几千欧至几十兆欧不等） 和内部阻抗（与触电者的皮肤阻抗和体内阻抗有关）。 人体阻抗不是纯电阻，主要由人体电阻决定。人体电阻也不是一个固定的数值。一般认为干燥的皮肤在低电压下具有相当高的电阻，约10 万欧。当电压在5001000 伏时，这一电阻便下降为1000 欧。表皮具有这样高的的电阻是因为它没有毛细血管。手指某部位的皮肤还有角质层，角质层的电阻值更高，而不经常磨擦部位的皮肤的电阻值是最小的。皮肤电阻还同人体与体的接触面积及压力有关。通常情况下，人体电阻可按10002000 欧考虑 GB/T13870.11992电流通过人体的效应（第一部分：常用部分） 对流经人体的电流效应、人体的阻抗做了详细的规定。影响人体阻抗的因素有很多，对人体造成伤害的放电电压无法用简单的欧姆定律去计算。不同标准对安全电压和安全能量的规定都有所不同。,GB4943.1-2011第2.2 条SELV电路中对安全电压的规定为不应超过42.4V 交流峰值或60V 直流值。 GB 8898-2011 第9.1.1.1 条如果满足下列要求，则零部件或端子的接触件是非危险带电的： a） 开路电压不超过交流35V（峰值） 或直流60V； 对专业设备的音频信号，120V有效值，对非专业设备的音频信号，71V有效值 b)用相应的电压U1和U2表示的，使用本标准附录D规定的测量网络按GB/T 12113规定测得的接触电流超过下列数值： 对交流：U1=35V（峰值）以及U2=0.35V（峰值）； 对直流：U1=1.0V； c） 存电压在60V 到15kV 之间者，放电量不超过45C； d）在超过直流15kV的电压下所贮存的电荷的放电能量超过350mJ,GB 4706.1-2005标准第3.4.2条：安全特低电压（SELV）：导线之间以及导线与地之间不超过42V电压，其空载电压不超过50V。 GB 4706.1-2005标准第8.1.4条：如果易触及部件为下述情况，则不认为其是带电的： 该部件由安全特低电压供电，且对交流其电压峰值不超过42.4V，对直流，其电压不超过42.4V；或 该部件通过保护阻抗与带电部件隔开。（在有保护阻抗的情况下，该部件与电源之间的电流：对直流应不超过2mA; 对交流，其峰值应不超过0.7mA,而且：对峰值电压大于42.4V小于或等于450V的其电容量不应超过0.1F;对峰值电压大于450V小于等于15kV的，其放电量不应超过45C.,GB 7000.1-2007第1.2.42 安全特低电压：在通过有单独绕组的安全隔离变压器或转换器与供电电源隔离开来的电路种，导体之间或任何导体与地之间，不超过50V的交流有效电压值（直流电压未作规定，正在考虑中。,GB 19212.1-2008第3.7.16，安全特低电压SELV是“采用像安全隔离变压器这样的装置与电网电源隔离的电路的ELV”，ELV是“在导体之间或任何导体与地之间的电压小于或等于交流50V或无纹波直流120V”。 GB 19212.1-2008第9.1.1条危险带电零部件的确定：电压不得大于交流35V（峰值）或无纹波直流60V。或如果电压大于交流35V（峰值）或无纹波直流60V，则接触电流不得大于：对交流：0.7mA(峰值）对直流：2mA;对储存电压在60V15kV时，放电量不得大于45C或者对储存电压大于15kV时，放电能量不得大于350mJ,目前电气设备会在电源LN 线路之间跨接通过认证的X 电容，X 电容起到了抑制电磁干扰的作用。但是由于X 电容容量的选择不当，加上没有合理的放电电路，当使用者拔出设备电源插头的时候，不小心触及到插头的插脚，X 电容所贮存的剩余能量会对使用者造成触电危险。 来自电网的干扰会给电气设备的工作带来影响，同时电气设备产生的开关脉冲也会给电网带来影响。为了有效抑制来自电网的干扰和开关脉冲对电网的影响，电气设备的电源线路的输入部分常使用滤波元件，包括X电容和滤波线圈。 电气设备的电源线、通信线，与其它设备或外围设备相互交换的通讯线路，至少有两根LN 导线作为往返线路输送电力或信号，但在LN 两根导线之外通常还有“地线”。干扰电压和电流分为两种：一种是LN 导线分别做为往返线路传输；另一种是LN 导线做去路，地线做返回路传输。前者叫“差模干扰”，后者叫“共模干扰”。 电源插头的LN 插脚之间剩余电压和剩余能量的测量主要是考虑“差模干扰”的影响。而电源插头的L（N） 插脚与保护地之间的剩余电压和剩余能量的测量主要是考虑“共模干扰”的影响。电源电路中滤波线圈贮存的电能量远远小于X 电容贮存的电能量。忽略了滤波线圈的影响，重点考虑X电容的影响。,抗干扰电容器接入电路的位置及电器产品输入电路通常可归结为以下四种形式：,1、图1，按最不利的原则，开关处于断开位置，在供电电源峰值时拔出电源插头，这时电容器没有放电回路，放电时间常数为无穷大，所经电容两端将保持供电电源的峰值电压，因此对于超过0.1F的电容必须在电容两端并接泄放电阻,2、图2，按最不利的原则，开关处于接通位置，在供电电源峰值时拔出电源插头，这时电容器通过变压器初级绕组进行放电，由于变压器初级绕组的等效直流电阻较小，一般介于几十至几千欧，即使X电容的容量达到1F，电容器两端的电压也将在1s内降至0.1V以下,3、图3类似于图1，电容器接在电源插头与开关之间，断开开关时在供电电源峰值时拔出电源插头，这时电容器没有放电回路，放电时间常数为无穷大，所经电容两端将保持供电电源的峰值电压，因此对于超过0.1F的电容必须在电容两端并接泄放电阻,4、图4可用如下的等效电路表示，R1为等效负载电阻，电路通过R1的放电时间常数需考虑C、C1和R1，其中R1会跟电器产品所入的不同状态而不同（待机状态、工作状态），这种电路实际应用也是最广泛的，通常也会在电容器两端并入放电电阻，此时需要通过测试来评价是否存在电击危险了。,L、C元件称为“惯性元件”，即电感中的电流、电容器两端的电压，都有一定的“电惯性”，不能突然变化。充放电时间，不光与L、C的容量有关，还与充/放电电路中的电阻R有关。“1F电容它的充放电时间是多长？”，不讲电阻，就不能回答。 RC电路的时间常数：=RC 充电时，C=U1-e(-t/) U是电源电压 放电时，C=U0e(-t/) U0是放电前电容上的电压 放电时间常数为等效的电容量（F）和等效放电电阻值（M）的乘积，是指经过等于放电时间常数的时间后电压衰减到初始值的37% 。 已知R、C 、U0 、U可以根据t=RC*lnU0/U 计算出衰减时间t，其中U0为电源电压峰值，U为经过t的时间衰减后的电压，U0一般取额定电压（或额定电压范围的上限值）的1.1倍.,2,F,相关概念,测试技术,注意事项,标准要求,4,1,2,3,首先可分析电路图，电源断接处的标称电容不超过0.1F时不需测试；如果方便测试等效电容量和电阻值时可以通过计算时间常数来判定。 分析电路图在通/断开关可能处于的任一位置确定电源断接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断开时测试） 考虑实际可能的工作状态，负载和空载（开机或待机）时会有差异，可能需要单独测试 CTL决议规定使用探头内阻为100M，等于或少于25pF 电源电压应取电源电压上限值，同时按标准要求是否考虑容差（或具体标准要求）,示波器使用方法简介 数字示波器具有波形触发、存储、显示、测量、波形数据分析处理等独特优点 带宽：数字示波器对重复信号采用顺序采样或随机采样技术所能达到的最高带宽为示波器的数字实时带宽，数字实时带宽与最高数字化频率和波形重建技术因子K相关（数字实时带宽=最高数字化速率/K），模拟带宽只适合重复周期信号的测量，而数字实时带宽则同时适合重复信号和单次信号的测量。厂家声称示波器的带宽能达到多少兆，实际上指的是模拟带宽，数字实时带宽是要低于这个值的。 采样速率也称为数字化速率，是指单位时间内，对模拟输入信号的采样次数，常以MS/s表示。采样速率是数字示波器的一项重要指标 ，如果采样速率不够，容易出现混迭现象（通常采样速率至少高于信号高频成分的2倍才不会发生混迭 ） 采样速率与t/div的关系 ：每台数字示波器的最大采样速率是一个定值。但是，在任意一个扫描时间t/div，采样速率fs由下式给出： fs=N/(t/div) N为每格采样点当采样点数N为一定值时，fs与t/div成反比，扫速越大，采样速率越低,示波器使用方法简介 采样率的选择 我们在确定示波器的带宽后，还要选择足够的采样率来与之相配合，这样才能获得适合于实际测量中的实时带宽，从而获得满意的显示和测量结果。 示波器采样率不足，将会使信号失去高频成份，影响对信号的完整性测量。如：使信号上升和下降时间变慢，或造成波形漏失。 如果在实际的测量中，比较重视单次信号的精确信息，我们建议采样率要在带宽的五倍以上，最好能在八到十倍。,示波器使用方法简介 示波器存储深度 定义：一个波形记录是指可被示波器一次性采集的波形点数，最大记录长度由示波器的存储容量决定，要增加存储容量才能增加记录长是为捕获和显示单次信号过渡过程提供的重要指标。 示波器的存储由两个方面来完成： 1）触发信号和延时的设定确定了示波器存储的起点； 2）示波器的存储深度决定了数据存储的终点。 记录时间记录长度 / 采样率 由于时基和采样率是联动的，所以时基的速度快慢将同时改变采样率的高低。当采样率达到指标定义最高速率时，加快基速度的调整，采样率将不能加快。 时基与采样率的关系应为：存储深度（点）时间/格10采样间隔 1/采样间隔采样率,示波器使用方法简介 触发耦合 由于示波器的输入信号经放大器分两路，一路进入A/D采样器；一路到触发电路，形成触发信号。 触发耦合是触发信号与触发电路的耦合方式，就像垂直系统输入一样，可为触发信号选择各种耦合方式。这些设置对消除触发噪声很有用处，噪声的消除可以避免错误的触发。耦合方式： 默认时为DC耦合：触发信号直接连到触发电路 交流耦合：触发源通过一个串联的电容连到触发电路起到隔直作用 HF抑制：使触发信号通过低通滤波器以抑制高频分量，这意味即使一个低频信号中包含很多高频噪声，仍能使其按低频信号触发。 LF抑制：使触发源信号通过一个高通滤波器以抑制其低频成分。这意味即使一个高频信号中包含很多低频噪声，仍能使其按低频信号触发。这对于显示包含很多电源交流信号时情况是很有用处的。,示波器使用方法简介 示波器主要有三个设置区，第一个是：“VERTICAL垂直”设置区，用来设置信号显示时垂直方向的有关状况，诸如显示幅度，在屏幕上的上下位置等。第二个是“HORIZONTAL水平”设置区，用来设置信号显示时在水平方向的有关状况，比如左右位置和信号显示宽度。第三个是最复杂的“TRIGGER触发”设置区，用来设置信号的触发方式，正是因为数字示波器提供了丰富的触发方式才使其功能很强大。 利用AUTOSET自动设置来观察信号情况 按下AUTOSET键，示波器会按被测信号的情况自动显示信号。,示波器使用方法简介 利用Measure功能 Measure提供了很多项测量功能，比如周期、频率、上下峰值、上升下降沿时间，均方根值等。利用此功能使测试方便。 利用ZOOM功能 利用此功能可以在水平方向和垂直方向缩小或放大观察信号。 利用Cursor功能 利用两个垂直光标可以测量垂直两点间的电压差值，利用水平光标可以测量水平两点间的时间距离。 操作方法：按面板上的CURSOR键，再按需要选取水平光标或垂直光标，旋动面板上的SELECT钮，使光标对准感兴趣的两点，其差值就显示在了显示屏上。,示波器使用方法简介 注意事项： 1、示波器电源线要用三相插头良好接地 为减少电击危险, 仪器的底板和外壳必须连接至地端。为了避免电冲击对示波器造成损伤，输出及输入端进行电气连接前要保证示波器良好接地。 2、探头地线只能接电路板上的地线，不可以搭接在电路板的正、负电源端 交流供电系统或经整流后直流供电的系统的地一般都是接大地的。探头的地也是经示波器安全地线接大地的。如果探头的地搭在电路板上不是地的点上，就会造成此点和电源地短路，轻者使电路板工作不正常，重者会烧坏电路板或探头，造成严重后果。尤其注意不能把探头的地接到电路板上的正、负电源端。 3、不允许在探头还连接着被测试电路时插拔探头，避免对示波器和探头造成损伤，尤其是有源探头 4、信号的幅度不要超过探头和示波器的安全幅度，以免造成损坏 注意输入电压，过最高电压输入值, 将造成示波器的损坏。不同探头的幅度量程是不同的，要留心探头及示波器上的说明文字。 5、 探头与示波器有特殊的匹配关系 示波器的输入电阻有两档，1M和50。当接有源探头时示波器的输入电阻应设置为50，无源探头时，输入电阻设置为1M，否则屏幕上会显示错误波形或无波形显示，无法进行正确测量。 6、使用者请勿拆开仪器及移开外壳, 电路电压高至2KV, 易造成危险。组件的替换或内部调整务必由合格专业人员操作, 切勿在电源未关掉时, 替换组件。,插头放电测试 电源确认： 将电源电压和频率调整至作业指导书或标准要求的值（注意部分标准要求在1.1倍额定电压下测试），使用万用表读取有效值、PEAKMAX（波峰值），PEAK-MIN（波谷值），建议取PEAK-MIN 与PEAK-MAX中比较接近理论值的点作为断接点。或者在波峰和波谷处分别测试取最大值。 （注意：比对测试中对多个电源进行测试，使用示波器和高压探头读取电源电压波形时通常会出现偏移，读到的PEAK-MIN 与PEAK-MAX绝对值的差通常为10V以上）,示波器探头直接接入：即示波器探头与样品待测部分并联方式一起通断电，此时按标准及CTL决议要求探头内阻 100 M，电容 25 pF以下。此方法容易发现判断是否为最大值，但对于样品本身内阻高的产品容易引起测量值偏小。 示波器探头后接入：即断电后经过标准要求的测试时间（1s、2s、5s、10s）（可能需要用专用设备，如时间控制器、开关等）时再接入探头，此时对探头内阻对结果的影响不是十分明显。此方法对探头要求不高，但不易判断是否找到最大值。,测试步骤： 打开示波器，检查波形和电压值，调节示波器量程;例如：只需测试1s时电压值调节时间(水平扫描时间系数)为200ms/div；测试2s时的电压值调节时间为400ms/div，选择合适的取样率（调节Resolution按钮，部分示波器适用），调取示波器的两个光标（Cursor钮）。 将样品和示波器探头并联在一起（或接入一个直通式转换插上，注意转换插不得有其余影响测试结果的部件），接入测试电源上。 选择开关状态，（此时示波器的波形应为往前推进的运动状态，如果不出现则需要重新调整时间量程和取样率）待电容充电完成后断开样品及探头与电源的连接，观察波形断开位置处于接近波峰或波谷时待波形运行到合适读数的位置时按下停止键（Run/Stop），否则重新按通电充电断电循环至读取到合适的波形。 放大示波器波形，将光标分别移至断开电源的时刻和需要读数的时刻（或规定的电压值处），读取断开时的电压值和测试时间的电压值（或时间）并记录。,分析方法1：从波形最大电压值处对应的时间点作为时间坐标的起点，一直到波形安全电压60V 对应的时间点作为时间座标的终点。终点与起点之间的时间差看是否小于1s。如果小于1s则表示1s 后插头的剩余电压符合要求。 分析方法2：从波形最大电压值处对应的时间点作为时间座标的起点，沿着时间座标一直到1s 后对应波形的电压值，看1s 后波形的电压参数是否小于60V。如果1s 后对应的电压参数小于60V，1s 后插头的剩余电压符合要求。 分析方法3：从计算原理可知，剩余电量实际上是衰减波形与时间座标之间的面积。要精确计算1s 后插头的剩余电量，可以利用数字存贮示波器的相关功能。测出插头剩余电量。,示例,测量重复性分量：存储下10次插头放电的波形，选择放电电压最大，衰减时间最长的图形进行分析，重复进行相同测量产生的不确定度，检测中进行8次测量，取平均值。第1 次36ms、第2 次37ms、第3 次35ms、第4 次35ms、第5 次38ms、第6 次37ms、第7 次36ms、第8 次36ms、平均36.25ms 根据贝塞尔公式，计算重复性不确定度u1; 示波器误差分量u2,示波器测量的准确度为（1%读数）; 电源电压波动分量u3（根据实践经验，电源电压波动对测量结果的影响取0.7%; “插头放电”测试装置动作偏差分量u4，根据实践经验，插头放电测试装置动作偏差对测量结果的影响取0.5%. 根据下表的概率分布及分布系数合成标准不确定度,2,F,相关概念,测试技术,注意事项,标准要求,4,1,2,3,在测量结果处于临界状态时建议用以下验证方式：（注意只作为验证，不能作为正式测试方法） 可选用高压探头与样品并联接入，接入时间继电器（时间控制盒），输出端接10X探头，将两探头接入示波器中，（注意两探头的极性不能相反连接）分别调节其电压量程。用高压探头（1000X）观察断开时位置，用10X探头读数，对于5s、10s的测试数据可以采用断电后用秒表计时再接入10X的探头来验证。（通常此种方式仅用于比对中，对测量比较小的电压值时。） 采用直流的方式验证，可保证均在峰值断开，一般可采用直流电源，或将交流经整流桥整流成直流后输入样品。,注意：插头放电试验应注意以下几个方面： 一是应使用存储深度较高的示波器，最好有10K以上的存储深度，确保长时基范围内的快速采样。 二是必须使用阻抗值在100M以上的测试探头。因为示波器的测量值会受探头的输入阻抗影响，并且会随着输入阻抗的减少及延时时间的增加而影响增大，使用100M以上的测试探头可以减少测量偏差。 三是要测出正半轴（波峰）和负半轴（波谷）两个放电波形，分别读取数值进行比较后取较大值作为测量结果。 四是尽量能捕获待测样品在电压峰值时从电源断开时的波形，否则测量结果会有偏差。 注意示波器的供电电源与样品电源进行隔离 ，由于示波器探头的输入端需接样品电源的L端，地端接N端，如果接错了，探头输入端接的是N，探头地接的是L（尤其是测II类设备时容易混淆。）。示波器探头接口的地端与示波器供电电源地直接相连，就会形成短路。,2,F,相关概念,测试技术,注意事项,标准要求,4,1,2,3,GB 4943.1-2011第2.1.1.7 设备内电容器的放电 设备在设计上应当保证在电网电源外部断接处，尽量减小因接在设备内的电容器贮存有电荷而产生的电击危险。除非电网电源的标称电压超过42.4V交流峰值或60V直流，否则不需要进行电击危险的试验。 通过检查设备和有关的电路图来检验其是否合格。检查时要考虑到断开电源时通/断开关可能处于的任一位置。 如果设备中有任何电容器，其标明的或标称的容量超过0.1F，而且在与电网电源连接的电路上，但该电容器的放电时间常数不超过下列规定值，则应当认为设备是合格的： 对A 型可插式设备，1s；和 对B 型可插式设备，10s。 有关的时间常数是指等效电容量（F）和等效放电电阻值（M）的乘积。如果测定等效电容量和电阻值有困难，则可以在外部断接点测量电压衰减。当测量电压衰减时，使用输入阻抗由一个100M5M电阻和一个输入电容量为25pF的或更小的电容器并联组成的仪器得到结果。 注：在经过一段等于一个时间常数的时间，电压将衰减到初始值的37%。,GB 8898-2011第9.1.6条：拔出电源插头 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触电危险。 通过9.1.1.1 a）项或c）项规定的测量，或通过计算来检验是否合格。 电源开关，如果有，置于“断”位，除非置于“通”位更为不利。 在拔出插头后2s，插头的插脚不得危险带电。 为了能找到最不利的情况，试验可以重复10次。 如果电源两极之间的标称电容量不超过0.1F，则不进行试验。 9.1.1.1 a）项开路电压不超过交流35V（峰值）或直流60V或c）在直流60V到15kV之间的电压下所贮存的电荷的电量不超过45C；,GB 4706.1-2005第22.5条 打算通过一个插头来与电源连接的器具，其结构应能使其在正常使用中当触碰该插头的插脚时，不会因有充过电的电容器而引起电击危险。 器具以额定电压供电，然后将其任何一个开关置于“断开”位置，器具在电压峰值时从电源断开。在断开后1s时，用一个不会对测量值产生明显影响的仪器，测量插头各插脚间的电压。此电压不应超过34V。,家电标准（从网上下载的内容,是否准确需请家电的同事确认） 对比不同版本的差异，可以发现： 对电容器放电电压测量的试验次数有变化。测量插头放电残余电压是为了保证家电产品在正常使用中当触碰其插头的插脚时，不会因充过电的电容器放电而引起电击危险。 部分标准要求试验重复进行10次，没有规定要在电源峰值瞬间断开。根据物理电容放电的常识，初始电压越高，1秒后测得的残余电压则越高。自上世纪70年代以来，经历电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路、信息化电子技术飞速发展，家电以及检测技术都已经更新换代。原先通过10次有限的重复测量，试图“碰巧”有1次能从电源峰值时断开，到了现在则完全可以通过电子装置实现从峰值瞬间断开，所以2010年第5版IEC 60335-1删除试验重复10次的内容，要在电源峰值时断开，以测得最大初始电压下插头残余的电压。 只适用带插头的产品，不适用于带插脚的直插式产品：各个版本标准条款可看到，“打算通过一个插