集成厨房电器触电防护设计.doc

集成厨房电器触电防护设计 浙江美大实业股份有限公司 徐泽华 唐新云一、 引言随着社会的进步、科学的发展，家电产品在现今的人类生活中，已成为不可或缺的组成部分。集成厨房电器的出现，将多种家用厨电产品整合并优化集成于一体，给人们生活带来了极大的方便和享受，然而，这些产品在使用上，皆需借助电力以产生热能或动能，这种220V/50Hz 的交流电是一种非安全电压，对人体是很危险的。若设计不良或针对可能出现的隐患未采取相应的保护措施，或者用户操作使用不当，都将可能导致灾害的发生，更严重的后果可能会造成不必要的财产损失和人身安全事故，因此在各类电子电气设备的安全设计中，防触电是产品安全设计的一项重要内容，要求产品在结构上应保证用户无论在正常工作条件下，还是在故障条件下使用产品，均不会触及到带有超过规定电压的元器件，以保证人体与大地或其他容易触及的导电部件之间形成回路时，流过人体的电流在规定限值以下。为保护用户的安全，很多家电制造企业都在寻找相关的解决办法。而且，如何防漏电其实一直是各个家电制造厂家重点的营销要素。目前，市场上主流的防电击危险的安全措施，主要有防电墙和漏电保护断路器。防电墙就是在产品和人体之间增加一个很大的隔离电阻，当异常电流通过防电墙时，电压大大下降，降到低于人体绝对安全电压。而漏电保护断路器的原理是在电源输入端装有电流感应器件，实时监控供电线路中火线、零线和地线上是否有漏电电流，一旦发现产品自身或外部接地系统异常，安全系统将瞬间自动切供电线路中火线、零线和地线，如同拔掉插头一样彻底切断供电电源。虽然原理和方法不一样，但最终的目的是一样的，都是保护操作者安全。这些防电击危险的保护措施也有个共同的特点，都是在产品引起安全事故发生的时候才起到保护作用，虽然这些保护措施与用户使用环境和使用状态密切相关，但产品在最初的安全设计时，如何预防可能出现的电击危险？二、 集成厨房电器的特点集成厨房电器是融合了消毒柜、燃气具、吸油烟机、烤箱、微波炉、电蒸炉等家用电器的集合体。其主要特点是将多种家用电器有机结合在一起，并充分考虑用户的个性化需求，有选择性的进行功能组合。根据集成厨房电器结构特点，在有限的空间里组合多种家用电器，空间受到了很大的限制。而且我国参照国际电工委员会的安全标准，对各类家用电器均制订了相应的安全标准。如GB 4706系列标准，对各类家用和类似用途电器安全通用要求作出了规定。在该标准基础上，根据各类家用电器的性能，还制订了不同的安全特殊要求标准，以达到保护用户使用安全的目的。每一种家用电器都存在电击危险的可能性，而集成厨房电器容纳了多种家用电器，更大地增加了电击危险的可能性。因此，针对集成的家用电器除考虑空间的设计外，还至少满足其国家标准要求。多种家用电器的组合，增加了电器之间抗干扰的要求，也增加了对整机控制系统电源布线的要求。三、 集成厨房电器触电防护设计的几个方面根据国家标准要求设计出来的产品，目的在于减少和避免由各种危险造成伤害或危害的可能性。设计者不仅要考虑产品的正常工作条件，还要需要结合产品使用环境，考虑可能的故障条件而引起的故障，可预见的误操作以及诸如温度、海拔、污染、湿度、电网电源的过电压和通信线路的过电压等外界环境影响，评估可能出现安全危险的风险性，并提出相应的防护措施。安全设计本身是灵活的，没有固定的模式可套。在电气产品日益复杂化和智能化的今天，很难用一个单一的模式对产品进行安全防护，不同类型的产品，在不同的应用场合，会有不完全相同的安全要求和设计方法。本文重点介绍影响产品电气的基本因素，并从安规相关的标准理解、安全试验、安全防护等方面来阐述电子产品触电防护设计的几个主要关注点，并结合一部分安全设计的实例，共同探讨集成厨房电器触电防护的设计方法。 1 外壳防护措施外壳的设计必须引起设计者的重视，外壳一般起到防电击危险、防着火危险、防机械危险等作用，同时可以有效减少零件之间绝缘失效的可能性。机壳可以尽可能的密封更多的带电部件，达到有效的避免操作者接触及的可能性。但整机在正常工作中，电子元件或环境的影响可能会造成整机内部温升过高，因此，外壳在设计过程中必不可少的会增加散热孔，散热孔增加的同时也带来了电气防护的危险性。根据家用电器及其类似产品的国家标准要求，针对外壳的开孔应使用试验指、试验销、试验棒检验，应不能接触到带电部件。外壳的设计应要求满足不通过工具不能打开，除非采用了连锁装置，使得当机壳被打开的同时自动切断电源，避免用户或维护者错误操作时发生电击危险。根据国家标准要求，外壳在经受规定外力作用下如产生形变，应保证产品电气间隙和爬电距离仍在规定要求之内。对于模压或注塑成型的非金属材料等，在经受耐高温试验后，外壳材料任何形变和收缩均不会暴露危险零部件。因此，对集成厨房电器中使用塑料外壳的电器部分，应注重对外壳材质的要求。2 带电部件的防护在整机的各种使用功能中，不可避免会使用加热负载或者在设计过程中，需要将某一带电部位隔离时可用防护罩或防护盖，防护罩或防护盖安装时必须保证牢固可靠，其所起的功能和设计要求基本与机壳相同。例如，集成灶中一般烘干功能都使用石英加热管，而石英加热管表面温度较高，且两端接线端子带电，为避免用户操作时造成可能的直接接触，使用一块金属防护板罩住石英加热管管身，以达到防护电气危险的目的。3 绝缘性能使用满足质量要求的零部件和附属件，采用保证产品在正常使用过程中具有良好的绝缘性能。绝缘性能测试的内容和方法多种多样。如电气强度，绝缘电阻，泄露电流等，都是衡量电器绝缘性能的重要指标。影响绝缘性能的因素，有些在于原器件自身的质量和性能，采用的元器件和内部使用的绝缘材料不耐热、不阻燃，可能造成产品存在触电危险或火灾隐患。例如，集成厨房电器中嵌入电烤箱，电烤箱工作时会造成环境温升急剧升高并维持最高约250的高温下（采用限温装置控制），因此必须采用高质量的纤维编织电缆或特氟龙材质类电缆产品，如电缆质量差，将严重影响产品的电气性能和使用寿命。电加热管必须保证良好的电气性能，尤其是工作温度下的泄漏电流。如不严格控制加热管质量，将会导致整机电气性能中绝缘电阻不符合要求，工作温度下泄露电流超标，最终会导致整机正常工作中跳闸现象，严重会造成电击危险。4 电路设计安全性为使产品达到标准所规定的电气性能，并预防相应的风险。电路中采取一些必要的保护措施，提高产品的安全性。a） 电路功能设计时应采用漏电保护装置或过流断路装置，必要时，在工作过程中实时检测电路中电流变化，确保家用电器的使用安全。b） 电路中采用联锁装置切断电源以避免可能出现的触电危险。如消毒柜中使用门控开关，当柜门开启时，切断负载工作电源。c） 电路设计中电源输入端应尽量少选用或不选用大容量电容，以避免通电后电容两端积聚大量的能量，插拔插头时接触金属部位，能量释放造成电气危险。如不可避免选用，则需要在电路中设置时间常数足够小的放电电路，通常在电阻两端并联一适当阻值的电阻。d） 电路板设计时应考虑带电部件之间的电气间隙和爬电距离，防止沿两电极之间最短的空间间隙发生放电和防止在相应污染条件下沿两电极之间的绝缘体表面发生爬电现象。e） 电路原理性设计时要更多的考虑使用隔离元器件对强电和弱电之间的有效隔离，同时也可以有效避免电器之间的干扰。如隔离变压器，光电耦合器，继电器等，使用户操作界面和经常触及的部位均处于安全特低电压范围。5 安全接地措施集成厨房电器属于I类设备，其机壳采用基本绝缘，需要用安全接地防护作为附加安全措施，以便当一旦基本绝缘失效时，通过安全接地保护，使可触及部件不会变成带电部件。这种保护措施的关键要保证接地端的可靠性。接地性能应考虑以下几点：a) 接地线必须使用外表为黄绿双色的铜芯绝缘导线，在器具引出处应有防止松动的夹紧装置，接触电阻应不大于0.1。b) 接地端子应有足够的接触面积，且要求有良好的防腐蚀性能。c) 接地线虽然正常情况下不带电，但是为了安全其导线规格要求不低于相线。d) 接地线上不得装开关或保险丝。除整机要求进行安全接地设计外，产品在安装使用时也要求保证良好的接地性能。安装时要求增大整机与地面的接触面积，使用时应要求保证整机外壳与供电端地线连接。目前，我国大多数农村地区的供电插座都是没有接地线的两孔插座，使用三孔插座的接地线也未可靠接地，根本没有保护接地措施。因此，针对集成灶终端用户，应督促其采取有效措施，解决产品的接地问题，以确保安全。但是为了保证安全，禁止随意将接地线连接到自来水、暖气、煤气或其它管道上。管道上的不导电物质可能会造成电气上的不连续，接触电阻增大；连接至燃气管道可能会引起爆炸危险。如果整机接地不良，带有电磁灶功能的集成厨房电器，当电磁灶工作时，灶面上的金属锅具与感应线圈盘相当于一个无负载的变压器，锅具会携带一定的电压，操作者触摸至金属锅具或金属外壳时，会有轻微的触电感觉。四、 总结针对集成厨房电器可能出现的电击问题，应提前采取可靠的设计和预防措施，将是产品质量制胜的法宝。逐项分析，逐项解决，也是设计者重要的生存法则。家用电器产品的安全标准，是为了保证消费者人身安全和使用环境不受任何危害而制定的，是家用电器产品在设计、制造时必须遵照执行的标准法规，只有严格执行标准中的各项规定，才能使家用电器的安全得到可靠