【作 者】李雨明 ，王仁俊

江蘇省科學(xué)技術(shù)情報研究所，南京市，210042

0 引言

電氣設(shè)備中，防電擊和能量的危險防護(hù)，各個行業(yè)都有不同的要求，測試方法也不同。電擊和能量的危險防護(hù)，國標(biāo)中主要是針對電容的儲能造成危險。電容器在電路的一次回路或電源插頭插拔時的危險性檢測，一般以電容器的容量作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，主要檢測放電后1 s或2 s時電容的剩余電壓值，5 s或10 s時設(shè)備外殼與內(nèi)部易觸碰的儲能器件間在這段時間內(nèi)所保持的電容殘余電荷量和電能量。

本文對電容存儲的電能量的危險作一些分析，并提出相應(yīng)的簡易檢測方法，供相關(guān)人員參考。

1 電容存儲能量的危險表達(dá)規(guī)定

目前，對于的電容儲存能量會產(chǎn)生危險，各國標(biāo)都要求強(qiáng)制檢測。但對于檢測的數(shù)值、要求和方式均有不同。

1.1 國標(biāo) GB9706.1-2007[1]規(guī)定

“用插頭與供電網(wǎng)連接的設(shè)備，必須設(shè)計成在拔斷插頭之后1 s時，各電源插腳之間以及每一電源插腳與設(shè)備外殼之間的電壓不超過60 V。”

“在設(shè)備電源切斷后立即打開在正常使用時用的調(diào)節(jié)孔蓋就可觸及的電容器或與其相連的電路帶電部件上的剩余電壓不得超過60 V，若電壓超過此值，則剩余能量不得超過2 mJ?！?/p>

1.2 國標(biāo)GB4793-2007[2]規(guī)定

1）對電壓小于或等于峰值15 kV或直流15 kV，電荷為45 μC；

2）對電壓大于或等于峰值15 kV或直流15 kV，儲存能量為350 mJ。

其他國標(biāo)如：GB8898-2001 、GB4943-2001、GB4706.1-2005等都有類似的規(guī)定。

從國家發(fā)布的強(qiáng)制性的標(biāo)準(zhǔn)來看，測試是必須的。電容存儲的能量檢測要求規(guī)定：電壓小于15 kV，或者從內(nèi)部電容接受電荷的端子（任何零部件）檢測的是電荷量，不大于45 μC；電壓大于15 kV，檢測的是能量，不大于350 mJ。

2 電容存儲能量的特點和檢測方法

2.1 電容存儲能量的特點

(1) 能量微弱 線對地電容量為3000 pF時，其能量E=1/2×C×U2=1/2×0.03 uF×10-6×(60V)2=54×10-6=0.054 mJ，再經(jīng)過回路電阻1 s的放電，能量已很難測試。

(2) 存在的時間短暫 測試時間為1～10 s之間，存在時間根據(jù)回路阻抗的大小，也僅數(shù)秒鐘。

(3) 電壓形態(tài)特殊 測試的既不是峰值電壓也不是有效值電壓，而是變化時的瞬時點電壓。

(4) 電容存儲能量的表示不一致。有用剩余電壓(V)表示，有用庫倫( μC)表示，還有用焦耳(mJ)表示。

2.2 電容存儲能量的測試要求

(1) 很高的測試內(nèi)阻 用內(nèi)阻抗不影響測量值的儀表來測。按照GB9706.1-2007規(guī)定，線對地電容量為3000 pF，放電時間為1 s，電容放電電阻則為：R＝τ/C＝1 s/3000 pF＝333.3 MΩ。如果電容放電時間增加，要求測試阻抗更高。

(2) 精確的測試時間 拔出插頭之后，如果放電的電壓很高，放電的時間較短，則測試時間的準(zhǔn)確度決定了測試的誤差。

(3) 峰值斷電測試功能 斷電時的電容最高充電電壓為交流電的峰值，因此需要具備峰值斷電功能。這樣既保證了測試的準(zhǔn)確性，又保證了測試的一致性、重復(fù)性。

2.3 電容存儲的能量的測試方法

(1) 剩余電壓測試法

剩余電壓測試法是以測試設(shè)備斷電后的一段時間內(nèi)，設(shè)備中存有危險能量的電容放電殘余電壓。這是目前測試電容能量危險限值主要方法，主要測試設(shè)備在電路一次回路的電源插頭三個電極之間的剩余電壓。

剩余電壓測試有使用示波器加附加裝置和專用的剩余電壓測試儀兩種測試方法。用示波器加附加裝置測試是一種傳統(tǒng)測試方法，測試精度主要看示波器的精度和測試探頭。專用的剩余電壓測試儀可以做到很高的測試精度，測試阻抗也很高，并且具有峰值斷電功能，理論上只要測試一次就可以完成剩余電壓的測試，測試一致性好，重復(fù)性高。

(2) 示波器動態(tài)能量測試法

示波器能量測試法是基于TEK公司提供的TDS1000/2000/3000 B系列示波器的動態(tài)能量測試系統(tǒng)，主要由電壓、電流探頭，TDS系列示波器，應(yīng)用測試軟件，計算機(jī)及其外圍設(shè)備等組成。電壓與電流在對應(yīng)時刻上相乘得到功率后再對時間積分，對捕捉到的信息必須及時存儲，然后分析、處理并獲得電壓、電流、功率和能量的時域波形。

電壓、電流探頭主要完成電壓變比、阻抗變換、差分輸入、電壓/電流變換、初次級隔離等功能。從而給示波器提供保真度高、幅值適當(dāng)?shù)碾妷盒盘?。測試精度取決于電壓、電流探頭精度和示波器的精度。但是，根據(jù)測試要求，必須自制時間可控的峰值斷電裝置。由于電壓、電流探頭的阻抗問題，較小能量無法測試，如： 3000 pF電容量的線地之間或零地之間的微小能量的不能測試，且設(shè)備價格較高。

(3) 專用儀器測試法

目前沒有現(xiàn)成的動態(tài)能量測試設(shè)備可供選擇，需要自己根據(jù)國標(biāo)要求及動態(tài)能量測試的特點，設(shè)計測試系統(tǒng)和制造專用測試設(shè)備。

3 電容存儲能量的簡易測試方法

目前，三種動態(tài)能量測試方法各有優(yōu)缺點，如果推廣使用，有的方法會出現(xiàn)較大的局限性。專用儀器測試不具備第三方的計量檢定，無法得到認(rèn)可；示波器動態(tài)能量測試的一套設(shè)備價格不菲，一般單位也不具備條件，計量也存在問題。在此推薦兩種簡易的測試方法，通過簡單條件、簡單計算，就可得到動態(tài)能量。

3.1 剩余電壓測試儀測試電容存儲的動態(tài)能量

首先，利用具備峰值斷電功能、有著高回路阻抗的剩余電壓測試儀測出相應(yīng)的剩余電壓值(U)；然后，用電容測試儀測出帶電部位的電容量(C)。

根據(jù)電荷計算公式：Q＝C×U ，就可以計算出電荷量。只要計算出的電荷量不超過45 μC，可視為安全。

同理，根據(jù)能量計算公式E＝1/2×U×Q＝1/2×C×U2，只要在規(guī)定的時間內(nèi)測試出兩端子間電壓(U)，然后測出電容量(C)，就可以算出電能量。只要計算出的能量不超過國標(biāo)GB9706.1-2007規(guī)定的2 mJ ，或者其他國標(biāo)規(guī)定的350 mJ，可視為合格。

3.2 用簡易測試法測試計算電容存儲的動態(tài)能量

首先，在被測設(shè)備通電正常工作時,用萬用表測出帶電的兩端子間電壓（U）；然后，被測設(shè)備斷電，用電容測試儀測試出帶電部位的電容量（C）；第三，用高阻測試儀測試出帶電部位電容的回路放電阻抗；第四，確定國標(biāo)規(guī)定的放電時間（s）。根據(jù)電容放電公式計算出剩余電壓。

例如，工作電壓為220 V(峰值電壓311 V)，帶電部位的電容量3000 pF，回路放電阻抗1000 MΩ，經(jīng)過1 s時，用電容放電公式計算，剩余電壓為：Us＝

依據(jù)計算出的剩余電壓值，采用電荷計算公式就可以計算出動態(tài)電荷量；根據(jù)能量計算公式就可以計算出動態(tài)電能量。

以上只是通過高阻抗、峰值斷電功能的剩余電壓測試儀的研制，以及根據(jù)現(xiàn)狀與相關(guān)測試部門人員對相應(yīng)國標(biāo)的理解、交流后提出的想法，供參考。

[1] 俞西萍, 何駿, 何愛琴, 等. GB9706.1-2007醫(yī)用電氣設(shè)備 第一部分: 安全通用要求[S]. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2008

[2] 賈真, 郭建宇, 肖向榮. GB4793-2007測量、控制和實驗室用電氣設(shè)備的安全要求 第一部分: 通用要求[S]. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2007