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金屬外殼設(shè)備為何頻發(fā)漏電?我們又該如何杜絕?

發(fā)布時(shí)間:2017-08-21 來源:Franklin Zhao 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】最近有注意到網(wǎng)上有討論金屬外殼Mac筆記本電腦在外接單相二線電源時(shí)存在較普遍的外殼漏電問題。其他金屬外殼電子設(shè)備也大量存在這個(gè)現(xiàn)象。那么我們不禁會(huì)問,為什么金屬外殼的電子設(shè)備往往會(huì)漏電?這對我們的生命安全又是否會(huì)造成危害?——畢竟我們屢次看到有關(guān)手機(jī)采用山寨充電器充電而造成的傷人致死報(bào)道。
 
這個(gè)問題要從兩方面談起:安規(guī)電容導(dǎo)致的漏電,以及電路中交流電工作引起的漏電。
 
知乎網(wǎng)友neocon指出,這絕對不是靜電ESD所引起,因?yàn)殪o電只是一瞬間。他認(rèn)為,Mac金屬外殼上感受到的電流實(shí)是接觸電流,即當(dāng)人體或動(dòng)物接觸一個(gè)或多個(gè)裝置或設(shè)備的可觸及零部件時(shí),流過他們身體的電流。而這個(gè)接觸電流并不是筆記本本身所產(chǎn)生的,而是從適配器所傳過來的。
 
適配器中接觸電流產(chǎn)生的原因是由于適配器內(nèi)部的危險(xiǎn)帶電部分和保護(hù)地之間的元器件泄漏而來,比如電容,所以接觸電流也叫“泄漏電流”。
 
他解釋說,一般的電容肯定不會(huì)接在電路與外殼之間。但是,這里的電容專門指的是安規(guī)電容中的Y電容。Y電容在開關(guān)電源中用于共模濾波,通常對稱使用。在使用開關(guān)電源的過程中碰到有時(shí)會(huì)有觸電的感覺。開關(guān)電源產(chǎn)生漏電的主要原因是由于Y電容的存在而產(chǎn)生的。
 
好,我們先從適配器的漏電談起,主要包含以下三種情況:
 
1、地線有2顆Y電容中性接地方式連接,(火---||---地---||---零)此種方式如果插座的接地良好是沒有任何問題的,但插座地線如果虛接,這時(shí)候地線上帶110V(可能會(huì)更高更低)等效電位,如果此用電器是金屬外殼接地,有可能整個(gè)外殼都帶電,電筆會(huì)亮,摸上去會(huì)麻手。
 
2、開關(guān)電源高壓側(cè)和低壓側(cè)(就是光耦跨越的2側(cè),一般電路板這2側(cè)間都會(huì)有明顯的距離分割)一般會(huì)有一顆EMI電容(部分電源還可能并聯(lián)一個(gè)高阻電阻),這也是開關(guān)電源有漏電流的原因。
 
3、真正的感應(yīng)電,只要是電源,不管是工頻還是開關(guān)電源,一般主變壓器高壓低壓側(cè)都會(huì)有一個(gè)等效電容,可以看成是第2種狀況那樣,也會(huì)有微量的泄露電流,這個(gè)狀況無法避免。
 
金屬外殼設(shè)備為何頻發(fā)漏電?我們又該如何杜絕?
 
那么,適配器產(chǎn)生的接觸電流又是如何傳給筆記本呢?
 
適配器的輸出給筆記本供電。正常情況,適配器產(chǎn)生的接觸電流絕大多數(shù)都會(huì)通過適配器的接地線傳回大地;而一小部分傳給了不接地的外殼、不接地的數(shù)據(jù)線等,所以人體感覺不到。而當(dāng)接地不良或者沒有接地的時(shí)候,適配器產(chǎn)生的接觸電流不能通過適配器的接地端泄走,就會(huì)傳給筆記本的金屬外殼以及USB線;當(dāng)人觸及筆記本外殼時(shí),接觸電流就會(huì)直接通過人體流向大地,從而產(chǎn)生觸電現(xiàn)象。
 
為了防止接觸電流造成危險(xiǎn),需要限制這個(gè)電流大小。這是適配器測試時(shí)很重要的一項(xiàng)安全性試驗(yàn)。只要是合格產(chǎn)品,接觸電流值都會(huì)在安全范圍之內(nèi)。
 
設(shè)備產(chǎn)生的接觸電流絕大多數(shù)都會(huì)通過接地線傳回大地,這時(shí)接地線起到了一定的保護(hù)作用。即便產(chǎn)品或者墻插的接地不好,對于合格產(chǎn)品,也是沒有危險(xiǎn)的。
 
然而對于冰箱、洗衣機(jī)等有金屬外殼并且內(nèi)部有交流電工作(例如電動(dòng)機(jī))的電器來說,必須使用帶地線的三腳插頭來防止漏電。因?yàn)楫a(chǎn)品內(nèi)部的危險(xiǎn)帶電件一旦松動(dòng)脫落,搭接在金屬外殼上形成故障條件,如果產(chǎn)品或者墻插的接地不好,就會(huì)有生命危險(xiǎn)!
 
另外,電路中交流電工作也會(huì)引起漏電,但是這部分電流較小。解決方法就是嚴(yán)格接地。而蘋果產(chǎn)品的三腳插頭不是嚴(yán)格接地的。
 
知乎網(wǎng)友周詩培補(bǔ)充說,iPhone的插頭只有兩腳,不可更換。Mac充電器與iPad充電器具有相似的結(jié)構(gòu)。因此,換上三腳插頭之后地線是懸空的,沒有真正的接到大地,所以仍然會(huì)產(chǎn)生泄露電流流到身上的現(xiàn)象。
 
金屬外殼設(shè)備為何頻發(fā)漏電?我們又該如何杜絕?
 
綜上,要防止帶金屬外殼的用電設(shè)備產(chǎn)生漏電現(xiàn)象,一是切勿使用山寨充電器產(chǎn)品,二是確保設(shè)備實(shí)現(xiàn)良好接地。(說句題外話,很多老舊建筑線路布設(shè)當(dāng)初并沒有考慮到接地,比如小編家的地線就是剛加上的。)
 
拓展:三相用電設(shè)備的金屬外殼接地
 
知乎網(wǎng)友Patrick Zhang指出,用電設(shè)備的外殼,在很多情況下都是用金屬材料制作而成,以增加外殼的強(qiáng)度。這種金屬外殼具有導(dǎo)電性,因此被稱為用電設(shè)備的外露導(dǎo)電部分(需要接地)。 用電設(shè)備需要建立等電位聯(lián)結(jié),以保護(hù)配電室內(nèi)操作人員的安全。
 
拿TN-C接地系統(tǒng)為例,下圖有兩臺(tái)用電設(shè)備連接在三相導(dǎo)線上。
 
金屬外殼設(shè)備為何頻發(fā)漏電?我們又該如何杜絕?
 
Patrick Zhang指出,當(dāng)中的PEN線就是零線,零線的全稱是保護(hù)中性線。PEN線首先接到負(fù)載用電設(shè)備的外露導(dǎo)電部分上,然后再引至電器的N線端子上,以實(shí)現(xiàn)中性線的功能。PEN線的功能以接地為首要任務(wù)。
 
TN-C接地系統(tǒng)有一個(gè)致命的毛病,就是PEN線不能斷路。一旦斷路,由于后續(xù)負(fù)載的三相阻抗不一定相等,因此斷點(diǎn)后部的PEN線電壓會(huì)上升,嚴(yán)重時(shí)會(huì)上升到相電壓,這足以致命,還會(huì)引起電氣火災(zāi)。
 
這也是TN-C接地系統(tǒng)嚴(yán)禁使用在煤礦、油庫、石化行業(yè)等具有爆炸性場所的原因。也因?yàn)檫@個(gè)原因,TN-C系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)很少使用了。為了解決這個(gè)問題,IEC60364還給出了另外兩個(gè)方案,就是TN-S和TN-C-S。
 
金屬外殼設(shè)備為何頻發(fā)漏電?我們又該如何杜絕?
 
由于目前的電器都是按TN-S或者TN-C-S來配線的,因此TN-C接線方式已經(jīng)幾乎絕跡。
 
實(shí)際的電器電源線中,我們能看到一條紅色線,一條藍(lán)色線,一條黃綠色線。紅色線就是相線,藍(lán)色線就是N線,而黃綠色線就是保護(hù)PE線。
 
當(dāng)用電電器出現(xiàn)碰殼事故,也即相線與外殼直接接觸時(shí),由于電器的外殼直接與PE線相連,而PE線乃至于PEN線的阻抗不大,因此相當(dāng)于相線對地的短路,其電流與相線對N的短路電流差不多。因此,用電電器上方所接的開關(guān)會(huì)執(zhí)行線路保護(hù)操作。
 
也因此,把TN系統(tǒng)(包括TN-S、TN-C、TN-C-S)稱為大電流接地系統(tǒng)。同時(shí)把TT和IT叫做小電流接地系統(tǒng)。
 
大電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí),一律采用斷路器(也即空氣開關(guān))來執(zhí)行線路保護(hù),而小電流接地系統(tǒng),特別是TT接地系統(tǒng),則采用漏電開關(guān)RCD來執(zhí)行線路和人身安全保護(hù)。
 
本文轉(zhuǎn)載自電子技術(shù)設(shè)計(jì)。
 
 
 
 
 
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