物理學(xué)上,泄漏電流可以定義為從帶電部件(通過絕緣)流到導(dǎo)電部件的電流。
一、“泄漏電流”效應(yīng)研究的初步結(jié)論
1、 從對“泄漏電流”效應(yīng)的研究中得出兩個結(jié)論
(1)就安全而言,主要考慮可能流過人體的有害電流,該電流不一定等于流過保護(hù)導(dǎo)體的電流。
(2)電流對人體的效應(yīng)比早期標(biāo)準(zhǔn)中假設(shè)的幾種要考慮的效應(yīng)更復(fù)雜,對于確定連續(xù)波形情況下的安全限值,Zui為重要的效應(yīng)有四種:a、感知;b、反應(yīng);c、擺脫;d、電灼傷。這四種人體效應(yīng)中任一種都具有唯一的閾值,但其中的某些閾值隨著頻率變化的差異是很大的。電灼傷是由于電流流過或穿過人體表皮而引起的皮膚或器官的灼傷。
2、 根據(jù)其不同的測量方法對兩種電流的定義
泄漏電流測量方法包括在正常條件和某些故障條件下的有關(guān)生理效應(yīng)和安裝場合的電流測量方法。泄漏電流有兩種電流組成:接觸電流和保護(hù)導(dǎo)體電流。
IEC61140:1997《防電擊-設(shè)施和設(shè)備公共方面》第3.9條接觸電流定義為“當(dāng)在正常條件或在故障條件下,人體或動物體接觸電氣設(shè)備或設(shè)施的一個或者多個可觸及部件時,流過人體或動物體的電流(類似定義還見IEC60990)?!苯佑|電流(僅在人體是電流通道時存在)還可定義為流入代表人體的阻抗網(wǎng)絡(luò)的電流。
保護(hù)導(dǎo)體電流定義為用內(nèi)阻可忽略不計的電流表測得的保護(hù)導(dǎo)體中的電流。保護(hù)導(dǎo)體電流是在設(shè)備接地線上流過的泄漏電流。保護(hù)導(dǎo)體電流對連接在同一電路中的RCD(剩余電流保護(hù)裝置)的工作可能有影響,因此保護(hù)導(dǎo)體電流測試目的之一可以根據(jù)保護(hù)導(dǎo)體電流選擇剩余電流保護(hù)裝置。另一個目的IEC364-7-707《建筑物電氣設(shè)備-第7部分:特殊設(shè)施或場所-第707章:數(shù)據(jù)處理設(shè)備安裝的接地要求》第707.471.3.3“地泄漏電流大于10mA的進(jìn)一步要求”的需要。該標(biāo)準(zhǔn)中把地泄漏電流超過規(guī)定限值叫高泄漏電流,對于有高泄漏電流的設(shè)備有附加的防觸電保護(hù)的要求。該標(biāo)準(zhǔn)把超過10mA的泄漏電流認(rèn)為是高泄漏電流。對于超過10mA的地泄漏電流,設(shè)備應(yīng)按照滿足下列三種要求的一種進(jìn)行連接。(1)高完全保護(hù)(地)線路。這些要求的目的使用堅固或加倍的導(dǎo)體與連接件或堅固的連接器,以提供高完全保護(hù)線路。所用的保護(hù)導(dǎo)體如果是單根導(dǎo)體截面積應(yīng)不小于10mm2,如果是兩根導(dǎo)體單獨(dú)端接的,每一根導(dǎo)體截面積應(yīng)不小于4mm2。(2)地連續(xù)性監(jiān)控。這些要求的目的是監(jiān)視保護(hù)地連接的連續(xù)性,提供在故障情況下自動切斷電源的裝置。(3)使用雙繞組變壓器。這些要求的目的限制泄漏電流的通路,且將地連續(xù)性中斷的可能減少到Zui小。
兩種電流可以用下列圖1加以解釋。
由于保護(hù)導(dǎo)體電流取決于設(shè)備的阻抗,IECTC64為了這種測量已開發(fā)了標(biāo)準(zhǔn)化的阻抗。然而,這個阻抗假定是不大于0.5Ω。此外,這種電流僅對于由消費(fèi)者連接到電源(例如在你屋內(nèi)用插頭連接)的燈具是重要的。IECTC64認(rèn)為這種電流對于連接到插座的所有產(chǎn)品是重要的。由于在燈具的型式試驗期間測量的保護(hù)導(dǎo)體電流是具有限值的,IECTC64不考慮連接到同一個RCD(剩余電流保護(hù)裝置)的產(chǎn)品數(shù)量是重要的事實(shí)。對于打算連接到電源的“大的”燈具,可能需要進(jìn)行該測量,如果保護(hù)導(dǎo)體電流超過10mA,燈具應(yīng)有相應(yīng)的警告標(biāo)簽(參見64/1120A/CDV文件)。
二、泄漏電流的要求取決于燈具的絕緣等級
Ⅰ類燈具:要求測量接觸電流和保護(hù)導(dǎo)體電流。
Ⅱ類燈具:要求測量接觸電流。在圖G1保護(hù)(地)導(dǎo)體斷開時,測量Ⅱ類燈具的接觸電流。
有Ⅱ類絕緣部件的Ⅰ類燈具:要求測量接觸電流和保護(hù)導(dǎo)體電流。
Ⅲ類燈具:要求正在考慮之中。

圖1 接觸電流和保護(hù)導(dǎo)體電流示意圖
三、關(guān)于IEC60598-1第5版泄漏電流的修改趨勢
1、 IEC60598-1第5版10.3可能的變化
原10.3由下列條款內(nèi)容取代。
10.3接觸電流和保護(hù)導(dǎo)體電流
燈具正常工作期間可能出現(xiàn)的泄漏電流,按附錄G測量時,應(yīng)不超過下列值:
-接觸電流: Zui大限值(峰值)
所有Ⅱ類(和0類)燈具以及配有可與未接地的插座連接的 0.7mA
額定電流不超過16A插頭的Ⅰ類燈具
-保護(hù)導(dǎo)體電流: 額定電流 Zui大限值(有效值)
1) 配有額定電流不超過 ≤4A 2mA
32A單相或多相 >4A,但≤10A 0.5mA/A
插頭的Ⅰ類燈具 >10A 5mA
2) 打算連接的 ≤7A 3.5mA
Ⅰ類燈具 >7A,但≤20A 0.5mA/A
>20A 10mA
合格性按附錄G進(jìn)行檢驗。
注-對于裝有交流電子鎮(zhèn)流器的燈具,由于光源的高頻工作,接觸電流可能在很大程度上取決于光源和接地啟動裝置之間的間距。
注-關(guān)于接觸電流和保護(hù)導(dǎo)體電流的測量的進(jìn)一步解釋可以在IEC990和IEC61140標(biāo)準(zhǔn)(7.5,現(xiàn)行文件64/1120A/CDV)中找到。
2、 IEC60598-1第5版附錄G可能的變化
重新引入附錄G。
附錄G(規(guī)范性附錄)
接觸電流和保護(hù)導(dǎo)體電流的測量
本附錄G的試驗和要求是從IEC60990摘錄出來的。完整的細(xì)節(jié)見IEC60990。
G.1 燈具在25℃±5℃環(huán)境溫度以及額定電源電壓和額定頻率下進(jìn)行試驗,試驗線路如圖G.1所示。
G.2燈具帶有預(yù)期型號的光源進(jìn)行工作,在額定電壓下達(dá)到穩(wěn)定時,熒光燈和其他氣體放電燈的光源功率和電壓在其額定值的5%范圍內(nèi)。
G.3對于有Ⅱ類絕緣部件的Ⅰ類燈具,應(yīng)同時測量兩種部件的接觸電流。
G.4燈具按12.4.2的規(guī)定連接,測量保護(hù)導(dǎo)體電流。另外,將可忽略不計內(nèi)阻(小于0.5Ω且可測量有效值)的電流表連接在地接線端子或燈具的外露部件與保護(hù)地之間。
G.5對于接觸電流的測量,使用圖G1、圖G2、圖G3規(guī)定的線路。
試驗順序應(yīng)詳見G.6。用符合IEC60529的標(biāo)準(zhǔn)試驗指作為試驗探極且施加到可觸及的金屬部件,或燈具殼體裹著尺寸10cm×20cm金屬箔的可觸及的絕緣部件。本測量不包括光源。
這里描述的測量方法是基于燈具用于星形TN或TT系統(tǒng),例如燈具連接在火線(L)和中心線(N)之間。對于其他的系統(tǒng),見IEC60990的有關(guān)部分。
對于多相連接的情況,程序相同,但沒一次測量是在一相上進(jìn)行。相同的限值適用于每一相。
測量網(wǎng)絡(luò)G3用于帶插頭的Ⅰ類燈具,G2用于所有其他情況,除了保護(hù)導(dǎo)體電流以外。
測得在測量網(wǎng)絡(luò)G2和G3中電壓U2和電壓U3的峰值電壓。
如果頻率在30kHz以上,接觸電流的測量,除了圖G2測量以外,應(yīng)包括關(guān)于電灼傷影響的測量。對于灼傷影響,未加權(quán)的有效值接觸電流是適當(dāng)?shù)?。對未加?quán)的接觸電流由測得的跨接在圖G2中500Ω電阻兩端的有效值電壓U1加以計算。
試驗端子A電極(標(biāo)準(zhǔn)試驗指)應(yīng)依次施加于每一個可觸及的部件。
對于每一次施加試驗端子A電極,試驗端子B電極應(yīng)施加到地,然后,依次施加其他的可觸及部件。
對于Ⅱ類燈具,保護(hù)導(dǎo)體測量不考慮。
圖G1的試驗線路應(yīng)使用隔離變壓器。
注-對于Ⅲ類燈具、導(dǎo)軌和接線系統(tǒng)的要求,正在考慮之中。
G.6試驗順序:
接觸電流按表G1測量:

*這些測量適用于僅含有Ⅱ類絕緣部件的Ⅰ類燈具。
裝有開關(guān)的使用熒光燈或其他氣體放電燈的可移式燈具,測量以后燈具應(yīng)斷開開關(guān)。然后將燈具開關(guān)閉合,在光源再次啟動前再次按表G1所述的規(guī)定測量接觸電流。

圖G1 星形TN或TT系統(tǒng)的單相設(shè)備的試驗配置

圖G2 加權(quán)接觸電流(感知電流或反應(yīng)電流)的測量網(wǎng)絡(luò)

圖G3 加權(quán)接觸電流(擺脫電流)的測量網(wǎng)絡(luò)
四、即將修改的燈具泄漏電流的標(biāo)準(zhǔn)與原先標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容的比較
1、 增加了測量保護(hù)導(dǎo)體電流的要求
將泄漏電流一分為二,分成接觸電流與保護(hù)導(dǎo)體電流二種加以測量。原先標(biāo)準(zhǔn)未要求測保護(hù)導(dǎo)體電流。
2、 接觸電流的限值由原來的有效值改峰值
在四種效應(yīng)中,感知、反應(yīng)和擺脫與接觸電流的峰值有關(guān),并且隨頻率變化而不同。由于測量有效值Zui為方便,因此習(xí)慣上將電擊作為正弦波形來處理。IEC60990推薦采用峰值測量方法,它更適合非正弦波,但同樣適合正弦波形。然而,電灼傷與接觸電流的有效值有關(guān),而與頻率無關(guān)。對可能發(fā)生電灼傷的設(shè)備,需要分別進(jìn)行兩種不同的測量,即對電擊是測量電流的峰值,對電灼傷是測量電流的有效值。原來標(biāo)準(zhǔn)中表10.3泄漏電流要求值是有效值,其一與上述理由不一致,其二與IEC60990測量網(wǎng)絡(luò)要求測量峰值也不一致,顯然不盡合理。
3、 增加后的測試方法、步驟明了,試驗可操作性強(qiáng)
原來標(biāo)準(zhǔn)只是原則提及根據(jù)IEC60990測試,直接按該標(biāo)準(zhǔn)測試時對于大多數(shù)的人而言,使用上有困難,現(xiàn)在引入圖G1和表G1后,測試方法、步驟一目了然,具有較強(qiáng)的操作性。
五、泄漏電流測量網(wǎng)絡(luò)的剖析
過去,各種設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)采用兩種傳統(tǒng)的技術(shù)測量泄漏電流,無論是測量保護(hù)導(dǎo)體中的實(shí)際電流,還是采用簡單的電阻-電容網(wǎng)絡(luò),都是把泄漏電流定義為流過電阻的電流?,F(xiàn)采用更有代表性的人體模型,給出關(guān)于電流的四種人體效應(yīng)的測量方法。此人體模型是針對普通情況下,一般意義上的電擊而選擇的,考慮到電流通路和接觸條件,使用正常條件下幾乎完全是從手到手或手到腳接觸的人體模型。對較小區(qū)域的接觸(例如一個手指接觸)選擇其他不同的模型可能比較合適,這樣的模型正在考慮之中。
1、人體阻抗網(wǎng)絡(luò)
圖G2和圖G3中的由元件RS、CS、RB和試驗端子A、試驗端子B構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)是模擬總的人體阻抗(ZT)。其中圖G2和圖G3中的元件RS和CS模擬兩個接觸點(diǎn)間總的皮膚阻抗(Zp)。Cs阻抗是由皮膚接觸區(qū)域決定的,對于較大接觸區(qū)域,可以使用較大的電容值。圖G2和圖G3中的元件RB模擬人體的內(nèi)部阻抗(Zi)。
總的人體阻抗(ZT)的定義是人體的內(nèi)部阻抗(Zi)與皮膚阻抗(Zp)的向量和(如圖2)。人體的內(nèi)部阻抗(Zi)的定義是與人體的兩個部分接觸的兩個電極之間的阻抗,忽略皮膚阻抗(如圖3、圖4)。皮膚阻抗(Zp)的定義是在皮膚的一個電極與在下面的導(dǎo)電紙之間的阻抗。
(1)正弦交流50/60Hz時總的人體阻抗(ZT)頻率特性
表1中給出的總的人體阻抗的值對于有生命的人和手到手大區(qū)域接觸(5000mm2到10000mm2)的電流通路和干燥條件是有效的。在不大于50V電壓處,用淡水變濕的接觸區(qū)域測得的值比在干燥條件的值低10%到25%,導(dǎo)電溶液使得阻抗顯著地降低到干燥條件測得值的一半。在大于約150V電壓處,總的人體的阻抗越來越少的取決于濕度和接觸的表區(qū)域。
測量是在成年的男性和女性上進(jìn)行。接觸電壓不大于5000V的總的人體阻抗的范圍在圖5中給出,接觸電壓不大于220V的總的人體阻抗的范圍在圖6(虛線)中給出。
表1和圖5和圖6的值提供了有生命的成年人的總的人體阻抗地知識。關(guān)于當(dāng)前適
用于兒童的總的人體阻抗方面的知識,預(yù)計是稍微高一點(diǎn)但有相同的數(shù)量級。
表1 大的接觸表區(qū)域、電流通路手到手、交流50/60Hz的總的人體阻抗ZT

(2)正弦交流頻率不超過20kHz時總的人體阻抗(ZT)頻率特性
由于皮膚電容的影響,50/60Hz時的總的人體阻抗的值在較高頻率下減少,在5kHz頻率以上接近內(nèi)部人體阻抗Zi。
圖7說明頻率對電流通路手到手且大的接觸區(qū)域、接觸電壓10V的總的人體阻抗ZT的關(guān)系,頻率從25Hz到20kHz。
圖8說明頻率對電流通路手到手且大的接觸區(qū)域、接觸電壓25V的總的人體阻抗ZT的關(guān)系,頻率從25Hz到2kHz。從結(jié)果得出,曲線可推導(dǎo)出接觸電壓從10V到1000V的50%的總體電流通路手到手或手到腳的總的人體阻抗ZT對頻率50Hz到2kHz的的關(guān)系。曲線如圖9所示。
圖G2和圖G3中的由元件RS、CS、RB和試驗端子A、試驗端子B構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)的總的人體阻抗(ZT)計算得出是1990Ω(50Hz)或是1986Ω(60Hz),接近表1中總體的95%、接觸電壓220V處,不超過總的人體阻抗的數(shù)值2125Ω。如果考慮接觸電壓230V,在圖6的基礎(chǔ)上,圖G2和圖G3中總的人體阻抗(ZT)就非常接近于表1實(shí)際測得的總體的95%、接觸電壓220V總的人體阻抗。
2、 感知電流、反應(yīng)電流測量網(wǎng)絡(luò)(含人體阻抗)
人體對電流的感知和反應(yīng)是由流過人體內(nèi)部器官的電流引起的。為了準(zhǔn)確測量這些效應(yīng),要求對感知電流和反應(yīng)電流隨頻率變化進(jìn)行研究和補(bǔ)償。對于引起感知或不自主的反應(yīng)電流,圖G2的網(wǎng)絡(luò)給出了人體阻抗,并且給出了加權(quán)值,以符合人體阻抗的頻率特性(圖7、圖8、圖9)。為了設(shè)計測量網(wǎng)絡(luò),假定在正弦、混合頻率正弦和50Hz或60Hz的非正弦交流下,大約0.7mA峰值即可感知。對于感知和反應(yīng)的接觸電流,測量交流值是用U2峰值除以500Ω,測量直流值是用U1除以500Ω。測量網(wǎng)絡(luò)考慮到了較高頻率的電流對人體的作用,并模擬了人體阻抗隨著頻率增高而降低的情況。
3、 擺脫電流測量網(wǎng)絡(luò)(含人體阻抗)
人體喪失擺脫能力是由于流過人體內(nèi)部(例如通過肌肉)的電流所致。但是,擺脫電流限值的頻率效應(yīng)不同于感知電流、反應(yīng)電流或電灼傷電流的頻率效應(yīng),特別是頻率在1kHz以上時更是如此。圖G3的網(wǎng)絡(luò)模擬了人體阻抗,并額外加權(quán)以模擬人體對電流的頻率效應(yīng)。該電流應(yīng)能引起肌肉收縮,喪失擺脫可握緊零部件的能力。表示擺脫閾值的接觸電流是用U3峰值除以500Ω。
六、試驗時燈具的正常條件和故障條件
1、 燈具的正常操作
正常操作包括:電源開關(guān)的接通、斷開、啟動、預(yù)熱。單相設(shè)備應(yīng)在接地導(dǎo)體和中性導(dǎo)體原封不動的情況下,以正常極性和相反極性(圖G1中的開關(guān)P)進(jìn)行測量。
2、 燈具和電源的故障條件
應(yīng)在下列故障條件下進(jìn)行測量:
a.沒有可靠接地的單相設(shè)備應(yīng)在斷開保護(hù)接地(圖G1中的開關(guān)e)的情況下。以正常極性和相反極性(圖G1中的開關(guān)P)進(jìn)行測量。
b.單相設(shè)備應(yīng)將中性導(dǎo)體斷開(圖G1中的開關(guān)n),接地導(dǎo)體原封不動的情況下,以正常極性和相反極性(圖G1中的開關(guān)P)進(jìn)行測量。
七、接觸電流限值
感知閾值定義為電流流過時引起感覺的Zui小電流值。反應(yīng)閾值定義為引起不自主的肌肉收縮的Zui小電流值。擺脫閾值定義為握住電極的人可以擺脫電極的Zui大電流值。
感知閾值和反應(yīng)閾值取決于幾個參數(shù),如人體與電極(接觸區(qū)域)接觸的面積,接觸條件(干、濕、壓力、溫度)以及個人的生理特性。反應(yīng)閾值一般為0.5mA有效值。
擺脫閾值取決于幾個參數(shù),如接觸面積,電極的形狀和大小以及個人的生理特性。假定平均值為10mA。
如果規(guī)定了感知電流的限值0.5mA有效值或0.7mA峰值,人將不會感到電流存在,因而不大可能出現(xiàn)不自主的反應(yīng)。現(xiàn)在IEC60598-1的接觸電流規(guī)定0.7mA峰值,均在感知閾值、反應(yīng)閾值和擺脫閾值的范圍內(nèi)。
另外,用接觸電流限值和總的人體阻抗來解釋IEC60598-1附錄A(規(guī)范性附錄)“確定導(dǎo)電部件是否會引起觸電的試驗”中的a)條:“測量被測件與地線之間的電流,測量線路的無感電阻為2000Ω±50Ω。如果測得的交流電流大于0.7mA(峰值)或直流電流大于2mA,則該部件為帶電部件”。由于附錄A中a)條的交流電流0.7mA峰值的限值與上述的接觸電流限值以及測量部位均為一致,故附錄Aa)條需要測量的電流相當(dāng)于接觸電流。由于直流/交流等效因子(具有相同的心室纖維性顫動可能性的直流與其等效的交流有效值的比率)k=3.75,得出直流電流限值理論計算值為1.875mA,取整數(shù)后即為現(xiàn)附錄A直流電流限值2mA。附錄A中a)條測量線路的電阻2000Ω是模擬總的人體阻抗,約等于上述的總的人體阻抗(ZT)理論計算值1990Ω(50Hz)。






