对于家电产品接地的要求主要分必要性、可靠性、连续性、有效性四个方面:
(1)必要性方面:家电的I类金属部件需要进行接地。
(2)可靠性方面又细分为:接地端子要有锁紧装置;接地要先通后断;接地端子的腐蚀危险的要求;自攻螺钉提供接地连续性连接时的要求;PCB板上印制线路接地的要求。
(3)接地连续性要求:主要是防松要求。
(4)接地有效性要求:接地端子和接地金属部件之间的电阻值应<0.1Ω。
本文结合自身使用标准的经验以及参加标准制修订的经历,从符号、端子结构、螺钉螺纹要求、防松措施、导线颜色、电腐蚀等几个方面来分析接地的要求。
1.1接地符号
GB4706.1标准[1]7.8条款设置的目的是保证X型连接产品和Y型连接产品在更换电源线时,接地线不会被错误的连接到L线或者N线上,导致产品的接地措施失效。标准7.8条款中提到了“用于与电网连接的接线端子”即产品更换电源线要拆开的端子。所以保护接地端子指的是更换电源线要拆开的端子,不包含产品内部起到接地连续性作用的端子或螺钉。
GB/T5465.2中规定了3种接地符号,注意不要混用:
5017,在不需要用符号5018或5019的情况下,用来标识接地端子的符号;
5018,用来标识功能性接地端子;
5019,保护接地端子标识。
家用电器保护接地端子用的正确符号是5019,而不是5017或5018。
1.2接地端子结构
GB4706.1-2005标准第27.4条款中提到了图10,如图1所示。
图1接地端子部分的示例(摘自GB4706.1-2005中的图10)
1.3接地螺钉的螺纹要求
IEC60998-2-1标准中10.103条款提到了“夹紧导线的螺钉和螺母应具有公制螺纹或类似螺距的螺纹和机械强度。”[4]一个完全标准的机械螺纹是指螺钉攻丝形成的螺纹的尺寸符合公制螺纹要求,即符合GB/T196-2003《普通螺纹基本尺寸》(ISO724,MOD)中的尺寸要求(如图2所示)。例如M3公制螺钉的螺距为0.5mm[5]。
图2普通螺钉
宽螺距(金属板)螺钉指的是螺距比公制螺纹宽的普通自攻螺钉,属于螺纹成形自攻螺钉(如图3所示)。例如ST2.9自攻螺钉的螺距为1.1mm。普通自攻螺钉是早期薄板金属螺钉的直接产物。当把普通自攻螺钉拧入预制孔里时,通过紧靠着孔周围材料的移位,以及把材料推入螺纹之间的空隙,进而形成与螺钉相连接的内螺纹。
图3自攻螺钉
自挤自攻螺钉属于螺纹辗制自攻螺钉(如图4所示)。根据冷锻成形丝锥设计原理,人们为这种螺钉专门设计了螺纹和末端,使得螺钉能通过在其螺纹的牙顶上,而不是在整个螺纹的侧面,施加间断的、周期性压力,从而形成连接的内螺纹。通过集中和限制成形压力,使紧靠着孔的受压材料更容易流动和更好地填入(挤入)自攻螺钉螺纹的牙侧和牙底。由于拧入的摩擦阻力远低于普通自攻螺钉,因此,自挤自攻螺钉能够拧入较厚的截面。同时具有较好的拧入控制和紧固扭矩,而且极大地改善了连接强度和整体牢固性。
图4自挤螺钉
1.4接地的防松措施
目前常见的螺钉、螺栓防松措施有以下几种:
(1)至少使用两个螺钉紧固;
(2)弹簧垫圈(如图5、图6所示);
图5弹簧垫圈
图6双波纹弹簧垫圈
(3)防松垫圈(如图7、图8、图9所示);
图7内齿垫圈
图8外齿垫圈
图9双叠自锁防松垫圈
(4)作为螺钉头一部分的冠型锁定装置(如图10、图11所示);
图10冠型锁定装置
图11带冠型锁定装置螺帽
(5)自锁防松螺母(如图12、图13所示);
图12尼龙防松螺母
图13不锈钢防松螺母
(6)防松厌氧胶。
1.5接地导线颜色
接地导线要分两个方面来考虑:
(1)对于电源软线。GB4706.1标准25.10条款要求:I类家电产品的电源软线中应有一根黄绿线用作保护接地导线。对于I类家电产品,这是一个充分必要条件。即电源软线中只能用黄绿线作为接地导线,同样电源软线中的接地导线颜色也只能是黄绿色。
(2)对于家用电器产品内部导线。GB4706.1标准23.7条款只是要求黄绿线只能用作接地导线,这是一个充分条件。意思是黄绿线一定是接地导线,但接地导线不一定只有黄绿线,也可以用黑色导线、橙色导线、白色导线等其他颜色导线。
1.6接地系统中的电腐蚀
接触腐蚀又称电偶腐蚀。两种不同的金属相互接触而同时处于电解质中所产生的电化学腐蚀。由于它们构成自发电池,故受腐蚀的是较活泼的及作为阳极的金属。当两种金属搭接或固定在一起时,在电解质溶液中存在电极电位差,就会产生电流,构成了原电池。电流从阳极流向阴极,使较高电位的金属发生阳极溶解腐蚀,电位差越大,发生腐蚀的危险越高。
伽凡尼电位序位(GalvanicPotentialSeries)可以说明在不同环境中,各种金属阳极性或阴极性的趋势[6]。以海水中的伽凡尼电位序位而言,金属电位由大到小顺序为:钾(K)、钠(Na)、镁(Mg)、铝(Al)、锌(Zn)、镉(Cd)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、锡(Sn)、铅(Pb)、铜(Cu)、银(Ag)、铂(Pt)、金(Au)。顺序越靠前的金属对电位序位在其后的金属将形成阳极。铝的电位序位在铜前面,所以铜铝两种金属接触时,铝会形成阳极,出现腐蚀现象,构成了铜铝原电池(如图14)。当环境温度为25℃时,金属铜(Cu)的标准电极电位是+0.337V,金属铝(Al)的标准电极电位是-1.660V,铜铝(Cu-Al)结构的电极电位差可达2.0V。
图14铜铝原电池效应
如果家电产品使用了铝材质或铝合金外壳,并且与该外壳连接的接地导线的端子为铜材质。在潮湿的空气中两者之间会引发原电池效应,铝材质的外壳为阳极,发生溶解而被腐蚀。腐蚀会导致铜端子和铝外壳之间的接触电阻变大,即产品的接地电阻会变大,保护接地不能起到应有的防护作用。接触腐蚀通常可用电镀、加入缓蚀剂等来防止。
2
关于接地的新要求
2.1功能性接地的引入
2.2关于自攻螺钉提供接地连续性结构的新要求
IEC60335-1标准从Ed5.0版本细化了自攻螺钉提供接地连续性结构的要求:
(1)对于在用户进行的产品操作过程中不需要改变的接地连接,可以使用自攻螺钉、自挤螺钉和宽螺距螺钉提供接地连续性。有用户进行的操作包括产品正常使用、维护保养、更换X型连接产品的电源线和产品的安装。
(2)当螺钉形成的螺纹的长度超过该螺钉直径的一半时,该处连接只需要一个自攻螺钉、自挤螺钉和宽螺距螺钉就可以满足要求。
3
结束语
(未完待续)
本文作者
中国家用电器研究院李继超
中家院(北京)检测认证有限公司王伯燕叶志壮程运
安徽中认倍佳科技有限公司徐传芳
参考文献
[1]GB4706.1-2005,家用和类似用途电器的安全第1部分:通用要求[S].
[2]ISO/IECDirectives,Part2RulesforthestructureanddraftingofInternationalStandards2004[S].
[3]GB/T1.1-2009,标准化工作导则第1部分:标准的结构和编写[S].
[4]IEC60998-2-1:2002Connectingdevicesforlow-voltagecircuitsforhouseholdandsimilarpurposes-Part2-1:Particularrequirementsforconnectingdevicesasseparateentitieswithcsrew-typeclampingunits[S].
[5]GB/T196-2003,普通螺纹基本尺寸[S].`
[6]姜华.电力电缆中铜铝材料耐腐蚀性能探讨[J].建筑电气,2011.
[7]IEC60335-1:2010+A1:2013,Householdandsimilarelectricalappliances-Safety-Part1:Generalrequirements[S].