陳志雄

(工業(yè)和信息化部電子第五研究所計量檢測中心，廣州 510610)

0　引言

GB/T 12113—2003《接觸電流和保護導體電流的測量方法》(等同采用IEC 60990:1999)提出了“接觸電流”的概念，部分安規(guī)儀器制造商也將符合GB/T 12113要求的測試儀稱為“接觸電流測試儀”。在這種情況下，業(yè)界對“接觸電流”和“泄漏電流”這兩個術語是否等同存在不同看法。下文對泄漏電流測量標準及其演進過程進行分析，以理清這兩個術語的關系。

1　定義和測量網(wǎng)絡

1.1　泄漏電流的定義和測量網(wǎng)絡

根據(jù)JJG 843-2007《泄漏電流測試儀》的概述，“泄漏電流”定義為：電器的電源在工作狀態(tài)下通過絕緣或分布參數(shù)阻抗產生的與工作無關的電流。為了測量泄漏電流，在泄漏電流測試儀的內部，需要在被測件與參考地之間串入一個“電阻器-電容器”網(wǎng)絡來取得電壓降，然后再將測得的電壓換算成電流，這種網(wǎng)絡稱為泄漏電流的“測量網(wǎng)絡”。圖1是早期版本的設備標準中普遍使用的網(wǎng)絡，由1.5kΩ電阻器和0.15μF電容器并聯(lián)構成。

圖1　早期設備標準使用的測量網(wǎng)絡

圖1網(wǎng)絡和JJG 843—2007中的通用型泄漏電流測試儀采用的測量網(wǎng)絡在結構上是相同的。根據(jù)JJG 843—2007的要求，通用型測試儀的網(wǎng)絡特性為：輸入電阻1750Ω±250Ω、時間常數(shù)225μs±15μs。圖1網(wǎng)絡的時間常數(shù)等于電阻器阻值和電容器容量的乘積。在低頻段，網(wǎng)絡的輸入阻抗對泄漏電流值的影響甚微，可忽略不計[1]；為便于器件選型，安規(guī)儀器制造商普遍將電容器選取為0.15μF，然后根據(jù)網(wǎng)絡時間常數(shù)計算出電阻器的阻值，即1.5kΩ。

1.2　接觸電流的定義和測量網(wǎng)絡

GB/T 12113將“接觸電流”定義為：“當人體或動物接觸一個或多個裝置的或設備的可觸及零部件時，流過他們身體的電流”。GB/T 12113根據(jù)人體對電流的不同效應(感知、反應、擺脫和電灼傷)定義了三個測量網(wǎng)絡，其中的“加權接觸電流(感知電流或反應電流)的測量網(wǎng)絡”如圖2所示。

圖2　加權接觸電流(感知電流或反應電流)的測量網(wǎng)絡

與結構簡單的圖1網(wǎng)絡不同，圖2是由多個電阻器和電容器構成的復合網(wǎng)絡。圖2網(wǎng)絡可由圖中的虛線劃分為兩個部分：人體阻抗模擬網(wǎng)絡和頻率加權網(wǎng)絡，后一部分模擬了人體對不同頻率電流的不同反應程度。

1.3　目前對兩個術語差異性的認識

從泄漏電流和接觸電流的定義看，兩者似乎有顯著區(qū)別?！靶孤╇娏鳌北碚鞯氖橇鬟^被測件阻抗的電流，“接觸電流”表征的是流過人體的電流；一方面兩種電流的路徑不同，另一方面接觸電流只有在人體與帶電部件發(fā)生接觸時才存在。

從泄漏電流和接觸電流的測量網(wǎng)絡看，兩者也有顯著區(qū)別。圖1網(wǎng)絡用來測量直流或者低頻(工頻)交流電流；而圖2網(wǎng)絡可用來測量直流和1MHz以內的交流電流。另外，兩種網(wǎng)絡的計量校準要求也有顯著不同。JJG 843—2007要求考查圖1網(wǎng)絡的輸入電阻和時間常數(shù)，而按照GB/T 12113—2003附錄L的要求，要在DC～1MHz頻率范圍內考查圖2網(wǎng)絡的輸入阻抗和傳輸特性。參考文獻[2]就泄漏電流定義上的差異和演進過程提供了一些參考資料。

基于對上述差異性的認識，業(yè)界對這兩個術語是否等同，以及接觸電流測試儀和泄漏電流測試儀是否屬于同一類儀器存在不同意見。為理清這些術語間的聯(lián)系，有必要對泄漏電流測量標準及其演進過程進行分析。

2　測試標準的發(fā)展歷程

2.1　現(xiàn)有的電氣安全標準體系

目前在全球范圍內已形成UL和IEC兩大電氣安全標準體系，我國自20世紀70年代末開始制定各類設備的安全標準，到80年代形成了采用(或等同采用)IEC標準的國標體系[3]。在UL體系中，關于漏電流測試的基礎標準是UL 101《Leakage Current for Appliances》；在IEC體系中，則是IEC 60990《Methods of measurement of touch current and protective conductor current》。這兩個基礎標準歷經(jīng)了多次修訂和改版，被兩大體系中的設備標準普遍引用。

UL 101的前身是美國國家標準ANSI C101.1。ANSI C101.1的第一版于1970年頒布，之后經(jīng)過1973年、1986年和1992年幾次改版。在2002年，ANSI的ASC C101委員會被撤銷，其工作轉交UL負責，ANSI C101.1-1992也轉換成UL 101-2002[4]。UL 101-2002于2007年被再確認，即現(xiàn)行的UL 101-2007。IEC 60990標準于1990年頒布，在1999年改版為現(xiàn)行的IEC 60990:1999。

2.2　設備標準在測量網(wǎng)絡上的演進

早期設備的泄漏電流要么是直流電流，要么是和設備工作電源頻率相同的工頻交流電流，這是圖1測量網(wǎng)絡的應用背景。但是隨著電子技術在20世紀下半葉的飛速發(fā)展，電子開關技術被廣泛應用于電源系統(tǒng)和設備中，因而產生了高頻諧波電壓和高頻諧波電流；電流(尤其是高頻電流)對人體的效應要比早期制定標準時所認為的更為復雜，IEC 60990:1990就是在這種背景下制定的。ANSI C101.1在1992第四版之前采用的是圖1測量網(wǎng)絡，該標準使用的網(wǎng)絡被那個時期的各種設備標準廣泛使用。為適應高頻泄漏電流的測量要求，ANSI C101.1-1992轉而采用圖2的測量網(wǎng)絡；這樣，UL 101-2002和UL 101-2007使用的也是圖2網(wǎng)絡。

在IEC60990:1990頒布之后，IEC體系內的設備標準在制定(或修訂)時普遍引用該標準來測量漏電流，典型例子是IEC 60335-1。IEC 60335-1:1991版使用的是圖1網(wǎng)絡，從1994年發(fā)布的修正件(IEC 60335-1:1991 A1:1994)開始就使用圖2網(wǎng)絡。也有一部分設備標準(如IEC 60601醫(yī)療電子設備)，由于其特殊的應用領域和要求，使用了其他結構的測量網(wǎng)絡，這些網(wǎng)絡不在本文的討論范圍內。

國內的設備標準在修訂時一般按照等同采用的IEC標準對測量網(wǎng)絡進行更新。表1給出了部分國標使用的測量網(wǎng)絡，這些設備標準涵蓋了人們日常生活的絕大部分用電器具，說明圖2網(wǎng)絡具有廣泛的適用性。

表1　部分設備標準采用的測量網(wǎng)絡

續(xù)表

*該版本的設備標準使用了一個阻值為2kΩ的電阻器構成的測量網(wǎng)絡。

3　接觸電流和泄漏電流的內在聯(lián)系

3.1　術語間的聯(lián)系

為突出電流對人體的不同效應和危害程度，GB/T 12113引入了接觸電流和保護導體電流的概念，并在引言部分聲明：“‘漏電流’術語已用于表達若干不同的概念，如接觸電流、保護導體電流、絕緣特性等，所以在本標準中，不使用‘漏電流’這一術語”。因此，從術語的概念上看，“接觸電流”從屬于“泄漏電流”。

更進一步講，由于各種設備標準一般不對保護導體電流作出要求，因此在涉及設備的電擊防護時，“接觸電流”與“泄漏電流”術語可認為是等同的。正因為此，雖然GB/T 12113提倡使用“接觸電流”術語，但新修訂的設備標準大都仍然沿用原來的“泄漏電流”術語，如GB 3883.1—2008和GB 4706.1—2005等。一直以來，UL 101使用的也是“l(fā)eakage current”(泄漏電流)術語。GB 4943—2011在0.2.1節(jié)描述“電擊”的原因時有如下表述：“從帶危險電壓的零部件流向可觸及零部件的接觸電流(泄漏電流)，或保護接地連接失效……”。

3.2　測試應用中的聯(lián)系

從泄漏電流和接觸電流的定義看，兩個術語的最大區(qū)別是：“接觸”，但從設備的檢測方法看兩者并沒有區(qū)別；不管是采用圖1網(wǎng)絡還是圖2網(wǎng)絡，設備標準描述的檢測方法都相同。以GB 4706.1的1998版和2005版為例，都在13.2節(jié)給出如下方法：“測量在電源的任一極和連接金屬箔的易觸及金屬部件之間進行。被連接的金屬箔面積不超過20cm×10cm，它與絕緣材料的易觸及表面相接觸……”。從中可以看出，不管是哪個網(wǎng)絡，檢測時都需要使用一定面積的金屬箔來模擬人的手掌接觸被測件，實際測量的都是流過人體的電流。從這一點上看，JJG 843—2007對“泄漏電流”所作的定義值得商榷。

3.3　測量網(wǎng)絡上的聯(lián)系

圖1網(wǎng)絡用來測量直流或低頻交流電流，JJG 843—2007要求其輸入電阻為1750Ω±250Ω。圖2網(wǎng)絡的輸入電阻為2kΩ，50Hz頻率下的輸入阻抗為1990Ω?？梢妶D2網(wǎng)絡的輸入特性在低頻段也符合JJG 843—2007的要求。

從網(wǎng)絡結構上看，圖1只有兩個端子，而圖2是一個四端網(wǎng)絡，兩者似乎有本質區(qū)別。圖1是一個并聯(lián)結構的網(wǎng)絡，在低頻段電容器可以忽略；如圖3(a)所示，圖1網(wǎng)絡的輸入端也作為信號的輸出(測量)端，實際上也可認為是一個四端網(wǎng)絡。在低頻段，圖2網(wǎng)絡的等效結構如圖3(b)所示。對于低頻輸入電流，圖2網(wǎng)絡具有與圖1網(wǎng)絡相同的測量結果，其對泄漏電流的測量“向前兼容”圖1網(wǎng)絡。

圖3　低頻段的等效網(wǎng)絡

4　標準演進對計量工作提出的要求

圖1測量網(wǎng)絡是ASC C101委員會于1968年提出的[5]，傳統(tǒng)的泄漏電流測試儀大都使用此測量網(wǎng)絡。圖2網(wǎng)絡是在人們對設備的電擊防護有了新的

研究和認識后設計出來的，目前國外各種設備標準普遍使用該網(wǎng)絡來測量泄漏電流。新型的泄漏(接觸)電流測試儀都使用圖2網(wǎng)絡，考慮到儀器的兼容性，有些多網(wǎng)絡測試儀還支持圖1以及其他測量網(wǎng)絡。

通過第3節(jié)的分析，使用圖2網(wǎng)絡的泄漏(接觸)電流測試儀實際上是對傳統(tǒng)泄漏電流測試儀的改進和發(fā)展。鑒于使用圖1網(wǎng)絡的設備標準越來越少，傳統(tǒng)的泄漏電流測試儀將逐漸被淘汰?，F(xiàn)行的JJG 843—2007規(guī)程只適用于傳統(tǒng)的泄漏電流型測試儀以及醫(yī)用測試儀，已經(jīng)不能適應當前國內外設備標準和安規(guī)測試儀器的現(xiàn)狀，建議及早對該規(guī)程進行修訂。

[1]陳子彪.Ⅱ類信息技術設備的接觸電流分析[J].安全與電磁兼容，2007(3)

[2]李雨明.醫(yī)用漏電流測試區(qū)別[J].中國醫(yī)療器械信息，2010(9)

[3]富海濤，李東，石鎮(zhèn)山，等.符合多標準的泄漏電流測試系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)[J].儀器儀表標準化與計量，2006(5)

[4]ANSI STANDARD ACTION[J].2002，Vol.33，#6，P43.

[5]UL 101-2007 Leakage Current for Appliances[S].APPENDIX C.