GB4943.1-2011对电容器安全要求的检测方法

[摘要] 文章探讨了GB4943.1-2011标准对电容器的安全要求及应用的7个规则。
信息技术设备广泛利用电容器对电磁干扰信号进行抑制，以提高设备的电磁兼容性。用来抑制电磁干扰的电容器，常安装在对设备的安全性能具有重要影响的场合。一、GB 4943.1-2011对电容器应用的安全要求GB 4943.1对电容器应用的安全要求见条款1.5.6“桥接绝缘的电容器”。原文：“连接在一次电路中两根相线之间的或连接在一根相线和中线之间或连接在一次电路和保护地之间的电容器应当符合GB/T14472的一个分类别的有关要求，并按其额定值使用。这个要求也适用于桥接设备中其他地方的双重绝缘或加强绝缘的电容器。GB/T14472中4.12规定的稳态湿热试验的具体要求应当如下：温度40℃±2℃，相对湿度93%±3%，试验周期21天。注1：承受了超过21天试验周期的电容器认为已经符合试验周期的规定”。解读如下。1. 条款的适用对象本条款适用于使用在如下场合的电容器：相线-相线、相线-中线、基本绝缘、附加绝缘、双重绝缘和加强绝缘。凡是使用在这些场合的电容器应满足本条款要求，使用在其他场合的电容器则不适用本条款。2.使用于上述场合的电容器应是X或Y类电容器使用于上述场合的电容器，应是符合GB/T14472的X或Y类电容器。除非有特别规定，否则使用于上述场合的X或Y类电容器，其气候类别应为-/-/≥21(-/-/≥21表示电容器按GB/T14472条款4.12进行稳态湿热试验时的试验周期为≥21天)。3.电容器应按其额定值使用电容器的额定值包括标称额定电压、型式试验的峰值电压。XY电容器各分类别的额定值见表1。 在设备工作时，电容器将承受电路产生的工作电压及瞬态电压。电容器的标称额定电压与工作电压相适应、型式试验的峰值电压与瞬态电压相适应，电容器按其额定值使用。二、电容器应用的七项规则GB4943.1中条款1.5.6还提出了电容器应用的7项规则，细化了对电容器应用的安全要求。规则1原文：“规则1.用来桥接基本绝缘、附加绝缘或加强绝缘的电容器应当是Y类电容器，但也允许用一个X类电容器桥接二次电路中的基本绝缘”。解读如下。1.桥接基本绝缘、附加绝缘、双重绝缘或加强绝缘的电容器应当是Y类电容器，X类电容器只能桥接相线-相线、相线-中线。作为例外，允许X类电容器桥接二次电路中的基本绝缘。2.Y类电容器之能够桥接基本绝缘、附加绝缘、双重绝缘或加强绝缘，是因为Y类电容器比X类电容器具有更高的绝缘等级，Y类电容器也可以桥接相线-相线、相线-中线。 图1 解读规则1的示例
（位号的括号内为电容器的类别）

根据防电击绝缘保护的规定，图1所示的一次电路与二次电路应采用加强绝缘隔离，一次电路与保护地应采用基本绝缘隔离。C1、C3桥接相线-中线，C2、C4桥接基本绝缘，C5、C6桥接加强绝缘，所有电容器均应用于本条款所述的特定场合。应用于特定场合的电容器必须是X或Y类电容器，C4不符合要求；X类电容器不能桥接基本绝缘或加强绝缘，C2、C6不符合要求。规则2原文：“规则2.电容器的电压额定值应当至少等于按2.10.2.2确定的跨在被桥接绝缘上的有效值工作电压”。 图2 解读规则2的示例
（位号的括号内为电容器的分类别及标称额定电压）
解读如下。电容器的标称额定电压应当至少等于实际承受的工作电压。C1、C3桥接相线-中线，它们承受的工作电压等于电网电压。C2桥接基本绝缘，C4、C5桥接加强绝缘，它们承受的工作电压等于电容器两端的实测电压与电网电压两者的较大值。假设电容器两端的实测电压如表2，则电容器的工作电压随之即可确定。 因为C2、C3、C4的标称额定电压小于实际承受的工作电压，不符合要求。规则3原文：“规则3.对桥接功能绝缘、基本绝缘或附加绝缘的单个电容器，其峰值试验电压应当至少等于要求的耐压”。 图3 解读规则3的示例
（括号内为电容器的分类别及标称额定电压）
解读如下。“要求的耐压”是指电容器在电路中实际承受的瞬态电压。本文含义是：桥接功能绝缘、基本绝缘或附加绝缘的单个电容器，其型式试验的峰值电压应当至少等于实际承受的瞬态电压。图3中C1、C3桥接相线-中线（功能绝缘）、C2桥接基本绝缘。GB4943.1规定，一次电路中的功能绝缘、隔离一次电路的基本绝缘承受的瞬态电压等于电网电源瞬态电压，在某个电网电源条件下各电容器承受的瞬态电压见表3。
规则4原文：“规则4.对桥接双重绝缘或加强绝缘的单个电容器，其峰值试验电压应当至少等于要求的耐压的2倍”。 图4：解读规则4的示例
解读如下。桥接双重绝缘或加强绝缘的单个电容器，其型式试验的峰值电压应当至少等于实际承受的瞬态电压的2倍。图4中C1桥接加强绝缘。GB4943.1规定，隔离一次电路的加强绝缘承受的瞬态电压等于电网电源瞬态电压，在不同的电网电源条件下C1承受的实际瞬态电压见表4。 在条件1中，因为C1型式试验的峰值电压等于实际承受的瞬态电压的2倍，符合要求。在条件2中，因为C1型式试验的峰值电压小于实际承受的瞬态电压的2倍，不符合要求。规则5原文：“规则5.允许使用如下比规定等级更高的电容器：如果规定使用Y2类，则允许使用Y1类；如果规定使用Y4类，则允许使用Y1类或Y2类；如果规定使用X1类，则允许使用Y1类或Y2类；如果规定使用X2类，则允许使用X1类，Y1类或Y2类”。解读如下。表1中“电容器型式试验的电压”的大小代表了电容器绝缘等级的高低，电容器绝缘等级从高到低依次可排序为：Y1>Y2>Y4、Y1>Y2>X1>X2，较高等级的电容器能够替代较低等级的电容器。X1、X2类电容器型式试验的峰值电压不低于Y4类电容器，但Y4作为Y类电容器，不能使用X类电容器替代。如果规定使用Y4类电容器，则不允许使用X1或X2类电容器。规则6和7原文：“规则6.允许使用如下的两个或更多的电容器串联代替规定的单个电容器：如果规定使用Y1类，则允许使用Y1类或Y2类；如果规定使用Y2类，则允许使用Y2类或Y4类；如果规定使用X1类，则允许使用X1类或X2类。规则7.如果使用两个或更多的电容器串联，应当符合：所有电容器具有相同的标称电容量值；每一个电容器的额定值都是其跨接的整体绝缘的工作电压的有效值”。解读如下。1.允许用多个低一等级的Y类电容器串联后替代单个较高等级的Y类电容器，允许用多个低一等级的X类电容器串联后替代单个较高等级的X类电容器。2.多个X类电容器串联后等效电容器依然为X类，多个X类电容器串联不能替代单个Y类电容器。3.允许用多个低一等级的电容器串联后替代单个较高等级的电容器，前提是满足规则7。即串联的每个电容器具有相同的标称电容量。串联的每个电容器的标称额定电压不小于所跨接的整体绝缘的工作电压。假如图5中A-B为加强绝缘场合，规定使用Y1类电容器，则图6属于不正确的替代示例，原因在于所串联的两个电容器不具有相同的标称电容量。 三、结束语GB4943.1条款1.5.6“桥接绝缘的电容器”从绝缘结构的角度对电容器应用提出安全要求，以防止电容器不当使用而破坏设备防电击绝缘系统。电容器的电容量选择不当也可能导致危险，如电容量过大可能引起储能放电量过大、限流电路电流过大、接触电流过大而导致电击危险。在使用电容器进行电磁干扰抑制时，除了要满足本条款的安全要求外，还要合理选择电容器的电容量，从而既达到提高设备电磁兼容性的目的，又确保设备的安全性能持续满足要求。