中国是电气产品的出口大国,尤其是面向北美市场。然而,在电气产品进口时,很多北美地区的进口商都要求整机或者零部件具有安全认证标志。无论是在帮助客户进行产品测试和认证,还是在给其讲解美国和加拿大标准时,我们发现,很多客户都对北美安规存在着众多疑问。北美市场的消费者认可那些经过著名认证机构测试,并授予认证标志的产品。所以,国内厂商对北美安规的不了解将带来潜在的安全以及产品召回的隐患。为帮助国内厂商生产出真正符合北美市场规范的产品,本文将主要介绍北美市场对电气产品安规的基础要求。
任何电气产品都需要消耗电能,需要提供电源连接方式,右图所示为北美最常用的插座形状。
这里需要注意的是各种额定值的插头和插座不可互换,例如插头5-15P(125V,15A)不可以在6-15P(250V,15A)的插座上使用,反之亦然;再如插头5-20P(125V,20A)不可以在5-15P(125V,15A)的插座上使用,反之亦然。
在北美最常用的插头,其插座是125V,15A的,插头规格为1-15P和5-15P,插座规格为5-15R。
左图为没有接地的1-15P的插头。它的插片是一大一小,大的插片连接到电源的零线,小的插片连接到电源的火线。
右图为有接地的5-15P的插头。它有三个插片,圆的是接地,另外扁的两个分别是火线和零线。把插片正对自己,右手边的是连接到电源的火线。
右下图为5-15R的插座。1-15P和5-15P的插头都适用。
上述的插头和插座是北美最普遍使用的型号。几乎每一个家庭和办公室都有5-15R的插座和带1-15P或5-15P插头的电器。所有大多数出口北美的产品都使用1-15P或5-15P的插头电源线。但是由于北美是120V的电压,如果只是15A电流的话,电器的功率就限定在1800W以内。所以,如果是大功率的电器设备,就需要考虑如下的插头和插座了。
下图为没有接地的5-20P的插头,额定值为125V,20A。它有三个插片,圆的插片是接地,扁的插片打竖和打横各一个,分别是火线和零线。
右下图为5-20RA的插座。仔细观察,可以发现它跟5-15R的插头很相似,唯一不同的地方就是其右边的插孔为T字形,所以1-15P、5-15P和5-20P的插头都适用。这种插座虽然很好,适用的插头数也多。但由于这种规格成为标准的时间不是很久,在北美的家庭中并不多见。通常多见于办公和工业用途的场所。
如果生产的产品是大功率的电热、电机类设备,就可以考虑使用240V电压。这类插头和插座与120V的有很大的不同。如右中图的插头6-15P和插座6-15R是比较常用的一种。其额定值为250V,20A。接到240V的电源,可以有4800W的功率。但这种插头和插座在北美的家庭中也不多见,通常出现于办公和工业用途的场所。而且需要特殊安装。
美国和加拿大还有一种比较特殊的插座:GFCI(Ground Fault Circuit Interrupter)插座。当火线和零线通过的电流不一样时,GFCI就会动作将其所保护的电路断开。
GFCI在工作时通过电流传感器监控火线和零线的电流,当发现它们的电流不同时,电流传感器发出信号给控制电路断开电源。简单原理图见上图。
从原理图可以发现GFCI没有出现地线。这是因为GFCI的目的就是为了保护使用者在地线失效情况下,不让电流流经人体到地,产生电击危险。也就是说,GFCI是保护使用者-人本身,而不是保护电器。GFCI通常会在漏电流为5 mA时动作。带有测试按钮,要求进行周期性检查测试。
GFCI有不同的类型,常见的有如下三种:
一、 嵌墙式带插座的GFCI
这种是最常用的类型,见右上图。它通常带两个5-15R的插座,里面线路只是保护通过这两个插座供电的电器。这种GFCI通常会安装在住宅的厨房、浴室和户外等潮湿环境。一般要求每月检查一次。
二、 空气开关GFCI
家用的带空气开关的GFCI,通常安装在家庭的供电盒内,保护经过它的线路。见右下图。一般要求每月检查一次。
三、 便携式GFCI
便携式GFCI不需要专业人士的安装,使用者可以直接使用。通常带1-15P的插头,电源线,GFCI保护器和5-15R的插座。见右下图。一般要求每次使用前都进行检查。
美国电气法规(NEC)和加拿大电气法规(CEC Part I)都要求住宅内外要安装GFCI。例如美国电气法规(NEC)在1973年规定所有的户外插座要使用GFCI插座;1975年规定浴室要使用GFCI插座;1978年规定车库要使用GFCI插座;1990年规定地下室(不是居住用途)要使用GFCI插座。具体见下表:
插头的使用电流
关于插头在电器设备的使用可以承受多大负载,就要看具体的产品而定。在介绍插头时,已经介绍了每一个型号会对应一定的额定值。例如5-15P的额定为125V,15A,正常来说这代表使用此插头的电器负载在120V下可以使用到15A的电流。但实际情况是,不同的标准有不同的要求,有些可以接受100%的电流,有些限制在80%电流以下。具体举例如下:
1.100%电流负载的情况
a UL 982 - Motor-Operated Household Food Preparing Machine
电机驱动家用食物处理器
“The attachment plug shall be of a type with a current rating not less than that of the appliance, and the voltage rating equal to the rated voltage of the appliance.”
“插头电流值应该不小于所配电器的额定电流,电压应等于其额定电压。”
b CSA C22.2 No. 68 - Motor-Operated Appliances (Household and Commercial)
电机驱动类电器产品(家用及商用)
“… the ampacity of the attachment plug shall be no less than the marked current rating of the appliance … for appliances which in the normal intended use operate for a total of 1 h or less in any 2 h period …”
如果电器在任何2小时内的运作时间不超过1小时,插头电流值不能小于所配电器的额定电流
2.80%电流负载的情况
a UL 1026 - Electric Household Cooking & Food Serving Appliances
家用烹调及食品保温电器
“… The current rating of the attachment plug shall not be less than 125 percent of the current rating of the appliance when the load will constitute a continuous load (3 hours or more).”
如果电器是连续运行的 (> 3小时),插头电流值不能小于所配电器额定电流125%。
b CSA C22.2 No. 68 - Motor-Operated Appliances (Household and Commercial)
电机驱动类电器产品(家用及商用)
“… 125 % of the marked current rating of the appliance or 125 % of the input current under max. normal load conditions, whichever is greater, for appliances which in the normal intended use operate for a total of more than 1 h in any 2 h period.”
如果电器在任何2小时内的运行时间超过1小时,插头电流值不能小于所配电器的额定电流或最大负载时的输入电流 (取最大值)的125%。
概括的说,如果电器设备是短时或断续运转的情况,其负载的输入电流可以到达插头的100%电流;如果是连续运转的情况其负载的输入电流限制在插头的80%电流之下。比较常见的情况是当输入电流为0-12A的情况,使用15A的插头5-15P,6-15P;当输入电流为13A~16A的情况,需要20A的插头5-20P,6-20P等。