家电产品的安全防护设计概述 - 安规与电磁兼容网

家电产品在现今的人类生活中，已成为不可或缺的产物。然而，这些产品在使用上，皆需藉助电力以产生热能或动能，若设计不良或使用不当，将可能导致灾害的发生，进而造成生命财产的损失。日常生活的不幸案例时有耳闻，因此电器产品的保护设计益形重要。

家电产品的「安全防护设计」理论

目前，在家电方面较常采用的 UL 标准计有 UL982、UL1005、UL1026、UL1082、 UL1083、UL499、UL507 等。这些标准在安全要求方面，会因应不同的产品种类而有所分别，但所运用的基本原则及概念却是相同的。以下就 UL 标准对家电产品的一般安全要求做一重点式的概略陈述，期待产品开发者在进行产品研发设计时，有更清晰的概念。

一般安全原则

·家电的安全设计不仅须注意正常的使用状态，亦需预估可能发生的故障问题、可能的误用状况及外在环境对产品的影响。
·必须假设消费者并未接受任何有关辨识产品危险的训练，也就是说，消费者随时可能接触产品的危险部位，因此须透过警告卷标或使用说明书，告知消费者正确的使用方法及可能因误用而引发的危险。
·另须考虑产品维修人员可能接触的范围，故必须在维修手册中标明产品应先去除电气及机械危害后，才可进行维修，同时标明维修人员必须具备的防护器具，并于产品的明显位置加上警告卷标。
电器产品的五大潜在危险及相应的防护设计
使用电器产品时所可能发生的危险不外乎是「触电」、「能量」、「火灾」、「高温」、「机械」等五大项，在此就各项危险的防护措施简单说明。

1.「触电」的防护
触电是因电流流经人体而产生，对于人的生理机能影响可依电流量、时间、及流经人体的路径而定。大约 0.5 微安的电流即会影响健康，而更高的电流则会造成如灼伤或心室颤动等伤害。触电可能产生的原因包括使用者接触危险电压的裸露部位、零件之间的绝缘失效、或使用者会接触的绝缘失效。
预防触电的方法：
·提供基本的绝缘，并且将可接触到的导线及线路接地。
·使用可靠的固定或锁定的外壳，以及安全内断开关等。
·提供过电流保护。
·在零件间提供接地的金属保护幕、或在零件间提供双层或增强的绝缘。
·使用者可碰触部位的绝缘必须通过机械强度及耐高压测试。
检测方式：可利用「漏电电流测试仪」及「耐压测试仪」来测量与触电有关的漏电电流及绝缘效果。

2.「能量危险」的防护
能量危险的产生可能是经由高电流供应器、或高电容线路的相邻端短路所引起，可造成燃烧、电弧、或热融化的金属喷出。在此种情况下，即使产品的线路上仍是可触摸的安全电压，但仍可能造成危险。
预防能量危险的方法：采用隔离、防护罩、或提供安全内断开关等。
能量检测方式：可藉「异常操作测试」及「零件短路测试」来判断。

3.「火灾」的防护
产品在正常操作下，或由于过负载、零件失效、绝缘失效、接头松脱等情况而产生超过材料或零件所能正常承受的温度，均可能导致火灾的发生。因此产品设计须预防内部过温的发生，即使产生火源亦不会扩散至邻近地方，亦不会造成外围设备的损坏。

预防火灾的方法：
·提供产品的过电流保护。
·依产品实际用途，采用适当的防火材料。
·选择适当的零附件及物料，以避免因高温造成的火灾意外。
·使用防护燃烧性物料，将之与起火源隔离。
·使用适当防火外壳，以阻绝或避免产品内部起火时所产生的火源扩散。

火灾检测方式：可藉「温升测试」、「异常操作测试」及「零件短路测试」判断产品出现过温时，是否会造成危险。

4.「高温」的防护
产品正常操作时所产生的高温，可能会导致使用者接触高热部位时造成灼伤、并使产品降低绝缘功能及关键零件的安全性、以及点燃产品的易燃性液体或气体。
预防高温的方法：
·在使用者可接触的产品区域，采取避免产生高温的措施。
·避免温度超过液体的燃点。
·若接触热区域是无法避免的话，则必须加上警告使用者的卷标。
高温的检测方式：可藉「温升测试」仿真可能发生的最坏状况，以进一步判断是否会造成危险。

5.「机械危险」的防护
机械危险的来源包括产品的尖锐边缘及边角、具潜在性危险的移动或旋转零件、不稳定的产品装备、以及由破裂零件所飞出的物体等。

预防机械危险的方法：
·将产品的尖锐边缘及边角磨圆。
·产品外部提供遮蔽措施。
·安全内断开关的设计。
·无支撑的产品部分必须有充分的稳定性。
·若无法避免使用者的接触，必须提供警告卷标。
机械危险的检测方式：可藉由「结构检查」、「正常操作测试」、「异常操作测试」及「零件短路测试」来判断产品的危险程度。

外壳的设计

1. 产品的外壳可依其功能分为三大类：
·防电外壳：防止触碰具有高电压或高能量的线路或电讯线路。
·防火外壳：防止在内部产生的火焰延燃至外部，并将扩散程度减至最低。
·机械外壳：减少因机械或其它物理性损害所造成的危险伤害。
2. 产品外壳的物料及检测方式：
·金属外壳：其厚度、刚性强度、抗锈、材料阻抗、与危险电压间距、或接地，均需符合标准。该物料的检测方式计有「冲击测试」、「推力测试」、「接地导通测试」、「耐压测试」、「坠落测试」、「锐边测试」及「稳度测试」。
·塑料外壳：其强度、操作温度、耐燃等级及电气特性等均需符合标准。本物料的检测方式包括「冲击测试」、「坠落测试」、「球压坠落测试」、「稳度测试」及「热应力释放变形测试」。

电源线的设计

1. 电源的导线一般可分为「火线」、「中性线」及「地线」，设计上所需注意的事项包括：
·火线和中性线皆为带电体。
·地线与大地同电位，为非带电体。
·火线通常为黑色；中性线通常为白色；地线通常为绿色。

2. UL 安全要求：
·电源火线需接到产品主开关、主保险丝及标准插头细边叶片。
·电源中性线需接到产品标准插头宽边叶片。
·标准接地插头的头型，接地端子有先进后出的设计。
·使用电源线与延长线时需注意：
o 按产品额定电流选择适当的线号，最低线号是 18 AWG。
o 电源线的额定电压、电流须不低于产品的额定电压、电流。
o 可于额定负载连续使用达三小时以上之产品，插头的额定电流须为产品额定电流之 125%。
o 成品标准的长度限制。
o 接地型电源线须使用接地型延长线。
o 在儿童可能拉扯到的地方，避免电源线或延长线自桌上垂挂。

家电产品的未来安全发展趋势

科技发展日新月异，家电产品走向「便利生活」的设计趋势，许多智能型与多功能型的产品因应而生，例如从磨豆到冲泡咖啡的一机多用咖啡机；多功能食物处理机，从切片、研磨、搅拌、榨汁到碎冰，一应俱全；此外，智能型的家电提供各种自动操作模式及安全防护 ...然而，这些人工智能结晶的新产品在设计研发的阶段，其安全防护设计亦须兼顾各相关标准的安全要求。

为了配合新科技的不断涌现，本文特地归纳几项未来 UL 最具重要性的发展，供产品设计者参考：

1. 与 IEC/CSA 标准整合：
为了与加拿大及欧盟电工法规 (IEC) 整合，UL 目前着手发展的家电产品新安全标准已经达到与 CSA 共同研订的目标；此外，针对 IEC 的要求，现在亦采取逐步合并的做法。以 UL1005 的电熨斗安全标准为例，UL 已宣布自 2009 年开始可同步接受 UL1005 及 UL60335-2-3 的认证申请；而自 2011 年，UL60335-2-3 则将取代 UL1005。此举将可逐步降低产品的安全认证成本。

2. 环保设计的要求：
因应环保需要，UL 针对欧盟 2006 年将强制执行的 RoHS 有害物质限制使用指引，规划了可满足整体行产供应链的全套解决方案，协助业者符合环保要求。

3. 与信息科技产品结合的安全考虑：
身处于今日的信息时代，生活产品亦逐渐朝向自动化与系统化发展，因此，未来家电产品的防护设计必须与信息科技产品的安全设计互相结合。