出口剃须刀用变压器、电源装置产品IEC新标准解析-中国口岸科学技术-2025年01期

出口剃须刀用变压器、电源装置产品IEC新标准解析

作者：韩少航郑少锋刘志强陈金周张南峰

韩少航郑少锋刘志强陈金周张南峰

韩少航¹ 郑少锋^2,3 刘志强^2,3 陈金周^2,3 张南峰^{2,3 *}

摘要 本文研究了出口剃须刀用变压器、电源装置及其组合的安全要求与试验标准的新旧版本的主要差异。通过对IEC 61558-2-5:2024《变压器、电抗器、电源装置及其组合的安全第2-5部分：剃须刀用变压器、剃须刀用电源装置及剃须刀供电装置的特殊要求和试验》中增加和修订的关键技术内容进行了逐项分析，结合检测过程质量评价，以及对新版标准的分析，为监管部门和相关行业从业人员在产品设计、制造中正确理解和把握标准提供参考。

关键词 剃须刀用电源装置；新标准解析；差异比对

Analysis of IEC New Standards for Transformers and Power Supply Devices Used in Exporting Shavers

HAN Shao-Hang¹ ZHENG Shao-Feng^2,3 LIU Zhi-Qiang^2,3

CHEN Jin-Zhou^2,3 ZHANG Nan-Feng^2,3*

Abstract This article investigates the main differences between the old and new versions of the safety requirements and test standards for transformers, power supply units and combinations for export shavers. Through the analysis of the key technical contents added and revised in IEC 61558-2-5:2024 Safety of transformers, reactors, power supply units and combinations thereof - Part 2-5: Particular requirements and test for transformer for shavers, power supply units for shavers and shaver supply units, combined with quality evaluation of test process and analysis of the new standards, it provides references for regulatory authorities and industry practitioners in fully understanding and grasping the standards in product design and manufacturing.

Keywords power supply units for shavers; brief analysis of the new standards; comparison of the differences

近年来，随着变压器制造行业的快速发展，我国已经成为全球变压器生产和出口的重要基地之一。2023年我国变压器出口金额372.93亿元，与2022年相比增长26.3%^[1]。国际电工委员会（IEC）于2024年5月发布IEC 61558-2-5:2024 prv版本《变压器、电抗器、电源装置及其组合的安全第2-5部分：剃须刀用变压器、剃须刀用电源装置及剃须刀供电装置的特殊要求和试验》标准预发布版本。该标准规定了剃须刀用变压器、含有剃须刀用变压器的电源装置和剃须刀供电装置（图1）的安全，还包括了带有电子电路的剃须刀用变压器。本文通过对比IEC 61558-2-5新旧版标准的关键章节的差异，分析新版标准新增与修订的测试项目，达到快速理解标准中即将更新技术要求的目的，并期望通过相应的设计、制造建议，为本标准相关用户在设计初期消除质量安全隐患，在产品检测、出口合规等工作中提供帮助，从而保障出口海外产品在生产过程中及时更新技术标准要求。

图1 剃须刀专用变压器电源装置示例

Fig.1 Sample of power supply units for shavers

1 新旧版本标准的主要差异介绍

IEC 61558-2-5:2024 prv版本为标准的技术修订，取消并替代了2010年第二版标准IEC 61558-2-5:2010。与旧版相比，新版标准作出多项技术变更。（1）根据IEC 61558-1:2017《变压器、电抗器、电源装置及其组合的安全第1部分：通用要求和试验》标准调整了结构和参考文献；（2）新增了具有线性调节输出电压的电源装置的新符号；（3）结构描述移至IEC 61558-1:2017。

新版本标准主要参考 IEC 61558-1:2017（国内GB/T 19212.1—2023《变压器、电抗器、电源装置及其组合的安全第一部分通用要求和试验》^[3]等同采用）的变更要求。

1.1 新增的标识符号

在标准条款8.11的表1中增加了不同的过电压类别使用符号、海拔高于3000 m符号、电源装置插头插销损坏符号、最低温度符号和具有线性调节输出电压的电源装置的新符号^[2]（图2）。

图2 新增的标识符号

Fig.2 Newly-added identifiers

图2中，图示A的符号分别对应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类设备过电压类别；图示B的符号表示预计在最高海拔3000 m使用的设备，其中“3000”可用不同数值（以米为单位）替换，与实际应用一致，建议值为2000、3000、4000或5000（米）^[1]；图示C的符号表示如果插头部件的插销损坏，则不应使用电源装置^[2]；图示D的符号表示具有线性调节输出电压的电源装置的新符号^[4]。

1.2 绕组温升试验新增替代试验方法

新版标准在直接负载温升试验法的基础上，依据干式变压器标准IEC 60076-11:2018《电力变压器第11部分：干式变压器》^[5]，增加了新的温升测量方式，即模拟负载法和相互负载法作为替代。

1.2.1 模拟负载法

对于自冷或风冷的封闭式、非封闭式或全封闭式干式单元，可采用模拟负载法，通过短路测试（负载损耗）和开路测试（空载损耗）的组合来确定其温升^[2]。

绕组短路测试应在一个绕组中流过额定电流而其余绕组短路的情况下进行，应持续到绕组和铁芯达到稳定为止，绕组温升Δθc应通过电阻升高法或叠加法确定。开路测试在额定电压和额定频率下进行，应持续进行达到绕组和铁芯的稳态条件，然后再测量各个绕组的温升Δθe。一般认为，当温度上升的变化每小时不超过1 K时，则被认为温升已变得恒定，达到最终温升。

进行变压器的开路测试时，由于励磁电流使铁心温度上升很快，但绕组温度上升确缓慢，待到铁心上升温度稳定后再进行连续的短路测试，绕组温度快速上升直到平衡为止。在实际试验操作中，开路测试和短路测试不区分先后，当前一个试验在铁芯和绕组温度稳定后，进行下一个试验直至铁芯和绕组温度稳定，并分别记录相应温升数值，然后按照规定公式计算得出总温升。

在绕组额定电流和铁芯正常励磁的条件下，每个绕组的总绕组温升Δθ'c：通过公式（1）计算得出^[1]。

(1)

式（1）中，Δθ'c为绕组总温升，Δθc为短路试验的绕组温升，Δθe为开路试验时单个绕组的温升，K₁为系数，自冷为0.8，风冷为0.9。

1.2.2 相互负载法

当有两个相似的变压器且有必要的测试设备时，对于自冷或风冷的封闭式或非封闭式单元，可采用相互负载法，图3为单相相互负载法接线图，图4为三相相互负载法接线图^[2]。

相互负载法是被试品变压器以额定频率的额定电压励磁，在铁心中产生空载损耗，绕组中同时流经额定电流，绕组电阻的铜耗和漏磁通在金属件上产生的涡流损耗为负载损耗，产生的热量直接散发到空气中，直至达到热平衡，其工况与实际运行时工况相同，所获得的试验数据准确可靠。

两个变压器（其中一个是被测变压器）并联连接，并且被测变压器的内部绕组最好在额定电压下励磁。通过不同的电压比或输入电压，使额定电流在被测变压器中流动，直到铁芯和绕组温度稳定为止。

图3 单相相互负载法^[2]

Fig.3 Single-phase back-to-back method^[2]

图4 三相相互负载法^[2]

Fig.4 Three-phase back-to-back method^[2]

图3、图4中，A为供产生空载损耗的额定频率下的电压源；B为供产生负载损耗的额定频率下的额定电流源；C为串联变压器。

1.3 短路和过载保护试验中新增替代试验方法

新版标准在直接试验法的基础上，依据IEC 60076-11:2018中条款14.3.2.2.2和14.3.2.2.3确定的模拟负载法或相互负载法作为替代的试验方法。具体试验方法和试验过程可参考本文1.2。

1.4 用于车辆和铁路设备的变压器增加附加要求

1.4.1 用于车辆和铁路设备的变压器的附加试验

在表1振动试验条件（随机）、表2加速寿命测试的振幅频谱密度（Amplitude Spectrum Density， ASD）值和表3依据样品质量的频率值中由样品质量决定的频率值的条件下，依据IEC 61373:2010《轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验》标准要求进行振动试验。具体试验参数如表2和图5所示。

表1 振动试验条件（随机）^[2]

Table 1 Conditions for vibration testing (random)^[2]

方向	试验时间	RMS值 (m/s²)	频率范围
X-Y-Z	每个轴向5小时	5.72	图5

表2 加速寿命测试的ASD值^[2]

Table 2 ASD values for accelerated life testing^[2]

方向	ASD值 (m/s²)²/Hz
X-Y-Z	0.964

表3 依据样品质量的频率值^[2]

Table 3 Frequency values depending on the weight of the specimen^[2]

(kg)	频率 (Hz)
(kg)	f₁	f₂
m≤500	5	150
500＜m≤1250	×2	×60
m＞1250	2	60

1.4.2 变压器运输的试验要求

变压器承受运输冲击和振动的要求应符合IEC 60721-3-2:2018《电工电子产品应用环境条件分类及试验方法第2部分：运输》的规定^[1]。

根据运输和装卸过程中可能存在的条件，按照不同机械环境等级，在2M4、2M5、2M6下分别进行一系列试验：稳态振动，非稳态振动包括自由跌落、冲击、倾倒、摇摆与倾斜、稳态加速度、静负载等。

图5 随机试验振幅频谱密度^[2]

Fig.5 Amplitude spectrum density for random testing^[2]

1.5 介电强度试验中增加局部放电试验

新版标准要求中明确指出，当变压器采用完全绝缘绕组线（Fully Insulated Winding Wire，FIW）结构且再现峰值电压大于750 V，则需进行局部放电测试，该试验项目为IEC 61558-2-16:2021《电源电压为1100 V及以下的变压器、电抗器、电源装置和类似产品的安全第2-16部分：开关型电源装置和开关型电源装置用变压器的特殊要求和试验》中已增加的试验项目。

绝缘绕组线通常分为两种结构，分别是挤压绝缘绕组线（Extruded Winding Wire，TIW）和FIW。通过挤压成型具有基本绝缘、附加绝缘或加强绝缘的绕组线称为挤压绝缘绕组线，也称三重绝缘绕组线，而把导线通过IEC 60851-5:2008/A2:2019《绕组线试验方法第5部分：电性能》测试的一种零缺陷的导线，称之为完全绝缘绕组线。

如果变压器或绕组使用了FIW线或TIW线，同时跨绝缘的再现峰值电压U大于750 V，则应依据IEC 60664-1:2020《低压系统内设备的绝缘配合第1部分：原理、要求和试验》进行局部放电试验。试验电压如图6所示。

在整个试验过程中，如果次级电路已接地，则相应的再现峰值电压是输入输出电路间的最大测量电压，并应在最大额定输入电压下进行测量。

图6 试验电压^[2]

Fig.6 Test voltage^[2]

图6中，U₁为最大再现峰值电压（V）；t₁：5 s；t₂：15 s，在t₂时段局部放电应不大于10 pC。对其他应用可能有更高值的要求（如IEC 61800-5-1《可调速电力驱动系统第5-1部分：安全要求电气、热能和能源》）。

1.6 绝缘绕组和铁芯中新增使用环状铁芯时对结构的要求

1.6.1 绝缘要求

根据在环状铁芯中初次级电路的绝缘结构情况，按照环状铁芯且用TIW线作为初次级电路之间、环状铁芯用FIW线作为初次级电路之间和环状铁芯用TIW线与FIW线相结合作为初次级电路之间的双重或加强绝缘，以及环状铁芯用TIW线与FIW线相结合作为初次级电路之间基本绝缘等4种绝缘结构，对FIW线、TIW线和漆包线的使用提出不同的要求。该项目同1.5中局部放电试验一样为IEC 61558-2-16:2021《电源电压为1100 V及以下的变压器、电抗器、电源装置和类似产品的安全第2-16部分：开关型电源装置和开关型电源装置用变压器的特殊要求和试验》已增加的试验项目。

1.6.2 介电强度试验要求

FIW应符合IEC 60851-5:2008、IEC 60317-0-7《特种绕组线规格第0-7部分:通用要求带0.040 mm至1600 mm标准导线直径的完全绝缘（FIW）零缺陷漆包圆铜线》和IEC 60317-56《特殊类型绕组线的规格第56部分：可焊接全绝缘（FIW）零缺陷聚氨酯漆包铜线公称导体直径为0.040 mm至1600 mm 180级》。如果线的标称导体直径有不同于标准IEC 61558中表23的标称导体直径，则最小介电强度试验电压值可依据条款26.3.5的式（6）计算，根据FIW线的绝缘结构，区分依据条款19.1.3所列变压器的基本或附加绝缘的FIW线、依据条款19.1.4所列变压器的双重或加强绝缘的FIW线、包含FIW线的具有加强绝缘作用的替代结构、包含FIW线的具有双重或加强绝缘的变压器的基本或附加绝缘的替代结构等不同绝缘结构，根据变压器工作电压在确定的基本和附加绝缘试验电压进行试验。

2 试验过程及合规建议

2.1 发热（温升试验）

按照标准第14章发热条款中的规定，温升试验后其绕组温度不应超过相关规定值。同时，试验中和试验后，电气连接不应出现松动，爬电距离和电气间隙不应小于标准中的规定值，密封胶不应熔化，过载保护装置不应动作。

温升试验通常出现的不符合标准情况是变压器绕组的温度超出了规定的限值，当变压器绕组温度超过了变压器绝缘材料所能承受的温度限值时，会增加变压器次级绕组上的绝缘材料被破坏的风险，从而导致变压器初、次级绕组之间电气间隙和爬电距离减小^[6]。此外，温升试验包含故障模拟。变压器出口短路故障与温升试验条件下的绕组热点温度分布规律不同，在出口短路故障的短时间内，高、低压绕组最高温度随短路时间呈线性升高^[7]。

上述情况，一般可通过提高变压器绕组线径或者改变变压器铁芯的磁通量进行改进。

2.2 介电强度

介电强度对于产品绝缘布局、材料选择、结构设计及装配等多个方面均提出要求。介电强度项目不达标的原因集中在外壳或者电路板上的绝缘材料被击穿。

根据本标准要求，样品需在温度20～30℃之间，湿度91%～95%的情况下进行48 h或168 h的潮湿试验，在潮湿试验结束之后应立即进行介电强度试验。电极间的绝缘击穿包含两个过程，分别是电极间沿面空气放电击穿和电极间绝缘聚合物碳化析出形成碳化通道^[8]。

印制电路板（Printed Circuit Board，PCB）板上初次、二次电路之间以及变压器初、次级之间的电气间隙或爬电距离过小引起介电强度试验失败尤为常见。因此，为了产品的可靠性及安全性，在设计电路时需要重点考虑上述部位之间的电气间隙和爬电距离不应过小^[6]。

2.3 电气间隙和爬电距离

当电气间隙或爬电距离小于标准值时，导致在危险带电部件与可触及部件之间没有足够的隔离（双重或加强绝缘），使得强、弱电之间的隔离不完善，绝缘系统极易被击穿造成漏电现象^[6]。对于此类不达标情况的整改需要重新选用变压器类型以及对电路重新设计，变压器绕组需采用符合附录U要求的三层绝缘绕组线，以确保初、次级之间距离符合要求^[9]。

2.4 耐热试验

标准IEC 61558-2-5中规定，用绝缘材料制成的所有变压器零部件应耐热，并按照IEC 60695-10-2《火灾危险测试第10-2部分：不正常热球压测试》中有关于球压试验程序的详细描述进行试验，在规定的温度下（常见外壳材料70℃，载流部件125℃），用一个5 mm直径的钢球以20 N的力压向该被试绝缘零部件的表面，测量被试绝缘材料上由钢球造成的压痕的直径，该压痕的直径不应超过2 mm^[10]。因此，变压器相关绝缘材料的选取，应严格按照标准相应要求进行匹配，以满足使用要求。

3 结语

IEC 61558系列标准通过现行的19个部分，规定了各类额定电源电压不超过交流1000 V、额定电源频率不超过500 Hz的变压器、电抗器、电源装置及其组合产品有关电气、温度和机械等方面的安全要求和试验要求。经过本次对剃须刀专用产品要求和试验的换版，基于双绕组变压器对信息技术设备保证人身安全和抗干扰的作用^[11]，对产品设计以及出口目的地产品监督将产生影响，新版标准通过确立各类产品明确的范围、术语、技术要求和试验要求等，让相关产品的生产者、使用者及试验者等能够更加清晰准确地进行操作，从而为设计制造出高质量的安全可靠产品奠定基础。

参考文献

[1] 2024年中国电力设备行业市场前景预测研究报告(简版)[DB/OL]. https://www.163.com/dy/article/J1GDNFD605198SOQ.html, 2024-05-06.

[2] IEC 61558-1:2017. 变压器、电抗器、电源装置及其组合的安全第1部分:通用要求和试验[S]. 2017 IEC, 瑞士:日内瓦.

[3] GB/T 19212.1—2023. 变压器、电抗器、电源装置及其组合的安全第一部分通用要求和试验[S]. 北京: 中国标准出版社, 2023.

[4] IEC 61558-2-5:2024. 变压器、电抗器、电源装置及其组合的安全第2-5部分：剃须刀用变压器、剃须刀用电源装置及剃须刀供电装置的特殊要求和试验[S]. 2024 IEC, 瑞士:日内瓦.

[5] IEC 60076-11:2018.电力变压器第11部分:干式变压器[S]. 2018.08 IEC, 瑞士:日内瓦.

[6] 赖嘉颖, 黄开旭, 吴彦豪. 电源适配器质量状况分析及改进建议分析[J]. 计量与测试技术, 2021(1): 77-80.

[7]张伟, 咸日常, 刘焕国, 等. 出口短路故障对配电变压器绕组电热特性的影响[J/OL]. https:/link.cnkineturlid/44.1643.tk.20240712.1821.005.

[8]熊涛涛. 方波脉冲电压作用下PCB的绝缘击穿与电老化特性研究[D]. 重庆: 重庆大学, 2018.

[9]王雅斌, 韩明, 涂建华. 开关电源适配器产品质量状况分析[J]. 质量与认证, 2021(3): 62-64.

[10] IEC 60695-10-2:2014. 火灾危险测试第10-2部分:不正常热球压测试[S]. 2014.02 IEC, 瑞士:日内瓦.

[11]王厚余. 隔离变压器和双绕组变压器在建筑电气中的应用[J]. 低压电器, 2004(9): 13-16.