为什么一些家用电器不接地就会在外壳产生感应电?
我来说说这个问题吧。
家用电器一般来说都是交流电驱动的。有些家用电器内部配备了交流变直流的开关电源以驱动测控装置,但做功部分一般来说还是交流的,例如洗衣机、冰箱、空调和热水器等等。
我们看下图:

我们在图1中看到了滚筒洗衣机的内部结构,这里有交流电机,有电路板和各种导线及接插件,当然还有机械部件,以及金属外壳,以及各种绝缘材料组成的绝缘件。对于滚筒洗衣机来说感应电不会很严重,然而绝缘材料一旦绝缘破坏漏电就会带来严重后果,并产生用电安全问题。
漏电,与绝缘材料的绝缘电阻以及绝缘介质极化密切相关。漏电后会造成家用电器金属外壳带电,这又与低压配电网接地形式关联上了。
题主的问题答案是:家用电器外壳带电一般是漏电造成的,电磁感应造成电器外壳带电作用较弱,而静电效应则更弱。居家配电系统保护接地是抑制电器金属外壳带电的有效措施。
以下,我就针对题主问题来一番探讨吧。
1.关于电器绝缘材料的绝缘电阻,介质损耗以及相关的漏电现象
(1)关于绝缘材料的绝缘电阻和泄露电流
理想绝缘介质的绝缘电阻为无穷大,但工程上所采用的绝缘介质均为非理想材料,故当绝缘介质两侧施加了电压后,用高灵敏的电流表计可以测得微弱电流,此电流就是泄露电流。
泄露电流是绝缘介质内部和表面上的带电粒子的移动形成的,其大小与带电粒子的密度、速度、电荷量、外施电压、环境条件等参数有关,其数值反映了绝缘介质绝缘电阻的大小。
我们看下图:

图2中我们看到铜导电结构通过绝缘材料与电器的金属外壳相隔离,我们把铜导体与金属外壳之间在绝缘材料表面的最短距离叫做爬电距离。
注意1:绝缘介质表面电阻与附着的水分和其它污染物有关,所以绝缘介质要特别注意防潮。
注意2:绝缘电阻具有负温度系数。温度越高,形成泄露电流的带电粒子就越多,从而使得解压介质的泄露电流就越大。
由此可见,绝缘材料表面污染以及水汽沾染越严重,漏电就越严重,电器的表面带电当然也就越严重。
(2)交流电器绝缘材料的介质损耗
绝缘介质在电场的作用下形成泄露电流,产生能量损耗。另外,极性介质在极化时也会消耗能量,它们统称为介质损耗。
注意3:介质损耗适用于描述交流电压作用下的绝缘介质能量损耗。在直流电压下,绝缘介质没有周期性极化过程,因此当外施电压低于发生局部放电(局放)电压时,介质中的损耗仅有泄露电流,所以在直流电压下不需要引入介质损耗的概念。
当电极间施加交流电压时,绝缘介质由于介质损耗的存在,回路中的电流包括无功电流即电容电流 ,还有有功电流即泄露电流
,见下图:

我们把交流电压u加载在绝缘材料的两极上,回路中流过电容电流ic。由于介质损耗的存在,回路中的电流 包含无功分量(电容电流)
和有功分量(泄露电流)
,即
。此时电源所提供的视在功率
,由此可以求得:
,式1
式1中,C为绝缘材料的等效电容,为电源角频率,δ为介质损耗角,tanδ为介质损耗因数。
介质损耗因数tanδ反映了绝缘介质能量损耗的大小,它取决于绝缘材料的特性,且与绝缘材料的尺寸无关。也因此,在工程技术上,我们把tanδ用作衡量绝缘介质的品质好坏。在设计和使用绝缘材料时,必须考虑到tanδ的影响。如果tanδ过大则会引起严重过热,加速绝缘材料的老化,甚至发生热击穿。
可见,家用电器内部的绝缘材料品质非常关键,是防止电击穿和漏电的重要因素。
2.低压配电网的接地系统,防止电器漏电造成人身伤害的重要措施
我们看居家配电的TN-C-S系统:

图4中我们看到,零线PEN入户前重复接地,然后分开为中性线N和地线PE,随同相线L(就是原先的火线)一同入户。在户内,我们看到电冰箱的插座左侧插片接中性线N,右侧插片接相线L,中间插片接地线PE,于是电冰箱的金属外壳接地。
当电冰箱内部的绝缘破坏造成漏电时,因为电冰箱的金属外壳接地线故电压不会上升很多,一般在安全电压(50V)以内。又因为地线PE在户外零线重复接地处与中性线N接在一起,故漏电电流近似等于相线L对中性线N的短路电流,空气开关QF2会执行保护跳闸。
由此可见,用电设备金属外壳接地线PE是确保用电安全的关键措施。
3.回答题主的问题
我们看题主的提问以及问题说明:“为什么一些家用电器不接地就会在外壳产生感应电?这个感应电是交流电还是直流电还是静电?”
通过以上探讨,我们已经知道家用电器的金属外壳带电的最主要因素就是漏电,电磁感应是次要的。一般地,家用电器所接电源为交流电,故家用电器金属外壳所带电是交流电。
对于直流供电的家用电器,一般不大容易发生外壳带电现象。
我早期使用的笔记本电脑是戴尔的,它的插头是双插,使用后期发现其外壳会带电,电笔触及后会发红,人体触及后会有麻手的感觉。我让公司通知戴尔公司的维修人员来检查,发现就是漏电造成的。后来改用国产的笔记本电脑,至今使用正常。
就写到这里。