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机械臂未接地携带感应电现象说明

1、安全警示

为符合 IEC 61140 电气安全标准及设备使用规范,AUBO 明确要求:机械臂必须连接合格的保护接地线(PE 线)后方可上电使用,禁止未接 PE 线的情况下启动设备

说明

保护接地线:Protective Earthing Conductor 俗称地线,下文简称 PE 线。

2、问题描述

AUBO 技术团队在多次现场调试中发现:当机械臂未连接 PE 线且处于电源启动状态时,使用数字万用表测量机械臂外壳金属部位(如基座法兰、关节壳体、末端法兰)可测得 15V ~ 105V 的感应电压,但接入 PE 线后立即降至 <1V,触电感同步消失。

3、原因分析

  1. Y 电容的耦合作用

    机械臂内部的开关电源为了抑制电磁干扰(EMI)让电磁兼容(EMC)达标,在高压侧(初级)与低压侧(次级)之间设计了 Y 电容。该电容为交流信号提供了耦合路径,使得火线的微弱电压耦合到输出端或外壳,从而形成感应电压。

    说明

    Y 电容:强制安规元件,符合 IEC 60384-14 标准,并非设备设计缺陷。

  2. 浮地状态下的电压累积

    当设备未连接 PE 线时,外壳处于浮地状态,上述耦合产生的电荷无法及时泄放,导致外壳对地形成 15V ~ 105V 的交流感应电压。此电压为“虚电”,电流极小(微安 ~ 毫安级),不会直接造成严重人身伤害,但会产生麻手等触电感。

    说明

    浮地状态:设备外壳未与大地形成电气连接,处于电气隔离状态,导致设备内部积聚的电荷无法通过大地泄放,从而在外壳上形成可检测到的对地电压。

  3. PE 线的泄放作用

    当接入合格的 PE 线后,外壳与大地形成等电位,耦合到外壳的电荷会通过 PE 线迅速泄放至大地,因此感应电压会立即降至 < 1V ,消除安全隐患。

4、解决方案

核心措施:接入合规的 PE 线。

  1. 线材要求:PE 线横截面积 ≥ 2.5mm²(铜芯线缆),绝缘层无破损、压接牢固。
  2. 接地电阻要求:接地施工完成后,需使用接地电阻测试仪在机械臂 PE 端子与大地之间测量,接地电阻 ≤ 4Ω 为合格(符合 IEC 61140 标准),测试记录需留存备案。

5、本质与风险提示

感应电现象是开关电源的固有特性,所有符合 IEC/GB 标准的开关电源与驱动器均含 Y 电容,并非设备故障。

警告

使用开关电源的设备在未接 PE 线状态下产生的感应电压存在以下风险:

  • 可能导致操作人员产生麻手、刺痛等触电感,虽感应电本身电流极小不会直接造成电击重伤,但触电感易引发操作人员惊慌误操作(如碰撞机械臂、误触发急停等),进而造成二次伤害。
  • 对静电敏感的电子元件造成潜在损害,还会导致机器人控制箱发生故障,并对供电单元造成实质性破坏。
  • 不符合电气安全规范,存在安全隐患。