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医用电气安规测试仪&漏电流测试仪SECULIFE UL

漏电流测试仪

  漏电流测试仪是医用电气设备的重要安全测量仪器之一,据有关资料报道,美国平均每年有1200多人在常规诊断和治疗过程中因触电死亡,因漏电流过高而受到电击伤害的更是不计其数。在我国医疗电气设备安全防护水平还没有达到先进国家水平,漏电流的限制更应该在医用电气设备设计中加以慎重考虑。本文从对地漏电流、接触电流、和患者漏电流三种形式的漏电流的形成原因进行分析,以提高人们对医用电气设备漏电流的认识。

  漏电流测试仪的是客观存在的,是可以计算出来的。漏电流的产生主要存在两种形式,一种是容性电流,即电流跨过电容器流经过的电流(本文不考虑相位差);一种是阻性电流,即电阻两端存在电压差,而形成的电流,只存在于应用部件。

  说起容性电流,我们先说说电容,电容是由两个相互绝缘的导体所构成的器件。由于绝缘介质是不导电的,在外电源作用下,两极导体上能分别存贮等量的异性电荷,外电源撤走后,这些电荷依靠电场力的作用,互相吸引,能在极板上长时间保存下来。电容能存贮电荷,电荷是构成电流的最基本单位,电容贮存电荷的能力跟两极板的面积成正比,和距离成反比。就是说,两极板越大,距离越近,贮存的电荷就会更多。电容会贮存电荷,但电容极性之间存在电压差时,就如一个电池,当两极之间构成通电回路时,就会释放电荷,形成电流。见式(1):在某时刻电容的电流取决于该时刻电容电压的变化率。电容电压变化越快,即dt/du变化越大,则电流就越大。如果是直流电压,变化率为零,即电流为零,所以电容有隔直流通交流的作用。

  阻性电流的形成方式比较简单,产品设计时为了防止电流过大,可以在回路中加限流电阻,对于我们经常接触到的外壳,通常采用隔离的手段来限制漏电流。对于一些应用部件,是用电流来采集生理信号的,这个电流如果过大就会产生危险,这时,通常会用限流的方式来防止电流过大,使用限流电阻是最常用的方式,见图3c)中的电阻部分,是典型的用电阻来限流方式。

  下面我们用一些等效电路来分析漏电流产生的依据。

  1.对地漏电流的形成:图1中的Y1和Y2表示滤波电容,C1和C2表示分布电容。滤波电容是作为元器件存在的,这个容易理解,但分布电容是什么器件?和普通的电容有区别吗?分布电容是指由非电容形态形成的一种分布参数。一般是指在印制板或其他形态的电路形式,在线与线之间、印制板的上下层之间形成的电容。分布电容是符合电容的定义的,因为导线之间的面积和距离的关系,这种电容的容量很小,但对漏电流的贡献有一定的影响。在对印制板进行设计时一定要充分考虑这种影响,尤其是在工作频率很高的时候。例如开关电源的工作频率较高,它的分布电容只要增大一点也会对对地漏电构成较大的影响.

  在设备通电的时候,相线L和保护接地线PE之间存在着电压差,这个电压是一个按正弦波形式不断变化的电压。根据式i(t)=C*(du/dt),其中C=C1+Y1或C=C2+Y2的大者,可以计算出电流i(t)来。为了减少漏电流,最主要是把电容量降下来,因为对于电网电压来说,dt/du是固定的,只有在电容上进行改变,一是降低分布电容,二是取较低容量的滤波电容。这里有一个矛盾的地方,滤波电容越大,滤波的效果就越好,抗电磁骚扰能力就更强。为了同时满足这两种要求,在能满足漏电流的情况下,尽量把Y1和Y2的值取得更大。

  设备在正常状态的时候,相线L和中性线N经过变压器T1源边绕组是接通的,见图1,这个时候相线L和PE之间存在一个242V电压和50Hz的电流,而中性线N和PE之间的电压差为零。这时,电网电源和PE之间的总电容C(正常)=C1+Y1,或电流逆向的时候为C(正常)=C2+Y2,电流频率和电压还是50Hz242V,根据i(t)(正常)=C(正常)*(du/dt)可以算出其漏电流来。当S1断开的时候,因开关的阻值变得无穷大,从相线L到S1点上的电压均为242V,电流频率为50Hz,即电容C1、Y1、C2和Y2为并联关系,电源电路到PE之间的总电容C(单一)=C1+Y1+C2+Y2,计算的漏电流为i(t)(单一)=C(单一)*(du/dt),因C(单一)>C(正常),故i(t)(单一)>i(t)(正常)。一般情况下,应把相线到保护地的电容值和中性线到保护接地的电容值设计成一致,即C1+Y1≈C2+Y2,所以单一故障时的对地漏电流也约为正常状态时的两倍。

  在对地漏电中,没有人会在设计时把一个电阻串接在电源线路和保护接地线上,所以这部分的漏电流只是产生交流电流,不会产生直流电流,同理,接触电流也是这样。

  2.接触漏电流测试仪的形成,触电流也是可以用电容来分析的,下图2是一个接触电流等效电路图。

  我们在进行接触电流试验时,是用一张手掌大的铜箔贴着外壳进行试验的,铜箔是接地的。在导线和铜箔之间隔着空气或是一些固体绝缘体,是符合电容的结构的,这也是一种分布电容。在上图2中,C1是网电源部分和外壳的分布电容,给C1充电的电参数为220V50Hz。C2是逆变器和显示屏幕之间的分布电容,给C2充电的电参数为900V80kHz。从dt/du可以看出,给C2充电的dt/du变化率更大。一般设备的接触电流,越靠近高频高压的地方,泄漏的接触电流会更大,所以液晶显示屏的接触电流比其他绝缘外壳的接触电流会更大些。

  断开保护接地线对接触电流的影响是很大的,主要分两种情况存在。一是断开保护接地线前是保护接地的可触及外壳;二是原来就没有保护接地的外壳。对于可触及的保护接地金属影响,有人会说,国家标准不是说只对未保护接地外壳才有接触电流的吗?而且这个接触电流的测试和对地漏电流测试一样的,这不是多此一举吗?确实,我们的GB9706.1中对接触电流(外壳漏电流)是有这样的定义:从在正常使用时操作者或患者可触及的外壳或外壳部件(应用部分除外),经外部导电连接而不是保护接地导线流人大地或外壳其他部分的电流。首先,我们要明确的是,我们测量接触电流和对地漏电流作用的目的不一样,对地漏电流是从保护接地导线流过的电流,不应被人体触及。第二,单一故障状态时保护接地导线被断开,这时,设备已经是没有保护接地的了,这时设备的外壳结构跟II类设备的外壳结构没有两样。第三,很明了,就是人体接触到设备部件流经人体的电流,这电流不叫接触电流能叫什么呢?

  对于没有保护接地外壳的I类产品,当断开保护接地时,设备内部对外壳的电压会增高,从而使接触电流增高。

  3.患者漏电流测试仪按电流流经途径分两种,一是从患者电路流经人体到大地;二是来自外部的电压从已浮地的患者经应用部分跨过绝缘层到达保护接地(见图3)。图3a中中间电路和患者电路虽然是隔离的,但因为隔离部分存在的分布电容,在分布电容充放电的时候,使得电容的电流经患者流向大地(患者保护接地是常见现象)。即使患者和大地是隔离的,但患者电路和保护接地线路还是存在着一些分布电容,假如意外情况下,患者碰到一个非直流的电流,这个电流也会有部分通过这个分布电容而流向大地(见图3b)。图3c表示这样的一种结构,应用部分为达到因治疗或诊断的需要,不可避免的向患者输出一些电流,这种结构的应用部分可以和上一级回路是没有隔离,但应用部分的输出端用可靠的限流电阻使输出的电流限值在某个范围以内,这个限流阻抗还不能是一个,必须有多个的组合,因这种情况下的患者漏电要高限流阻抗来保证,就必须要求在某一个限流电阻失效的情况下还必须能把漏电流限制在合理范围之内。

  

关键词:

医用电气安规测试仪,漏电流测试仪,SECULIFE,UL

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