談計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室電氣設(shè)備漏電流測試

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在校園信息化建設(shè)中，計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)廣泛應(yīng)用貫串于網(wǎng)絡(luò)考試、仿真教學(xué)等各教學(xué)環(huán)節(jié)，計算機(jī)越來越成為一種基礎(chǔ)教育設(shè)備。在計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和管理中，確保實(shí)驗(yàn)室電氣設(shè)備的安全始終是關(guān)注的重點(diǎn)之一。對于實(shí)驗(yàn)設(shè)備安全性評價的工程學(xué)意義是對設(shè)備使用者、試驗(yàn)設(shè)備和周圍環(huán)境產(chǎn)生盡可能小的傷害和危險。測試電氣設(shè)備漏電流是設(shè)備驗(yàn)收、維護(hù)和運(yùn)行的質(zhì)量控制的主要內(nèi)容之一。

漏電流及測試標(biāo)準(zhǔn)

漏電流的定義

所有電子儀器都存在一定量的泄漏電流，包括電容性的位移電流和電阻性的傳導(dǎo)電流?；贗EC601系列標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化的GB9706.1－2007作為我國現(xiàn)行的醫(yī)用電氣安全通用標(biāo)準(zhǔn)，專用安全要求針對特殊的醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行了更加具體的專項補(bǔ)充。在醫(yī)用電氣安全指標(biāo)定義下，漏電流時指通過儀器的絕緣物而與功能電流無關(guān)的電流，主要分為對地漏電流、外殼漏電流、患者漏電流和患者輔助電流，作為非功能性電流，對地漏電流為電源部分經(jīng)絕緣部分流入保護(hù)接地導(dǎo)線的電流，外殼漏電流為正常使用過程中，從操作者可觸及外殼或部件，經(jīng)外部導(dǎo)電連接流入大地或外殼其他部分的電流，患者漏電流為應(yīng)用部分經(jīng)過操作者流入地的電流。漏電流的概念現(xiàn)用于接觸電流、保護(hù)導(dǎo)體電流和絕緣特性等術(shù)語的表達(dá)中，也是電氣設(shè)備應(yīng)用中安全性質(zhì)量控制的主要內(nèi)容之一。GB/T12113－2003是接觸電流和保護(hù)導(dǎo)體電流的測量方法標(biāo)準(zhǔn)，為制定或修訂“漏電流”測量方法制定的推薦標(biāo)準(zhǔn)，有利于產(chǎn)品的安全認(rèn)證，也有利于產(chǎn)品的運(yùn)行及維護(hù)。計算機(jī)產(chǎn)品組成的計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室中，作為典型的電工電子產(chǎn)品，標(biāo)準(zhǔn)的制定，為電氣安全設(shè)備中高頻諧波電壓和高頻諧波電流的安全評估和實(shí)驗(yàn)室安全提供了依據(jù)和方法保證?；诎踩鲗?dǎo)的原則，漏電流的概念和測試內(nèi)容包括正常條件和某些故障條件下有關(guān)生理效應(yīng)和安裝場合的電流的測量方法。漏電流的術(shù)語中，包括接觸電流、保護(hù)導(dǎo)體電流、絕緣特性等。對漏電流效應(yīng)研究中，就安全而言，主要考慮可能流過人體的有害電流，但該電流不一定等于流過保護(hù)導(dǎo)體的電流。電流對人體的效應(yīng)也更為復(fù)雜。對連續(xù)波形，感知、反應(yīng)、擺脫、電灼傷效應(yīng)下，每一種效應(yīng)都有單獨(dú)的閾值，并且閾值的個體差異、頻率差異也很大。已經(jīng)確知需要單獨(dú)測量的電流有接觸電流和保護(hù)導(dǎo)體電流。接觸電流僅在人體或人體模型形成電流通路時存在。傳統(tǒng)測試通常將漏電流定義為流過電阻器的電流。推薦標(biāo)準(zhǔn)基于綜合考慮，提出了代表性人體模型和四種人體效應(yīng)電流的測試方法。計算機(jī)實(shí)驗(yàn)時主要考慮正常條件下從手到手和從手到腳之間發(fā)生接觸的人體模型。每種效應(yīng)下，從感知、反應(yīng)、擺脫和電灼傷四種效應(yīng)考慮，確定測試值。保護(hù)電流是在正常情況下，實(shí)驗(yàn)設(shè)備的保護(hù)導(dǎo)體電流，也包括剩余電流保護(hù)裝置、符合GB/T16895.9中漏電流超過10mA要求。測試儀表中串聯(lián)安培表的內(nèi)阻應(yīng)可忽略不計。

醫(yī)用計算機(jī)實(shí)驗(yàn)機(jī)房設(shè)備漏電流分析

漏電流形成機(jī)制醫(yī)學(xué)計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中，正常條件實(shí)驗(yàn)條件下，電流形成的電擊以強(qiáng)電擊為主，同時在醫(yī)療設(shè)備用計算機(jī)建設(shè)中，應(yīng)注意微電擊的形成。使用醫(yī)療用計算機(jī)設(shè)備時，操作者一只手觸摸漏電儀器外殼，儀器漏電流超過1mA會有觸電感，超過100mA，會有肌肉痙攣、呼吸困難、心室顫動等表現(xiàn)，引起傷亡等嚴(yán)重后果。強(qiáng)電擊作用下，不規(guī)范操作等引起心臟的電流超過10uA閾值，會引起心臟纖顫。測量設(shè)備依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，充分考慮測量網(wǎng)絡(luò)、測試電極、配置、測試期間電源的連接、電壓、電源頻率和測試程序，以最不利測試方式給出測試和評估。計算機(jī)實(shí)驗(yàn)機(jī)房供電考慮可靠性因素，應(yīng)設(shè)計采用多種電源但同時要求一種電源供電方式，測試時應(yīng)接一種電源進(jìn)行。接地中線應(yīng)采用帶有隔離變壓器的連接方式，設(shè)備應(yīng)在中線與地之間電位差最小的情況下進(jìn)行，標(biāo)準(zhǔn)推薦為1%以下。測試電源的連接結(jié)合三相四線制供電實(shí)際，以接到星形TN或TT系統(tǒng)的相間的單相設(shè)備和三相設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)配置。

漏電流測試與仿真

基于各種電擊以及形成微電擊的影響因素，充分考慮電流、電壓、頻率、電擊途徑等，建立測試模型并測試漏電流的特點(diǎn)，有利于采取合理管理和技術(shù)措施避免漏電流危害。測試和仿真同時考慮測試場地要求，試驗(yàn)室建設(shè)中應(yīng)考慮測試場地修正。

接觸電流測試模型與仿真

基于推薦標(biāo)準(zhǔn)，綜合基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和專用標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)合計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)要求和應(yīng)用特點(diǎn)，重點(diǎn)對未加權(quán)及加權(quán)擺脫電流測試模型進(jìn)行了分析。接觸電流測試采用有效值為100uA～10mA，峰值為140uA～14mA的交直流電源，頻率為0～1MHz的正弦波、混頻波和非正弦波。1.未加權(quán)接觸電流的測試網(wǎng)絡(luò)與仿真R1兩接觸點(diǎn)之間的接觸電阻，C1為皮膚接觸電容，R2為模擬人體內(nèi)部電阻。圖1測試電路模擬人體以可能的方式觸及設(shè)備時，可能流過人體的電流等級，給出了仿真測試值和測試曲線。依據(jù)GB9706.1－2007說明，不同時觸及設(shè)備及正常使用時，圖1電路在工頻交流25V測試值為12.563mA，1MHz交流測試值為49.999mA；直流60V測試值為30mA。2.加權(quán)擺脫電流的測試與仿真電流流過人體內(nèi)部時，超出一定閾值范圍會使人體失去擺脫能力。擺脫電流限值的頻率效應(yīng)在1KHz以上更加明顯。圖2測試電路額外加權(quán)，以模擬人體對電流的頻率效應(yīng)。擺脫電流閾值接觸電流用UC3峰值電壓除以500Ω。圖2電路在工頻交流25V測試值為12.592mA，1MHz交流測試值為52.499mA；直流60V測試值為30mA。

保護(hù)導(dǎo)體電流測試

保護(hù)導(dǎo)體的電流和電流值與接觸電流無關(guān)?？紤]計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)為結(jié)構(gòu)獨(dú)立、電氣互連共用接地系統(tǒng)方式，保護(hù)導(dǎo)體電流是正常情況下共享保護(hù)接地導(dǎo)體電流的測試。需要強(qiáng)調(diào)，采用串聯(lián)方式測試保護(hù)導(dǎo)體電流時，串聯(lián)的測試安培表內(nèi)阻應(yīng)可忽略不計。計算機(jī)實(shí)驗(yàn)建設(shè)中，基于測試模型分析，應(yīng)結(jié)合GB9706.1標(biāo)準(zhǔn)對測量供電電路、設(shè)備連接、測量布置、測量裝置內(nèi)容的規(guī)定合理進(jìn)行安全測試和分析。

結(jié)語

在正常條件下，文章重點(diǎn)對外殼漏電流和保護(hù)接地導(dǎo)線電流進(jìn)行了分析。綜合推薦標(biāo)準(zhǔn)GB/T12113和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB9706.1、GB4793.1，醫(yī)用計算機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備驗(yàn)收、運(yùn)行和維護(hù)時，非預(yù)期電壓施加于應(yīng)用部分與地之間時，漏電流的大小應(yīng)符合安全規(guī)定和預(yù)期。實(shí)驗(yàn)室設(shè)置應(yīng)充分考慮基本絕緣、電氣距離和雙重絕緣，并確保單一故障狀態(tài)下的電擊安全。基于安全主導(dǎo)性考慮，從操作者角度，應(yīng)以接觸電流的測試及驗(yàn)證為主。

作者：宋大鵬 程運(yùn)福 單位：山東第一醫(yī)科大學(xué)