談計算機實驗室電氣設(shè)備漏電流測試

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在校園信息化建設(shè)中，計算機基礎(chǔ)教學(xué)和計算機網(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)，計算機越來越成為一種基礎(chǔ)教育設(shè)備。在計算機實驗室建設(shè)和管理中，確保實驗室電氣設(shè)備的安全始終是關(guān)注的重點之一。對于實驗設(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)備驗收、維護和運行的質(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。基于IEC601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)備進行了更加具體的專項補充。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、保護導(dǎo)體電流和絕緣特性等術(shù)語的表達中，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)品的安全認證，也有利于產(chǎn)品的運行及維護。計算機產(chǎn)品組成的計算機實驗室中，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驗室安全提供了依據(jù)和方法保證。基于安全主導(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)確知需要單獨測量的電流有接觸電流和保護導(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。計算機實驗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。保護電流是在正常情況下，實驗設(shè)備的保護導(dǎo)體電流，也包括剩余電流保護裝置、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)用計算機實驗機房設(shè)備漏電流分析

漏電流形成機制醫(yī)學(xué)計算機實驗室建設(shè)中，正常條件實驗條件下，電流形成的電擊以強電擊為主，同時在醫(yī)療設(shè)備用計算機建設(shè)中，應(yīng)注意微電擊的形成。使用醫(yī)療用計算機設(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)，引起傷亡等嚴重后果。強電擊作用下，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。計算機實驗機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)備進行試驗配置。

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，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)合計算機實驗室建設(shè)要求和應(yīng)用特點，重點對未加權(quán)及加權(quán)擺脫電流測試模型進行了分析。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。

保護導(dǎo)體電流測試

保護導(dǎo)體的電流和電流值與接觸電流無關(guān)。考慮計算機實驗室建設(shè)為結(jié)構(gòu)獨立、電氣互連共用接地系統(tǒng)方式，保護導(dǎo)體電流是正常情況下共享保護接地導(dǎo)體電流的測試。需要強調(diào)，采用串聯(lián)方式測試保護導(dǎo)體電流時，串聯(lián)的測試安培表內(nèi)阻應(yīng)可忽略不計。計算機實驗建設(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)定合理進行安全測試和分析。

結(jié)語

在正常條件下，文章重點對外殼漏電流和保護接地導(dǎo)線電流進行了分析。綜合推薦標(biāo)準(zhǔn)GB/T12113和強制性標(biāo)準(zhǔn)GB9706.1、GB4793.1，醫(yī)用計算機實驗設(shè)備驗收、運行和維護時，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。實驗室設(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證為主。

作者：宋大鵬 程運福 單位：山東第一醫(yī)科大學(xué)