醫(yī)用電氣設(shè)備電介質(zhì)強(qiáng)度試驗(yàn)

黃佩麗 深圳市新元素醫(yī)療技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司 (深圳 518000)

醫(yī)用電氣產(chǎn)品在使用過(guò)程中，與其連接的電網(wǎng)因雷電、開(kāi)關(guān)過(guò)度或感應(yīng)等情況而帶來(lái)瞬態(tài)過(guò)電壓，會(huì)造成絕緣材料的損傷甚至擊穿。電介質(zhì)強(qiáng)度試驗(yàn)就是檢驗(yàn)醫(yī)用電氣設(shè)備固態(tài)電氣絕緣性能的重要方法，它是通過(guò)對(duì)設(shè)備施加一個(gè)高于其額定值的電壓并維持一定時(shí)間來(lái)判定設(shè)備的絕緣材料和空間距離是否符合要求，即是利用高電壓的手段來(lái)檢驗(yàn)電氣絕緣結(jié)構(gòu)中是否存在薄弱環(huán)節(jié)和缺陷。

1.電氣絕緣圖

電氣絕緣圖是電介質(zhì)強(qiáng)度試驗(yàn)的基礎(chǔ)，使用絕緣圖表的方式，能簡(jiǎn)單而明了地表達(dá)各部件之間的絕緣配合關(guān)系，適合各層次的人員交流。

只有在熟悉產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和各部件的用途后，才能設(shè)計(jì)出安全而又經(jīng)濟(jì)的絕緣配合。在下列部件之間的組合，應(yīng)該考慮其隔離要求：

——帶電部件；

——分離部件；

——接地系統(tǒng)；

——可觸及的外殼；

——信號(hào)電路；

——患者回路；

GB9706.1標(biāo)準(zhǔn)中給出了各部件之間的要求，如帶電部分與已保護(hù)接地之間的隔離（A-a1），這種絕緣是基本絕緣（因在單一故障情況下，基本絕緣失效，保護(hù)接線系統(tǒng)可以產(chǎn)生極大的瞬間電流，把熔斷器燒斷，從而實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)）；帶電部分和未保護(hù)接地外殼部件之間（A-a2），這種絕緣是雙重絕緣或加強(qiáng)絕緣（由于外殼沒(méi)有保護(hù)接地，按雙重的原則，即使在單一故障情況下，外殼部件也是不能帶電的）；其他部件之間的要求，這里就不再一一累述，標(biāo)準(zhǔn)中都有詳細(xì)的描述。

圖1.

表1.

對(duì)于電氣絕緣圖的制定，一般可按照以下的步驟。

a) 確認(rèn)設(shè)備電路圖；

b) 確定保護(hù)對(duì)象；

c) 確定絕緣路徑；

d) 確定絕緣類(lèi)型；

e) 確定電介質(zhì)強(qiáng)度試驗(yàn)電壓值；

f) 界定爬電距離和電氣間隙；

g) 制成表格，構(gòu)成絕緣圖的一部分。

例如：在圖1中，是內(nèi)部電源類(lèi)、BF型應(yīng)用部分的血壓計(jì)絕緣圖，其電介質(zhì)強(qiáng)度試驗(yàn)的部位、絕緣類(lèi)型、基準(zhǔn)電壓、試驗(yàn)電壓的選取見(jiàn)表1。

2.試驗(yàn)電壓值

電介質(zhì)強(qiáng)度試驗(yàn)所需要的電壓值，主要取決于基準(zhǔn)電壓的選取和絕緣類(lèi)別的判定。

2.1 基準(zhǔn)電壓的選取

絕緣層間的基準(zhǔn)電壓選取，是設(shè)備在正常使用時(shí)，設(shè)備施加額定供電電壓在絕緣系統(tǒng)所能出現(xiàn)的最大電壓，在選取時(shí)主要有兩種情況。

表2.

（1）選絕緣最大電壓值的一端：在正常使用時(shí)當(dāng)設(shè)備施加額定供電電壓或制造商所規(guī)定的電壓二者中較高電壓時(shí)，設(shè)備有關(guān)絕緣可能承受的電壓。

（2）選取任何兩點(diǎn)間最高電壓的算術(shù)和：對(duì)兩個(gè)隔離部分之間或一個(gè)隔離部分與接地部分之間的絕緣，基準(zhǔn)電壓（U）等于兩個(gè)部分的任何兩點(diǎn)間最高電壓的算術(shù)和。

2.2 試驗(yàn)電壓值的選取

根據(jù)基準(zhǔn)電壓值和絕緣類(lèi)別的要求不同，是可以查表計(jì)算的，這些要求在GB9706.1-2007標(biāo)準(zhǔn)中有詳細(xì)描述，具體見(jiàn)表2。

3.漏電流設(shè)置

電介質(zhì)強(qiáng)度試驗(yàn)是檢查絕緣結(jié)構(gòu)和絕緣材料在一定的電場(chǎng)強(qiáng)度下是否發(fā)生絕緣擊穿，而在具體試驗(yàn)的實(shí)施中，過(guò)流分?jǐn)嘌b置的動(dòng)作便成了我們判定的依據(jù)，這個(gè)動(dòng)作電流就是漏電流。

首先我們來(lái)了解什么是擊穿？當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)某一極限時(shí)，通過(guò)介質(zhì)的電流與施加于介質(zhì)的電壓關(guān)系就不再符合歐姆定律，而是呈非線性增加，如圖2所示。這時(shí)我們認(rèn)為發(fā)生了絕緣擊穿，絕緣材料被破壞而失去了絕緣性能。

可見(jiàn)，在進(jìn)行電介質(zhì)強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，設(shè)置合理的過(guò)流分?jǐn)嘌b置的動(dòng)作便成為電介質(zhì)強(qiáng)度試驗(yàn)的關(guān)鍵。如果設(shè)置過(guò)小，很容易發(fā)生擊穿，從而輕率地判定電介質(zhì)強(qiáng)度試驗(yàn)未通過(guò)；如果設(shè)置過(guò)大，發(fā)生擊穿時(shí)所產(chǎn)生的功率集中于一點(diǎn)，帶來(lái)的溫升可能破壞周?chē)^緣或其他元器件，造成器具甚至整個(gè)部件的損壞。

對(duì)于該電流的設(shè)置，GB9706.1標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有規(guī)定。由于每種產(chǎn)品復(fù)雜程度和絕緣結(jié)構(gòu)都不同，這個(gè)漏電流會(huì)隨之變化，具體設(shè)定值可以結(jié)合設(shè)備的特征進(jìn)行調(diào)整，其選取的原則是最大限度保證既不錯(cuò)判又不漏判。

參考其他產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，如GB14711-2006《中小型旋轉(zhuǎn)電機(jī)安全要求》中規(guī)定：工頻耐電壓試驗(yàn)的擊穿判斷試驗(yàn)電流為100mA；GB15579.1-2004《弧焊設(shè)備 第1部分：焊接電源》中規(guī)定：過(guò)載短路的最大值可設(shè)定在100mA；GB12350-2009《小功率電動(dòng)機(jī)的安全要求》中規(guī)定：試驗(yàn)過(guò)程中，跳閘電流值應(yīng)不大于10mA；IEC60335在其資料附錄中提到其參考值為5mA～30mA。

圖2.

也就是說(shuō)，在進(jìn)行電介質(zhì)強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，泄漏電流可能會(huì)慢慢升高，逐漸超過(guò)檢測(cè)儀器的報(bào)警值，也可能是泄漏電流迅速不可控的增大超過(guò)報(bào)警值。如果是迅速增大，可以判定其為電擊穿，如果是緩慢超過(guò)，可以把報(bào)警值設(shè)置到更高的數(shù)值，一般不能超過(guò)100mA。

4.注意事項(xiàng)

除了熟悉設(shè)備的電路，計(jì)算好試驗(yàn)電壓、選擇合適的漏電流，在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)還需要注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）試驗(yàn)電路的連接

在絕緣的某一端，如果有多個(gè)端子，應(yīng)把所有的外部接線端子連接到一起，以免造成同側(cè)電位不均而在通電瞬間損壞元件。設(shè)備的開(kāi)關(guān)或控制設(shè)備的繼電器等應(yīng)處于閉合狀態(tài)或用導(dǎo)線連接通，電壓阻斷元件的接線端子應(yīng)連接在一起，防止出現(xiàn)試驗(yàn)電壓沒(méi)有到達(dá)絕緣處的現(xiàn)象。

（2）電壓調(diào)節(jié)方法

接通試驗(yàn)電壓時(shí)，瞬時(shí)的高電壓突變?nèi)菀自斐稍囼?yàn)材料被擊穿，試驗(yàn)時(shí)應(yīng)避免這些問(wèn)題。GB9706.1標(biāo)準(zhǔn)中是這樣規(guī)定的：開(kāi)始，應(yīng)施加不超過(guò)規(guī)定電壓值的一半，然后在10s內(nèi)把電壓逐漸增加到規(guī)定值，保持此值達(dá)1min，之后在10s內(nèi)把電壓逐漸降至規(guī)定值一半以下。

（3）試驗(yàn)所用電壓的波形和頻率，應(yīng)是正常使用時(shí)作用于絕緣材料的相同波形和頻率，注意同樣的絕緣材料遇到高頻時(shí)絕緣能力會(huì)降低。

（4）同時(shí)注意：a) 設(shè)備升至工作溫度后，斷開(kāi)電源（開(kāi)關(guān)閉合）；b) 施加于加強(qiáng)絕緣上的電壓不應(yīng)使設(shè)備中的基本絕緣或輔助絕緣受到過(guò)分的應(yīng)力；c）試驗(yàn)中存在對(duì)人身產(chǎn)生危險(xiǎn)的高電壓，進(jìn)行測(cè)試時(shí)必須特別小心，應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)的操作規(guī)程，保證安全。

5.結(jié)束語(yǔ)

電介質(zhì)強(qiáng)度試驗(yàn)是衡量醫(yī)用電氣設(shè)備安全性能的重要指標(biāo)之一，也是企業(yè)對(duì)產(chǎn)品電氣安全性 能最基本的檢測(cè)，其試驗(yàn)方法和要求在GB9706.1標(biāo)準(zhǔn)中有明確要求。

同時(shí)由于醫(yī)用電氣設(shè)備絕緣性能要求嚴(yán)格，各不相同，這就需要對(duì)電介質(zhì)強(qiáng)度的測(cè)量電路進(jìn)行深入細(xì)致的研究工作，以滿足醫(yī)用電氣設(shè)備測(cè)量的需要。

[1]GB9706.1-2007《醫(yī)用電氣設(shè)備 第一部分：安全通用要求》

[2]GB12350-2009《小功率電動(dòng)機(jī)的安全要求》

[3]GB14711-2006《中小型旋轉(zhuǎn)電機(jī)安全要求》

[4]GB15579.1-2004《弧焊設(shè)備 第1部分：焊接電源》

[5]陳宇恩 醫(yī)用電氣設(shè)備的安全防護(hù)（第1版）羊城晚報(bào)出版社 2011.