蔣秋桃，曹 俐

1 上海理工大學(xué)醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海，200092 湖南省食品藥品監(jiān)督管理局，長(zhǎng)沙，410007

2 湖南省醫(yī)療器械藥包材檢測(cè)所，長(zhǎng)沙，410001

剩余電壓條款及測(cè)試方法的探討

【作 者】蔣秋桃1，曹 俐2

1 上海理工大學(xué)醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海，200092 湖南省食品藥品監(jiān)督管理局，長(zhǎng)沙，410007

2 湖南省醫(yī)療器械藥包材檢測(cè)所，長(zhǎng)沙，410001

該文闡述了五種國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于剩余電壓條款的不同指標(biāo)要求，比較了各種測(cè)試方法的優(yōu)缺點(diǎn)，最后提出了改進(jìn)測(cè)試方法的意見。

剩余電壓；插頭放電；測(cè)試方法

剩余電壓 (residual voltage)是指用插頭連接的電器，當(dāng)拔掉電源插頭的瞬時(shí)，插頭上各插腳之間的殘余電壓；或是內(nèi)部貯能元件上的殘余電壓。

1 剩余電壓產(chǎn)生的原因及特點(diǎn)

1.1 剩余電壓產(chǎn)生的原因

剩余電壓產(chǎn)生的本質(zhì)都是電容放電的結(jié)果。假設(shè)一個(gè)電容C上面有初始電壓Uc為0,突然并聯(lián)上一個(gè)電阻R，那么電容上的電壓Uc 就要按照指數(shù)規(guī)律下降,即: Uc=U0*e (-t/τ)，式中τ=RC時(shí)間常數(shù)，t為測(cè)量時(shí)間。

剩余電壓的產(chǎn)生是由于電容器的端子間尚殘存的電壓。目前電氣設(shè)備會(huì)在電源LN線路之間跨接電容，起到抑制電磁干擾的作用。但是由于電容容量的選擇不當(dāng)，加上沒有合理的放電電路，當(dāng)使用者拔出設(shè)備電源插頭的時(shí)候，如不小心觸及到插頭的插腳，電容所貯存的剩余能量會(huì)對(duì)使用者造成觸電危險(xiǎn)。很多實(shí)驗(yàn)室把剩余電壓的測(cè)量稱為插頭放電試驗(yàn) (the plug discharge test)。

1.2 剩余電壓測(cè)試的特點(diǎn)

剩余電壓測(cè)試信號(hào)的特點(diǎn)。一是能量小。二是時(shí)間短。三是瞬時(shí)電壓形態(tài)特殊。

剩余電壓測(cè)試設(shè)備的要求：

（1）很高的測(cè)試內(nèi)阻 選用內(nèi)阻抗不影響測(cè)量值的儀表；

（2）精確的測(cè)試時(shí)間 斷插頭之后某時(shí)刻(如l s、 5 s、10 s) ；

（3）峰值斷電采集數(shù)據(jù)的能力 采集從電壓峰值點(diǎn)斷開后某時(shí)刻點(diǎn)的電壓。

剩余電壓檢測(cè)的難點(diǎn)在于：若要在極短的時(shí)間如1s時(shí)捕捉到電源插頭上各插腳之間的瞬時(shí)電壓，就需要一個(gè)輸入阻抗極高的測(cè)量裝置，否則殘余電量會(huì)通過測(cè)量裝置的內(nèi)阻釋放掉，結(jié)果不是檢測(cè)不到剩余電壓，就是檢測(cè)到的電壓值比實(shí)際值低。早期的檢驗(yàn)人員通常采用指針式電壓表去測(cè)量，卻行不通。因?yàn)殡妷罕淼膬?nèi)阻僅為幾十到幾百KΩ，而剩余電壓衰減得很快，指針還未偏轉(zhuǎn)，剩余電壓已經(jīng)釋放得差不多了。

2 不同的安全規(guī)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)剩余電壓的規(guī)定

使用醫(yī)用電器時(shí)，在拔下電源插頭的瞬間不小心碰到插鎖，將會(huì)有觸電的危險(xiǎn)，一旦人體接觸帶電體時(shí)，人就被當(dāng)作一電路元件接入回路。由于人體阻抗不是純電阻，影響因素很多，且隨接觸電壓變化而變化，所以電流與電壓的關(guān)系不是線性的。標(biāo)準(zhǔn)GB/T13870.1-2008《電源對(duì)人和家畜的效應(yīng) 第1部分》中包含了人體阻抗和人體電流對(duì)各種生理效應(yīng)的相關(guān)資料，以便在制定電氣安全要求時(shí)使用。許多電氣設(shè)備的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)各自適用設(shè)備的情況制定了不同的剩余電壓、剩余能量的指標(biāo)或者安全電壓的規(guī)定。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)GB 9706.1-2007《醫(yī)用電氣設(shè)備第一部分:安全通用要求》

標(biāo)準(zhǔn)GB 9706.1-2007中第三篇,對(duì)電擊危險(xiǎn)的防護(hù)中指出：用插頭與供電網(wǎng)連接的設(shè)備，必須設(shè)計(jì)成在拔斷插頭之后1 s時(shí)，各電源插腳之間以及每一電源插腳與設(shè)備外殼之間的電壓不超過60 V。

通過下列試驗(yàn)來檢驗(yàn)是否符合要求：設(shè)備在額定電壓或其上限電壓運(yùn)行時(shí)用拔斷插頭的方法使設(shè)備與電網(wǎng)斷開，并將設(shè)備電源開關(guān)置于“通”或“斷”的位置上。在斷開電源后1s時(shí)，用一個(gè)內(nèi)阻抗不影響測(cè)量值的儀表來測(cè)量插頭各電源插腳間及電源插腳與設(shè)備機(jī)身間電壓。測(cè)得的電壓不得超過60 V。試驗(yàn)必須進(jìn)行10次。若采用了干擾抑制電容器，且每一線對(duì)地的電容量在額定電壓小于或等于250 V時(shí)小于3000 pF或額定電壓小于或等于125 V時(shí)小于5000 pF，則不必進(jìn)行每一線與設(shè)備外殼之間的試驗(yàn)。當(dāng)線間接入的干擾抑制電容器其電容量小于或等于0.1μF時(shí)，也不必進(jìn)行線間試驗(yàn)。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)GB 4943-2001《信息技術(shù)設(shè)備的安全》

在標(biāo)準(zhǔn)GB 4943-2001中2.1.1.7 一次電路的電容器放電中規(guī)定：設(shè)備在設(shè)計(jì)上應(yīng)保證在交流電網(wǎng)電源外部斷接處,盡量減小因接在一次電路中的電容器貯存有電荷而產(chǎn)生的電擊危險(xiǎn)。

通過檢查設(shè)備和有關(guān)的電路圖來檢驗(yàn)其是否合格。檢查時(shí)考慮到斷開電源時(shí)通/斷開關(guān)可能處于任一位置。

如果設(shè)備中有任何電容器，其標(biāo)明的或標(biāo)稱的容量超過0.1uF，而且接在一次電路上，但該電容器的放電時(shí)間常數(shù)不超過下列規(guī)定值，則應(yīng)認(rèn)為設(shè)備是合格的：

· 對(duì)A 型可插式設(shè)備，1s；

· 對(duì)永久性連接式設(shè)備和B 型可插式設(shè)備,10s。

有關(guān)時(shí)間常數(shù)是指等效電容量(μF)和等效放電電阻值(MΩ)的乘積。如果測(cè)定等效電容量和電阻值有困難,則可以在外部斷接點(diǎn)測(cè)量電壓衰減。

注:在經(jīng)過一段等于一個(gè)時(shí)間常數(shù)的時(shí)間,電壓將衰減到初始值的37%。

表1列出了標(biāo)準(zhǔn)GB 9706.1-2007和標(biāo)準(zhǔn)GB 4943-2001兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)指標(biāo)對(duì)比。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)GB 5226.1-2002《機(jī)械安全 機(jī)械電氣設(shè)備第1部分:通用技術(shù)條件》

在標(biāo)準(zhǔn)GB 5226.1-2002中6．2．4 殘余電壓的防護(hù)中規(guī)定：電源切斷后，任何殘余電壓高于60 V的外露可導(dǎo)電部分，都應(yīng)在5 s之內(nèi)放電到60 V或60 V以下，只要這種放電速率不妨礙電氣設(shè)備的正常功能（元件存儲(chǔ)電荷小于等于60oC時(shí)可免除此要求）。對(duì)插頭/插座或類似的器件，拔出他們會(huì)裸露出導(dǎo)體件(如插針)，放電時(shí)間不應(yīng)超過1 s，否則這些導(dǎo)體件應(yīng)加以防護(hù)，直接接觸的防護(hù)等級(jí)至少為IP2X和IPXXB。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)GB 8898-2001《音頻、視頻及類似電子設(shè)備安全要求》

在標(biāo)準(zhǔn)GB 8898-2001中9.1.6 拔出電源插頭：對(duì)預(yù)定采用電源插頭與電網(wǎng)電源連接的設(shè)備，其設(shè)計(jì)應(yīng)保證在插頭從電源插座拔出后，當(dāng)接觸插頭的插腳或插銷時(shí)，不應(yīng)因電容器貯存的電荷而產(chǎn)生觸電危險(xiǎn)。通過9.1.1a)項(xiàng)或c)項(xiàng)規(guī)定的測(cè)量，或通過計(jì)算來檢驗(yàn)是否合格。

a) 開路電壓不超過交流35 V（峰值）或直流60 V；

b) 貯存電壓在60 V到15 kV之間者，放電量不超過45 μC。

如果有電源開關(guān)，置于“斷”位，如果置于“通”位會(huì)產(chǎn)生更不利的情況。在拔出插頭后2 s,插頭上的插腳或插銷不應(yīng)變成危險(xiǎn)帶電。為了能找到最不利的情況，此試驗(yàn)可重復(fù)10次。如果電源兩級(jí)之間的標(biāo)稱電容量不超過0.1 μF,則不必進(jìn)行本試驗(yàn)。

2.5 標(biāo)準(zhǔn)GB 4793.1－2007《測(cè)量、控制和實(shí)驗(yàn)室用電氣設(shè)備的安全要求 第1部分：通用要求》

在標(biāo)準(zhǔn)GB 4793.1－2007中6.1.2：如果a)和b)中的任何零部件從內(nèi)部電容器接受電荷，則在斷開電源后10 s，這些零部件不得危險(xiǎn)帶電。6.10.3 c) 如果軟線連接的設(shè)備，其插頭的插銷從內(nèi)部電容器接收電荷，則在斷開電源后5 s，插銷不得危險(xiǎn)帶電。

3 剩余電壓測(cè)量方法的討論

目前，測(cè)量剩余電壓的方法一般有兩種：一種是用極高輸入阻抗的專用測(cè)試設(shè)備；一種是利用示波器測(cè)試。

3.1 專用測(cè)試設(shè)備測(cè)試法

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB9706.1—2007的規(guī)定：若采用了干擾抑制電容器，且每一線對(duì)地的電容量在額定電壓小于或等于250 V時(shí)小于3 000 pF或額定電壓小于或等于125V時(shí)小于5 000 pF，則不應(yīng)進(jìn)行每一線與外殼之間的試驗(yàn)。根據(jù)公式τ= R·C，時(shí)間常數(shù)τ為1 s，C為3000 pF，所以R=1s/3000 pF=333 MΩ?？梢?專用測(cè)試設(shè)備的輸入阻抗要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于333 MΩ時(shí)才不至于影響測(cè)量的準(zhǔn)確度。

專用測(cè)試設(shè)備采用編程控制器，可自動(dòng)測(cè)試功率小于2000 W的儀器的剩余電壓。技術(shù)的關(guān)鍵是測(cè)量設(shè)備的輸入阻抗要高，否則會(huì)影響測(cè)量值甚至測(cè)不出剩余電壓。高阻專用測(cè)試設(shè)備一般用來測(cè)試拔斷電源插頭后的剩余電壓，在插頭的L．N之間，L．E之間，N．E之間各測(cè)量10次。它的優(yōu)點(diǎn)是能夠準(zhǔn)確控制時(shí)間，操作使用方便，能記錄測(cè)試過程中出現(xiàn)的最大值，并且設(shè)置了不合格即超壓的報(bào)警提示。但是，一旦出現(xiàn)超壓報(bào)警，不易于依據(jù)原理排除故障數(shù)據(jù)。而且，從市場(chǎng)上現(xiàn)有的剩余電壓測(cè)試儀來看，大部分測(cè)試儀器計(jì)量部門存在無法計(jì)量問題。因?yàn)檫@需要可調(diào)節(jié)的剩余電壓發(fā)生器，同時(shí)采用存儲(chǔ)示波器測(cè)試法或者采用標(biāo)準(zhǔn)的剩余電壓發(fā)生器，檢測(cè)其測(cè)試精度。

3.2 示波器測(cè)試法

示波器測(cè)試法測(cè)量剩余電壓，是指用插拔電源插頭的方式，以存儲(chǔ)示波器記錄斷電某時(shí)刻電源插頭各極間的剩余電壓，并從存儲(chǔ)示波器的屏幕上讀取記錄的剩余電壓波型幅值。

剩余電壓值既不是有效值，也不是平均值，而是瞬時(shí)值。即在關(guān)斷電源后的某時(shí)刻(如l s時(shí)、5 s時(shí)、10 s時(shí))電源插頭或儲(chǔ)能元件上的殘余電壓。但是由于測(cè)試數(shù)值是測(cè)試人員從存儲(chǔ)示波器的屏幕上讀取剩余電壓波型幅值來確定，有人為的判定誤差和存儲(chǔ)示波器的顯示誤差。

標(biāo)準(zhǔn)GB 9706.1-2007、標(biāo)準(zhǔn)GB 8898-2001、標(biāo)準(zhǔn)GB 4943-2001中都有規(guī)定：線間接入的干擾抑制電容器其電容量小于或等于0.1μF時(shí),可不進(jìn)行線間試驗(yàn)。根據(jù)τ= R·c，R=1s/0.1μF=10 MΩ,即示波器的探頭內(nèi)阻需大于10MΩ才行。如果探頭的內(nèi)阻太小，與被測(cè)儀器連接后，并聯(lián)作用使阻值變小，更加快了放電速度，給測(cè)量帶來更大的誤差。IEC60950－1中更是明確給出了探頭內(nèi)阻的要求：When conducting the voltage decay measurement, the result is referred to an instrument having an input impedance consisting of a resistance of 100 MΩ ± 5 MΩ in parallel with an input capacitance of 20 pF ± 5 pF。市面上的高壓探頭內(nèi)阻可達(dá)100 MΩ以上，滿足了示波器測(cè)量的高阻抗要求。

以醫(yī)用電氣設(shè)備為例，假如測(cè)量的是Ⅱ類設(shè)備，只需測(cè)量L．N之間的10次剩余電壓，開關(guān)通斷各測(cè)一次，電源需插拔20次；假如測(cè)量的是Ⅰ類設(shè)備，還需測(cè)量L與E之間，N與E之間的各10次剩余電壓，開關(guān)通斷各測(cè)一次，共需插拔電源60次?？梢姴僮鞣爆崳ぷ髁看?。而且，如果僅使用示波器，在剛斷開的瞬間，就能看到放電波形，因?yàn)殡娙菀呀?jīng)通過示波器的探頭阻抗開始放電了，所以通常測(cè)得的數(shù)據(jù)要比專用剩余電壓測(cè)試儀小很多。如果能夠在示波器和被測(cè)儀器之間加上一個(gè)相位控制裝置，在達(dá)到電壓峰值的某時(shí)刻，便能立即從電源斷開接通示波器，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)束語

通過對(duì)比各個(gè)不同的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)剩余電壓作出的規(guī)定及兩種測(cè)試方法的優(yōu)缺點(diǎn)。醫(yī)用電氣設(shè)備作為醫(yī)療器械中具有高風(fēng)險(xiǎn)的一類產(chǎn)品，剩余電壓指標(biāo)關(guān)系到患者與使用者的安全，非常重要，與其他行業(yè)的產(chǎn)品相比，安全要求更為嚴(yán)格。隨著我國(guó)對(duì)電磁兼容要求的進(jìn)一步規(guī)范，剩余電壓的測(cè)試就顯得更加重要。建議不僅在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該充分考慮到剩余電壓的問題，而且，在檢驗(yàn)中應(yīng)改進(jìn)測(cè)試方法，進(jìn)一步提高測(cè)量精度。此外，希望國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)管理部門在修訂不同產(chǎn)品的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，涉及剩余電壓等類似參數(shù)最好統(tǒng)一。

[1] 張學(xué)浩, 高山.對(duì)剩余電壓標(biāo)準(zhǔn)條款的探討[J], 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化, 2002(8): 51-52.

[2] 何 勇，蔣時(shí)霖，舒 劍. 剩余電壓，安全與電磁兼容，2004.05

[3] 李雨明. 剩余電壓測(cè)試[J]，中國(guó)測(cè)試技術(shù)，2008，(1):40-42.

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

[5] GB4943-2001《信息技術(shù)設(shè)備的安全》

[6] GB8898-2001《音頻、視頻及類似電子設(shè)備 安全要求》

[7] GB 5226.1-2002《機(jī)械安全 機(jī)械電氣設(shè)備 第1部分:通用技術(shù)條件》

[8] GB 4793.1－2007《測(cè)量、控制和實(shí)驗(yàn)室用電氣設(shè)備的安全要求第1部分：通用要求》

[9] IEC60950-1:2005 Information technology equipment– Safety–Part 1:General requirements

衛(wèi)生部統(tǒng)一制定內(nèi)鏡診療技術(shù)管理規(guī)范

日前，衛(wèi)生部發(fā)出“婦科內(nèi)鏡診療技術(shù)管理規(guī)范”通知，要求各省級(jí)衛(wèi)生行政部門于近期推薦不超過3家醫(yī)療機(jī)構(gòu)作為衛(wèi)生部四級(jí)婦科內(nèi)鏡手術(shù)培訓(xùn)基地候選單位，衛(wèi)生部將在此基礎(chǔ)上展開遴選和審核。各省級(jí)衛(wèi)生行政部門還須上報(bào)轄區(qū)內(nèi)已經(jīng)準(zhǔn)予開展四級(jí)婦科內(nèi)鏡手術(shù)的醫(yī)療機(jī)構(gòu)和醫(yī)務(wù)人員名單。

四級(jí)婦科內(nèi)鏡手術(shù)指風(fēng)險(xiǎn)高、過程復(fù)雜、難度大的婦科內(nèi)鏡手術(shù)技術(shù)，如腹腔鏡根治性子宮切除術(shù)、腹膜后淋巴結(jié)切除術(shù)、深部子宮內(nèi)膜異位病灶切除術(shù)、盆底重建術(shù)、先天性生殖道畸形矯治術(shù)、子宮內(nèi)膜癌及卵巢癌分期手術(shù)等，宮腔鏡重度宮腔粘連分離術(shù)、Ⅱ型黏膜下肌瘤切除術(shù)、子宮畸形矯治術(shù)等。

（本刊訊）

Residual Voltage of Terms and Test Method

【W(wǎng)riters】Jiang Qiutao1, Cao Li2

1 College of medical device and Food, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai, 200092, Food and Drug Adminstration of Hunan Provine, Changsha, 410007
2 Hunan Detection Institute for Medical Devices and drug Packaging Materials, Changsha, 410001

This paper describes 5 national standards related to the term on the residual voltage with different indicators. Compas the advantages and disadvantages of various test methods. Finally, give suggestions on improving the testing method.

residual voltage, plug discharge, test methods

TM206

B

10.3969/j.issn.1671-7104.2010.03.018

1671-7104(2010)03-0215-03

2010-03-30

蔣秋桃，E-mial:：317095079@qq.com