剩余電壓條款及測試方法的探討

蔣秋桃，曹 俐

1 上海理工大學醫療器械與食品學院，上海，200092 湖南省食品藥品監督管理局，長沙，410007

2 湖南省醫療器械藥包材檢測所，長沙，410001

剩余電壓條款及測試方法的探討

【作 者】蔣秋桃1，曹 俐2

1 上海理工大學醫療器械與食品學院，上海，200092 湖南省食品藥品監督管理局，長沙，410007

2 湖南省醫療器械藥包材檢測所，長沙，410001

該文闡述了五種國家標準中關于剩余電壓條款的不同指標要求，比較了各種測試方法的優缺點，最后提出了改進測試方法的意見。

剩余電壓；插頭放電；測試方法

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

1 剩余電壓產生的原因及特點

1.1 剩余電壓產生的原因

剩余電壓產生的本質都是電容放電的結果。假設一個電容C上面有初始電壓Uc為0,突然并聯上一個電阻R，那么電容上的電壓Uc 就要按照指數規律下降,即: Uc=U0*e (-t/τ)，式中τ=RC時間常數，t為測量時間。

剩余電壓的產生是由于電容器的端子間尚殘存的電壓。目前電氣設備會在電源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，加上沒有合理的放電電路，當使用者拔出設備電源插頭的時候，如不小心觸及到插頭的插腳，電容所貯存的剩余能量會對使用者造成觸電危險。很多實驗室把剩余電壓的測量稱為插頭放電試驗 (the plug discharge test)。

1.2 剩余電壓測試的特點

剩余電壓測試信號的特點。一是能量小。二是時間短。三是瞬時電壓形態特殊。

剩余電壓測試設備的要求：

（1）很高的測試內阻 選用內阻抗不影響測量值的儀表；

（2）精確的測試時間 斷插頭之后某時刻(如l s、 5 s、10 s) ；

（3）峰值斷電采集數據的能力 采集從電壓峰值點斷開后某時刻點的電壓。

剩余電壓檢測的難點在于：若要在極短的時間如1s時捕捉到電源插頭上各插腳之間的瞬時電壓，就需要一個輸入阻抗極高的測量裝置，否則殘余電量會通過測量裝置的內阻釋放掉，結果不是檢測不到剩余電壓，就是檢測到的電壓值比實際值低。早期的檢驗人員通常采用指針式電壓表去測量，卻行不通。因為電壓表的內阻僅為幾十到幾百KΩ，而剩余電壓衰減得很快，指針還未偏轉，剩余電壓已經釋放得差不多了。

2 不同的安全規標準對剩余電壓的規定

使用醫用電器時，在拔下電源插頭的瞬間不小心碰到插鎖，將會有觸電的危險，一旦人體接觸帶電體時，人就被當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系不是線性的。標準GB/T13870.1-2008《電源對人和家畜的效應 第1部分》中包含了人體阻抗和人體電流對各種生理效應的相關資料，以便在制定電氣安全要求時使用。許多電氣設備的國家標準根據各自適用設備的情況制定了不同的剩余電壓、剩余能量的指標或者安全電壓的規定。

2.1 標準GB 9706.1-2007《醫用電氣設備第一部分:安全通用要求》

標準GB 9706.1-2007中第三篇,對電擊危險的防護中指出：用插頭與供電網連接的設備，必須設計成在拔斷插頭之后1 s時，各電源插腳之間以及每一電源插腳與設備外殼之間的電壓不超過60 V。

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

2.2 標準GB 4943-2001《信息技術設備的安全》

在標準GB 4943-2001中2.1.1.7 一次電路的電容器放電中規定：設備在設計上應保證在交流電網電源外部斷接處,盡量減小因接在一次電路中的電容器貯存有電荷而產生的電擊危險。

通過檢查設備和有關的電路圖來檢驗其是否合格。檢查時考慮到斷開電源時通/斷開關可能處于任一位置。

如果設備中有任何電容器，其標明的或標稱的容量超過0.1uF，而且接在一次電路上，但該電容器的放電時間常數不超過下列規定值，則應認為設備是合格的：

· 對A 型可插式設備，1s；

· 對永久性連接式設備和B 型可插式設備,10s。

有關時間常數是指等效電容量(μF)和等效放電電阻值(MΩ)的乘積。如果測定等效電容量和電阻值有困難,則可以在外部斷接點測量電壓衰減。

注:在經過一段等于一個時間常數的時間,電壓將衰減到初始值的37%。

表1列出了標準GB 9706.1-2007和標準GB 4943-2001兩個標準的檢測指標對比。

2.3 標準GB 5226.1-2002《機械安全 機械電氣設備第1部分:通用技術條件》

在標準GB 5226.1-2002中6．2．4 殘余電壓的防護中規定：電源切斷后，任何殘余電壓高于60 V的外露可導電部分，都應在5 s之內放電到60 V或60 V以下，只要這種放電速率不妨礙電氣設備的正常功能（元件存儲電荷小于等于60oC時可免除此要求）。對插頭/插座或類似的器件，拔出他們會裸露出導體件(如插針)，放電時間不應超過1 s，否則這些導體件應加以防護，直接接觸的防護等級至少為IP2X和IPXXB。

2.4 標準GB 8898-2001《音頻、視頻及類似電子設備安全要求》

在標準GB 8898-2001中9.1.6 拔出電源插頭：對預定采用電源插頭與電網電源連接的設備，其設計應保證在插頭從電源插座拔出后，當接觸插頭的插腳或插銷時，不應因電容器貯存的電荷而產生觸電危險。通過9.1.1a)項或c)項規定的測量，或通過計算來檢驗是否合格。

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，置于“斷”位，如果置于“通”位會產生更不利的情況。在拔出插頭后2 s,插頭上的插腳或插銷不應變成危險帶電。為了能找到最不利的情況，此試驗可重復10次。如果電源兩級之間的標稱電容量不超過0.1 μF,則不必進行本試驗。

2.5 標準GB 4793.1－2007《測量、控制和實驗室用電氣設備的安全要求 第1部分：通用要求》

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

3 剩余電壓測量方法的討論

目前，測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試設備；一種是利用示波器測試。

3.1 專用測試設備測試法

根據標準GB9706.1—2007的規定：若采用了干擾抑制電容器，且每一線對地的電容量在額定電壓小于或等于250 V時小于3 000 pF或額定電壓小于或等于125V時小于5 000 pF，則不應進行每一線與外殼之間的試驗。根據公式τ= R·C，時間常數τ為1 s，C為3000 pF，所以R=1s/3000 pF=333 MΩ。可見,專用測試設備的輸入阻抗要遠遠大于333 MΩ時才不至于影響測量的準確度。

專用測試設備采用編程控制器，可自動測試功率小于2000 W的儀器的剩余電壓。技術的關鍵是測量設備的輸入阻抗要高，否則會影響測量值甚至測不出剩余電壓。高阻專用測試設備一般用來測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之間各測量10次。它的優點是能夠準確控制時間，操作使用方便，能記錄測試過程中出現的最大值，并且設置了不合格即超壓的報警提示。但是，一旦出現超壓報警，不易于依據原理排除故障數據。而且，從市場上現有的剩余電壓測試儀來看，大部分測試儀器計量部門存在無法計量問題。因為這需要可調節的剩余電壓發生器，同時采用存儲示波器測試法或者采用標準的剩余電壓發生器，檢測其測試精度。

3.2 示波器測試法

示波器測試法測量剩余電壓，是指用插拔電源插頭的方式，以存儲示波器記錄斷電某時刻電源插頭各極間的剩余電壓，并從存儲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，而是瞬時值。即在關斷電源后的某時刻(如l s時、5 s時、10 s時)電源插頭或儲能元件上的殘余電壓。但是由于測試數值是測試人員從存儲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示波器的顯示誤差。

標準GB 9706.1-2007、標準GB 8898-2001、標準GB 4943-2001中都有規定：線間接入的干擾抑制電容器其電容量小于或等于0.1μF時,可不進行線間試驗。根據τ= R·c，R=1s/0.1μF=10 MΩ,即示波器的探頭內阻需大于10MΩ才行。如果探頭的內阻太小，與被測儀器連接后，并聯作用使阻值變小，更加快了放電速度，給測量帶來更大的誤差。IEC60950－1中更是明確給出了探頭內阻的要求：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阻可達100 MΩ以上，滿足了示波器測量的高阻抗要求。

以醫用電氣設備為例，假如測量的是Ⅱ類設備，只需測量L．N之間的10次剩余電壓，開關通斷各測一次，電源需插拔20次；假如測量的是Ⅰ類設備，還需測量L與E之間，N與E之間的各10次剩余電壓，開關通斷各測一次，共需插拔電源60次。可見操作繁瑣，工作量大。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，因為電容已經通過示波器的探頭阻抗開始放電了，所以通常測得的數據要比專用剩余電壓測試儀小很多。如果能夠在示波器和被測儀器之間加上一個相位控制裝置，在達到電壓峰值的某時刻，便能立即從電源斷開接通示波器，提高測量的準確性。

4 結束語

通過對比各個不同的國家標準對剩余電壓作出的規定及兩種測試方法的優缺點。醫用電氣設備作為醫療器械中具有高風險的一類產品，剩余電壓指標關系到患者與使用者的安全，非常重要，與其他行業的產品相比，安全要求更為嚴格。隨著我國對電磁兼容要求的進一步規范，剩余電壓的測試就顯得更加重要。建議不僅在設計時應該充分考慮到剩余電壓的問題，而且，在檢驗中應改進測試方法，進一步提高測量精度。此外，希望國家標準管理部門在修訂不同產品的國家標準標準時，涉及剩余電壓等類似參數最好統一。

[1] 張學浩, 高山.對剩余電壓標準條款的探討[J], 中國標準化, 2002(8): 51-52.

[2] 何 勇，蔣時霖，舒 劍. 剩余電壓，安全與電磁兼容，2004.05

[3] 李雨明. 剩余電壓測試[J]，中國測試技術，2008，(1):40-42.

[4] GB9706.1-2007《醫用電氣設備第一部分：安全通用要求》

[5] GB4943-2001《信息技術設備的安全》

[6] GB8898-2001《音頻、視頻及類似電子設備 安全要求》

[7] GB 5226.1-2002《機械安全 機械電氣設備 第1部分:通用技術條件》

[8] GB 4793.1－2007《測量、控制和實驗室用電氣設備的安全要求第1部分：通用要求》

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

衛生部統一制定內鏡診療技術管理規范

日前，衛生部發出“婦科內鏡診療技術管理規范”通知，要求各省級衛生行政部門于近期推薦不超過3家醫療機構作為衛生部四級婦科內鏡手術培訓基地候選單位，衛生部將在此基礎上展開遴選和審核。各省級衛生行政部門還須上報轄區內已經準予開展四級婦科內鏡手術的醫療機構和醫務人員名單。

四級婦科內鏡手術指風險高、過程復雜、難度大的婦科內鏡手術技術，如腹腔鏡根治性子宮切除術、腹膜后淋巴結切除術、深部子宮內膜異位病灶切除術、盆底重建術、先天性生殖道畸形矯治術、子宮內膜癌及卵巢癌分期手術等，宮腔鏡重度宮腔粘連分離術、Ⅱ型黏膜下肌瘤切除術、子宮畸形矯治術等。

（本刊訊）

Residual Voltage of Terms and Test Method

【Writers】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