淺析信息技術設備的防電擊處理方法

劉睿騏

(中檢集團南方電子產品測試(深圳)有限公司,廣東深圳 518055)

淺析信息技術設備的防電擊處理方法

劉睿騏

(中檢集團南方電子產品測試(深圳)有限公司,廣東深圳 518055)

本文簡要闡述了防電擊的注意事項和一些處理方法。

信息技術設備 防電擊 隔離 接觸電流 安全

信息技術設備日益更新，卻仍有許多的設備在人身安全方面存在問題，電擊危險常常伴隨著產品的設計工藝缺陷出現。電擊危險要如何防范，在設備的設計研發階段，就應該重視這個問題。

1 電擊產生的原理

人體是導電的，當人體上兩個或兩個以上的部位存在電氣接觸點時，就會在人體上產生電能的傳遞，當電能傳遞達到一定程度時，就會出現電擊危險。第一個電氣接觸點是人體一部分與設備的導電部件之間，第二個電氣接觸點是人體另一個部分和大地之間(如圖1)或設備的另一個導電部件之間(如圖2);當這樣的回路形成時，在人體的兩個電氣接觸部分之間就存在電流通過。

電擊是一定程度的電流通過人體所造成的，其對人體引起的生理反應取決于三個要素：電流的大小、通過時間和傳遞路徑。

電流通過人體，人體會出現麻、痛等感覺，更嚴重者會引起顫抖、痙攣、心臟驟停甚至死亡。通過人體的電流越大，對人體引起的生理反應也會越明顯，承受的感覺也會越強烈。一般情況下，人體最小的感應電流為0.5mA，此值與通過電流的時間無關。人體能夠擺脫手握帶電導體的最大電流一般為10mA，稱此為擺脫電流，當通過人體的電流大于此閥值時，人體不能自行擺脫，當電流持續作用較長時間后，人體將遭受傷害，如50mA以上的電流作用于人體，通電時間超過心臟搏動周期時，就會引起心室顫動。電流傳遞路徑的不同也會導致不同的影響，這取決于人體的電氣接觸點，若傳遞路徑為手軀干-手，則會通過心臟，那么對人體的影響嚴重，若傳遞路徑為腳-腳，則危險性較小，但可能因痙攣而摔倒，導致電流通過全身或摔傷、墜落等二次事故。

有很多的因素直接或間接的引起電擊，分析引發電擊諸多因素間的聯系是非常困難的，故為防止出現電擊危險，保證操作人員和維修人員的人身安全，對設備的防電擊要求就必須實現雙重防護或等效的加強防護，同時設備的接觸電流也必須符合標準1要求。

圖1 人體位于導電部件與大地之間

圖2 人體位于兩個導電部件之間

圖3 電氣絕緣圖

2 防觸電的處理方式

出現電擊危險的一個必要條件是與人體接觸，所以我們可以沿著這個方向進行防觸電分析。

2.1 電路分類

根據電擊防護原則及電路的可觸及性，可以將電路分為3類：

(1)可觸及。在設計產品時，設備所使用的電源輸入以及設備內部電路峰值電壓不超過42.4V或直流電壓超過60V，則不存在觸電危險，可以直接接觸。

(2)有限制的接觸。在通過警告語和需要使用工具才能打開門或蓋的情況下，做到先排除觸電危險的情況下，再對限制接觸區進行接觸

(3)不可觸及。采用隔離方式防止電氣接觸，例如可觸及導電部件與電網電源間的隔離區域。

2.2 隔離

通常情況下，最容易出現絕緣擊穿的位置都處于不可觸及區域，在設計這部分區域時，就需要做好隔離措施。下面我們以液晶顯示器舉例詳述各絕緣路徑的隔離作用，如圖3。

圖中路徑A表示熔斷裝置前端不同極性電源導線之間的隔離，為防止電網電源端的短路引起的危險，與設備后端電路及可觸及件間并無關系，故此路徑僅要求功能絕緣。在熔斷裝置之后發生的短路或其他故障引起的過流情況，熔斷裝置會立即動作，將電路斷開，從而避免引起危險。

圖中路徑B表示設備電網電源端與保護接地之間的隔離，此路徑僅要求基本絕緣，因為當路徑B短路故障時，整個電路會瞬間過流

表1 接觸電流限值

以至于熔斷裝置動作，故保護接地與一次電路的帶電部件之間僅需滿足基本絕緣要求。

圖中路徑C表示設備中的一次電路帶電部件與非金屬外殼之間的隔離，此路徑必須符合雙重絕緣/加強絕緣要求。一般情況下在設計這部分時，因外殼是非金屬不導電的，故需充分考慮非金屬外殼的接縫和開孔，因為通過這些接縫和開孔很可能會觸碰到設備中一次電路的帶電部件間，這時我們需要通過測量這些可接觸位置與一次電路帶電部件之間的工作電壓、電爬電距離和電氣間隙，且必須滿足標準中要求的最低限值。

圖中路徑D表示設備中的一次電路帶電部件與可觸及導電部件之間的隔離，此部分需符合雙重或加強絕緣的要求。一次電路與可觸及導電部件之間的電壓差是很高的，故對絕緣的要求也是非常苛刻的。通常情況下可采取絕緣材料和空間隔離兩種方式來進行隔離，當空間上無法滿足雙重/加強絕緣隔離要求時，可采用絕緣材料對所需隔離的位置進行隔擋形成等效的爬電距離和電氣間隙。絕緣材料和隔離元器件的選用也是十分重要的，要考慮到設備工作時的溫濕度、可靠性、工作電壓等條件，若所需要的材料或元器件額定參數低于要求值時，則會造成絕緣擊穿，從而導致電擊危險。因此，在做此路徑設計時，需充分考慮元器件的布局、PCB的布線和選擇通過認證的隔離元器件。

圖中路徑E表示設備中的一次電路與二次電路之間的隔離，部分需符合雙重或加強絕緣的要求。與路徑D中描述的情況類似，此部分著重考慮元器件的布局、PCB的布線和隔離元器件的選用。

圖中路徑F中的SIP/SOP與外接設備相連，考慮最不利情況，外接設備出現電源擊穿，則SIP/SOP上帶有危險電壓，那么路徑F需要考慮的是該SIP/SOP與主板上其他的可觸及導電部件之間應具有保護措施，因為這種情況是由外接設備引起并且極少發生，故路徑F僅需滿足基本絕緣要求。

2.3 接觸電流的限制

就與設備接觸的安全而言，接觸電流是更直接作用與人體的。接觸電流是指在正常條件或單一故障條件下，當人體接觸連接到設備(I類或II類)時流過人體的電流。

由于目前信息技術設備廣泛使用開關電源，而其缺點是射頻干擾或電磁干擾較大，為了有效地抑制射頻干擾，提高抗干擾能力，往往在設備中會加入由電容器和電感器組成的濾波電路，若需要抗干擾能力越高，則電容器的容量越大越好，那么接觸電流也就相應越大，人體接觸帶電的可觸及導體時，就會有電擊危險。另外，接觸電流也會由用于一次電路與接地電路之間的雜散電容產生。

故在GB4943.1-2011《信息技術設備安全第1部分：通用要求》中根據不同的設備，接觸電流的限值如表1。

3 結語

綜上所述，文中根據與危險帶電件的接觸條件簡要闡述了防電擊的注意事項和處理方法，希望通過本文大家能在產品設計時能更全面考慮防觸電安全。

[1]GB4943.1-2011《信息技術設備安全第1部分：通用要求》[S].

[2]IEC 60950-1-2013 Information technology equipment-Safety-Part 1：General requirements[S].

[3]張宏圖.GB4943.1-2011《信息技術設備安全第1部分：通用要求》應用指南[M].中國質檢出版社中國標準出版社,2012.

注釋：[1]如無特別說明,本文中所指“標準”均為GB4943.1-2011《信息技術設備安全第1部分：通用要求》.