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怎样在医疗装备中使用交流隔离变压器避免触电
时间： 2021-01-14
作者：太平洋在线网站工程部
浏览：8815次
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随着电气医疗装备的使用规模一直扩大，，，，，，从医院和疗养院抵家庭监测和生命支持，，，，，，对操作者和患者清静的关注也越来越多。。。。在避免线路电压造成危险或致命电击方面，，，，，，虽然医疗装备有着严酷的设计规则、优异的设计老例和多种清静标准，，，，，，但事故仍然可能爆发。。。。只要仪器泛起故障，，，，，，就会引起其外壳或外部探头“带电”，，，，，，从而使用户或患者处于故障电流的接地路径中。。。。若是变压器选择和安排适当，，，，，，这种情形就可以阻止。。。。
虽然，，，，，，变压器有许多用途，，，，，，从交流 (AC) 电压的升压或降压，，，，，，或断开敏感传感器接口的接地回路，，，，，，到阻抗匹配、级间耦合，，，，，，以及实现单端与平衡电路的转换。。。。它们也可以用 1:1 的匝比，，，，，，在交流线路和负载之间提供电隔离。。。。在�；；；；げ僮髡吆突颊呙馐芤搅谱氨干杓乒收系挠跋旆矫�，，，，，，最后一项功效的主要性和相关性一直增添。。。。
本文将探讨可能泛起的故障模式的性子，，，，，，以及怎样使用变压器举行交流线路隔离，，，，，，从而包管线路供电型医疗仪器的清静。。。。最后我们以 BEL Signal Transformer 的代表性变压器为例，，，，，，探讨一些相关的标准以及必需思量的因素，，，，，，以确保变压器能够提供所需的隔离类型和水平。。。。同时还将思量其与现代装配和生产流程的兼容性问题。。。。
触电是怎么爆发的？？？
要相识触电危害，，，，，，无妨回到电的基本看法。。。。若是电流在交流线路电位驱动下，，，，，，流经人体并回到源头，，，，，，用户就会有危险。。。。可是，，，，，，若是该电流没有回流路径，，，，，，那么纵然人接触到高压线，，，，，，也不会有任何危害。。。。
单相交流线路有三根线：前方 (L)、零线 (N) 和地线，，，，，，其中地线是真正的接地毗连，，，，，，一样平常不带电流。。。。在标准的衡宇布线中，，，，，，地线是没有绝缘的，，，，，，裸露在外。。。。不幸的是，，，，，，“接地”一词在电子电路原理图和一样平常讨论中经常被误用。。。。“地面接地”与“机箱接地”或“公共接地”（信号接地）是纷歧样的，，，，，，三者有着差别的符号（图 1）。。。。
隔离变压器的作用是让交流电压抵达操作装备及其电路（负载），，，，，，同时避免电流流经用户并回到零线。。。。之以是不会爆发这种情形，，，，，，是由于隔离变压器没有从零线到接地的导线，，，，，，以是电流不会流过用户。。。。隔离变压器甚至可以使用 1:1 的匝比，，，，，，让其输入和输出有相同的电压。。。。别的，，，，，，尚有一些装置可以将二次侧电压降压，，，，，，这通�？？？梢约蚧缏返缭垂斓淖弧⒄骱偷骼�。。。。
电流才会杀人
人们通�；；；；峤サ缥：τ虢细叩牡缪沽灯鹄�。。。。这是一种有用的关联，，，，，，但只是间接的。。。。无论是抵达致死级别照旧低于致死级别，，，，，，引起触电的缘故原由都是由于电流流过身体。。。。而电流又是由于电压推动（迫使）才进入并通过人体的。。。。这个关系可以通过“电势”(EMF) 一词来明确，，，，，，早年电压非经常用（有些情形下仍然云云）。。。。
切记两个电路基来源理很主要：
电压不是在单个点上界说的，，，，，，而是在两个详细点之间界说和丈量的。。。。比电压更贴切的名字是“电势差”。。。。
电势差导致电流的流动。。。。电流的巨细取决于两点之间的电阻，，，，，，可用欧姆定律来确定。。。。电势差越大，，，，，，电流就越大，，，，，，带来的危害就越大。。。。
那么没有交流线路毗连的电池供电型装备的危害怎样呢？？？纵然是高电压电池，，，，，，也不会造成电击危险（除非用户用一只手捉住一个电池一端，，，，，，另一只手捉住另一端）。。。。若是外壳毗连到其中一个电池端子，，，，，，从而毗连到用户，，，，，，那么仍然没有从用户回到另一个电池端子的电流路径。。。。
尚有一些线路供电的电动工具没有清静接地，，，，，，却不没有使用隔离变压器：这怎么可能呢？？？直到几十年前，，，，，，钻头等修建工具都用金属外壳。。。。若是有内部故障，，，，，，就会让外壳“带电”，，，，，，那么电流路径就可能流过用户。。。。为了避免这种情形的爆发，，，，，，人们会将金属外壳与装备的交流电线的接地端子相连。。。。然而，，，，，，这始终是一个危险的解决计划，，，，，，由于在许多现真相形下，，，，，，由于电线、插座有问题，，，，，，或者在不接地的插座上使用了“假的”三线转两线适配器，，，，，，电线的接地线就不会真正毗连到地面接地。。。。
现在普遍接纳的解决计划是“双绝缘”设计。。。。工具的内部电路照旧绝缘，，，，，，外壳也不导电，，，，，，没有裸露的导电部分。。。。这样一来，，，，，，纵然泛起内部故障和外壳短路，，，，，，或者钻头撞到墙上的带电交流线，，，，，，用户也能获得�；；；；�，，，，，，不受电流影响。。。。双绝缘工具切合美国国家电气规范 (NEC) 的标准，，，，，，并且由于不依赖三线插头中经常泛起的接地毗连而成为首选。。。。事实上，，，，，，双绝缘工具和仪器只有一个两线插头用于前方和零线毗连。。。。
纵然是小电流也有危害
一个显而易见的问题是：对人体清静造成危险或者致命的最大电流水平是几多？？？这个问题有多个谜底，，，，，，要看电流作用于人体谁人部位和对人体有什么倒运的影响。。。。
标准线路电压（110/230 伏；；；；50 或 60 赫兹 (Hz)）穿过胸部，，，，，，纵然是几分之一秒，，，，，，电流低至 30 毫安 (mA)，，，，，，也可能诱发心室颤抖。。。。请注重，，，，，，在 500 mA 左右时，，，，，，直流电的危险品级要高得多，，，，，，但本文只讨论交流电及其隔离。。。。若是电流路径直接通过心脏，，，，，，如通过心导管或其他类型的电极，，，，，，即即是低得多的小于 1 mA（交流或直流）的电流也会引起心颤。。。。
以下是一些标准阈值，，，，，，在形貌通过皮肤接触而流过身体的电流时经常被引用：
1 mA：险些无法察觉
16 mA：一个通俗体型的人能够举行抓握和“松手”的最大电流
20 mA：呼吸肌麻木
100 mA：心室颤抖阈值
2 安培 (A)：心脏停跳和内脏损伤
电流水平也是电流路径的函数，，，，，，也就是说与身体接触的两个点在那里，，，，，，好比跨越或穿过胸部，，，，，，从手臂向下到脚，，，，，，或者穿过头部。。。。
最高清静限值是严酷的
电流的巨细是皮肤电阻和身体质量的函数。。。。美国国家职业清静与康健研究所 (NIOSH) 提供的指南指出：“在干燥的条件下，，，，，，人体提供的电阻可能高达 10 万欧姆 (Ω)。。。。湿润或破损的皮肤可能会使人体的电阻下降至 1000Ω。。。。同时高压电能迅速破损人体皮肤，，，，，，使人体的电阻下降到 500Ω。。。。”欧姆定律 (I = V/R) 量化了其余的电流情形。。。。
虽然，，，，，，清静边际的审慎性要求最大允许电流远远低于所引用的数字。。。。这是一个重大的问题，，，，，，涉及一系列相互重叠的标准，，，，，，其中许多标准现在已经获得国际“统一”。。。。这些标准涵盖了允许的泄泄电流、介电强度、爬电和间隙尺寸等因素。。。。
医疗装备额定隔离变压器与标准交流电源变压器有什么区别？？？事实它们都是使用磁芯上的初级绕组和次级绕组来实现 1:1 或其它转换比的。。。。差别的是，，，，，，古板变压器不必、也不需要知足所有上述羁系要求，，，，，，严酷水平要低许多。。。。
没有一个简单的数字可以分派给每个参数，，，，，，由于它们的最大值是许多因素的函数。。。。它们还凭证整体设计是使用单重照旧双重�；；；；な侄� (MOP)，，，，，，以及该 MOP 是患者�；；；；な侄� (MOPP) 照旧操作者�；；；；な侄� (MOOP) 来界定。。。。
在众多相关标准中，，，，，，包括：
IEC 60950-1:2001，，，，，，“信息技术装备 — 清静 - 第 1 部分：一样平常要求”
IEC 60601-1-11:2015，，，，，，“医疗电气装备 — 第 1-11 部分：基本清静和基天性能的一样平常要求 — 隶属标准：家庭保健情形中使用的医疗电气装备和医疗电气系统的要求”
ISO 14971:2019，，，，，，“医疗装备 — 危害管理在医疗装备中的应用”
对这些标准及其许多条款和测试条件的形貌，，，，，，远非本文讨论之列。。。。然而，，，，，，有两个项目开发策略将有助于加速设计者开发出切合医疗隔离规则要求的系统。。。。
与元器件厂家相助时，，，，，，厂家应可靠地证实其具有专业技术和能力，，，，，，能够明确、实验并知足这些要求以及界说这些要求的许多标准。。。。设计职员不应该试图自己去弄清晰这一切，，，，，，由于这会很是泯灭时间。。。。
作为构件策略的一部分，，，，，，应尽可能使用切合相关标准的单个组件（如变压器）。。。。不太吸引人的选择是，，，，，，使用不切合标准的组件举行设计，，，，，，然后在它们周围添加任何需要的工具以切合标准，，，，，，这种方法通常重大而腾贵。。。。
这些标准对隔离变压器的性能提出了多方面的要求，，，，，，最终会影响到整个产品，，，，，，好比：
绝缘品级和高电位（耐压）测试，，，，，，用于表征绕组内和绕组间的绝缘完整性和击穿电压；；；；通常在几千伏的规模内。。。。
可阻止高压飞弧的爬电距离（两个导电部分之间最短的外貌距离）和间隙（两个导电部分之间通过空气的最短距离）；；；；这些距离被指定为变压器额定电压的函数。。。。
泄电电流，，，，，，是指当电压施加到变压器上时，，，，，，从绕组到铁芯以及从绕组到绕组的泄电电流；；；；一样平常必需在 30 微安 (?A) 以下。。。。
由级内和级间电容引起的泄泄电流，，，，，，这是变压器设计、铁芯和绕组的函数，，，，，，也必需在 30μA 或更小的规模内（图 2）。。。。
可燃性品级，，，，，，需切合如（但不限于）UL 94V-0，，，，，，要在笔直燃烧试验中评价燃烧试样重复施纵火焰和滴水后的燃烧和余火时间。。。。
切合标准的测试是凭证标准划定的详细条件举行的，，，，，，通常是在变压器在高电压和高温度下划分遭受电压力和热压力的同时或之后举行，，，，，，以评估最坏情形下和最坏情形泛起后的性能。。。。
现有的隔离变压器功效各异
要想更好地相识隔离变压器是怎样解决系统设计职员种种需求的，，，，，，一个很好的要领就是详细审查一些实例型号。。。。这里我们将重点介绍了 Bel Signal Transformer 的四种具有代表性的单位，，，，，，它们具有差别的特征和功效，，，，，，都是为了提供隔离，，，，，，知足规则要求，，，，，，以及利便与装配和生产需求相整合。。。。
1：M4L-1-3 是 Signal Transformer More-4-Less 系列中的一款 300 伏安 (VA)、机箱装置单位，，，，，，额定介电强度为 4 千伏 (kV)（图 3）。。。。
M4L-1-3 的多抽头初级侧能够处置惩罚 105、115 和 125 VAC (50/60 Hz) 输入电压，，，，，，同时在次级侧提供 115VAC 输出电压（图 4）。。。。其设计在输入和输出绕组之间具有 12 mm 的爬电距离，，，，，，泄电电流低于 30 ?A。。。。物理毗连思量因素包括 IP20 型“防触摸”端子（手指和大于 12mm 的物体接触不到），，，，，，带有用于硬接线的螺丝 / 捆绑夹，，，，，，以及 3/16" 和 1/4" 快速毗连。。。。
2：One-4-All 系列中的 14A-30-512 是 30 VA、通孔装置单位，，，，，，额定电介质耐压 4 kV（图 5）。。。。
14A-30-512 接纳 115/230 伏输入，，，，，，并提供与 +5 伏直流或 ±12 伏直流 /±15 伏直流输出相匹配的交流输出，，，，，，详细取决于其接线方法（图 6）。。。。
3：A41-25-512 是 All-4-One 系列中的一款 25 VA、机箱装置式装置，，，，，，具有 5VDC 和 ±12VDC/±15VDC 稳压电源的双互补输出（图 7）。。。。它切合所有相关的国际清静认证，，，，，，由于接纳双初级侧绕组，，，，，，因此初级侧事情电压可为 115/230 伏交流电压。。。。它接纳焊片 / 快速毗连型端子，，，，，，其泄泄电流切合 UL 60601-1、IEC/EN 60601-1 要求。。。。
4：HPI 系列中的 HPI-35 是一个 3500 VA 单位，，，，，，额定介电强度 4 kV，，，，，，泄电电流在 50 微安以下；；；；配有 IP20 型端子（图 8）。。。。
HPI-35 的多抽头、分体式初级和次级绕组能够遭受 100 伏、115 伏、215 伏和 230 伏 (50/60 Hz) 的输入电压，，，，，，并提供 115 或 230 伏的输出电压（图 9）。。。。
结语
在使用医疗装备时，，，，，，�；；；；げ僮髡吆突颊呙馐苡捎谖抟獾南低呈Ш凸收弦约跋喙氐牡缁鳎ㄍǔＪ侵旅模┒斐晌Ｏ帐侵凉刂饕�。。。。如本文所述，，，，，，隔离变压器提供了这种�；；；；�。。。。它们适用于交流线路输入电压，，，，，，可用 1:1 匝比实现相同的输出电压，，，，，，也可通过二次降压绕组实现两位数和一位数的输出电压。。。。其奇异的设计和制造工艺使之能够知足许多严酷的清静羁系要求，，，，，，如额定介电电压、泄电电流、间隙和爬电以及可燃性等。。。。使用这些隔离变压器，，，，，，设计职员可以快速让其最终产品获得羁系认可并推向市场。。。。
