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漏電流 AN-113

SL Power Application Note
2021-06-18
來源:SL Power

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什么是泄電流?

 

漏電流是流經保護接地導體到大地的電流。 在沒有接地連接的情況下,如果存在導電路徑(例如人體),則電流可以從任何導電部件或非導電部件的表面通過人體流到地面。

 

為什么漏電流很重要:

接地系統(一類設備), 非接地系統(二類設備)


接地系統:電氣設備通常包括接地系統,以便在出現絕緣故障時提供電擊危險保護。接地系統通常由將設備連接到(大地)的接地導體組成。如果危險電壓和可接觸的導電部件之間的絕緣發生失效故障,電壓將通過接地導體分流到地。


非接地系統:非接地設備中提供的雙重絕緣通過使用兩個獨立的絕緣層來提供保護。在這種情況下可以確保保護,因為兩層絕緣被認為不太可能都同時失效。但是,產生漏電流的條件仍然存在,必須加以考慮。


防止觸電危險。顯然,如果接地連接被有意或無意斷開,則人體在接觸設備時可能存在電擊危險。由于泄漏電流的存在,電擊危險可能比預期的要大。即使沒有絕緣故障,在正常的通過接地導體的流入大地的漏電流被中斷時,也會對同時接觸未接地設備和地面(或其他接地設備)的人造成電擊危險。這種可能性在醫療應用中更受關注,其中患者可能是電擊的接受者(因為在治療過程中,醫用設備的應用端也會產生流經人體的電流,盡管及其微弱)。如果患者處于虛弱狀態或失去知覺,較大漏電流通過患者接觸施加到內部器官,則可能導致致命電擊。

 

人體對電流的耐受是有一定限制的,一般來說:

心臟停止跳動的極限值:心臟通過的電流達到1安培

不可逆心臟纖維性顫動極限值:75毫安

呼吸麻痹極限值:30毫安

肌肉收縮:10毫安

0.5毫安一下人體基本無感覺

由此可見,0.5毫安可以認為是一個安全的通過正常人體的電流。


漏電流如果流經人體,不同電流對人體的傷害也不同,尤其傷病患者對流經人體的電流更敏感,所以在醫療設備標準中對經過患者身體的電流有更低的電流幅值限制,一般為0.1毫安,遠遠小于正常人對于電流的耐受值。同時在其他的工業或者民用設備中,也有一些特殊的行業的漏電流要求,如:ATM設備,對于預期的使用者可能包括老人,孩童,或者有一些慢性病患者,所以對漏電流的要求也是0.1毫安,等同與醫用的漏電流要求。

 

什么導致泄露電流的產生


漏電流有兩種:交流漏電流和直流漏電流。 直流泄漏電流通常僅產生于最終產品設備,而不是電源產生的。 交流漏電流是由電壓源(交流線路)和設備接地導電部件之間的電容和直流電阻的并聯組合引起的。 與各種并聯電容的交流阻抗相比,由直流電阻引起的泄漏通常是微不足道的。 電容可能是由真正的電容器(例如在 EMI 濾波電容器中)或其他元器件產生出來的,例如是印刷線路板上的間距、半導體和接地散熱器之間的絕緣以及電源內隔離變壓器的初級到次級耦合電容。

 

怎樣測量


使用專為測量漏電流而設計的設備(MD)。 流經接地導體的電流是通過將設備(MD)與接地點串聯來測量的。 對于輸出漏電流, (MD)連接在設備輸出(應用端)和地之間。 測試條件包括交換或者依次斷開交流線路L,N和零線的連接,以及在監控電流的同時關閉和打開電源開關等。 該測試是在設備升溫至正常工作溫度后進行的,在某些情況下,還會進行某些會導致設備內出現極限情況下的測試。 目的是識別和測量最壞情況下的漏電流。如:在進行測量時,要求測量的輸入電壓在標稱值以上10%的情況下測量。


對于未接地或雙重絕緣的設備的接觸漏電流測量是通過將MD連接在任何可接觸的導電部件和地之間來檢查。 如果設備外殼是由塑料等非導電外殼的組成,則是將特定尺寸的銅箔放在外殼上,并測量從它流到大地的電流。

 

由于漏電流的幅值非常低,測量漏電流設備是由電阻電容組合組成的網絡。 然后使用靈敏的交流電壓表測量網絡上的電壓降。

 

測量漏電流設備(MD),下圖是該設備的內部框圖(僅是醫用標準中使用的,工業類的內部電路有所不同)。在實際使用時常用MD來表示

 

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安全漏電流的等級


對于非醫療設備,安全的漏電流等級已經由國際標準化組織ISO確定并在 IEC 60950 安全標準中體現。 世界上大多數國家的工業或者民用設備上都采用了這一標準。 限制在表 1 中定義。


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醫療設備漏電流限制要低得多。 表 2 總結了部分要求

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由于醫療電源中允許的漏電流值較低,因此在EMI電路中對電容值大小的選擇非常重要。 例如,對地電容是 EMI電路的重要組成部分,為了降低漏電流而采用小電容值電容會嚴重降低EMI的效果。因此,如何平衡漏電流和EMI之間的電容值大小選擇則成業界的需要克服的難題。

 

通過上述表述,可以看出,漏電流是設備安全使用中的一個非常重要指標,因為它關系到生命安全。而設備中對于漏電流大小起決定作用的部件是電源。一個電源的設計基本左右了整體設備的漏電流的大小,或者說電源的漏電流大小也決定了整體設備是否要用額外的復雜電路來降低漏電流的幅值。SL公司AC/DC電源的行業領導者,有著60年的電源生產歷史,尤其在醫用電源有40年的設計生產經驗,對醫用漏電流設計理解深刻,能夠滿足最嚴格CF型漏電流要求。所有設計生產的產品都是符合相應的應用領域的法律法規。

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