（检测技术与自动化装置专业论文）适合多标准的电气安全测试技术的研究.pdf

摘要 摘要 本文介绍了安规测试技术的国内外发展现状和趋势，分析了交流耐压、接 地电阻、绝缘电阻、泄漏电流等电气安全测试的原理，研究了适用于仪器仪表 电气安全性能测试的测试技术，设计制作了符合多标准的电气安全性能综合测 试系统，本文重点是测试理论的分析和测试系统的设计。 本课题首先研究和分析各种标准，重点是i e c 和u l 两项标准，为后面的电 路设计提供理论依据；结合上一届研究生仪器仪表电气安全综合测试技术研究 的成果，在现有的实验装置的基础上增加设计符合多标准多系统泄漏电流的测 试系统：重点是从软件和硬件两方面进行泄漏电流测试系统设计，软件主要是 测试时间和泄漏电流的阈值设置，硬件方面主要是符合多标准的模拟人体阻抗 网络和测试方法的设计；而适合多标准的绝缘电阻、接地电阻和耐压测试系统 的设计硬件原理相同，主要是从软件方面设定测试电压或电流和测试时间。完 善温度测试系统和功率测试系统的设计。 该电气安全综合测试系统具有以下特点：符合多种最新国际标准要求，实 现了主要电气安全测试指标的自动综合测试，测量范围较宽、测试精度高。采 用内部集成高性能a d 转换器的单片机进行采样和控制，p c 机进行测试操作显 示，提供了方便的人机交互界面；c p l d 的引入实现了复杂的数字逻辑控制，降 低了成本，提高了系统的可靠性、灵活性与可扩展性；增加了功率和温度两项 辅助测试指标，完善了测试功能。 本课题所研制的综合测试系统为促进新国标的实施提供了有力的实物模 型，同时该综合测试系统在促进国内电气安全测试技术的发展，提高相应测试 技术水平，推动国内仪器走向国际市场等方向有着重要意义 关键词：标准，测试，电气安全，泄漏电流 a b s t r a c t a b s t r a c t t h ed e v e l o p m e n ta n dt h es i g n i f i c a n c eo ft h es a f e t yr e q u i r e m e n ti ni n s t r u m e n t t e s ta r ei n t r o d u c e db o ma th o m ea n da b r o a di nt h i sp a p e r t l l ep r i n c i p l eo fa c w i t h s t a n d i n gv o l t a g et e s t ，g r o u n d i n gr e s i s t o rt e s t ，l e a k a g ec u r r e n ta n di n s u l a t i o n r e s i s t a n c et e s ti sa n a l y z e d t h et e s tt e c h n i q u eo ft h e s ef o u rs u i t a b l et oi n s t r u m e n t s a f e t yt e s ti sr e s e a r c h e d ，a n dan e wm e a s u r i n ga n dc o n t r o l l i n gs y s t e mf o ri n s t r u m e n t s a f e t yt e s ti ne l e c t r i cc o r r e s p o n d i n gt om u l t i - s t a n d a r d sd e s i g n e d t h ee m p h a s i si st h e a n a l y s i sa n dd e s i g no fm e a s u r i n gs y s t e m t h et w os a f e t ys t a n d a r ds y s t e m ss u c ha st h es t a n d a r do fi e c ( i n t e r n a t i o n a l e l e c t r o - t e c h n i c a lc o m m i s s i o n ) a n dt h es t a n d a r do fu l ( u n d e r w r i t e r sl a b o r a t o r i e s i n c ) h a v eb e e nr e s e a r c h e dd e t a i l e d l yi nt h i sp a p e r b a s e do nt h ed e s i g nb e f o r e ，t h e s y s t e mh a sb e e ni m p r o v e d f i v es i m u l a t i o nb o d yr e s i s t a n c en e t w o r k sd e v e l o p e di n t h es t a n d a r d so fi e ca n du lh a v eb e e na n a l y z e da n das y s t e mc o r r e s p o n d i n gt o m u l t i - s t a n d a r di sd e s i g n e di nt h es y s t e mo fl e a k a g ec u r r e n t ，t h ed e s i g no fh a r d w a r e i ss i m i l a ri no t h e rs y s t e m s ，o n l yi m p r o v et h ed e s i g no fs o f t w a r et oc o r r e s p o n d i n gt o m u l t i s t a n d a r d t h ed e s i g nh a si n c r e a s et w oa u x i l i a r yt e s ti n d e x e so fp o w e ra n d t e m p e r a t u r e ，i m p r o v i n gt h ef u n c t i o no ft e s t i n g t h ek e yp o i n to ft h et e c h n i q u er e s e a r c h e di nt h i sa r t i c l ei st h a ti t sm e a s u r i n g s y s t e mc o n f o r m st om u l t i - s t a n d a r d s t h i st o p i ce n h a n c e st ot h ei n s t r u m e n tm e a s u r i n g a p p l i a n c ee l e c t r i c i t ys e c u r i t yt e s t i n gt e c h n i c a ll e v e l ，r e d u c e s t h ed o m e s t i ct e s t i n s t r u m e n t 、j v i t ho nt h e i n t e r n a t i o n a ls i m i l a ri n s t r u m e n tt e c h n i c a ld i s p a r i t yh a s i m p o r t a n tm e a n i n g t h ei n t e g r a t e dt e s t i n g i n s t r u m e n t c o r r e s p o n d s w i t ht h e m u l t i s t a n d a r d sa n da c h i e v e si n t e g r a t e da u t o m a t i ct e s t i n g ，w h i c hc a na l s ot e s tp o w e r a n dt e m p e r a t u r ea n dh a st h ec h a r a c t e r i s t i c so fw i d et e s t i n gs c o p ea n dh i 曲一p r e c i s i o n t h eh i 曲r e l i a b i l i t ya n ds t a b i l i t yc a nb eo b t a i n e db yu s i n gan e wm c u t h e p r o c e d u r ei n t e r f a c ei sc o n c i s ea n df r i e n d l y ；w h a t sm o r e ，t h ei n t e r f a c eo fo p e r a t i o n c o i n c i d e sw i t ht h ed e v e l o p m e n to fv i r t u a li n s t r u m e n t t h ec p l di su s e di n i n s t r u m e n tt oi m p r o v et h ef l e x i b i l i t ya n de x p a n s i b i l i t y , w h i c hi su s e f u lt om a i n t e n a n c e u a b s t r a c t a n du p g r a d i n g t h e r e f o r e ，t h ei n t e g r a t e di n s t r u m e n tw i l lb et h ep r a c t i c a lm o d e lt oe x e c u t et h e s t a n d a r d ，w h i c hw i l la c c e l e r a t et h ed e v e l o p m e n to fn a t i o n a le l e c t r i cs a f e t yt e s t i n g t e c h n o l o g y , i m p r o v et h ec o r r e s p o n d i n gt e s t i n gl e v e la n dp r o m o t en a t i o n a li n s t r u m e n t t oi n t e r n a t i o n a l i z a t i o n k e yw o r d s ：s t a n d a r d ，t e s t ，e l e c t r i c a ls a f e t y , l e a k a g ec u r r e n t i i i 学位论文版权使用授权书 本人完全了解北京机械工业学院关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有 权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它 手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅 览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电 子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容 用于学术活动。 学位论文作者签名：蠡海涛 d 0 7 年多月0 日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。 指导教师签名：三冬乙 学位论文作者签名： 当海涛 一7 年7 月i 。日 2 p 。7 年岁月，。日 硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作 所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含 任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉 及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学 位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 签名：溜堵蔚 钞0 7 年多月1 口日 第1 章引言 第1 章引言 1 1 安规测试技术的发展现状和趋势 安规就是安全规范，本文是指电工电子产品在设计中必须保持和遵守的电 气规范。安规强调对使用和维护人员的保护，是用户使用电子产品方便同时， 不让电子产品给使用人员带来危险，同时允许设备部分或全部功能丧失。设备 部分或全部功能丧失，但是不会对使用人员带来危险，那么安全设计则是合格 的。与电子产品功能设计考虑是不同的，常规电子产品设计主要考虑怎样实现 功能和保持功能的完好，以及产品对环境的适应。安规是使用安全规范来考虑 电子产品，使产品更加安全。一般的安全标准中规定，电气安全性能检验项目 包括：泄漏电流、耐电压、绝缘电阻和接地电阻试验四大项。 随着科学技术的发展，各种电器设备全面进入社会生活各个领域，为确保 电器设备的使用安全和人身安全，该类产品的安全性能参数显得尤为重要，为 此，我国和许多国家均强制规定了电器安全性能的标准和测量条件。i e c ( 国际 电工委员会) 是世界上成立最早的一个国际标准化机构，是制定和发布国际电 工电子标准的非政府性国际组织，距今已有9 0 多年的历史，目前有6 3 个成员 国，中国是成员国之一。i e c 通过出版包括国际标准在内的出版物，促进在电 学和电子学领域中的标准化及有关事务方面的国际合作，增进国际间的相互了 解。目前i e c 的工作领域已由单纯研究电气设备、电机的名词术语和功率等问 题扩展到电子、电力、微电子及其应用、通讯、视听、机器人、信息技术、新 型医疗器械和核仪表等电工技术的各个方面。u l 是美国保险商实验室公司的简 称，1 9 9 8 年以火灾保险协会形式成立的一家非盈利检测组织。它是目前最著名 的国家公认测试实验室，对多种电气和电子设备进行认证实验。上述i e c 和u l 是国际上最主要的两种电工电子方面的安全标准，其他一些标准在第2 章详细 介绍。我国自上个世纪7 0 年代末开始根据i e c 制定各类电气安全标准，到本世 纪初已基本形成了采用i e c 安全标准的国家标准体系。不同行业、不同种类的 电工电子产品均有相应的安全标准，不同的标准对测试的要求和方法也不尽相 同，例如，不同标准在泄漏电流限值的选取方面，i e c 6 0 3 3 5 ( 等同g b 4 7 0 6 ) 家用和类似用途电器安全标准中规定，对于i 类器具泄漏电流限值为l o m a ， 第1 章引言 对于i i 类器具泄漏电流限值为5 m h 。而g b 7 0 0 0 灯具安全要求与试验标准中 对于i 类灯具泄漏电流限值则为5 m a 。即使限值相同，由于测试方法的不同， 其测试结果也不一样，例如g b 9 7 0 6 医疗电器设备的安全中对于i i 类器具的 限值与g b 4 7 0 6 相同，都是采用0 2 5 m a 泄漏电流限值，但由于二者中选用的测 试阻抗网络不同，前者测出的值偏大。因此在判定产品是否合格时，g b 9 7 0 6 的 对医疗设备的安全要求比一般电器产品要求更为严格。 目前，发达国家和地区在仪器仪表电气安全检测方面的技术手段和测试设 备较完善、成熟，其特点是符合各类国际标准要求、测试过程自动化、测试指 标综合化、测试范围宽、测试精度高等。如美国l a b s m a t e 公司的9 9 0 系列泄漏 电流测试仪符合i e c 6 0 9 9 0 引、i e c 6 0 0 6 5 3 1 、i e c 6 0 9 5 0 引、i e c 6 0 3 3 5 、i e c 6 6 0 0 1 引、 i e c 6 0 7 4 5 、i e c 6 0 5 9 8 、u l 6 0 4 8 4 等多种测试标准要求。中国台湾华仪公司的7 7 4 2 产品采用g p i b 总线的虚拟安规测试仪，同样符合多种测试标准，指标如下：交 流耐压测试电压0 - - - 1 5 k v ( 电压测试精度5 ) ，漏电流0 5 - - 一6 m a ( 漏电流测 试精度5 ) ；接地电阻测试电流1 0 a 2 5 a ( a c ) 、测试电压不超过l o v ，接地电 阻测试范围最大6 0 0 m q ( 测试精度5 ) 等。其中符合多种国际测试标准是最 显著的特点。 国内的安全性能测试仪器，多数为单项指标测试仪。近来也有个别综合测 试仪投入市场，例如南京长盛仪器公司和山东艾诺仪器公司的相关产品，他们 几乎都采用的是单片机控制技术，且一般满足单一标准。随着经济全球化的发 展，我国电工电子产品正逐步走向世界，而只有那些能符合国际标准或世界性 标准( 如i e c 、u l 、c s a 、b s 、j s 、v d e ) 的产品才能在国际竞争中生存下去。 而研制开发符合多种标准要求的安全性能综合参数测试系统，以满足i t 、家用 电器、医疗器械、仪器仪表等不同行业的急需，则具有重要的意义。 目前电器的发展速度较快，在医药、电子、电力、能源等各个行业应用很 广泛，单一的标准的测试不能完全满足全部电器的安全性能测试需要，而国内 在电气安全性能检测技术方面以及测试设备的主要性能指标方面还落后于发达 国家，现有的电气安全综合测试系统大多采用单一测试标准。因此，符合多标 准测试网络的用于电器仪表的电气安全性测试仪是现有电气安全测试设备的一 个发展方向。本项目的研究和测试系统的开发与应用在推动我国电工电子产品 质量和安全性提高，打破国外安全测试高端产品的垄断地位，减少进口，迫使 进口仪器降低价格，以及进一步巩固和开拓围内外两个市场等方面有着重要的 2 第1 章引言 作用。 我们实验室从2 0 0 3 年开始进行电气安全性综合测试技术的研究，经过上两 届研究生的努力完成了仪器仪表安全综合测试系统的实验装置，该实验装置综 合了交流耐压、绝缘电阻、接地电阻、泄漏电流四项参数测试的功能，但是该 实验装置只适合i e c 6 1 0 1 0 标准，测试系统自身的安全性和稳定度有待进一步提 高和完善。 1 2 课题的任务和意义 本课题首先研究和分析各种标准，重点是i e c 和u l 两项标准，为后面的电 路设计提供理论依据：结合上一届研究生仪器仪表电气安全综合测试技术研究 的成果，在现有的实验装置的基础上增加设计符合多标准多系统泄漏电流的测 试系统：重点是从软件和硬件两方面进行泄漏电流测试系统设计，软件主要是 测试时间和泄漏电流的阈值设置，硬件方面主要是符合多标准的模拟人体阻抗 网络和测试方法的设计；而适合多标准的绝缘电阻、接地电阻和耐压测试系统 的设计硬件原理相同，主要是从软件方面设定测试电压或电流和测试时间。完 善温度测试系统和功率测试系统的设计。 本课题来源于科技部科研院所专项，北京市教委科技发展计划项目上，并得 到了北京市重点实验室( 机电系统测控) 资助。本课题设计的电气安全性综合测 试系统要求符合i e c 和u l 标准，尽量满足c s a 、b s 、j s 、v d e 等多种标准的要 求和规定，要求达到绝缘电阻测试电压直流2 5 0 v 、5 0 0 v 、1 0 0 0 v 可自由设定， 电阻测试范围o 1 mq - 2 0 0 0mq ，精度1 ；交流耐压测试的电压范围为5 0 0 v a - - , 5 0 0 0 v 连续可调，漏电流测试范围为0 1 m a 2 0 m a ，漏电流测试误差是3 ：接 地电阻测试电流范围为1 0 a 2 5 a 时，测试精度为2 ；测试指标中交流泄漏 电流测试范围为o - - - 2 0 m a ，测试精度为3 ，温度测试范围o 1 0 0 。c ，测试精度 为l ：功率测试范围l o o w 2 0 0 0 w ，测试精度为5 。 随着我国加入世贸组织及新时期科学技术全球化发展，技术交流与竞争在 各国间日夜加强，我国所研制的仪器仪表不仅仅在于适应国内市场的需求，还需 要走向国际市场，这就要求设计出满足国际通用多种标准的产品，而其检定就是 一项重要的环节，因此，设计出能够满足多标准的电气安全性综合测试系统，是 目前国内仪器行业亟待解决的问题，而本课题所研制的适合多标准多系统的电 第1 章引言 气安全综合测试系统在性能上为达到上述要求提供坚实的技术平台。同时，本系 统的研制，对于国内仪器仪表行业提供可强有力的实物例证，对于促进国内仪器 仪表标准与技术的更新具有重要的现实意义。 4 第2 章电气安全性能测试标准j j 测试方法的研究 第2 章电气安全性能测试标准与测试方法的研究 2 1 电气安全性能测试标准的概述 2 1 1ie c 标准 i e c 是国际电工委员会( i n t e r n a t i o n a le l e c t r ot e c h n i c a lc o m m i s s i o n ) 的缩写。她 也是非政府性国际组织，是联合国社会经济理事会的甲级咨询机构，正式成立于 1 9 0 6 年成月，是世界上成立最早的专门国际标准化机构。 i e c 现有成员团体，包括了世界上绝大多数工业发达国家及一部分发展中国 家。这些国家拥有世界人口的8 0 ，生产和消费全世界电能的9 5 ，制造和使用 的电气、电子产品占全世界产量的9 0 。凡要求参加i e c 的国家，应先在其国内 成立国家电工委员会，并承认其章程和议事规则。被接纳为i e c 成员后，该电工 委员会就成为这个国家委员会，代表本国参加i e c 的各项活动。每一个国家只能 有一个组织作为该国i e c 国家安全部委员会，参加i e c 的各项活动。我国己于 1 9 5 7 年1 月以中华人民共和国动力会议国家委员会的名义向i e c 提出入会申请， 同年8 月被接纳为会员。1 9 6 0 年9 月我国确定以中国电机工程学会代替动力会 议国家委员会作为我国的i e c 国家委员会。1 9 8 2 年1 月又以中国标准化协会代 替中国电机工程学会作为我国国家委员会，参加i e c 的各项活动，后又改用国家 标准局、国家技术监督局的名义参与i e c 的活动。i e c 的宗旨是促进电气、电子 工程领域中标准化及有关问题的国际合作，增进国际间的相互了解。为此，i e c 出版包括国际标准在内的各种出版物，并希望各成员国在本国条件允许的情况 下，在本国的标准化工作中使用这些标准n 引。因此，要满足多种标准，应该以 i e c 标准为主，参考u l 、c s a 、b s 、j s 、v d e 等标准。本文主要研究如下标准： 测量、控制、实验室用电气设备( i e c6 1 0 1 0 1 ) 、家用电器( i e c6 0 3 3 5 ) 、医 用电气设备( i e c6 0 6 0 1 一1 ) 、通信技术设备( i e c6 0 9 5 0 ) 等。 2 1 2u l 标准 u l ( 保险商实验室公司) 是1 9 8 4 年美国火险工业联合会建立的一个非赢利 性组织。保险商实验室公司( u n d e r w r i t e r sl a b o r a t o r i e s ) 出版了每种领域中的生产 安全标准和规范，包括在预防犯罪、预防爆炸、自动控制、化学品安全、用电安 全、防火以及丌，燃气体和石油领域。还应制造者的要求进行检验。u l 的另一部 分工作是发布已通过检验的产品目录清单，以便为用户提供方便。u l 制定的安 第2 章电气安全性能测试标准j 测试方法的研究 全标准假设了几乎可能出现的任一种情况，而当一种产品正在得到使用，并且在 非常大的范围中得到严格的证实。u l 标记所反映的权威性和可靠性是极其高的， 在美国绝大多数的州和城市中，没有u l 标汜的产品销售是受到法律控制的；即 使在州里还没有规定，这些产品似乎只能作为二等货物处理。 u l 安全试验所采用科学的测试方法来研究确定各种材料、装置、产品、设 备、建筑等对生命、财产有无危害和危害的程度；确定、编写、发行相应的标准 和有助于减少及防止造成生命财产受到损失的资料，同时开展实情调研业务。总 之，它主要从事产品的安全认证和经营安全证明业务，其最终目的是为市场得到 具有相当安全水准的商品，为人身健康和财产安全得到保证作出贡献。就产品安 全认证作为消除国际贸易技术壁垒的有效手段而言，u l 为促进国际贸易的发展 也发挥着积极的作用。 本文主要研究如下标准：测量、控制、实验室用电气设备( u l6 1 0 1 0 一1 ) 、 家用电器( u l6 0 3 3 5 ) 、医用电气设备( u l6 0 6 0 1 - 1 ) 、通信技术设备( u l6 0 9 5 0 ) 等。 2 1 3 国标( g b ) 国家标准是在全国范围内统一的技术要求。国家标准的年限一般为五年，过 了年限后，国家标准就要被修订或重新制定。此外，随着社会的发展，国家需要 制定新的标准来满足人们生产、生活的需要。因此，标准是种动态信息。国家 标准分为强制性国标和推荐性国标。强制性国标是保障人体健康、人身、财产安 全的标准和法律及行政法规规定强制执行的国家标准；推荐性国标是指生产、交 换、使用等方面，通过经济手段或市场调节而自愿采用的国家标准。但推荐性国 标一经接受并采用，或各方商定同意纳入经济合同中，就成为各方必须共同遵守 的技术依据，具有法律上的约束性。自国际电工委员会1 9 5 2 年首次颁布i e c 安 全标准和u l ( 美国安全检测实验室公司) 安全标准两大体系。我国自上个世纪 7 0 年代术开始制定各类电器安全标准，8 0 年代形成了采用i e c 安全标准的国家 标准体系。随着标准的贯彻和国家推行的强制认证制度的实施，各种用于电子电 工产品安全性能测试仪器得到迅速发展。近年来，消费者对家用电器安全问题呼 声日益高涨，国家标准局对这个问题十分重视，对电冰箱、电动洗衣机等1 6 种 家用电器采用i e c 标准制订了安全特殊要求标准、漏电电流动作保护器国家标 准。如i e c 6 0 6 0 1 相对应的国标为g b 9 7 0 6 ，i e c 6 0 3 3 5 相对应的国标为g b 4 7 0 6 ， i e c 6 1 0 1 0 相对应的国标为g b 4 7 9 3 ，i e c 6 0 9 5 0 相对应的图标为g b 4 9 4 3 等等n 3 | 。 6 第2 章电气安全性能测试标准与测试方法的研究 2 1 4 其它标准 ( 1 ) c s a 标准 c s a 是加拿大标准协会( c a n a d i a ns t a n d a r d sa s s o c i a t i o n ) 的缩写，它建立了在 加拿大可买到的工业产品标准，除了这种功能之外，在电子产品方面，c s a 是一 个掌握权力的机构，以辨别这些产品是否与标准一致。c s a 保持着政府和人民最 大的信任和权力，几乎所有的加拿大各省都设立该机构，实施制定的法规生效。 为了在省罩销售电气产品，必须接受c s a 认可。因此可以说，从日本出口到加拿 大的电气产品必须接受c s a 认可，并显示c s a 标记，否则这些产品没有从法律上 得到承认。电气方面主要包括这些标准：c s ae 6 0 3 3 5 - i家庭和类似用途电器 的安全，c s ac 2 2 。2 # 6 1 0 1 0 。1对用于测量控制及实验室使用的电气的 设备的安全要求，c s ac 2 2 。2 # 6 0 9 5 0 信息技术设备安全性，c s ae 6 0 5 9 8 - 1 全套照明装置，c s ac 2 2 。2 # 1 音频视频和类似的电子装置安全要求， c s ac 2 2 。2 # 6 0 1 。1 医疗的电气设备安全的一般要求等。 ( 2 ) v d e 标准 由德国电气技术协会( v e r b a n dd e u t s c h e re l e k t r o t e c h n i k e r ) 建立的电气试验中 心称之为v d e p r u f - s t e l l e 。v d e 被用来作为该电气试验中心的缩写。v d e 自1 8 9 3 年建立以来已有1 0 0 多年历史。万一电气设备没有通过v d e ，这样的设备在德国 可以自由销售，但是当某种电子设备引起致命的电冲击或火灾的时候，德国法律 就起作用了。如果该产品已通过v d e 认可，当事人就会免除对该事故承担犯罪责 任。如果情况不是这样，当事人对该事故，将承担刑事责任，因此v d e 是一种绝 对的标准，并且与u l 、c s a 和其他标准一起作为世界范围的安全标准被列入很高 的等级。 ( 3 ) t u v 标准 德国锅炉制造者同盟于1 8 7 5 年创立了一个独立的非赢利性组织。当时在西 德1 1 个州都普遍运用独立的试验设备。t u v ( t e c h n i s c h e ru b e r w s c h u n g s v e r e i n ) 对 工业装置和设备进行了广泛测试，通常情况下，根据政府的要求。还根据v d e 标准，要求试验并审定电气产品。t u v 认可在全国范围中有效，与其在哪个州所 获得无关，并且具有与v d e 认可同样的权威性。欧姆龙产品都由t u v r h i n e l a n d 认 可。使用了t u v 认可标记的两种型式：上面所示的第一种标记是设备用的；另一 种标记是设备的零件用的。1 9 9 0 年1 月1 日起还采用了新标记。显示的t u v 认 可标记是自由选定的。 7 第2 章电气安全性能测试标准与测试方法的研究 ( 4 ) l r 标准 l r 标准是由伦敦的劳氏船级社发布的，所有l r 认可的欧姆龙控制设备都为 u m s 船用。( u m s 是劳氏船级社对无人机舱船的分类) 。不同于u l 和其他安全标准， u l 标准是在船上实际工作环境中检验船用设备的。对l r 认可的产品不施加标记。 然而，劳氏船级社出版了认可产品的年度目录表。 ( 5 ) t v 标准( l u c s a ) 由于美国电视机( t v s ) 的火灾事故，作为一种转折点，从1 9 7 0 年起由u l 实施油船采用的相应于开关的新要求。c s a 也从1 9 7 1 年起实施了几乎与u l 的相 同的新要求。电视机上所用的开关要求在其外壳材料中具有自动灭火特性 9 4 v e 一0 ，即采用不可燃材料制造，具有至少1 8 0 秒的防跳火能力。除了这点之外， 要将开孔面积控制到小于固定数，而触点部分必须能耐钨丝灯负载，包括能耐不 稳定的启动电流，通过这种控制的开关，例如标示为t v - 4 ，并且称之为t v - 额定 开关。 对这些t v 一额定开关提出要求的标准包括保险商实验室公司的u l l 2 7 8 0 ( 无 线电接收器、声频系统和附件) 和u l l 4 1 0 ( 电视接收器和视频产品) ，其中在接 收设备内所用的开关将作为电源电路控制开关。同样，在c s a 中，标准是c s ac 2 2 ， z ，n o 1 为电力控制的无线电、电视和电子设备之上。除了无线电和电视接收设 备，这些标准当然也适用于有关的放大、摄影机、无线电收发两用机、电唱机、 磁带录音机和家庭使用的其他类似设备之外。注意，当开关的额定电流取为1 时，设备的起动电流少于2 1 ，不需要采用t v 一额定开关，可采用目前使用的开关。 还要注意，在包括电视机、磁带录像机和声频设备在内的设备中，必须规定，在 电源电路中采用的开关装置要通过t v 标准。在开关试验中采用钨丝灯作为负载， 且钨丝灯的特性要单独确定。 综上所述，i e c 包括了世界上绝大多数工业发达国家及一部分发展中国家。 这些国家拥有世界人口的8 0 ，生产和消费全世界电能的9 5 ，制造和使用的电 气、电子产品占全世界产量的9 0 。研究适合多标准的测试系统应以i e c 标准为 重点，同时兼顾u l 等其他标准。因此我国所研制的仪器仪表不仅仅在于适应国 内市场的需求，还需要走向国际市场，这就要求设计出满足上述国际标准或者该 组织使用标准的产品。 2 2 泄漏电流的测试标准和测试方法 泄漏电流是指在不另行施加电压的情况下，电器中带相互绝缘的金属零件之 间，或带电零件与接地零件之间，通过其周围介质或绝缘表面所形成的电流，也 8 第2 章电气安全性能测试标准与测试方法的研究 包括当人体触及电器设备时，由设备经人体到达大地的电流或由设备经人体又回 到设备的电流，它是反映设备实际工作状态的安全性电参数之一，也是一个对人 体安全有着直接影响的电参数。 2 2 1 泄漏电流的分类 按照泄漏电流对人体产生的作用不同，又分为感知电流、反应电流、摆脱电 流、电灼伤电流及心室纤颤电流。 感知电流：能够使人体感受到的流经人体的电流： 反应电流：能够引起肌肉抽动的流经人体的电流； 摆脱电流：抓住电极的人体能够摆脱掉电极的电流； 电灼伤电流：可以引起人体发生电灼伤的电流； 心室纤颤电流：可以引起人体产生心室纤颤而导致死亡的电流。 当流经人体的电流继续增大时，电流会对人体造成进一步的伤害甚至死亡， 但由于电器产品均把泄漏电流限制在较小的范围内，一般主要对以上反应电流进 行研究并测试。研究泄漏电流的意义在于应将产品的泄露电流控制在该限值范围 内，以保证使用者免遭电击伤害。因此在产品安全测试过程中，泄漏电流作为评 定产品绝缘特性的关键指标，对其测量的准确程度尤为重要。 2 2 2 泄漏电流测试方式 1 保护导体泄漏电流 保护导体电流是指流过保护导体的电流。i e c 标准和u l 标准中使用的测试 泄漏电流的测试方法如图2 1 。该泄漏电流是指由被测设备的保护地经人体流向 电源参考地的电流。 测试保护导体泄漏电流时，设备通常包括下列工作状态： 正常工作状态：s 5 下接、s 1 闭合： 电源反接：s 5 上接、s 1 闭合； 电源单极l 接通( 单故障) ：s 5 下接、s l 断开； 电源单极n 接通( 单故障) ：s 5 上接、s 1 断开。 上述各种工作状态下测试的泄漏电流均不超过规定限值，则设备的该项指标 合格。 9 第2 章电气安全性能测试标准与测试方法的研究 图2 i 保护导体泄漏电流的测试 2 接触泄漏电流 许多电器产品标准中规定测量泄漏电流时应采用通过模拟人体负载到大地 的回路来进行，只有采用这种回路的测量结果才能真正模拟了人体触电的过程， 称之为接触电流。接触泄漏电流是指设备外壳上暴露的未接保护地的金属部件 ( 包括与患者直接接触的金属检测部件) 经人体流向电源参考地的电流。 图2 2 接触泄漏电流的测试 接触泄漏电流的测试如图2 2 所示，测试接触泄漏电流时，需将s i p 和s o p 连接在一起，并通过隔离变压器与电源连接，供电电压可选择s i p s o p 的额定工 作电压或e u t 主回路供电电压的1 0 6 。被测设备e l j t 主回路的供电电源通常选 为设备的最高额定工作电压的1 0 6 及最高额定工作频率。例如设备可工作在 11 5 v a c6 0 h z 及2 3 0 v h c5 0 h z ，则测试接触泄漏电流时其主回路供电电源为 2 3 0 x i 0 6 = 2 4 4 v a c6 0 h z 。 测试接触泄漏电流除考虑设备正常工作状态外，还需考虑单故障条件一电 源两级反接( s 5 上接，如图示位置) ；只接通单极电源( s i 断开) ： 保护地断开( s 7 断开，只针对i 类设备) ，所以组合后的测试状态如下： 正常工作状态：s 5 下接、s 1 闭合、s 7 闭合，s 9 下接： l o 第2 章电气安全性能测试标准与测试方法的研究 电源反接：s 5 上接、s 1 闭合、s 7 闭合，s 9 上接； 电源单极l 接通( 单故障) ：s 5 下接、s 1 断开，s 7 闭合，s 9 下接； 电源单极n 接通( 单故障) ：s 5 上接、s 1 断开，s 7 闭合，s 9 下接； 保护地断开( 单故障，只针对i 类医用电气设备) ：s 5 下接、s 1 闭合、s 7 断开，s 9 下接。 上述各种工作状态下测试的泄漏电流均不超过规定限值，则设备的该项指标 合格。 3 医疗泄漏电流 该泄漏电流是指设备与人体直接接触的部件( 如心电图机的导联等，i e c 称 其为应用部件) 上暴露的金属经人体流向电源参考地的电流。一般只有在医疗仪 器产品中才有对该类泄漏电流的要求，主要是保障使用者在操作或使用产品时的 安全，不致发生电击伤害的后果。如果应用部件为绝缘材料，则需在其表面上放 置一不大于2 0 c m x l o c m 的金属箔，以模拟人体手掌的接触，或将应用部件浸没于 盐溶液中。 s i p s o p 及主回路供电同图2 2 所示。 4 附属医疗泄漏电流 附属医疗泄漏电流是指从一个应用部件流向其余可能连接的全部应用部件 的电流，用于模拟从手到手流过人体的泄漏电流。如图2 3 所示。 匹 萋 热 斫 雌 = 图2 3 附属医疗泄漏电流的测试 2 2 3 人体阻抗网络模型 不同的产品，标准采用了不同的限值要求，其原因主要是在不同条件下泄漏 电流对人体的效应不同。泄漏电流对人体的影响与多种因素有关，包括与人体的 接触面积，人体皮肤的干燥情况，接触时的压力和温度等，另外与个体的物理特 性也有密切关系。泄漏电流允许限值是一个考虑了多方面因素的综合值，不仅考 虑人体对普通5 0 6 0h z 电流的反应，还应考虑对高频泄漏电流的反应以及对不 同电流波形的反应。当人体接触电器产品时，由于不同人体接触点的位置，面积 不同，对于不同产品及部件间产生的电流流向不同，对于这类泄漏电流的测量须 分别依据测试泄漏电流的种类及特点来选取适宜的人体阻抗模拟电路进行。 第2 章电气安全性能测试标准与测试方法的研究 人体阻抗网络是用来模拟常规工作条件下电流流过人体时人体阻抗的电网 络，因此人体阻抗网络模型的设计与选择是测量的关键。在选用模拟网络时，主 要考虑频率因素。随着频率的升高，同样大小的电流对人体的伤害相应的减小， 所以高频时人体效应阈值会增大。人体本身对高频电流的效应可用频率因数k 表示，其意义是指引起同样人体生理效应的频率为f 的电流阈值与5 0 h z 的电流 阈值之比，以下为针对不同网络进行分析。 1 电阻与电容并联网络 电器医疗器械产品使用时与人体接触的更密切，对泄漏电流限值的要求也更 严格。在g b 9 7 0 6 8 8 医疗电气设备第一部分：安全通用要求对于测量泄漏 电流所采取的模拟网络见图2 4 ，主要针对直流和频率达到1 0 0 0 h z 的交流正弦 波。测量网络中，r s = 5 0 0 q ，代表皮肤电阻，c s = 0 2 2 p f ，代表皮肤电容，两 者并联代表人体皮肤的接触阻抗：模拟电阻只有5 0 0q ，测量结果的泄漏电流值 偏大，测量结果相对更严酷，这与医疗设备产品的使用条件和环境相关的，该网 络频率因数恒为 k 1 = l( 1 ) ij 一 2 4 电阻电容并联网络 2 电灼伤电流测量网络 图2 5 所示网络为i e c 6 0 9 9 0 中提供的标准，实际只是考虑人体模拟阻抗( 人 体电阻r b ，接触电阻r s 和接触电容c c ) ，并没有进行高频电流补偿。该模拟网 络主要是用于测量不会产生高频电流的设备泄漏电流或者是用于高频对实际危 害( 比如电灼伤) 无影响的情况下。该电灼伤电流测量网络中，r s = 1 5 0 0 q ，代 表皮肤电阻，c s = o 2 2 d f ，代表皮肤电容，两者并联代表人体皮肤的接触阻抗； r b = 5 0 0 q ，代表人体的内部电阻。该网络为不加权人体阻抗网络模型。 接触电压达到2 2 0 v 时人体皮肤会开裂，人体阻抗急剧下降，当接触电压达 到7 0 0 v 以上时，人体阻抗与人体内部电阻完全相同。i e c 研究表明：在干燥、 接触面积较大情况下，5 人群内部电阻不超过5 7 5 f 2 ，5 0 人群内部电阻不超过 1 2 第2 章电气安全性能测试标准与测试方法的研究 7 7 5 f 2 ，9 5 9 6 人群内部电阻不超过1 0 5 0 t 。为安全起见，测量网络中将人体内部电 阻取为5 0 0 t 2 是合理的。 人体皮肤接触阻抗呈容性，在高频情况下，人体接触电压的瞬间，皮肤电容 c s 尚未充电，电压全部加在人体内部电阻r b 上，所以该阻抗网络常用于测量高 频电灼伤电流h = i j l r b ，该网络频率因数恒为 k 2 = l( 2 ) a b u i 图2 5 电灼伤电流测量网络 3 感觉与反应电流测量网络 图2 6 为i e c 6 0 9 9 0 中提供的标准，同时i e c 6 0 3 3 5 ，u l 6 0 3 3 5 等标准中采用。 该网络在图2 5 基础上引入了r 1 、c 1 低通滤波网络( r 1 = 1 0 k q ，c 1 = o 0 2 2 1 t f ) ， 以补偿频率对人体效应阈值的影响人体效应阈值会随频率的升高而增大。将 测量的电压u 2 除以人体内部电阻r b 即为测量的感觉与反应电流1 2 = u 2 r b ， 将该值与标准规定的限值0 5 m a 进行比较，大于限值被认为泄漏电流超标。 根据该网络，实际流过人体的电流i 口= u l r 占= u 。5 0 0 ，测量的电流 厶= u 2 r 口= u 2 5 0 0 u l = u 2 + 2 n y r l c l u 2 = u 2 ( 1 + 2 n y r l c l )i 、 这种线路除了考虑体电阻外，还考虑了接触电阻和接触电容的影响，加权值 通过电阻电容的分压网络来实现。随着频率的升高，阻抗网络中，流过人体的电 流效应阈值增大。r 1 和c l 组成高频加权补偿网络，频率因数k 3 k 3 = 1 31 1 8 = u 2 u l = ( 1 + 2 n y r l c l ) ， 、j ， ( 1 + 0 0 0 1 3 8 f ) 第2 章电气安全性能测试标准与测试方法的研究 a b u 2 图2 6 感觉与反应电流测量网络 4 摆脱电流测量网络