第八章 电气安全(修改版)

1、杨荣骞 华南理工大学生物医学工程系B6-134 第八章 医用电子仪器的电气安全 8.1 医用电子仪器电气安全概述 8.2 电击 8.3 医用电子仪器的接地 8.4 医用电子仪器的安全指标及其测试 8.5 医用电子仪器的安全标准 目录 电气安全标准：美国的UL544、法国的VDE0750、 日本的医用电气设备暂定安全标准以国际电气标准委员 会IEC的“IEC医用电气设备安全通则”为标准。 我国采用IEC的标准作为我国的医用电气设备安全 标准颁布并执行（称为GB9706.1-1995医用电气设备 第一部分：安全通用要求）。 规范我国医用电气设备 的安全。 电流的生理效应 引起生理效应和人体损伤的直

2、接因素是电流 而不是电压 热效应 热效应又称为组织的电阻性发热，当电流通过人 体组织时会产生热量，使组织温度升高，严重时就 会烧伤组织，低频电与直流电的热效应主要是电阻 损耗，高频电除了电阻损耗外，还有介质损耗。 刺激效应 人体通入电流时，在细胞膜的两端会产生电 势差，当电势差达到一定值后，会使细胞膜 发生兴奋。 如肌肉细胞，则发生与意志无关的力与运动， 或使肌肉处于极度紧张状态，产生过度疲劳； 如神经细胞则产生电刺激的痛觉。 化学效应 人体通电后，人体组织液中的离子将分别向 异性电极移动，在电极处形成新的物质。这 些新形成的物质有好多是酸、碱之类的腐蚀 性物质，对皮肤有刺激和损伤作用。 直流

3、电的化学效应除了电解作用外还有电泳 和电渗现象，这些现象可能改变局部代谢过 程，也可能引起渗透压的变化。 一、 电击的种类 宏电击 当电流加在体表上的两个点时，总电流中只有很小 一部分流过心脏，这些加在体表上的宏大电流引起 电击称为宏电击。 微电击 进入体内在心脏内部所加的电流所引起的电击叫做 微电击，微电击的安全权限一般是10uA。 二、 影响电击的因素 1.电流的影响：电流越大，影响越大。 感觉阈：感觉阈是人所能感受到的最小电流。一般 认为感觉阈在0.5l mA范围内。 脱开电流：是指人体通电后，肌肉能任意缩回的最 大电流。 呼吸麻痹、疼痛和疲劳：较大的电流会引起呼吸肌 的不随意收缩，严重

4、的会引起窒息，肌肉的不随意 强直性收缩和剧烈的神经兴奋会引起疼痛和疲劳。 心室纤颤：它是电击死亡的主要原因。一般人的心 室纤颤电流阈值为75400mA。 持续心肌收缩：当体外刺激电流大到16A时，整 个心脏肌肉收缩，但电流去掉后，心脏仍能产生正 常的节律。 烧伤和身体的损伤：过大的电流会由于皮肤的电阻 性发热而烧伤组织，或强迫肌肉收缩，使肌肉附着 从骨上离开。 2.电压的影响： 当人体阻抗一定时,通过人体的电流与电压成正 比。然而电流的大小并不与作用于人体的电压成正 比,这是因为实际的人体阻抗Z与电压V之间的关系 并非是线性的缘故。一般公认交流电压的安全值对 于干燥的手是30V,湿手是20V,

5、浸在水中为10V。 3.频率的影响： 电流的生理效应随刺激电流频率而异 当频率高于100Hz时，刺激效应随着电流频率增加 而减弱；当频率高于1MHz时，刺激效应完全消失， 只有生热作用。刺激效应最强的是5060Hz的交流 电，比50Hz更低的频率，其刺激效应也减弱。 4.电流途径 同样的电流流过人体不同的部位和不同的器官， 其生理效应与损伤程度大不一样，即电流的途径不 同，引起的危险性也不同。电流的路径接近心脏、 肺、大脑等重要器宫，就可能使心跳、呼吸停止， 从而致人于死地。 5.人的适应性 对电刺激的适应能力因人而异，通常，男人比女 人强，大人比小孩强，强壮的人比虚弱的人强。即 使是同一个人

6、，在电流变化率较小时，适应性较强， 因此危险性减小，电流变化率增加时，适应性减弱， 危险性就增大。 产生电击的原因 1.人与电源之间存在两个接触点，形成回路； 2.电源电压和回路电阻产生了较大的电流，该电流流过 人体发生了生理效应。 三、产生电击的因素 1接地不良引起的电击 当电源相线(俗称火线)包覆的绝缘物被破坏或 击穿而使相线碰触设备的机壳时,机壳就会带电。 如机壳未与设备地线相连,人体接触该外壳时就会 遭到电击。 2皮肤电阻减小或消除 人被电击时，皮肤电阻限制了能够流过人体的电 流。皮肤电阻随着皮肤水分和油脂的数量不同而变 化。显然，皮肤电阻愈大，受到电击的危险性就愈 小。皮肤电阻的大小

7、还与接触面积有关，接触面积 愈小，皮肤电阻愈大，因此应当尽可能地减少人体 与仪器外壳直接相触的机会和面积。 3泄漏电流：位移电流 + 传导电流 电容性泄漏电流：由于两根电源线间或电源线与金 属外壳间存在分布电容,电线越长,分布电容越大。 电阻性泄漏电流：是电源线或变压器初级与金属外 壳间存在的绝缘电阻造成的。由于这个电阻一般很 大，所形成的漏电流，与电容性泄漏电流相比要小 的多。 3泄漏电流 泄漏电流主要由电容性的位移电流和电阻性的传导 电流组成。所有电子仪器都存在一定的泄漏电流。 4心脏有导电通路 如果病人同时使用几台电子设备,特别是同时使 用体内和体外探测探头时,更容易造成微电击 。 4心

8、脏有导电通路 在非等电位接地的情况下也容易造成微电击。电 动机或大型变压器等强电设备都有接地保护线。由 于离配电所较远,较大的地电流可能形成地表的不同 电位。如果医用电子仪器接地点选在离强电设施较 近的地方且两点接地,就会将这一非等电位通过仪器 地线送入机内或病员身上,造成电击。 4心脏有导电通路 防止电击的基本着眼点有两个方面： 一、将病人同所有接地物体和所有电流源绝缘开来； 二、把病人所有够得着的导电表面都保持同一电位，不 一定是地电位。目的是使通过病人的电流减到最小 。 四、预防电击的措施 1基础绝缘 把医用电子仪器的电路部分进行绝缘:通常采用 金属和绝缘外壳将整个仪器覆盖起来,使人接触

9、不到。 图示,Rp为人体的等效电阻;Zi为绝缘的阻抗,用Ri和Ci 并联表示。由于绝缘使流过人体的电流减小,在很多 场合下可以防止电击事故。 2附加保护 如果绝缘阻抗Zi值很小,则通过人体电阻Rp的电流 增大。为了使Rp上电流在允许值以下,就要采取附加保 护措施。 3. 保护接地 将仪器的金属外壳等容易接触的导体接地 4漏电断路器 在电路上安放漏电断路器。当有大的电流通过人体 时,漏电断路器能在短时间内切断电路,保护人体安全。 强电击时,如果只在0.1s内有100mA的电流流过人体,仍 可保证安全。 5地线配电方式 从系统接地点引出配线连接到仪器的外壳上,使接地 电流流过导线,以降低接触电压。

10、另外接地电流增大后, 流过电流断路器可使电路切断。 等电位化 把仪器周围的所有导电体和仪器外壳用低电阻线连接 在一起。此时,人体即使接触到仪器,因和外壳之间不存 在多大的电位差,所以也能够防止电击事故。 辅助绝缘 在基础绝缘的基础上,再加强一层绝缘 医用安全超低压电源 如果电源电压很低,即使人体接触到电路,也没有损伤危 险,也不怕基础绝缘损坏。这个电压值一般在2550V之 间,有时把电源放在仪器内部,和外部毫无联系,即使人体 接触仪器外壳,产生电流的危险也会大大减少。 患者保护 人体接地是造成触电事故的一个重要原因，因此取消 人体接地是最根本的安全用电措施。 患者保护 人体小电流接地 正常情况

11、下,人体通过一定的电阻接地。一旦人体受 到电击,电阻则限制通过人体的电流使之成为安全电 流。这样使人体电位既保持为零电位,又对病人没有 潜在危险 。 患者保护 右腿驱动 方法： 共模电压倒相放大器A3 限流电阻R7 右腿(不 接地) 作用： 减小共模干扰 减小对地漏电流 患者保护 绝缘接触部分 将连接心脏的触体部分同仪器的其它部分以及接地 点绝缘,并称为绝缘触体部分或称浮动触体部分。其 优点是,可依靠绝缘阻抗限制电流,特别是限制从外 部经过触体部分流入仪器地线的漏电流。 患者保护 信号隔离器 接 地 作 用 安全 接地 功能 接地 供电系统接地 仪器接地 避雷接地 基准电位接地 定电位接地（防

12、电磁干扰） 其他 保护接地 等电位接地 接地防护（保护接地、等电位接地） 三相五线制，零线N与保护地线PE分开 PE中无工作电流 减小工频干扰 避免触电 保护接地 医用配电保护接地 保护接地 仪器外壳接地 患者环境： 离患者2.5m以 内范围，要达 到等电位化 (IEC安全标准) 等电位接地 患者环境中所有导电表面处于相同电 位，再接地 1漏电电流的测试 接地漏电流：在保护接地线断开的单一故障条件下，如 果接地的人体接触到与保护接地导线相连的可触及导体 （如外壳），则这个对地漏电流将通过人体流到地（流 过保护接地导线的电流）。 一、安全指标的含义及其测量方法 1漏电电流的测试 机壳漏电流：在人

13、体能够接触的仪器外壳的金属部 分和墙壁接地端钮（大地）之间的电流（从外壳流 向大地的电流）。 1漏电电流的测试 患者漏电流（患者漏电流I）：从应用部分（心电图 机或脑电图机的导联线）经患者流入地的电流。 漏电流漏电流 类型类型 B B型仪器型仪器BFBF型仪器型仪器CFCF型仪器型仪器 正常正常单一单一 故障故障 正常正常单一单一 故障故障 正常正常单一单一 故障故障 接地接地 漏电流漏电流 0.50.51 10.50.51 10.50.51 1 机壳机壳 漏电流漏电流 0.10.10.50.50.10.10.50.50.010.010.50.5 患者患者 漏电流漏电流 0.10.10.50.

14、50.10.10.50.50.010.010.050.05 生物医学仪器漏电流允许值(mA) 2绝缘电阻的测试 漏电流是从市用交流电源的火线通过电阻和电容耦 合向接地端钮与患者接融部位流过的电流。测量这 个电阻耦合值就是绝缘电阻测试。通常，采用直流 绝缘电阻表（高阻表）来测量绝缘电阻值。测量方 法是在两个被测点之间加500V直流电压，将此时流 过的直流电流折算为直流电阻在仪表上显示出来。 2绝缘电阻的测试 一般测量电源线和接地端钮间以及电源线和患者引 线间的绝缘电阻来表示绝缘电阻。 医学仪器安全分类 1.按防电击类型分为：外部电源供电设备（I类设 备、II类设备）和内部电源设备 I类设备(cl

15、ass I equipment) ：对电击的防护不仅依 靠基本绝缘，而且还有附加安全保护措施，把设备 和供电装置中固定布线的保护接地导线连接起来， 使可触及的金属部件即使在基本绝缘失效时也不会 带电的设备。 1. 按防电击类型 II类设备(class II equipment)： 对电击的防护不仅 依靠基本绝缘，而且还有如双重绝缘或加强绝缘那 样的附加安全保护措施，但没有保护接地措施，也 不依赖于安装条件的设备。II类设备一般采用全部绝 缘的外壳， 也可以采用有金属的外壳。 1.按防电击类型 内部电源设备：能以内部电源进行运行的设备。 具有和电网电源相连的内部电源设备，这种设备必 须为双重分类，如I类内部电源、II类内部电源设 备。 2. 按防电击的程度分为： -B型设备、BF型设备和CF型设备 B型设备：对电击有特定防护程度的设备，特别要 注意允许漏电流，保护接地连接（若有）的可靠 性。 2. 按防电击的程度分 BF型设备：有F型应用部分的B型设备。在允许漏电 流规定值方面增加了对应用部分加电压的电流