剩余电压条款及测试方法的探讨

蒋秋桃，曹 俐

1 上海理工大学医疗器械与食品学院，上海，200092 湖南省食品药品监督管理局，长沙，410007

2 湖南省医疗器械药包材检测所，长沙，410001

剩余电压条款及测试方法的探讨

【作 者】蒋秋桃1，曹 俐2

1 上海理工大学医疗器械与食品学院，上海，200092 湖南省食品药品监督管理局，长沙，410007

2 湖南省医疗器械药包材检测所，长沙，410001

该文阐述了五种国家标准中关于剩余电压条款的不同指标要求，比较了各种测试方法的优缺点，最后提出了改进测试方法的意见。

剩余电压；插头放电；测试方法

剩余电压 (residual voltage)是指用插头连接的电器，当拔掉电源插头的瞬时，插头上各插脚之间的残余电压；或是内部贮能元件上的残余电压。

1 剩余电压产生的原因及特点

1.1 剩余电压产生的原因

剩余电压产生的本质都是电容放电的结果。假设一个电容C上面有初始电压Uc为0,突然并联上一个电阻R，那么电容上的电压Uc 就要按照指数规律下降,即: Uc=U0*e (-t/τ)，式中τ=RC时间常数，t为测量时间。

剩余电压的产生是由于电容器的端子间尚残存的电压。目前电气设备会在电源LN线路之间跨接电容，起到抑制电磁干扰的作用。但是由于电容容量的选择不当，加上没有合理的放电电路，当使用者拔出设备电源插头的时候，如不小心触及到插头的插脚，电容所贮存的剩余能量会对使用者造成触电危险。很多实验室把剩余电压的测量称为插头放电试验 (the plug discharge test)。

1.2 剩余电压测试的特点

剩余电压测试信号的特点。一是能量小。二是时间短。三是瞬时电压形态特殊。

剩余电压测试设备的要求：

（1）很高的测试内阻 选用内阻抗不影响测量值的仪表；

（2）精确的测试时间 断插头之后某时刻(如l s、 5 s、10 s) ；

（3）峰值断电采集数据的能力 采集从电压峰值点断开后某时刻点的电压。

剩余电压检测的难点在于：若要在极短的时间如1s时捕捉到电源插头上各插脚之间的瞬时电压，就需要一个输入阻抗极高的测量装置，否则残余电量会通过测量装置的内阻释放掉，结果不是检测不到剩余电压，就是检测到的电压值比实际值低。早期的检验人员通常采用指针式电压表去测量，却行不通。因为电压表的内阻仅为几十到几百KΩ，而剩余电压衰减得很快，指针还未偏转，剩余电压已经释放得差不多了。

2 不同的安全规标准对剩余电压的规定

使用医用电器时，在拔下电源插头的瞬间不小心碰到插锁，将会有触电的危险，一旦人体接触带电体时，人就被当作一电路元件接入回路。由于人体阻抗不是纯电阻，影响因素很多，且随接触电压变化而变化，所以电流与电压的关系不是线性的。标准GB/T13870.1-2008《电源对人和家畜的效应 第1部分》中包含了人体阻抗和人体电流对各种生理效应的相关资料，以便在制定电气安全要求时使用。许多电气设备的国家标准根据各自适用设备的情况制定了不同的剩余电压、剩余能量的指标或者安全电压的规定。

2.1 标准GB 9706.1-2007《医用电气设备第一部分:安全通用要求》

标准GB 9706.1-2007中第三篇,对电击危险的防护中指出：用插头与供电网连接的设备，必须设计成在拔断插头之后1 s时，各电源插脚之间以及每一电源插脚与设备外壳之间的电压不超过60 V。

通过下列试验来检验是否符合要求：设备在额定电压或其上限电压运行时用拔断插头的方法使设备与电网断开，并将设备电源开关置于“通”或“断”的位置上。在断开电源后1s时，用一个内阻抗不影响测量值的仪表来测量插头各电源插脚间及电源插脚与设备机身间电压。测得的电压不得超过60 V。试验必须进行10次。若采用了干扰抑制电容器，且每一线对地的电容量在额定电压小于或等于250 V时小于3000 pF或额定电压小于或等于125 V时小于5000 pF，则不必进行每一线与设备外壳之间的试验。当线间接入的干扰抑制电容器其电容量小于或等于0.1μF时，也不必进行线间试验。

2.2 标准GB 4943-2001《信息技术设备的安全》

在标准GB 4943-2001中2.1.1.7 一次电路的电容器放电中规定：设备在设计上应保证在交流电网电源外部断接处,尽量减小因接在一次电路中的电容器贮存有电荷而产生的电击危险。

通过检查设备和有关的电路图来检验其是否合格。检查时考虑到断开电源时通/断开关可能处于任一位置。

如果设备中有任何电容器，其标明的或标称的容量超过0.1uF，而且接在一次电路上，但该电容器的放电时间常数不超过下列规定值，则应认为设备是合格的：

· 对A 型可插式设备，1s；

· 对永久性连接式设备和B 型可插式设备,10s。

有关时间常数是指等效电容量(μF)和等效放电电阻值(MΩ)的乘积。如果测定等效电容量和电阻值有困难,则可以在外部断接点测量电压衰减。

注:在经过一段等于一个时间常数的时间,电压将衰减到初始值的37%。

表1列出了标准GB 9706.1-2007和标准GB 4943-2001两个标准的检测指标对比。

2.3 标准GB 5226.1-2002《机械安全 机械电气设备第1部分:通用技术条件》

在标准GB 5226.1-2002中6．2．4 残余电压的防护中规定：电源切断后，任何残余电压高于60 V的外露可导电部分，都应在5 s之内放电到60 V或60 V以下，只要这种放电速率不妨碍电气设备的正常功能（元件存储电荷小于等于60oC时可免除此要求）。对插头/插座或类似的器件，拔出他们会裸露出导体件(如插针)，放电时间不应超过1 s，否则这些导体件应加以防护，直接接触的防护等级至少为IP2X和IPXXB。

2.4 标准GB 8898-2001《音频、视频及类似电子设备安全要求》

在标准GB 8898-2001中9.1.6 拔出电源插头：对预定采用电源插头与电网电源连接的设备，其设计应保证在插头从电源插座拔出后，当接触插头的插脚或插销时，不应因电容器贮存的电荷而产生触电危险。通过9.1.1a)项或c)项规定的测量，或通过计算来检验是否合格。

a) 开路电压不超过交流35 V（峰值）或直流60 V；

b) 贮存电压在60 V到15 kV之间者，放电量不超过45 μC。

如果有电源开关，置于“断”位，如果置于“通”位会产生更不利的情况。在拔出插头后2 s,插头上的插脚或插销不应变成危险带电。为了能找到最不利的情况，此试验可重复10次。如果电源两级之间的标称电容量不超过0.1 μF,则不必进行本试验。

2.5 标准GB 4793.1－2007《测量、控制和实验室用电气设备的安全要求 第1部分：通用要求》

在标准GB 4793.1－2007中6.1.2：如果a)和b)中的任何零部件从内部电容器接受电荷，则在断开电源后10 s，这些零部件不得危险带电。6.10.3 c) 如果软线连接的设备，其插头的插销从内部电容器接收电荷，则在断开电源后5 s，插销不得危险带电。

3 剩余电压测量方法的讨论

目前，测量剩余电压的方法一般有两种：一种是用极高输入阻抗的专用测试设备；一种是利用示波器测试。

3.1 专用测试设备测试法

根据标准GB9706.1—2007的规定：若采用了干扰抑制电容器，且每一线对地的电容量在额定电压小于或等于250 V时小于3 000 pF或额定电压小于或等于125V时小于5 000 pF，则不应进行每一线与外壳之间的试验。根据公式τ= R·C，时间常数τ为1 s，C为3000 pF，所以R=1s/3000 pF=333 MΩ。可见,专用测试设备的输入阻抗要远远大于333 MΩ时才不至于影响测量的准确度。

专用测试设备采用编程控制器，可自动测试功率小于2000 W的仪器的剩余电压。技术的关键是测量设备的输入阻抗要高，否则会影响测量值甚至测不出剩余电压。高阻专用测试设备一般用来测试拔断电源插头后的剩余电压，在插头的L．N之间，L．E之间，N．E之间各测量10次。它的优点是能够准确控制时间，操作使用方便，能记录测试过程中出现的最大值，并且设置了不合格即超压的报警提示。但是，一旦出现超压报警，不易于依据原理排除故障数据。而且，从市场上现有的剩余电压测试仪来看，大部分测试仪器计量部门存在无法计量问题。因为这需要可调节的剩余电压发生器，同时采用存储示波器测试法或者采用标准的剩余电压发生器，检测其测试精度。

3.2 示波器测试法

示波器测试法测量剩余电压，是指用插拔电源插头的方式，以存储示波器记录断电某时刻电源插头各极间的剩余电压，并从存储示波器的屏幕上读取记录的剩余电压波型幅值。

剩余电压值既不是有效值，也不是平均值，而是瞬时值。即在关断电源后的某时刻(如l s时、5 s时、10 s时)电源插头或储能元件上的残余电压。但是由于测试数值是测试人员从存储示波器的屏幕上读取剩余电压波型幅值来确定，有人为的判定误差和存储示波器的显示误差。

标准GB 9706.1-2007、标准GB 8898-2001、标准GB 4943-2001中都有规定：线间接入的干扰抑制电容器其电容量小于或等于0.1μF时,可不进行线间试验。根据τ= R·c，R=1s/0.1μF=10 MΩ,即示波器的探头内阻需大于10MΩ才行。如果探头的内阻太小，与被测仪器连接后，并联作用使阻值变小，更加快了放电速度，给测量带来更大的误差。IEC60950－1中更是明确给出了探头内阻的要求：When conducting the voltage decay measurement, the result is referred to an instrument having an input impedance consisting of a resistance of 100 MΩ ± 5 MΩ in parallel with an input capacitance of 20 pF ± 5 pF。市面上的高压探头内阻可达100 MΩ以上，满足了示波器测量的高阻抗要求。

以医用电气设备为例，假如测量的是Ⅱ类设备，只需测量L．N之间的10次剩余电压，开关通断各测一次，电源需插拔20次；假如测量的是Ⅰ类设备，还需测量L与E之间，N与E之间的各10次剩余电压，开关通断各测一次，共需插拔电源60次。可见操作繁琐，工作量大。而且，如果仅使用示波器，在刚断开的瞬间，就能看到放电波形，因为电容已经通过示波器的探头阻抗开始放电了，所以通常测得的数据要比专用剩余电压测试仪小很多。如果能够在示波器和被测仪器之间加上一个相位控制装置，在达到电压峰值的某时刻，便能立即从电源断开接通示波器，提高测量的准确性。

4 结束语

通过对比各个不同的国家标准对剩余电压作出的规定及两种测试方法的优缺点。医用电气设备作为医疗器械中具有高风险的一类产品，剩余电压指标关系到患者与使用者的安全，非常重要，与其他行业的产品相比，安全要求更为严格。随着我国对电磁兼容要求的进一步规范，剩余电压的测试就显得更加重要。建议不仅在设计时应该充分考虑到剩余电压的问题，而且，在检验中应改进测试方法，进一步提高测量精度。此外，希望国家标准管理部门在修订不同产品的国家标准标准时，涉及剩余电压等类似参数最好统一。

[1] 张学浩, 高山.对剩余电压标准条款的探讨[J], 中国标准化, 2002(8): 51-52.

[2] 何 勇，蒋时霖，舒 剑. 剩余电压，安全与电磁兼容，2004.05

[3] 李雨明. 剩余电压测试[J]，中国测试技术，2008，(1):40-42.

[4] GB9706.1-2007《医用电气设备第一部分：安全通用要求》

[5] GB4943-2001《信息技术设备的安全》

[6] GB8898-2001《音频、视频及类似电子设备 安全要求》

[7] GB 5226.1-2002《机械安全 机械电气设备 第1部分:通用技术条件》

[8] GB 4793.1－2007《测量、控制和实验室用电气设备的安全要求第1部分：通用要求》

[9] IEC60950-1:2005 Information technology equipment– Safety–Part 1:General requirements

卫生部统一制定内镜诊疗技术管理规范

日前，卫生部发出“妇科内镜诊疗技术管理规范”通知，要求各省级卫生行政部门于近期推荐不超过3家医疗机构作为卫生部四级妇科内镜手术培训基地候选单位，卫生部将在此基础上展开遴选和审核。各省级卫生行政部门还须上报辖区内已经准予开展四级妇科内镜手术的医疗机构和医务人员名单。

四级妇科内镜手术指风险高、过程复杂、难度大的妇科内镜手术技术，如腹腔镜根治性子宫切除术、腹膜后淋巴结切除术、深部子宫内膜异位病灶切除术、盆底重建术、先天性生殖道畸形矫治术、子宫内膜癌及卵巢癌分期手术等，宫腔镜重度宫腔粘连分离术、Ⅱ型黏膜下肌瘤切除术、子宫畸形矫治术等。

（本刊讯）

Residual Voltage of Terms and Test Method

【Writers】Jiang Qiutao1, Cao Li2

1 College of medical device and Food, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai, 200092, Food and Drug Adminstration of Hunan Provine, Changsha, 410007
2 Hunan Detection Institute for Medical Devices and drug Packaging Materials, Changsha, 410001

This paper describes 5 national standards related to the term on the residual voltage with different indicators. Compas the advantages and disadvantages of various test methods. Finally, give suggestions on improving the testing method.

residual voltage, plug discharge, test methods

TM206

B

10.3969/j.issn.1671-7104.2010.03.018

1671-7104(2010)03-0215-03

2010-03-30

蒋秋桃，E-mial:：317095079@qq.com