关于接地保护导体测试电流的思考

关于接地保护导体测试电流的思考

多年来，医疗行业一直在争论多大电流是最合适的测试电流，以检查医疗和非医疗设备的保护接地导体的完整性。传统上，一些人倾向于使用25A或10A的高测试电流，因为这是IEC 60601-1要求的一部分，他们认为这将能最好地检测到任何受损的接地导体。此外，之前模拟仪器广泛用于低电阻测量时，通常需要使用高测试电流来产生足够的电压降，以产生必要的针偏转。随着现代电子技术和数字技术的发展，这不再必要。随着手持式测试仪器的增长，其他人倾向于使用1A或更低的测试电流，以消除对被测设备造成任何损坏的风险。

实际上，不同的测试电流都有其优点。各种国际标准和实践规范都推荐了从25A到200mA的各种测试电流。然而，对于常规测试、非医疗设备维修后的测试以及固定装置的测试，大多数欧洲标准现在都规定测试电流为200mA。

图 1不同类型的电阻构成了总测量电阻。

保护接地导体

保护接地导体旨在防止触电，允许在故障条件下电流通过。在I类电气设备中，保护接地导体的电阻需要足够低，以防止外部金属部件上的电压升高到危险水平。

各种国家和国际标准规定了保护接地导体的最大允许电阻水平，与医疗设备相关的预防措施比与工业、商业和电气产品相关的预防措施要严格得多。这些标准不仅规定了最大电阻值，同时也定义了测试电流、开路电压和测试持续时间。根据测试进行的时间，在设计阶段、符合性测试阶段、制造和运行测试中，不同的标准将适用。对于任何一种医疗设备，保护接地导体很可能是由连接设备到电源点的各种长度的柔性电缆组成的。也可能存在各种类型的开关机制，包括继电器和电气开关。因此，对保护接地导体的任何测量都会遇到体电阻和接触电阻两种形式。这两种电阻类型都会对不同测试方法的使用产生影响，这些测试方法具有不同的电流、电压和时间持续时间。

体电阻是导体路径的材料决定，其往往保持恒定，不过它会受到温度的影响，在某些情况下还会受到物理压力状态的影响。

比看起来的接触面积通常小得多。在这种情况下，当电流通过这些峰值点或界面处的小接触点时，会产生收缩电阻。材料表面形成的氧化物和污垢层也会产生膜电阻。这些氧化物的电阻比接头两侧的导电材料的电阻要高。

图 2增加两个表面之间的力。

如图 2所示，通过增加两个表面之间的压力，可以降低抗收缩性。薄膜电阻通常可以通过清洁两个触点之间的表面来克服，不过这并非总是可行的，而且在清洁连接后，氧化可能立即再次发生。图 3展示了通过降低收缩电阻对总电阻的影响。

图 3.降低收缩电阻对总电阻的影响。

接触电阻是一种出现在两个导电表面之间的电阻。接触电阻由收缩电阻和膜电阻组成，并且会取决于接触的两个表面之间的接触力。

仔细检查两种导电材料之间的接触界面会发现，肉眼看起来可能平坦均匀的表面，在显微镜下观察时，总会包含一系列粗糙的山峰和山谷。

实际上，这两个接合面因此只会在其表面峰值粗糙点相遇的地方相互接触，所以实际接触面积与膜电阻不同，接触电阻会随着两个表面之间施加的力增大而减小，因此总电阻也会减小。体积电阻被假定为恒定不变。在我们的实验室进行的测试表明了膜电阻与通过触点的电流水平之间的关系的影响。

图4展示了在典型的IEC连接中，薄膜电阻对测试电流的影响。在测试的每个阶段，测试电流都会增加，并测量总电阻。随着测试电流的增加（蓝色所示，上升），薄膜电阻会随之减少。在本次测试中，当测试电流达到8安培时，薄膜电阻完全消除，一旦达到这一点，测试电流会逐步减少（红色所示，下降）。

图 4.对于典型的 IEC引线，膜电阻相对于测试电流的影响。

测试表明，一旦现有连接中的膜电阻被清除，膜电阻不再影响总电阻测量。在我们的测试中，保持了体电阻和收缩电阻恒定。因此，这意味着当考虑膜电阻时，测试电流的水平会影响测量结果。

接地连续性测试通常在较短的时间内进行，通常为两到五秒，这使得在 25安培电流下发生熔接的可能性不大。接地连续性测试的目的是确保可接触的导电部件（这些部件依靠保护性接地作为防止触电的一种手段）与电源的保护接地相连。

出于诸如信号屏蔽等功能性原因，可能也会有可触及的导电部件与保护接地相连，而这些接地可能不会设计路径来承载高电流。通过它们传递高测试电流可能会导致被测试设备受损。

大电流测试

较高的 25A测试电流所带来的预期好处在于，它能够克服膜电阻的影响。然而，相反地，过高的测试电流水平会导致整个保护接地导体路径的温度升高。如果持续时间足够长，这将对电阻值的测量产生重大影响。在保护接地导体受损、大部分股线断裂的情况下，高电流测试也可能通过使电缆“熔化”来检测到损坏。熔化是由于测试电流的加热效应——电流流动产生热量，电线熔化分开，导致开路。熔化作用是由电缆温度升高引起的，因此电缆熔化需要一定的时间。

温度的升高以及受损电缆的熔接能力取决于测试电流和测试持续时间。在保护性熔断器中，这被称为 I2t额定值。电流越大或测试持续时间越长，受损电缆熔接的概率就越高。

因此，测试将一根带有断股的电缆熔接起来的概率将取决于断股的数量、测试电流的大小以及测试的持续时间。然而，对一根1.5mm?-48x0.22mm?的绞线电缆进行的测试显示，在30秒内熔接电缆需要95%的股线断裂。然而在实践中

200毫安测试

200mA测试电流正迅速成为欧洲运行测试和维修后测试的标准。特别是，那些符合 VDE0751（德国标准）和即将出台的 IEC62353（医疗电子设备运行和常规测试标准）要求的测试仪器能够使用 200mA测试电流进行精确的电阻测量。使用较低的测试电流，如 200mA，还能降低或消除因通过并非为提供保护性接地而设计的接地路径传递高测试电流而对被测设备造成损坏的风险。

使用更高测试电流的原因之一是，被测电阻值约为0.1欧姆，原则上，更高的测试电流有助于测量过程。然而，这一特定论点失去了一些说服力，因为现代测试技术的进步使得使用低测试电流进行非常精确的电阻测量成为可能。

最近，一种新的低能耗、高电流测试技术被开发出来，克服了以往的接触电阻问题，使得使用1A或200mA测试电流进行保护接地测试的应用更加广泛。因此，这一新概念成功地克服了测试探头与医疗设备之间的高膜电阻引起的测量误差。

例如，在测量可拆卸的 IEC电源线中镀层受损部分的连续性时进行测试。重要的是，新的低电流测试技术使得使用电池驱动的测试仪能够进行有效的接地连续性测试，显著提高了手持式安全分析仪的便携性和通用性，并加快了测试过程。

总结

25A和 200mA在国际上都被推荐为医疗电气设备运行测试和检查的有效测试电流，两者对生物医学工程师和技术人员都有价值。然而，高测试电流不一定能检测到受损的保护接地路径，也并不总是能提供更高的精度。此外，现代电子技术意味着

现在低电流测试可以比过去更有效地应用。无论测试电流如何，接触电阻都是一个始终存在的变量。低能量、高电流脉冲可以克服此类问题。此外，低电流 200mA接地连续性测试还有一个进一步的优势，即它可以用电池供电而不是主电源来进行，这使得现代医疗安全测试仪能够纳入重要的设计和实际改进。

结论

如果在常规测试中使用现代技术来测量接地电阻，并且接触电阻得到妥善处理，例如，使用低能量大电流脉冲，对于常规的现场维护，较低的测试电流是更可取的，因为这会为您带来好处。

?提高了操作人员的安全性。

?降低了在用医疗设备（DUT）受损的风险。

?更小的测试仪器用于有效的接地连接测量。

?电池供电的测试设备。

?由于测试设备轻便，测试工程师的灵活性增强了。

?由于医疗设备停机时间缩短而降低成本。

?测试设备更高性价比。

审核编辑 黄宇