劉睿騏

(中檢集團(tuán)南方電子產(chǎn)品測試(深圳)有限公司,廣東深圳 518055)

淺析信息技術(shù)設(shè)備的防電擊處理方法

劉睿騏

(中檢集團(tuán)南方電子產(chǎn)品測試(深圳)有限公司,廣東深圳 518055)

本文簡要闡述了防電擊的注意事項(xiàng)和一些處理方法。

信息技術(shù)設(shè)備 防電擊 隔離 接觸電流 安全

信息技術(shù)設(shè)備日益更新，卻仍有許多的設(shè)備在人身安全方面存在問題，電擊危險(xiǎn)常常伴隨著產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工藝缺陷出現(xiàn)。電擊危險(xiǎn)要如何防范，在設(shè)備的設(shè)計(jì)研發(fā)階段，就應(yīng)該重視這個(gè)問題。

1 電擊產(chǎn)生的原理

人體是導(dǎo)電的，當(dāng)人體上兩個(gè)或兩個(gè)以上的部位存在電氣接觸點(diǎn)時(shí)，就會(huì)在人體上產(chǎn)生電能的傳遞，當(dāng)電能傳遞達(dá)到一定程度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)電擊危險(xiǎn)。第一個(gè)電氣接觸點(diǎn)是人體一部分與設(shè)備的導(dǎo)電部件之間，第二個(gè)電氣接觸點(diǎn)是人體另一個(gè)部分和大地之間(如圖1)或設(shè)備的另一個(gè)導(dǎo)電部件之間(如圖2);當(dāng)這樣的回路形成時(shí)，在人體的兩個(gè)電氣接觸部分之間就存在電流通過。

電擊是一定程度的電流通過人體所造成的，其對(duì)人體引起的生理反應(yīng)取決于三個(gè)要素：電流的大小、通過時(shí)間和傳遞路徑。

電流通過人體，人體會(huì)出現(xiàn)麻、痛等感覺，更嚴(yán)重者會(huì)引起顫抖、痙攣、心臟驟停甚至死亡。通過人體的電流越大，對(duì)人體引起的生理反應(yīng)也會(huì)越明顯，承受的感覺也會(huì)越強(qiáng)烈。一般情況下，人體最小的感應(yīng)電流為0.5mA，此值與通過電流的時(shí)間無關(guān)。人體能夠擺脫手握帶電導(dǎo)體的最大電流一般為10mA，稱此為擺脫電流，當(dāng)通過人體的電流大于此閥值時(shí)，人體不能自行擺脫，當(dāng)電流持續(xù)作用較長時(shí)間后，人體將遭受傷害，如50mA以上的電流作用于人體，通電時(shí)間超過心臟搏動(dòng)周期時(shí)，就會(huì)引起心室顫動(dòng)。電流傳遞路徑的不同也會(huì)導(dǎo)致不同的影響，這取決于人體的電氣接觸點(diǎn)，若傳遞路徑為手軀干-手，則會(huì)通過心臟，那么對(duì)人體的影響嚴(yán)重，若傳遞路徑為腳-腳，則危險(xiǎn)性較小，但可能因痙攣而摔倒，導(dǎo)致電流通過全身或摔傷、墜落等二次事故。

有很多的因素直接或間接的引起電擊，分析引發(fā)電擊諸多因素間的聯(lián)系是非常困難的，故為防止出現(xiàn)電擊危險(xiǎn)，保證操作人員和維修人員的人身安全，對(duì)設(shè)備的防電擊要求就必須實(shí)現(xiàn)雙重防護(hù)或等效的加強(qiáng)防護(hù)，同時(shí)設(shè)備的接觸電流也必須符合標(biāo)準(zhǔn)1要求。

圖1 人體位于導(dǎo)電部件與大地之間

圖2 人體位于兩個(gè)導(dǎo)電部件之間

圖3 電氣絕緣圖

2 防觸電的處理方式

出現(xiàn)電擊危險(xiǎn)的一個(gè)必要條件是與人體接觸，所以我們可以沿著這個(gè)方向進(jìn)行防觸電分析。

2.1 電路分類

根據(jù)電擊防護(hù)原則及電路的可觸及性，可以將電路分為3類：

(1)可觸及。在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，設(shè)備所使用的電源輸入以及設(shè)備內(nèi)部電路峰值電壓不超過42.4V或直流電壓超過60V，則不存在觸電危險(xiǎn)，可以直接接觸。

(2)有限制的接觸。在通過警告語和需要使用工具才能打開門或蓋的情況下，做到先排除觸電危險(xiǎn)的情況下，再對(duì)限制接觸區(qū)進(jìn)行接觸

(3)不可觸及。采用隔離方式防止電氣接觸，例如可觸及導(dǎo)電部件與電網(wǎng)電源間的隔離區(qū)域。

2.2 隔離

通常情況下，最容易出現(xiàn)絕緣擊穿的位置都處于不可觸及區(qū)域，在設(shè)計(jì)這部分區(qū)域時(shí)，就需要做好隔離措施。下面我們以液晶顯示器舉例詳述各絕緣路徑的隔離作用，如圖3。

圖中路徑A表示熔斷裝置前端不同極性電源導(dǎo)線之間的隔離，為防止電網(wǎng)電源端的短路引起的危險(xiǎn)，與設(shè)備后端電路及可觸及件間并無關(guān)系，故此路徑僅要求功能絕緣。在熔斷裝置之后發(fā)生的短路或其他故障引起的過流情況，熔斷裝置會(huì)立即動(dòng)作，將電路斷開，從而避免引起危險(xiǎn)。

圖中路徑B表示設(shè)備電網(wǎng)電源端與保護(hù)接地之間的隔離，此路徑僅要求基本絕緣，因?yàn)楫?dāng)路徑B短路故障時(shí)，整個(gè)電路會(huì)瞬間過流

表1 接觸電流限值

以至于熔斷裝置動(dòng)作，故保護(hù)接地與一次電路的帶電部件之間僅需滿足基本絕緣要求。

圖中路徑C表示設(shè)備中的一次電路帶電部件與非金屬外殼之間的隔離，此路徑必須符合雙重絕緣/加強(qiáng)絕緣要求。一般情況下在設(shè)計(jì)這部分時(shí)，因外殼是非金屬不導(dǎo)電的，故需充分考慮非金屬外殼的接縫和開孔，因?yàn)橥ㄟ^這些接縫和開孔很可能會(huì)觸碰到設(shè)備中一次電路的帶電部件間，這時(shí)我們需要通過測量這些可接觸位置與一次電路帶電部件之間的工作電壓、電爬電距離和電氣間隙，且必須滿足標(biāo)準(zhǔn)中要求的最低限值。

圖中路徑D表示設(shè)備中的一次電路帶電部件與可觸及導(dǎo)電部件之間的隔離，此部分需符合雙重或加強(qiáng)絕緣的要求。一次電路與可觸及導(dǎo)電部件之間的電壓差是很高的，故對(duì)絕緣的要求也是非常苛刻的。通常情況下可采取絕緣材料和空間隔離兩種方式來進(jìn)行隔離，當(dāng)空間上無法滿足雙重/加強(qiáng)絕緣隔離要求時(shí)，可采用絕緣材料對(duì)所需隔離的位置進(jìn)行隔擋形成等效的爬電距離和電氣間隙。絕緣材料和隔離元器件的選用也是十分重要的，要考慮到設(shè)備工作時(shí)的溫濕度、可靠性、工作電壓等條件，若所需要的材料或元器件額定參數(shù)低于要求值時(shí)，則會(huì)造成絕緣擊穿，從而導(dǎo)致電擊危險(xiǎn)。因此，在做此路徑設(shè)計(jì)時(shí)，需充分考慮元器件的布局、PCB的布線和選擇通過認(rèn)證的隔離元器件。

圖中路徑E表示設(shè)備中的一次電路與二次電路之間的隔離，部分需符合雙重或加強(qiáng)絕緣的要求。與路徑D中描述的情況類似，此部分著重考慮元器件的布局、PCB的布線和隔離元器件的選用。

圖中路徑F中的SIP/SOP與外接設(shè)備相連，考慮最不利情況，外接設(shè)備出現(xiàn)電源擊穿，則SIP/SOP上帶有危險(xiǎn)電壓，那么路徑F需要考慮的是該SIP/SOP與主板上其他的可觸及導(dǎo)電部件之間應(yīng)具有保護(hù)措施，因?yàn)檫@種情況是由外接設(shè)備引起并且極少發(fā)生，故路徑F僅需滿足基本絕緣要求。

2.3 接觸電流的限制

就與設(shè)備接觸的安全而言，接觸電流是更直接作用與人體的。接觸電流是指在正常條件或單一故障條件下，當(dāng)人體接觸連接到設(shè)備(I類或II類)時(shí)流過人體的電流。

由于目前信息技術(shù)設(shè)備廣泛使用開關(guān)電源，而其缺點(diǎn)是射頻干擾或電磁干擾較大，為了有效地抑制射頻干擾，提高抗干擾能力，往往在設(shè)備中會(huì)加入由電容器和電感器組成的濾波電路，若需要抗干擾能力越高，則電容器的容量越大越好，那么接觸電流也就相應(yīng)越大，人體接觸帶電的可觸及導(dǎo)體時(shí)，就會(huì)有電擊危險(xiǎn)。另外，接觸電流也會(huì)由用于一次電路與接地電路之間的雜散電容產(chǎn)生。

故在GB4943.1-2011《信息技術(shù)設(shè)備安全第1部分：通用要求》中根據(jù)不同的設(shè)備，接觸電流的限值如表1。

3 結(jié)語

綜上所述，文中根據(jù)與危險(xiǎn)帶電件的接觸條件簡要闡述了防電擊的注意事項(xiàng)和處理方法，希望通過本文大家能在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)能更全面考慮防觸電安全。

[1]GB4943.1-2011《信息技術(shù)設(shè)備安全第1部分：通用要求》[S].

[2]IEC 60950-1-2013 Information technology equipment-Safety-Part 1：General requirements[S].

[3]張宏圖.GB4943.1-2011《信息技術(shù)設(shè)備安全第1部分：通用要求》應(yīng)用指南[M].中國質(zhì)檢出版社中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2012.

注釋：[1]如無特別說明,本文中所指“標(biāo)準(zhǔn)”均為GB4943.1-2011《信息技術(shù)設(shè)備安全第1部分：通用要求》.