hioki 3156 泄漏电流测试仪用户指南

hioki 3156 泄漏电流测试仪用户指南

第 1 章: 安全标准
通用的医疗电气设备应该始终确保操作人员和患者的安全。因此有必要进行安全测试，并通过各种标准和法律指定测试条件。测试方法根据设备的种类而有所不同。

电击

当您接触电气设备时，有可能会有受冲击的感觉。这就是电击，它是由电流通过您的身体流向地而产生的。这种电流就被称为泄漏电流。根据电流流过的路径和环境，即使流过人体的电流十分微小，还是可能会造成死亡。因此泄漏电流测试非常重要。在商用电源频率下，约100mA的电流对人类来说就是致命的。

电击电流的感觉程度随泄漏电流频率的攀升而强烈。当医疗设备在高频下使用时，电击可能在人体无知觉的情况下发生。因此，医疗电子设备的安全测试要求泄漏电流小于10mA。简单低价的检测仪器只能测试到数千赫兹，因此测试结果与真实危险情况相比，经常会不正确或不准确。

泄漏电流的类型

接地泄漏电流 (一般电气设备、医疗设备)：通过等级I设备的保护接地线流向大地的电流。
外壳泄漏电流 (一般电气设备、医疗设备)：因接触未接地外壳部分而流经人体的电流。
患者泄漏电流 I (医疗设备)：应用部分连接到人体时，沿“应用部分 =>人体 =>大地” 路径流过的电流。
患者泄漏电流 II (医疗设备)：设备在单故障模式下，沿 “应用部分 =>人体 =>大地” 路径流过的电流。
患者泄漏电流 III (医疗设备)：沿 “应用部分 =>人体 =>F型应用部分” 路径流过的电流。
患者辅助电流 (医疗设备)：一般的设备操作中，允许从应用部分流过人体的电流。此电流不会有意造成任何生理影响。

单故障状态模式

什么是单故障状态？
定义：某一减少仪器危害风险的保护功能损坏，或某一外部异常存在的状态。
↔↔ 与之相反的是"正常状态"。
以下为泄漏电流测试中的3种单故障状态：
1． 没有连接保护接地线（不适用于接地泄漏电流测试）
2． 供电电源的一根线断开（供电电源的中线）
3． 外部设备故障（患者泄漏电流 I、患者泄漏电流II会发生）虽然故障模式中没有定义，但还是要求切换供电电源极性测量以及记录较高的泄漏电流值。
3156 泄漏电流测试仪的内部电路

3156 内置以上所有模拟电路。

需要进行改变极性和开/关电源此类危险操作时，3156能够自动引导该过程，使测量工作简单有效。

[引用自 IEC 60601-1 (1988-12) + am1 (1991-11) + am2 (1995-03)]
术语解释
等级I设备：此类设备不仅仅依靠基本绝缘来保护不受电击，还包括另外的安全预防措施：为设备提供保护接地线的连接，以防止基本绝缘不良时，可能接触到的金属部分带电。
等级I设备：此类设备不仅仅依靠基本绝缘来保护不受电击，还包括另外的安全预防措施：不规定保护接地并不依赖安装状况的双重绝缘或强化绝缘。
带电：此部分同大地或同一设备的其它部分连接时，流过电流可能超过允许泄漏电流的状态。
可能接触的金属部分：不使用工具也能接触到的设备的金属部分。
基本绝缘：应用在带电部分的绝缘，提供基本电击防护。
双重绝缘：基础绝缘和辅助绝缘构成的绝缘。
强化绝缘：单绝缘系统应用在带电部分的绝缘，可根据IEC60601-1参数条件，提供与双重绝缘同等的电击防护。
辅助绝缘：在基础绝缘之上增加的独立绝缘，用来防止基础绝缘不良时的电击。
保护接地线：连接在保护接地端口和外部保护接地系统的导线。
保护接地端口：以安全为目的，连接到等级I设备导电部分的端口。

第 2 章: 泄漏电流测试和3156 的内部电路

接地泄漏电流

通过设备保护接地线流向大地的电流。
为测量接地泄漏电流，模拟不存在保护接地线断开条件。等级II设备由于没有保护接地线，所以不需要此项测试。

接地泄漏电流测试的测量电路：当3156设置中选择等级II设备时，该测试无法进行。将被测设备与3156出口连接，即可进行测量。
不使用测试导线。（T1、T2和T3端口没有任何连接。）：在3156内部，这些端口是开路状态，所以可以将测试探头与它们连接。

如医疗设备等被测设备有标准规定时，应用在被测设备入口的电压应相当于额定电压的110％。或者，使用绝缘变压器或其它类似设备，将其次级端与地连接。

绝缘变压器的连接方法
当测量绝缘变压器时，变压器的次级端应接地。参考11页"Q1：连接到自动变压器"。

 

外壳泄漏电流

接触设备未接地外壳部分而流过人体的电流。
由于此项测试模拟人体触摸外壳的状态，所以通过被测设备外壳附加的金属片（模拟手掌），来测量流向大地的电流。

外壳泄漏电流的测量电路（外壳和大地之间）

 

外壳泄漏电流的测量电路（外壳和大地之间，网络B：连接故障设备）

外壳泄漏电流的测量电路（外壳之间）

外壳泄漏电流的测量电路（外壳和大地之间，网络B：连接故障设备）

测量外壳泄漏电流（外壳和导线之间，除网络B外）
未连接保护接地的外壳和电源线之间的泄漏电流测量

应用： 不适用医疗设备。
测量通过连接电源的活线端（L）和中性端（N）来进行。
根据IEC60990标准（网络C）测试时，由于标准没有标明"未连接保护接地"的细节，所以还应该进行金属外壳接地测量。在此情况下，测量由接地短路造成的电源线和大地之间的泄漏电流。也就是在测量接地金属外壳时，电源线连接在3156 LINE IN端口，并使接地线OPEN。

第 3 章: 疑问解答：

Q1: 我认为购买绝缘变压器很昂贵，我想用自动变压器来取代。请问这种方法有什么问题？
A1: 由于自动变压器在其中性端（N）连接到大地时，会发生接地短路，因此不适用。如果不将自动变压器的中型端（N）接地，则可以进行测量，但由于在测量中会增加其误差，所以不推荐使用。而且，某些连线错误可能会使操作者错误假定N端就是N端口，这样会十分危险。总之，我们不推荐使用自动变压器。

Q2: 可以测量1500VA以上的设备吗？

A2: 符合以下条件就可以测量：

1. 被测设备的线电压最高264V
2. 被测设备的消耗电流最大15A

最大限制为1500VA，是防止用户误认为如在100V下测量，电流可至40A。而且，HIOKI提供的电源线额定为7A。也就是使用此线，最大为240V（264V）和7A。请注意，在使用200V线时，电流如超过7A，则接线和VA检查功能可能会产生ERROR。

Q3: 等级II设备没有接地线。我能用2P插座给【LINE IN】供电吗？
A3: 不可以，这样不安全。等级II设备需要测量流向接地线的电流。使用3P电源线给3156供电，并在给【LINE IN】供电时，用接地端将它连接到电源。

Q4: 为何使用绝缘变压器？
A4: 商用电源的中性线（N）由于配线阻抗和同一网络泄漏电流的影响，具有几伏的电位。在这种状态下测得的泄漏电流是不正确的。因此需要将N端接地，以减少误差。这样，如果N端接地，漏电断路器就会通过接地短路工作。为避免这种情况发生，需要使用绝缘变压器。

Q5: 为什么切换供电电源极性，泄漏电流值也改变？
A5: 切换极性可用来确认被测设备的以下绝缘能力：
L (带电) 端 ↔ 接地
N (中性) 端 ↔ 接地
每台设备根据其电源设计和成分的不同，具有不同的特性。这种差异在绝缘能力中与泄漏电流有关，因此在极性切换时，泄漏电流值会有所不同。

Q6: 为什么接地线断开时，泄漏电流值会变大？
A6: 通常状态下，流过被测设备N端的电流应为0。另一方面，泄漏电流在接地线断开状态状态（单故障模式）下，将变为L和N端的电位和。因此当接地线断开时，泄漏电流值会变大。

Q7: 3156测量值与其它制造商生产的仪器测量结果不同。哪个正确？
A7: 当测量有变频马达设备的泄漏电流时，会产生这种现象。有些泄漏电流测试仪没有足够的频率特性，所以它们不能测量高频部分成分。另一方面，3156结合了DC～1MHz的足够频带宽。而且，使用平均整流值法测量仪器的泄漏电流，其值要比正弦波波形泄漏电流值低。

Q8: 该如何测量3相供电电源的设备？
A8: 有三种方法：
使用网络B标准时3156的模拟电路不适用于3相电源设备。要构造以下模拟电路进行补偿。

将条件设置为R、S或T的任一断线状态（单故障状态），进行测量。将被测设备的保护接地端口与3156的G端连接。然后将3156的被测设备条件设置为"正常状态"，读出数值。用同种方法可以测量外壳泄漏电流和患者泄漏电流。
使用网络A或D标准时三相三线情况下，在外壳和R、S和T任一线间进行测量。使用3156的【外壳－外壳泄漏电流】。如被测设备有接地线，请务必断开后测量。