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(cè)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(cè)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(cè)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》.