医用级变压器的漏电流测试要求

日期:2017-12-26

 
每个设计师都需要知道
作者:Lazaro Rodriguez,标准产品工程经理,Triad Magnetics
 
       虽然所有变压器应用必须符合某些规格,但医用变压器的行业安全标准特别严格,因为它们的性能直接影响患者的健康和安全。对于支持患者诊断、治疗和设备操作的与医生、护士和技术人员互动的广泛电子设备同样的这样(图1)。
 

图1.进入CT或其他诊断成像的患者
 
       漏电流是医用变压器最重要的规格之一。这是指通过绝缘介质的任何电流。这可能是通过绝缘的物理上的“泄漏”,或似乎越过甚至非常好绝缘的电容电流。
       虽然漏电流是不可取的,但它对一些医学应用来说比其他更为严重。特别是医疗变压器的漏电,如果这些电流流通过患者或医护人员可带来严重的后果:这可能是致命的(如电休克)或干扰其他监控设备如心电图设备。
       为了确保患者的安全,原设备制造商必须在医疗设备行业中充分考虑变压器设计的影响和潜在电流泄漏测量。因此,重要的是要了解行业的安全标准批准要求,如何影响他们的设计和医疗变压器的其他好处。
 
国际泄漏电流标准
       今天,国际电工委员会(IEC)和保险商实验室(UL)是确定和发布电子产品最低安全标准的两个主要管理机构,包括医用变压器和漏电。
       UL是美国(U.S.)的正式监管机构,因为它是由职业安全健康管理局(OSHA)任命的,可对所有电子设备进行测试和认证。IEC是欧洲的标准机构,它与每个国家自己的国家实验室密切合作。例如,ANSI/AAMI ES 60601-1是一个标准,符合IEC 60601-1有助于确保全球电气安全与国家是一致的。
       ANSI / AAMI ES 60601-1标准规定最大允许泄漏电流值,这取决于设备类和设备是否位于患者护理区域,如检查、隔夜或手术室。I类非医疗设备的最大允许泄漏电流为500微安(µA);随着设备类的进步,这一数量在稳步下降。IEC 60601遵循非常相似的准则。
       请注意,这些标准指定了已完成医疗设备的性能;它们没有具体说明变压器的局限性。然而,有低泄漏变压器可以大大简化难度,使一个完整设备将满足泄漏的要求。
 
泄漏电流测试
       在过去,泄漏电流是通过以电力线频率在初级和次级之间施加预期的最大输入电压测量的,并测量流过绕组之间的容性电流,假设返回路径是通过地。这仍然是今天的测试,但被认为是“漏电”电流(图2),而测量患者泄漏电流是不可接受的。
 

图2.地球泄漏检测装置
 
“患者泄漏”电流的现代标准(图3)要求在测量泄漏电流之前变压器应适当通电。今天的绝缘材料是非常好的,其结果是,大多数漏电流是由于电容电流,这是不同的电压通过绝缘屏障创建的。例如,120V线电压有一个稍大电压的线(“热”线),而其他导线相对于地有非常小的电压(“中性”线)。
 

图3.患者渗漏检测装置
 
       更多的电容电流将从初级绕组的高电压热端流过,然后将从电压较低的中性端流出。现代患者漏电流测试标准现在考虑到了这一点,在旧的标准没有。
 
测试的重要性
       使用既定的最佳方法测试变压器的漏电流,无论是医用级的还是其他的,都有几种好处。首先,通过可靠的方法对泄漏电流进行测试,可以更准确地说明变压器及其使用的产品。已经过测试不佳的变压器可以很容易地发现;例如,使用不正确的或不正确的校准测试设备可以显示一个变压器的漏电流在100 µA,实际上更接近于300、 400,甚至500µA。
       在设备中使用这样的变压器可能导致系统不能满足泄漏电流的要求。但是,如果您购买的变压器已测试正常,你可以放心知道100 µA漏电电流变压器将可靠地执行100 µA或更小的漏电流。
       更重要的是,医疗设备使用经过良好测试的变压器将帮助你保证设备合规。设计医疗设备需要大量的时间、精力和金钱,变压器往往是至关重要的元素;确保其安全性和可靠性是至关重要的。如果一个设备因为过度变压器相关泄漏电流不符合监管标准,它将不得不被重新设计,这是一个非常耗时和昂贵的工作。
       重要的是要确保变压器真正符合患者漏电流而不是漏电电流。许多规格都缺乏这种澄清,显示了典型低接地漏电流,并希望这将被解释为真正的患者泄漏电流。
 
医疗与标准变压器
       重要的是认识医疗级变压器与标准级变压器的优势和差异。医疗变压器几乎全是用作隔离设备,可防止使用护理和医疗设施的患者和医务人员。
       安全屏蔽可以把初级和次级线圈之间绝缘起来,以作为各线圈之间的绝缘层,使器件的漏电流在允许的最大水平。如果隔离失败,AC输入电流立即被通过屏蔽重定向到地,它的目的是断开过电流设备。
       医疗级变压器采用双重绝缘设计。这些装置设计有两层或多层绝缘。如果一层绝缘失效,另一层将保持隔离以减小电流泄漏。
       除了使用安全的医疗级变压器,还有很多好处,包括:
·         UL、IEC批准变压器可减少安全测试时间和加快推向医疗设备市场。
·         它们本质上具有低漏电流设计。
·         它们保证符合国际公认的电气安全标准。
·         它们具有内置的热保护,以增强对不理想操作环境的抵抗力。
       医疗级变压器性能设计必须遵守统一的IEC 60601-1标准,这不仅仅是简单的漏电流。它们需要测试接地、患者或外壳漏电设定的最大值。它们必须达到IEC标准的最低爬电距离和空气间隙,并且不得超过最高温升。
 
寻找什么
       指定一个医疗级变压器时,有许多设计和结构特点,重要的是要考虑满足UL/IEC 6060-1标准。虽然有许多认可的医疗变压器可从市场上多个厂家买到,但Triad的MD系列(图4)提供了一些重要的设计特点,将有助于医疗设备设计师为其独特的应用找到最佳的器件。
 

图4.Triad MD系列医用变压器
 
       MD系列有八个不同的两个或四个插座类型。他们设计了一个环形隔离变压器来匹配各种设备对电源的要求。典型应用设置包括影像诊断、患者护理、医院、牙科、实验室和工厂。主要特点包括:
·         功率范围:250至2400 VA
·         输入电压(电源线):120或240 VAC ±10%, 50/60 Hz
·         输出电压(插座):120 VAC
·         电压调节:典型高达5%
·         耐压测试:输入输出:3000 VAC
·         工作温度:最大60C
·         漏电电流:典型10 uA
       Triad的先进设计创造了一个不参考地的“孤立”的输出电压。变压器的隔离提高了由于分离地的安全性,同时变压器的固有融合和功率限制提高了接通电源的安全性。
       Triad的MD系列采用紧凑的环形变压器,而不是其他设备的高EL型变压器。Triad的设计和结构有助于减少杂散磁场,提高功率效率,最大限度地减少尺寸和重量,以及提供较安静的操作,明显减少可听的嗡嗡声。
       这个医学隔离变压器在F级绝缘(155°C)设计和构造了高性能。潜在应用包括医院床位、牙椅、设备、实验室设备、和患者监控设备。
 
结论
       当健康和个人健康受到威胁时,就像在医疗行业中一样,设备的正常运转至关重要。采用UL/IEC 60601-1设计或批准的医用隔离变压器的医疗设备是安全和可靠性的重要因素。
       当选择一个医疗级变压器时,当然也要看安全认证。设计、施工、材料、质量和生产厂家的变压器测试程序都可以显著影响性能、可靠性和变压器寿命。
 
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