關於接地保護導體測試電流的思考

多年來，醫療行業(ye) 一直在爭(zheng) 論多大電流是合適的測試電流，以檢查醫療和非醫療設備的保護接地導體(ti) 的完整性。傳(chuan) 統上，一些人傾(qing) 向於(yu) 使用25A或10A的高測試電流，因為(wei) 這是IEC 60601-1要求的一部分，他們(men) 認為(wei) 這將能最好地檢測到任何受損的接地導體(ti) 。此外，之前模擬儀(yi) 器廣泛用於(yu) 低電阻測量時，通常需要使用高測試電流來產(chan) 生足夠的電壓降，以產(chan) 生必要的針偏轉。隨著現代電子技術和數字技術的發展，這不再必要。隨著手持式測試儀(yi) 器的增長，其他人傾(qing) 向於(yu) 使用1A或更低的測試電流，以消除對被測設備造成任何損壞的風險。

實際上，不同的測試電流都有其優(you) 點。各種國際標準和實踐規範都推薦了從(cong) 25A到200mA的各種測試電流。然而，對於(yu) 常規測試、非醫療設備維修後的測試以及固定裝置的測試，大多數歐洲標準現在都規定測試電流為(wei) 200mA。

保護接地導體(ti)

保護接地導體(ti) 旨在防止觸電，允許在故障條件下電流通過。在I類電氣設備中，保護接地導體(ti) 的電阻需要足夠低，以防止外部金屬部件上的電壓升高到危險水平。

各種國家和國際標準規定了保護接地導體(ti) 的最大允許電阻水平，與(yu) 醫療設備相關(guan) 的預防措施比與(yu) 工業(ye) 、商業(ye) 和電氣產(chan) 品相關(guan) 的預防措施要嚴(yan) 格得多。這些標準不僅(jin) 規定了最大電阻值，同時也定義(yi) 了測試電流、開路電壓和測試持續時間。根據測試進行的時間，在設計階段、符合性測試階段、製造和運行測試中，不同的標準將適用。對於(yu) 任何一種醫療設備，保護接地導體(ti) 很可能是由連接設備到電源點的各種長度的柔性電纜組成的。也可能存在各種類型的開關(guan) 機製，包括繼電器和電氣開關(guan) 。因此，對保護接地導體(ti) 的任何測量都會(hui) 遇到體(ti) 電阻和接觸電阻兩(liang) 種形式。這兩(liang) 種電阻類型都會(hui) 對不同測試方法的使用產(chan) 生影響，這些測試方法具有不同的電流、電壓和時間持續時間。

體(ti) 電阻是導體(ti) 路徑的材料決(jue) 定，其往往保持恒定，不過它會(hui) 受到溫度的影響，在某些情況下還會(hui) 受到物理壓力狀態的影響。

接觸電阻是一種出現在兩(liang) 個(ge) 導電表麵之間的電阻。接觸電阻由收縮電阻和膜電阻組成，並且會(hui) 取決(jue) 於(yu) 接觸的兩(liang) 個(ge) 表麵之間的接觸力。

仔細檢查兩(liang) 種導電材料之間的接觸界麵會(hui) 發現，肉眼看起來可能平坦均勻的表麵，在顯微鏡下觀察時，總會(hui) 包含一係列粗糙的山峰和山穀。

實際上，這兩(liang) 個(ge) 接合麵因此隻會(hui) 在其表麵峰值粗糙點相遇的地方相互接觸，所以實際接觸麵積比看起來的接觸麵積通常小得多。在這種情況下，當電流通過這些峰值點或界麵處的小接觸點時，會(hui) 產(chan) 生收縮電阻。材料表麵形成的氧化物和汙垢層也會(hui) 產(chan) 生膜電阻。這些氧化物的電阻比接頭兩(liang) 側(ce) 的導電材料的電阻要高。

如圖 2 所示，通過增加兩(liang) 個(ge) 表麵之間的壓力，可以降低抗收縮性。薄膜電阻通常可以通過清潔兩(liang) 個(ge) 觸點之間的表麵來克服，不過這並非總是可行的，而且在清潔連接後，氧化可能立即再次發生。圖 3 展示了通過降低收縮電阻對總電阻的影響。

與(yu) 膜電阻不同，接觸電阻會(hui) 隨著兩(liang) 個(ge) 表麵之間施加的力增大而減小，因此總電阻也會(hui) 減小。體(ti) 積電阻被假定為(wei) 恒定不變。在我們(men) 的實驗室進行的測試表明了膜電阻與(yu) 通過觸點的電流水平之間的關(guan) 係的影響。

圖4展示了在典型的IEC連接中，薄膜電阻對測試電流的影響。在測試的每個(ge) 階段，測試電流都會(hui) 增加，並測量總電阻。隨著測試電流的增加（藍色所示，上升），薄膜電阻會(hui) 隨之減少。在本次測試中，當測試電流達到8安培時，薄膜電阻消除，一旦達到這一點，測試電流會(hui) 逐步減少（紅色所示，下降）。

測試表明，一旦現有連接中的膜電阻被清除，膜電阻不再影響總電阻測量。在我們(men) 的測試中，保持了體(ti) 電阻和收縮電阻恒定。因此，這意味著當考慮膜電阻時，測試電流的水平會(hui) 影響測量結果。

大電流測試

較高的 25A 測試電流所帶來的預期好處在於(yu) ，它能夠克服膜電阻的影響。然而，相反地，過高的測試電流水平會(hui) 導致整個(ge) 保護接地導體(ti) 路徑的溫度升高。如果持續時間足夠長，這將對電阻值的測量產(chan) 生重大影響。在保護接地導體(ti) 受損、大部分股線斷裂的情況下，高電流測試也可能通過使電纜“熔化"來檢測到損壞。熔化是由於(yu) 測試電流的加熱效應——電流流動產(chan) 生熱量，電線熔化分開，導致開路。熔化作用是由電纜溫度升高引起的，因此電纜熔化需要一定的時間。

溫度的升高以及受損電纜的熔接能力取決(jue) 於(yu) 測試電流和測試持續時間。在保護性熔斷器中，這被稱為(wei) I2t 額定值。電流越大或測試持續時間越長，受損電纜熔接的概率就越高。

因此，測試將一根帶有斷股的電纜熔接起來的概率將取決(jue) 於(yu) 斷股的數量、測試電流的大小以及測試的持續時間。然而，對一根1.5mm² - 48 x 0.22mm²的絞線電纜進行的測試顯示，在30秒內(nei) 熔接電纜需要95%的股線斷裂。然而在實踐中接地連續性測試通常在較短的時間內(nei) 進行，通常為(wei) 兩(liang) 到五秒，這使得在 25 安培電流下發生熔接的可能性不大。接地連續性測試的目的是確保可接觸的導電部件（這些部件依靠保護性接地作為(wei) 防止觸電的一種手段）與(yu) 電源的保護接地相連。

出於(yu) 諸如信號屏蔽等功能性原因，可能也會(hui) 有可觸及的導電部件與(yu) 保護接地相連，而這些接地可能不會(hui) 設計路徑來承載高電流。通過它們(men) 傳(chuan) 遞高測試電流可能會(hui) 導致被測試設備受損。

200 毫安測試

200mA 測試電流正迅速成為(wei) 歐洲運行測試和維修後測試的標準。特別是，那些符合 VDE 0751（德國標準）和即將出台的 IEC 62353（醫療電子設備運行和常規測試標準）要求的測試儀(yi) 器能夠使用 200mA 測試電流進行精確的電阻測量。使用較低的測試電流，如 200mA，還能降低或消除因通過並非為(wei) 提供保護性接地而設計的接地路徑傳(chuan) 遞高測試電流而對被測設備造成損壞的風險。

使用更高測試電流的原因之一是，被測電阻值約為(wei) 0.1歐姆，原則上，更高的測試電流有助於(yu) 測量過程。然而，這一特定論點失去了一些說服力，因為(wei) 現代測試技術的進步使得使用低測試電流進行非常精確的電阻測量成為(wei) 可能。

最近，一種新的低能耗、高電流測試技術被開發出來，克服了以往的接觸電阻問題，使得使用1A或200mA測試電流進行保護接地測試的應用更加廣泛。因此，這一新概念成功地克服了測試探頭與(yu) 醫療設備之間的高膜電阻引起的測量誤差。

例如，在測量可拆卸的 IEC 電源線中鍍層受損部分的連續性時進行測試。重要的是，新的低電流測試技術使得使用電池驅動的測試儀(yi) 能夠進行有效的接地連續性測試，顯著提高了手持式安全分析儀(yi) 的便攜性和通用性，並加快了測試過程。

總結

25A 和 200mA 在國際上都被推薦為(wei) 醫療電氣設備運行測試和檢查的有效測試電流，兩(liang) 者對生物醫學工程師和技術人員都有價(jia) 值。然而，高測試電流不一定能檢測到受損的保護接地路徑，也並不總是能提供更高的精度。此外，現代電子技術意味著

現在低電流測試可以比過去更有效地應用。無論測試電流如何，接觸電阻都是一個(ge) 始終存在的變量。低能量、高電流脈衝(chong) 可以克服此類問題。此外，低電流 200mA 接地連續性測試還有一個(ge) 進一步的優(you) 勢，即它可以用電池供電而不是主電源來進行，這使得現代醫療安全測試儀(yi) 能夠納入重要的設計和實際改進。

結論

如果在常規測試中使用現代技術來測量接地電阻，並且接觸電阻得到妥善處理，例如，使用低能量大電流脈衝(chong) ，對於(yu) 常規的現場維護，較低的測試電流是更可取的，因為(wei) 這會(hui) 為(wei) 您帶來好處。

•提高了操作人員的安全性。

•降低了在用醫療設備（DUT）受損的風險。

•更小的測試儀(yi) 器用於(yu) 有效的接地連接測量。

•電池供電的測試設備。

•由於(yu) 測試設備輕便，測試工程師的靈活性增強了。

•由於(yu) 醫療設備停機時間縮短而降低成本。

•測試設備更高性價(jia) 比。