開關(guān)電源廠家講述儀器儀表設(shè)備的金屬外殼帶電原因及解決辦法
一、儀器儀表外殼帶電的原因
1.電學(xué)儀器儀表外殼正常帶電
大多數(shù)的電學(xué)儀器金屬外殼帶電屬于正常情況,一般稱這種“電”為感應(yīng)電或者懸空電壓,測出的電壓為感應(yīng)電壓。也有人稱這種“電”為泄露電流或漏電流。它的特點是:電壓高于48V,而電流非常小。通常對人體安全沒有直接危害,但對應(yīng)個別對電特別敏感的人有麻電的感覺。電學(xué)儀器外殼帶這種“電”的原因是什么呢?
上面說的感應(yīng)電壓指的是正常的電學(xué)儀器對大地隔離時,電學(xué)儀器金屬外殼與大地之間的電壓差。由電學(xué)儀器的內(nèi)部電路與電學(xué)儀器外殼之間的絕緣電阻和分布電容的容抗引起的阻抗,另外,電學(xué)儀器的外殼與大地也有一等效阻抗,由電學(xué)儀器外殼與大地的絕緣電阻和電學(xué)儀器外殼與大地的分布電容容抗并聯(lián)等效而成。根據(jù)電路串聯(lián)的特點,可求得電學(xué)儀器外殼的對地電壓。
電源適配器產(chǎn)生的接觸電流又是如何傳給筆記本呢?不管是工頻電源還是開關(guān)電源適配器,一般主變壓器高壓低壓側(cè)都會有一個等效電容,也會有微量的泄露電流,電源適配器的輸出給筆記本供電,一正一負(fù)(正極一般就是十幾伏的電壓,而負(fù)極就是筆記本的功能地,用來連接筆記本的外殼、USB接口的功能地、HDMI接口的功能地,而這個負(fù)極往往和適配器的地是連通的)。那么這就給適配器的接觸電流傳給筆記本創(chuàng)造了條件。這個狀況無法避免。解決方法是變壓器中間層增加銅皮屏蔽層隔離接地等,但無法完全屏蔽這個效應(yīng),多少有那么點漏電。其實大多數(shù)這個感應(yīng)電可以完全忽略。
正常情況,適配器產(chǎn)生的接觸電流絕大多數(shù)都會通過適配器的接地線傳回大地;而一小部分傳給了不接地的外殼、不接地的數(shù)據(jù)線等,所以人體感覺不到;而當(dāng)接地不良或者沒有接地的時候,適配器產(chǎn)生的接觸電流不能通過電源適配器的接地端泄走,就會傳給筆記本的金屬外殼以及USB線;當(dāng)人觸及筆記本外殼時,接觸電流就會直接通過人體流向大地,從而產(chǎn)生題主所說的感覺。為了防止接觸電流造成危險,所以需要限制這個電流大小。這個是適配器測試時很重要的一項安全性試驗。只要是合格產(chǎn)品,接觸電流值都會在安全范圍之內(nèi)。
凡是交流供電的設(shè)備(主要是含有Y電容的適配器、開關(guān)電源等),必然會產(chǎn)生接觸電流,只不過絕大多數(shù)都被大地泄走了;而測試設(shè)備的接觸電流時,是斷開接地線進行測試的,也就是說,即使產(chǎn)生題主那種情況,也不會有危險。
2.電學(xué)儀器外殼不正常帶電
根據(jù)國標(biāo)中對電磁兼容(EMC,EMI)和安全的要求。 EMI設(shè)計的主要內(nèi)容是噪聲濾波器的設(shè)計。采用開關(guān)電源濾波器能有效地抑制電網(wǎng)中的噪聲進入設(shè)備(電源),也可以抑制設(shè)備(電源)產(chǎn)生的噪聲污染電網(wǎng)。為了抑制這些噪聲污染就必須采用濾波電路,為了抑制工共模干擾就需要在輸入的兩條線L,N線分別并上兩個電容到地。電容的有一個很大的作用就是隔直通交,(一般的噪聲高擾都是高頻信號,可以近似的理解主交流信號)。如接地,則此部分干擾信號流入大地,達到濾波的作用。如未接地,人若接觸則流入人體。也就是所理解的漏電現(xiàn)象。(此部分電壓為交流,靜態(tài)可能一般高達110V左右)。
在國標(biāo)GB4943(信息技術(shù)設(shè)備的安全)中規(guī)定,相關(guān)的用電器(包括電源)必須接地。如果電腦機箱未接地,而電源上也未接地線,從而使這部分電無放釋放,造成機箱帶電。
不過由于安全規(guī)定,這個漏電流不會超過人體承受極限,即一般電不死人,這2顆電容一般不會短路(一般采取短路會自燒灼的介質(zhì))。解決方法就是良好接地,,無法接地可將地線與電容分離,或者去掉電容(emi會增大, 當(dāng)然一般有共模電感的有可能代替這2個電容,不過成本會高很多),這就是大多數(shù)電腦外殼帶電原因。
開關(guān)電源高壓側(cè)和低壓側(cè)(就是光耦跨越的2側(cè),一般電路板這2側(cè)間都會有明顯的距離分割)一般會有一顆EMI電容(部分電源還可能并聯(lián)一個高阻電阻 (少見)),如果電源側(cè)有漏電流同樣也會產(chǎn)生漏電現(xiàn)象。
電學(xué)儀器金屬外殼因某種原因與電源線接通或電學(xué)儀器絕緣損壞而帶電稱為電學(xué)儀器外殼的不正常帶電。此時電學(xué)儀器金屬外殼對地電壓與電源電壓幾乎相等,對人體的安全有很大威脅。
由以上分析可以看出,電學(xué)儀器金屬外殼的不正常帶電,特別是電學(xué)儀器內(nèi)部絕緣擊穿短路時,人體一旦接觸電學(xué)儀器外殼,加在人體上的電壓是220V的交流電壓,有致命的危險。
二、安全正常帶電和不正常帶電的區(qū)別方法
方法一:把電學(xué)儀器的金屬外殼與一只普通白熾燈泡一極相連,燈泡的另一極與大地或電源的零線相連。若燈泡不亮,一般屬于正常帶電;若燈泡與接在220V的交流電源上亮度一樣,則內(nèi)部絕緣已擊穿;若燈泡比接在220V交流電源上時暗一些,則內(nèi)部絕緣不良而漏電,且燈泡越亮,漏電越嚴(yán)重。后兩種帶電屬于電學(xué)儀器的不正常帶電。
方法二:用萬用表電阻檔(R×10K檔)測量電學(xué)儀器外殼與電源引線間的電阻。若阻值為零,則內(nèi)部絕緣已擊穿;若阻值小于2MΩ,則內(nèi)部絕緣不良而漏電,且阻值越小漏電越嚴(yán)重;若阻值為無窮大或大于2MΩ,則為正常帶電。
三、怎樣消除電學(xué)儀器外殼所帶的電
雖說電學(xué)儀器金屬外殼的正常安全帶電,即感應(yīng)電壓,不會對人體造成直接危害,但外殼電壓較高時有麻電的感覺,向被針刺一樣的感覺,會受到驚嚇。目前消除電學(xué)儀器外殼帶電的技術(shù)措施主要有以下四種:
1.保護接大地
就是把在故障狀態(tài)下可能帶電的金屬殼體同接大地體可靠地連接起來。電學(xué)儀器采用保護接地后即使外殼因絕緣不好而帶電,這時使用者碰到機殼就相當(dāng)于人體和接地電阻并聯(lián),而人體電阻遠(yuǎn)大于接地電阻,因此流過人體的電流就很小,電流通過金屬外殼直接到大地了,保證了人體的安全。采用了保護接地后若電器的絕緣被擊穿,這時的短路電流很大,只要選擇合適的短路保護裝置(熔斷器),一般熔絲被燒斷(只在火線上安裝熔斷器),把電學(xué)儀器的電源切斷,確保了使用電學(xué)儀器人員的安全。
2.保護接零
就是把電學(xué)儀器的金屬殼體,通過連接導(dǎo)線與供電線路系統(tǒng)中的零線可靠地連接起來。這種方式主要用于三相四線制電源中性點直接接地供電系統(tǒng)。發(fā)達國家在這種保護方式中,裝設(shè)專用保護零線,也就是采用三相五線制供電。采用保護接零后,如果電器的絕緣損壞而碰殼,由于中線的電阻很小,所以短路電流很大,立即使電路中的熔絲燒斷,切斷電源,從而消除觸電危險。
3.漏電保護器
漏電保護器是為了防止漏電或觸電的保護儀器。當(dāng)電學(xué)儀器泄漏電流超過額定值(線路末端安裝的漏電保護器動作電流小于30毫安,動作時間小于0.1秒)時,該裝置跳閘,斷電。它經(jīng)常與保護接地或保護接零合用,形成雙重保險。
4.雙重絕緣或加強絕緣
雙重絕緣是指除基本絕緣(工作絕緣)之外,還有一層獨立的附加絕緣用來保證在基本絕緣損壞時,防止電器外殼帶電,保護使用者。采用加強絕緣的電源適配器的標(biāo)簽上標(biāo)有一個特殊的“回”字符號。由于具有雙重絕緣,它不會因一層絕緣損壞而發(fā)生觸電事故,因此不必為它裝設(shè)漏電保護器,也沒必要安裝接地線,所以這類電學(xué)儀器配置的電源插頭都是兩腳式的。這類電學(xué)儀器雖然很安全,但由于絕緣外殼的機械強度和耐高溫性能差,它只能做成小功率的電學(xué)儀器。加強絕緣是指絕緣材料機械強度和絕緣性能都增強的基本絕緣,它具有與雙重絕緣相同的保護能力。
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