浅析信息技术设备的防电击处理方法

2014-12-11刘睿骐

中国科技纵横 2014年20期

关键词：电击导电部件

刘睿骐

(中检集团南方电子产品测试(深圳)有限公司,广东深圳 518055)

浅析信息技术设备的防电击处理方法

刘睿骐

(中检集团南方电子产品测试(深圳)有限公司,广东深圳 518055)

本文简要阐述了防电击的注意事项和一些处理方法。

信息技术设备防电击隔离接触电流安全

信息技术设备日益更新，却仍有许多的设备在人身安全方面存在问题，电击危险常常伴随着产品的设计工艺缺陷出现。电击危险要如何防范，在设备的设计研发阶段，就应该重视这个问题。

1 电击产生的原理

人体是导电的，当人体上两个或两个以上的部位存在电气接触点时，就会在人体上产生电能的传递，当电能传递达到一定程度时，就会出现电击危险。第一个电气接触点是人体一部分与设备的导电部件之间，第二个电气接触点是人体另一个部分和大地之间(如图1)或设备的另一个导电部件之间(如图2);当这样的回路形成时，在人体的两个电气接触部分之间就存在电流通过。

电击是一定程度的电流通过人体所造成的，其对人体引起的生理反应取决于三个要素：电流的大小、通过时间和传递路径。

电流通过人体，人体会出现麻、痛等感觉，更严重者会引起颤抖、痉挛、心脏骤停甚至死亡。通过人体的电流越大，对人体引起的生理反应也会越明显，承受的感觉也会越强烈。一般情况下，人体最小的感应电流为0.5mA，此值与通过电流的时间无关。人体能够摆脱手握带电导体的最大电流一般为10mA，称此为摆脱电流，当通过人体的电流大于此阀值时，人体不能自行摆脱，当电流持续作用较长时间后，人体将遭受伤害，如50mA以上的电流作用于人体，通电时间超过心脏搏动周期时，就会引起心室颤动。电流传递路径的不同也会导致不同的影响，这取决于人体的电气接触点，若传递路径为手躯干-手，则会通过心脏，那么对人体的影响严重，若传递路径为脚-脚，则危险性较小，但可能因痉挛而摔倒，导致电流通过全身或摔伤、坠落等二次事故。

有很多的因素直接或间接的引起电击，分析引发电击诸多因素间的联系是非常困难的，故为防止出现电击危险，保证操作人员和维修人员的人身安全，对设备的防电击要求就必须实现双重防护或等效的加强防护，同时设备的接触电流也必须符合标准1要求。

图1 人体位于导电部件与大地之间

图2 人体位于两个导电部件之间

图3 电气绝缘图

2 防触电的处理方式

出现电击危险的一个必要条件是与人体接触，所以我们可以沿着这个方向进行防触电分析。

2.1 电路分类

根据电击防护原则及电路的可触及性，可以将电路分为3类：

(1)可触及。在设计产品时，设备所使用的电源输入以及设备内部电路峰值电压不超过42.4V或直流电压超过60V，则不存在触电危险，可以直接接触。

(2)有限制的接触。在通过警告语和需要使用工具才能打开门或盖的情况下，做到先排除触电危险的情况下，再对限制接触区进行接触

(3)不可触及。采用隔离方式防止电气接触，例如可触及导电部件与电网电源间的隔离区域。

2.2 隔离

通常情况下，最容易出现绝缘击穿的位置都处于不可触及区域，在设计这部分区域时，就需要做好隔离措施。下面我们以液晶显示器举例详述各绝缘路径的隔离作用，如图3。

图中路径A表示熔断装置前端不同极性电源导线之间的隔离，为防止电网电源端的短路引起的危险，与设备后端电路及可触及件间并无关系，故此路径仅要求功能绝缘。在熔断装置之后发生的短路或其他故障引起的过流情况，熔断装置会立即动作，将电路断开，从而避免引起危险。

图中路径B表示设备电网电源端与保护接地之间的隔离，此路径仅要求基本绝缘，因为当路径B短路故障时，整个电路会瞬间过流

表1 接触电流限值

以至于熔断装置动作，故保护接地与一次电路的带电部件之间仅需满足基本绝缘要求。

图中路径C表示设备中的一次电路带电部件与非金属外壳之间的隔离，此路径必须符合双重绝缘/加强绝缘要求。一般情况下在设计这部分时，因外壳是非金属不导电的，故需充分考虑非金属外壳的接缝和开孔，因为通过这些接缝和开孔很可能会触碰到设备中一次电路的带电部件间，这时我们需要通过测量这些可接触位置与一次电路带电部件之间的工作电压、电爬电距离和电气间隙，且必须满足标准中要求的最低限值。

图中路径D表示设备中的一次电路带电部件与可触及导电部件之间的隔离，此部分需符合双重或加强绝缘的要求。一次电路与可触及导电部件之间的电压差是很高的，故对绝缘的要求也是非常苛刻的。通常情况下可采取绝缘材料和空间隔离两种方式来进行隔离，当空间上无法满足双重/加强绝缘隔离要求时，可采用绝缘材料对所需隔离的位置进行隔挡形成等效的爬电距离和电气间隙。绝缘材料和隔离元器件的选用也是十分重要的，要考虑到设备工作时的温湿度、可靠性、工作电压等条件，若所需要的材料或元器件额定参数低于要求值时，则会造成绝缘击穿，从而导致电击危险。因此，在做此路径设计时，需充分考虑元器件的布局、PCB的布线和选择通过认证的隔离元器件。

图中路径E表示设备中的一次电路与二次电路之间的隔离，部分需符合双重或加强绝缘的要求。与路径D中描述的情况类似，此部分着重考虑元器件的布局、PCB的布线和隔离元器件的选用。

图中路径F中的SIP/SOP与外接设备相连，考虑最不利情况，外接设备出现电源击穿，则SIP/SOP上带有危险电压，那么路径F需要考虑的是该SIP/SOP与主板上其他的可触及导电部件之间应具有保护措施，因为这种情况是由外接设备引起并且极少发生，故路径F仅需满足基本绝缘要求。

2.3 接触电流的限制

就与设备接触的安全而言，接触电流是更直接作用与人体的。接触电流是指在正常条件或单一故障条件下，当人体接触连接到设备(I类或II类)时流过人体的电流。

由于目前信息技术设备广泛使用开关电源，而其缺点是射频干扰或电磁干扰较大，为了有效地抑制射频干扰，提高抗干扰能力，往往在设备中会加入由电容器和电感器组成的滤波电路，若需要抗干扰能力越高，则电容器的容量越大越好，那么接触电流也就相应越大，人体接触带电的可触及导体时，就会有电击危险。另外，接触电流也会由用于一次电路与接地电路之间的杂散电容产生。

故在GB4943.1-2011《信息技术设备安全第1部分：通用要求》中根据不同的设备，接触电流的限值如表1。