醫(yī)療產(chǎn)品變壓器檢測的常見問題

李妍達(dá)，趙旭，康文杰

北京市醫(yī)療器械檢驗所 （北京 101111）

醫(yī)療產(chǎn)品的變壓器是產(chǎn)品的關(guān)鍵部件，它不僅能升降次級工作電壓，還能起到隔離網(wǎng)電源的作用，直接影響醫(yī)療產(chǎn)品的安全性和可操作性。因此，變壓器相關(guān)試驗在醫(yī)療產(chǎn)品電氣安全檢測中是至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)[1]。

目前，醫(yī)療產(chǎn)品分為醫(yī)用電氣設(shè)備和測量、控制實驗室設(shè)備兩種。醫(yī)用電氣設(shè)備執(zhí)行的國家標(biāo)準(zhǔn)是GB 9706.1-2007《醫(yī)用電氣設(shè)備 第1部分：安全通用要求》，需要查驗變壓器結(jié)構(gòu)，完成短路試驗、過載試驗和電介質(zhì)強(qiáng)度試驗。測量、控制實驗室設(shè)備執(zhí)行的國家標(biāo)準(zhǔn)是GB 4793.1-2007《測量、控制和實驗室用電氣設(shè)備的安全要求》，根據(jù)上述的要求，測量、控制實驗室設(shè)備內(nèi)部電源變壓器需要完成短路試驗、過載試驗和電介質(zhì)強(qiáng)度試驗。

本研究以符合GB 9706.1-2007要求的變壓器為例，對試驗中常見問題進(jìn)行分類分析，探討解決方案，以期為相關(guān)人員提供參考。

1 變壓器的選取對檢測的影響

在選取變壓器時，要綜合考慮產(chǎn)品性能參數(shù)、生產(chǎn)成本以及安規(guī)試驗對變壓器的要求。

1.1 變壓器額定功率

在確定變壓器額定值時，為節(jié)約空間、控制成本，企業(yè)一般會選擇額定值略高于工作值的變壓器，忽視變壓器短路和過載試驗對變壓器額定值的要求，影響到變壓器試驗結(jié)果。以某產(chǎn)品變壓器參數(shù)及保護(hù)裝置額定值為例，見表1。

表1 某產(chǎn)品變壓器參數(shù)及保護(hù)裝置額定值

變壓器在進(jìn)行過載試驗時，加載的試驗電流為熔斷器額定電流值與系數(shù)的乘積。以表1中的參數(shù)為例，變壓器次級輸出額定電流值為3 A，正常工作電流為2 A，次級繞組使用3 A熔斷器，過載電流就要調(diào)到熔斷器額定電流值的2.1倍，即6.3 A，相當(dāng)于輸出電流額定值的2.1倍。將次級輸出電流調(diào)至6.3 A后，過載1 h，變壓器溫度升到173.1 ℃，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，修正到環(huán)境溫度為25 ℃時所對應(yīng)的溫度值，為198.1 ℃，而變壓器絕緣材料等級為B，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最高溫度為175 ℃，變壓器繞組超溫，過載試驗不合格。

因此，在選擇變壓器時，需要綜合考慮熔斷器額定值、工作電流和設(shè)備運行總功率等因素，保證變壓器容量留有余地，遵循“大馬拉小車”的原則，避免在滿功率的情況下使用變壓器，防止試驗時變壓器繞組溫度出現(xiàn)超過標(biāo)準(zhǔn)限值的情況。

1.2 變壓器類型及安裝方式

根據(jù)變壓器的繞組方式，可以分為自耦變壓器、雙繞組變壓器和三繞組變壓器。其中自耦變壓器的初級繞組和次級繞組為同一繞組，只能調(diào)節(jié)電壓，不能起到隔離網(wǎng)電源的作用，所以，在使用自耦變壓器時，需要在前端安裝隔離變壓器，起到隔離網(wǎng)電源的作用。雖然自耦變壓器損耗少、成本低，看似更具優(yōu)勢，但是由于需要增加隔離變壓器，不僅占據(jù)空間，增大設(shè)備體積，同時也提高了生產(chǎn)和后期維護(hù)成本，因此，不建議使用自耦變壓器。

此外，即使設(shè)備在前端設(shè)置了隔離變壓器，也要特別關(guān)注變壓器接線方式，初級繞組和次級繞組的地線應(yīng)該相互獨立，避免初級、次級繞組共地造成隔離失效的情況。

2 變壓器結(jié)構(gòu)對檢測的影響

GB 9706.1-2007中對變壓器的結(jié)構(gòu)有相關(guān)要求。變壓器出線時，初級、次級繞組引線不要在同一層上，并且初級、次級繞組間要隔離；同時，需要測量初級、次級繞組之間的電氣間隙和爬電距離，其測量值要符合GB 9706.1-2007標(biāo)準(zhǔn)中57.10和57.9.4的要求。電氣間隙和爬電距離達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)值時，一般可以采用增加隔板高度和絕緣紙有效絕緣長度的方法，完成整改。

如果變壓器的絕緣類型為加強(qiáng)絕緣或雙重絕緣，其初級、次級繞組之間的絕緣層總厚度至少為1 mm，或兩層絕緣的總厚度不低于0.3 mm。

最后，接地的無孔隙保護(hù)屏蔽銅要求厚度不低于0.13 mm。若保護(hù)接地屏蔽只有一匝，它必須有不小于3 mm長的絕緣重疊。屏蔽的寬度必須至少等于初級繞組的軸向長度。環(huán)形變壓器內(nèi)部繞組的導(dǎo)線引出線必須有兩層符合雙重絕緣要求的，總厚度至少為0.3 mm的套管，并伸出繞組外至少20 mm。

總之，大學(xué)教學(xué)管理組織的結(jié)構(gòu)設(shè)置及運作實效，直接關(guān)系著教學(xué)管理政策是否得到切實執(zhí)行，教學(xué)質(zhì)量體系能否有效保障，人才培養(yǎng)工作是否有序開展。優(yōu)化大學(xué)教學(xué)管理組織結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化大學(xué)教學(xué)管理組織的執(zhí)行力，對進(jìn)一步強(qiáng)化教學(xué)工作的中心地位、切實推進(jìn)教學(xué)改革與建設(shè)、不斷提高人才培養(yǎng)質(zhì)量具有很強(qiáng)的現(xiàn)實意義。

3 變壓器保護(hù)裝置對檢測的影響

3.1 熔斷器對檢測的影響

3.1.1 熔斷器額定值及位置

如果變壓器在初級安裝一個額定值較大的熔斷器，并且變壓器的次級繞組功率較小，那么進(jìn)行該路次級繞組短路故障試驗時，會出現(xiàn)初級熔斷器不動作的情況，在持續(xù)短路的狀態(tài)下，引起變壓器超溫，造成試驗結(jié)果不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

因此，當(dāng)存在變壓器次級功率較小的情況時，可采用在次級繞組設(shè)置熔斷器的方法，提高變壓器試驗的通過率。

3.1.2 熔斷器的相應(yīng)預(yù)飛弧時間/電流特性

因開機(jī)或使用中設(shè)備會產(chǎn)生瞬間電流沖擊，為了不使熔斷器熔斷，大多數(shù)企業(yè)選用標(biāo)稱額定電流值較大的熔斷器，但過載時，過載試驗電流是按照熔斷器額定電流值的相應(yīng)倍數(shù)加載，過高的電流值將導(dǎo)致變壓器過熱，超過溫度限值。這時可以選用具有抗浪涌、慢熔等特性的熔斷器作為網(wǎng)電源變壓器的保護(hù)裝置。

3.1.3 熔斷器熔量

如果變壓器短路電流大于35 A或者大于10倍輸入電流，使用低熔量的熔斷器會增大熔斷器爆炸等安全風(fēng)險，因此，優(yōu)先選用高熔量的熔斷器。

3.2 用熱斷路器做保護(hù)裝置

熱斷路器是網(wǎng)電源變壓器的常見保護(hù)裝置。當(dāng)設(shè)備過載或者短路的時候，產(chǎn)生的熱量使變壓器升溫，溫度達(dá)到熱斷路器的動作額定值時，熱斷路器會斷開電路，起到斷電保護(hù)、防止超溫的作用。在使用熱斷路器時，要特別注意其額定值和埋放位置對試驗結(jié)果的影響。

當(dāng)選用的熱斷路器動作溫度過高時，變壓器故障試驗不合格的概率將增大。如A級材料的變壓器，允許變壓器最高溫度為150 ℃，使用的熱斷路器動作溫度為135 ℃，如果熱斷路器埋的位置太淺，變壓器內(nèi)部溫度很高，已超過允許的溫度限值，但其表面散熱較塊，其溫度還不至于使熱斷路器動作。因此，選用的熱斷路器動作溫度要合理，并且盡量將其埋在變壓器最高溫度點處。

3.3 多種保護(hù)裝置的聯(lián)合應(yīng)用

具有多個次級輸出的變壓器，如果某路輸出功率較小，在做此路試驗時，即使次級已經(jīng)短路了，雖然局部溫度很高，已超過溫度限值，但由于熱傳導(dǎo)因素的影響，熱斷路器所處位置的溫度未達(dá)到熱斷路器動作溫度，熱斷路器不動作時就需要在此路上加熔斷器，而不能只靠初級的熱斷路器保護(hù)。

總之，保護(hù)裝置選用的原則為既要保證設(shè)備的正常工作，同時又要避免額定電流值偏大，達(dá)到有效保護(hù)的目的，可以同時運用多重保護(hù)形式，降低保護(hù)失效的風(fēng)險。

3.4 無保護(hù)裝置的變壓器

網(wǎng)電源變壓器的次級無保護(hù)裝置，特別是當(dāng)初級保護(hù)裝置取值偏大的時候，短路過載故障試驗中，初級保護(hù)裝置不動作，唯有變壓器依靠自身達(dá)到熱穩(wěn)態(tài)的狀態(tài)才能通過試驗。因此，如果變壓器次級沒有保護(hù)裝置，最好選用固有耐短路變壓器。

4 變壓器絕緣強(qiáng)度對檢測的影響

4.1 變壓器初級、次級繞組、屏蔽、鐵芯之間的絕緣強(qiáng)度

網(wǎng)電源變壓器的初級、次級繞組、屏蔽及鐵芯之間，要按照GB 9706.1-2007中的規(guī)定進(jìn)行以下電介質(zhì)強(qiáng)度試驗：（1）對于雙重絕緣或加強(qiáng)絕緣的變壓器，即屏蔽銅不接地時，初級、次級繞組之間應(yīng)滿足試驗電壓為4 000 V（基準(zhǔn)電壓220 V）的絕緣要求；（2）初級繞組對屏蔽及鐵心應(yīng)滿足試驗電壓為1 500 V（基準(zhǔn)電壓220 V、基本絕緣）的絕緣要求；（3）次級繞組對屏蔽及鐵心應(yīng)滿足試驗電壓為2 500 V（基準(zhǔn)電壓220 V、輔助絕緣）的絕緣要求。

4.2 變壓器匝間、層間的絕緣強(qiáng)度

網(wǎng)電源變壓器初級繞組和次級繞組的匝間和層間還需在潮濕預(yù)處理后做下列試驗（歷時1 min）；試驗時，絕緣的任何部分不得發(fā)生閃絡(luò)和擊穿，試驗后不得有可覺察到的變壓器損壞現(xiàn)象。

（1）沒有任一繞組額定電壓超過500 V的變壓器，用其繞組額定值電壓的5倍或其繞組額定電壓范圍上限值的5倍，而頻率不低于額定頻率5倍的電壓加在繞組的兩端；（2）有任一繞組額定電壓超過500 V的變壓器，用其繞組額定值電壓的2倍或其繞組額定電壓范圍上限值的2倍，而頻率不低于額定頻率2倍的電壓加在繞組的兩端。在上述兩種情況下，如果該繞組的額定電壓被認(rèn)為是基準(zhǔn)電壓U時，變壓器任何繞組的匝間和層間絕緣的電應(yīng)力必須使得有最高額定電壓的繞組上出現(xiàn)的電壓，不超過GB 9706.1-2007中20.3條表5中對基本絕緣規(guī)定的電應(yīng)力，為此，初級繞組上的試驗電壓必須相應(yīng)減低。試驗頻率可采用讓鐵心中產(chǎn)生約為正常使用時所有的磁感應(yīng)值的頻率。

4.3 變壓器絕緣層間的絕緣強(qiáng)度

當(dāng)加強(qiáng)絕緣或雙重絕緣的網(wǎng)電源變壓器有三層絕緣，并且初級繞組和次級繞組之間的絕緣層總厚度小于1 mm時，每兩層絕緣組合需要滿足加強(qiáng)絕緣的電介質(zhì)強(qiáng)度試驗。

5 小結(jié)

電氣產(chǎn)品中的變壓器扮演著極其重要的角色，各類電氣安規(guī)中都對變壓器有詳細(xì)的規(guī)定和要求[2]。隨著我國醫(yī)療電氣產(chǎn)品行業(yè)的不斷發(fā)展，對產(chǎn)品內(nèi)部變壓器的認(rèn)識水平也要相應(yīng)提高，希望相關(guān)人員能不斷吸取前期的檢測工作經(jīng)驗，不斷提高變壓器設(shè)計的科學(xué)性和合理性，為我國醫(yī)療電氣產(chǎn)品行業(yè)發(fā)展起到積極的推動作用。