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GB9706.1剩余电压测试仪的应用
GB9706.1--2007《医用电气设备 第一部分：安全通用要求》国家标准规定的测试要求进行分析，根据剩余电压的形成及特点，列出了当前剩余电压测试过程出现的相关峰值断电、测试阻抗、测试时间和剩余电压测试设备计量等测试问题并进行解析。对现有剩余电压测试设备的生产、使用和计量提供参考。
剩余电压是电气设备断电后，电源插头各极间、各极对设备外壳间和用电设备内部易触碰的储能器件上，在一段时间内保持的残余电压。目前，剩余电压的测试方法离国标的要求也存在一定的差距，设备计量也无规程可遵守，因此，再此提出分析。
一、剩余电压的特点和测试要求
1、GB9706.1--2007《医用电气设备 第一部分：安全通用要求》规定：“用插头与供电网连接的设备，必须设计成在拔断插头之后1s时，各电源插脚之间以及每一电源插脚与设备外壳之间的电压不超过60V。”
国标GB4706.1-2005《家用和类似用途电器的安全 第一部分：安全要求》规定：“器具以额定电压供电，然后将其任何一个开关置于“断开”位置，器具在电压峰值时从电源断开。在断开电源后的1s时，用一个不会对测量值产生明显影响的仪器，测量插头各插脚间的电压。”
2、剩余电压的特点：
⑴ 能量微弱。线对地电容量为3000pF时，其能量E﹦1/2×C×U²﹦1/2×0.03uF×10－-6×(60V)²﹦54×10－-6﹦0.054mJ，再经过回路电阻1秒的放电, 能量已很难测试；
⑵ 存在时间短。测试时间为1秒，存在时间根据回路电阻的大小,也仅有数秒钟；
⑶ 电压形态特殊。测试的既不是峰值电压也不是有效值电压，而是变化时的瞬时点电压（见放电图）。
3、剩余电压测试要求：
⑴ 很高的测试内阻。用内阻抗不影响测量值的仪表来测；
⑵ 精确的测试时间。拔断插头之后1s时这一点的时间；
⑶ 瞬时采集测试数据能力。测试采集1s时这一点的电压；
⑷ 峰值断电测试功能。GB9706.1--2007规定：“在断开电源后1秒时，…..测量……。试验必须进行10次。”这是为了测试到最高剩余电压，10次中选电压断电时的电容最高充电电压。
二、峰值断电测试
1、GB9706.1--2007规定：“若采用了干扰抑制电容器，且每一线对地电容量在额定电压小于或等于250V时小于3000pF，额定电压小于或等于125V时小于5000pF，则不必进行每一线与设备外壳之间的试验”。电储能器件的能量存储多少决定于器件的容量和外部电源的电压，在电源干扰电容容量一定的情况下，电源电压高低决定了剩余电压的高低。在电源额定电压220伏时测试，其峰值电压为311伏，储能的能量和电压为最高。应此，测试电器设备的剩余电压应在电源电压为峰值时断电测试。
2、GB9706.1—2007又规定：剩余电压“试验必须进行10次”。由于在电源电压随机断电状态进行测试，所以，规定测试10次，选择其测试最大值。这样的测试会出现：⑴ 10次测试未必采集到最大值剩余电压，⑵ 不能保证每一次测试的重复性。因此，只有在电源电压为峰值时断电，剩余电压的测试才能保证采集到最大值和测试数据的一致性(见放电图)。所以，国标《GB4706.1-2005家用和类似用途电器的安全 第一部分：安全要求》对剩余电压测试作出规定：“器具在电压峰值时从电源断开”。
三、高阻抗测试
GB9706.1--2007规定：“在断开电源后的1s时，用一个不会对测量值产生明显影响的仪器，测量插头各插脚间的电压。” 这个阻抗值为多少合适？标准中没有具体规定，理论上是阻抗越高测试精度越高，但是，阻抗不可能无限的高，这里有一个适用的问题，既能在测试安全要求范围之内，有能普遍推广使用。
GB9706.1--2007《医用电气设备 第一部分：安全通用要求》规定：“当线间接入的干扰抑制电容器其容量小于或等于0.1uF时，也可不必进行线间试验。”根据电容放电相关公式：R＝τ/C＝1s/0.1uF＝10MΩ，测试仪要求的测试阻抗必需大于10MΩ。
“若采用了干扰抑制电容器，且每一线对地电容量在额定电压小于或等于250V时小于3000pF，额定电压小于或等于125V时小于5000pF，则不必进行每一线与设备外壳之间的试验”。通过电容放电公式计算，在时间为1秒, 电容为3000pF，放电电阻则为：R＝τ/C＝1s/3000pF＝333.3MΩ。
线间剩余电压合格判断标准为60V时，他的剩余能量：
E﹦1/2×C×U²﹦1/2×0.1uF×10－6×(60V)²﹦0.05×10－6×3600
﹦180×10－6﹦0.18 mJ
在存储的能量为0.18 mJ时，线对地额定电压等于250V（峰值电压为354V），其电容量为：
C=2×E/U²=2×180×10－6/(354)²=0.00287×10－6≈3000 pF
为何线对地与线间电容量规定的差别相差如此的大，我们认为主要是考虑被测设备的阻抗大小和人体承受的电能决定的。
线间额定电压等于250V（峰值电压为354V）时，354V峰值电压，1秒后电压降为60V时的电压的降幅为294V，能量由6.27 mJ降为0.18 mJ。可见，线间的阻抗较小，放电的速度较快；而线对地间的阻抗较高，有数百兆至数千兆，1秒时的电容能量释放很少，按照电容存储的能量多少来判定：线间电容0.1uF时60V剩余电压的能量与线对电容3000 pF，额定电压等于250V时存储的能量对人体的危害应该是相等的。从两者的危险程度来看，线间阻抗较低，电容的能量与人体能形成较大的分流作用；而线对地间的阻抗较高，电容的能量基本从人体经过，形成较大的危险。因此，线对地剩余电压的测试阻抗要求也就更高。
四、准确测试时间和精确数据采集显示能力
1、准确的测试时间
GB9706.1--2007规定：“用插头与电源连接的设备，必须设计成在拔断插头之后1s时，各电源插脚之间或每一电源插脚与设备机身间电压不超过60V。”国标GB4706.1-2005规定：“在断开电源后的1s时，用一个不会对测量值产生明显影响的仪器，测量插头各插脚间的电压。”
剩余电压的存在形式是储能器件的能量释放，是一个能量衰减渐变过程，每一时间段的电压值均不一样，特别是能量震荡衰减过程，在震荡的上升和下降沿，很短的时间内，电压变化非常大（见测试图）。因此，要求测试的时间准确度在“1s时”，这个1秒时决定了测试时间在1秒的点上，误差不能太大，否则，误差太大也就失去了测试的意义。
2、精确的数据采集和数字显示能力
剩余电压存在的时间短，变化快，要求数据采集
速度也要快。特别是电压突变时的数据采集（见放电图）。
测试时采样的速率快，⑴保证了采样精度高，⑵震荡衰减电压的波顶与波的上下沿采样误差小。
五、计量测试方法
目前，剩余电压的测试与测试设备的计量存在着无规程可遵守，因此，必须根据剩余电压的测试要求和特点制定计量方法。剩余电压是一个能量微弱不断衰减变化的瞬时点电压，仅计量测试单个指标是没有意义的，必须结合峰值电压、测试时间和阻抗等确定剩余电压值。
1、剩余电压的电压幅值计量：首先，将剩余电压测试仪“外测”按键按下，把剩余电压的测试端口从电源插头的电极上切换到专用外测端口，并在外测端口接入平稳、标准直流电压源，调节标准直流电压源电压，在10V～150V之间选择几个测试点进行测试比较，尤其是60V判定合格与否的报警电压；然后，操作剩余电压测试仪，观察L—N间剩余电压的电压幅值与仪器显示电压值进行对比，就能确定仪器显示电压的精度。
2、测试时间和峰值断电电压计量：使用剩余电压测试仪专用负载测试盒，接入剩余电压测试仪“测试电源输出”，并将具有1000/1阻抗为500MΩ的示波器探头的示波器同时接入剩余电压测试仪“测试电源输出”，将记忆示波器设定直流，时间为200ms﹐电压为500mV，观察L—N间1秒时的时标和变动的剩余电压的电压幅值，测试一次，记录一次后复位，并且在1秒时的时点与仪器显示电压值相比较，特别是在电压上升或者下降时（见测试图），更能确定仪器测试时间精度和电压采样精度。同样，峰值断电电压值也同时记录并确定精度。
3、测试阻抗计量：阻抗的测试计量确定剩余电压的测试范围，计量测试剩余电压与测试剩余电压一样，这个过程是一个阻抗并联测试过程，阻抗越低，测试使用的范围越小。10MΩ以上阻抗只适用与线间剩余电压的测试；线对地间剩余电压的测试必须333.3MΩ以上阻抗，基本才能满足目前剩余电压的全部测试要求。理论上计量设备的阻抗应该远远大于被计量的仪器，然而，计量设备的阻抗目前很难超越并远大于测试设备，特别是在高阻抗时。直接计量测试剩余电压测试仪器的测试阻抗比较困难，但是，可以间接，或者以计算的方式计量确定。
如：每一线对地电容量在额定电压等于250V时小于3000pF。
在剩余电压测试设备的测试电源输出的线对地端（阻抗认为∞），接入3000pF电容器，通过计算，100MΩ测试阻抗的放电时间为：
τ＝R×C＝100MΩ×3000pF＝0.3s，
电容放电时间过短，则无法测试出并显示剩余电压值；将阻抗增加为1000MΩ时，通过计算，电容放电时间为：τ＝R×C＝1000MΩ×3000pF＝3s；在额定电压220V(峰值电压311V)时断电，经过1秒时，用电容放电公式计算，剩余电压为：
Us＝Um•e-t/τ＝311×2.718-1/3＝222.8V；
可见，阻抗计量对剩余电压测试有着很重要的作用。
更精确的实际测试计量，应考虑到电容和设备的阻抗、峰值电压的误差，可用标准的高阻计测试电源的线对地端阻抗和电容器阻抗的并联值及电容器容量的实际值，以及实际的峰值断电电压，通过R﹦τU²/2E的计算，得到更精确的阻抗值。确定了测试阻抗，就确定了剩余电压测试的使用范围。
以上只是我们在研制高阻抗、峰值断电剩余电压测试仪一些做法，在此提出，供相关人员参考。
剩余电压是电气设备断电后，电源插头各极间、各极对设备外壳间和用电设备内部易触碰的储能器件上，在一段时间内保持的残余电压。目前，剩余电压的测试方法离国标的要求也存在一定的差距，设备计量也无规程可遵守，因此，再此提出分析。
一、剩余电压的特点和测试要求
1、GB9706.1--2007《医用电气设备 第一部分：安全通用要求》规定：“用插头与供电网连接的设备，必须设计成在拔断插头之后1s时，各电源插脚之间以及每一电源插脚与设备外壳之间的电压不超过60V。”
国标GB4706.1-2005《家用和类似用途电器的安全 第一部分：安全要求》规定：“器具以额定电压供电，然后将其任何一个开关置于“断开”位置，器具在电压峰值时从电源断开。在断开电源后的1s时，用一个不会对测量值产生明显影响的仪器，测量插头各插脚间的电压。”
2、剩余电压的特点：
⑴ 能量微弱。线对地电容量为3000pF时，其能量E﹦1/2×C×U²﹦1/2×0.03uF×10－-6×(60V)²﹦54×10－-6﹦0.054mJ，再经过回路电阻1秒的放电, 能量已很难测试；
⑵ 存在时间短。测试时间为1秒，存在时间根据回路电阻的大小,也仅有数秒钟；
⑶ 电压形态特殊。测试的既不是峰值电压也不是有效值电压，而是变化时的瞬时点电压（见放电图）。
3、剩余电压测试要求：
⑴ 很高的测试内阻。用内阻抗不影响测量值的仪表来测；
⑵ 精确的测试时间。拔断插头之后1s时这一点的时间；
⑶ 瞬时采集测试数据能力。测试采集1s时这一点的电压；
⑷ 峰值断电测试功能。GB9706.1--2007规定：“在断开电源后1秒时，…..测量……。试验必须进行10次。”这是为了测试到最高剩余电压，10次中选电压断电时的电容最高充电电压。
二、峰值断电测试
1、GB9706.1--2007规定：“若采用了干扰抑制电容器，且每一线对地电容量在额定电压小于或等于250V时小于3000pF，额定电压小于或等于125V时小于5000pF，则不必进行每一线与设备外壳之间的试验”。电储能器件的能量存储多少决定于器件的容量和外部电源的电压，在电源干扰电容容量一定的情况下，电源电压高低决定了剩余电压的高低。在电源额定电压220伏时测试，其峰值电压为311伏，储能的能量和电压为最高。应此，测试电器设备的剩余电压应在电源电压为峰值时断电测试。
2、GB9706.1—2007又规定：剩余电压“试验必须进行10次”。由于在电源电压随机断电状态进行测试，所以，规定测试10次，选择其测试最大值。这样的测试会出现：⑴ 10次测试未必采集到最大值剩余电压，⑵ 不能保证每一次测试的重复性。因此，只有在电源电压为峰值时断电，剩余电压的测试才能保证采集到最大值和测试数据的一致性(见放电图)。所以，国标《GB4706.1-2005家用和类似用途电器的安全 第一部分：安全要求》对剩余电压测试作出规定：“器具在电压峰值时从电源断开”。
三、高阻抗测试
GB9706.1--2007规定：“在断开电源后的1s时，用一个不会对测量值产生明显影响的仪器，测量插头各插脚间的电压。” 这个阻抗值为多少合适？标准中没有具体规定，理论上是阻抗越高测试精度越高，但是，阻抗不可能无限的高，这里有一个适用的问题，既能在测试安全要求范围之内，有能普遍推广使用。
GB9706.1--2007《医用电气设备 第一部分：安全通用要求》规定：“当线间接入的干扰抑制电容器其容量小于或等于0.1uF时，也可不必进行线间试验。”根据电容放电相关公式：R＝τ/C＝1s/0.1uF＝10MΩ，测试仪要求的测试阻抗必需大于10MΩ。
“若采用了干扰抑制电容器，且每一线对地电容量在额定电压小于或等于250V时小于3000pF，额定电压小于或等于125V时小于5000pF，则不必进行每一线与设备外壳之间的试验”。通过电容放电公式计算，在时间为1秒, 电容为3000pF，放电电阻则为：R＝τ/C＝1s/3000pF＝333.3MΩ。
线间剩余电压合格判断标准为60V时，他的剩余能量：
E﹦1/2×C×U²﹦1/2×0.1uF×10－6×(60V)²﹦0.05×10－6×3600
﹦180×10－6﹦0.18 mJ
在存储的能量为0.18 mJ时，线对地额定电压等于250V（峰值电压为354V），其电容量为：
C=2×E/U²=2×180×10－6/(354)²=0.00287×10－6≈3000 pF
为何线对地与线间电容量规定的差别相差如此的大，我们认为主要是考虑被测设备的阻抗大小和人体承受的电能决定的。
线间额定电压等于250V（峰值电压为354V）时，354V峰值电压，1秒后电压降为60V时的电压的降幅为294V，能量由6.27 mJ降为0.18 mJ。可见，线间的阻抗较小，放电的速度较快；而线对地间的阻抗较高，有数百兆至数千兆，1秒时的电容能量释放很少，按照电容存储的能量多少来判定：线间电容0.1uF时60V剩余电压的能量与线对电容3000 pF，额定电压等于250V时存储的能量对人体的危害应该是相等的。从两者的危险程度来看，线间阻抗较低，电容的能量与人体能形成较大的分流作用；而线对地间的阻抗较高，电容的能量基本从人体经过，形成较大的危险。因此，线对地剩余电压的测试阻抗要求也就更高。
四、准确测试时间和精确数据采集显示能力
1、准确的测试时间
GB9706.1--2007规定：“用插头与电源连接的设备，必须设计成在拔断插头之后1s时，各电源插脚之间或每一电源插脚与设备机身间电压不超过60V。”国标GB4706.1-2005规定：“在断开电源后的1s时，用一个不会对测量值产生明显影响的仪器，测量插头各插脚间的电压。”
剩余电压的存在形式是储能器件的能量释放，是一个能量衰减渐变过程，每一时间段的电压值均不一样，特别是能量震荡衰减过程，在震荡的上升和下降沿，很短的时间内，电压变化非常大（见测试图）。因此，要求测试的时间准确度在“1s时”，这个1秒时决定了测试时间在1秒的点上，误差不能太大，否则，误差太大也就失去了测试的意义。
2、精确的数据采集和数字显示能力
剩余电压存在的时间短，变化快，要求数据采集
速度也要快。特别是电压突变时的数据采集（见放电图）。
测试时采样的速率快，⑴保证了采样精度高，⑵震荡衰减电压的波顶与波的上下沿采样误差小。
五、计量测试方法
目前，剩余电压的测试与测试设备的计量存在着无规程可遵守，因此，必须根据剩余电压的测试要求和特点制定计量方法。剩余电压是一个能量微弱不断衰减变化的瞬时点电压，仅计量测试单个指标是没有意义的，必须结合峰值电压、测试时间和阻抗等确定剩余电压值。
1、剩余电压的电压幅值计量：首先，将剩余电压测试仪“外测”按键按下，把剩余电压的测试端口从电源插头的电极上切换到专用外测端口，并在外测端口接入平稳、标准直流电压源，调节标准直流电压源电压，在10V～150V之间选择几个测试点进行测试比较，尤其是60V判定合格与否的报警电压；然后，操作剩余电压测试仪，观察L—N间剩余电压的电压幅值与仪器显示电压值进行对比，就能确定仪器显示电压的精度。
2、测试时间和峰值断电电压计量：使用剩余电压测试仪专用负载测试盒，接入剩余电压测试仪“测试电源输出”，并将具有1000/1阻抗为500MΩ的示波器探头的示波器同时接入剩余电压测试仪“测试电源输出”，将记忆示波器设定直流，时间为200ms﹐电压为500mV，观察L—N间1秒时的时标和变动的剩余电压的电压幅值，测试一次，记录一次后复位，并且在1秒时的时点与仪器显示电压值相比较，特别是在电压上升或者下降时（见测试图），更能确定仪器测试时间精度和电压采样精度。同样，峰值断电电压值也同时记录并确定精度。
3、测试阻抗计量：阻抗的测试计量确定剩余电压的测试范围，计量测试剩余电压与测试剩余电压一样，这个过程是一个阻抗并联测试过程，阻抗越低，测试使用的范围越小。10MΩ以上阻抗只适用与线间剩余电压的测试；线对地间剩余电压的测试必须333.3MΩ以上阻抗，基本才能满足目前剩余电压的全部测试要求。理论上计量设备的阻抗应该远远大于被计量的仪器，然而，计量设备的阻抗目前很难超越并远大于测试设备，特别是在高阻抗时。直接计量测试剩余电压测试仪器的测试阻抗比较困难，但是，可以间接，或者以计算的方式计量确定。
如：每一线对地电容量在额定电压等于250V时小于3000pF。
在剩余电压测试设备的测试电源输出的线对地端（阻抗认为∞），接入3000pF电容器，通过计算，100MΩ测试阻抗的放电时间为：
τ＝R×C＝100MΩ×3000pF＝0.3s，
电容放电时间过短，则无法测试出并显示剩余电压值；将阻抗增加为1000MΩ时，通过计算，电容放电时间为：τ＝R×C＝1000MΩ×3000pF＝3s；在额定电压220V(峰值电压311V)时断电，经过1秒时，用电容放电公式计算，剩余电压为：
Us＝Um•e-t/τ＝311×2.718-1/3＝222.8V；
可见，阻抗计量对剩余电压测试有着很重要的作用。
更精确的实际测试计量，应考虑到电容和设备的阻抗、峰值电压的误差，可用标准的高阻计测试电源的线对地端阻抗和电容器阻抗的并联值及电容器容量的实际值，以及实际的峰值断电电压，通过R﹦τU²/2E的计算，得到更精确的阻抗值。确定了测试阻抗，就确定了剩余电压测试的使用范围。
以上只是我们在研制高阻抗、峰值断电剩余电压测试仪一些做法，在此提出，供相关人员参考。
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