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安规技术发展趋势 - 智能接地失效中断电路(Smart GFI)功能
什么是接地故障(Ground Fault)
众所周知,耐压测试的时候,被测物是悬浮接地的,按照安规机构的规定,被测物是放在一个绝缘平台上面,如图一所示,正常的测试是将被测物的L、N短路后接仪器的高压端,地线接回路端。
(图一)
接地故障(Ground Fault)是一个泛称之词,它的意义是在于,被测物在高压测试过程中,接地部分发现了异常状况,有异常的电流流入大地,而充当这个流入大地的路径,很可能是人,那么人就有被电击的危险,但在实际操作时,有以下几种情况操作者可能会有被电击的危险:
1. 操作者在仪器高压输出时直接误触高压输出端子。(指没有神经或其它心态上面的问题情况下)
2. 操作者测试时将接线接反,如图二所示,即将高压端置于被测物的地线端(I类产品地线端和机壳是相通的),而回路端接L、N的短路点,如果操作者误触及被测物机壳,而通常操作者都会和地相连,这样就会造成操作者被高压电击。
曾经有客户询问过,安规测试的时候,是否可以将耐压仪量测线和被测物反接,因为他曾经试过量测数据和正常惯例下量测的是一样的,答案就是,虽然结果一样,但是测试过程是违反安规量测的精神,因为操作者的安全也是非常重要的。
3. 由于被测物内部存在故障点,如图三所示,耐压仪的高压可能会接触到机壳的某个部位,而在安规测试过程中,被测物是隔离的,不接地的(如果接地则操作人员会安全),虽然耐压测试仪会因此而判定被测物不合格,但在测试过程中,操作人员也存在着被电击的危险。
什么是GFI电路以及智能性GFI电路和传统的GFI电路的区别是什么?
标准的普通型 GFI 安全电路
典型的家用电器电路中含有三根电线, 一根电线叫做" 火" 线,第二根电线叫做" 中" 线,第三是一根到地的地线,到地的地线并不是真正意义上在正常的操作中传送任何电流到地面。
在正常的条件下,电流使得产品可以运行的话,就必须将动力源的电力从产品的"火"线进入该产品,然后电流离开该产品通过" 中" 线回到动力源。 记住,通过“火”线流入一个产品所有电流应该通过“中”线完全回到动力源。 然而,如果产品有某个短路到地的电路,则电流将直接流动到地,旁路了通过中线返回的路径。 这就好像发生了假如一个人漫不经心的人来充当这个电路到地的事情一样。
一个普通的 GFI 电路就是比较上面所说的"火 "线 和" 中"线的电流。 如果他们不是相同并且超过了 GFI 的固定的极限,则通常在不到 10 毫秒的时间内由一个高速跳闸电路关闭提供给装置的电力。 在厨房、浴室和地下室中可以非常容易地找到这些 GFI 电路,这些都是由于政府相关部门认为在这些区域范围内,电流由于和水接触的可能性更高,使得电流到地的错误危险情况会经常发生而采取得强制性手段。
GFI 通过使用两个传感线圈来完成这个功能,它们测量走出“火”线和通过“中”线回来的电流(参图四)。 典型的普通 GFI 电路有一个约 7mA 左右的跳闸电流水平, 该电流比通常他们在保护的电路中流动的总电流低得多,这个被保护的电路中传送的电流足以致命。 多数一般的电路能负载的电流都在10A或者更多。 GFI 设置一个低的跳闸点的原因是安全,处于正常的条件电流不应该流动到地,那么设置中断的门限必须设置在一个很低的点,使得如果事故的时候流经人体的电流减到最少。
(图四)
GFI 电路在电子安规检测方面的应用
现在, GFI 的电路理论已经应用于电子安全测验方面,给操作员提供一类似类型的防触电保护。 在进行高电压测试的时候,操作者就有面临电击的危险。 一般的Hipot 机能够提供的输出电流都超过 5mA。 这个电流水平是在某种条件下,假如操作者与高电压接触到可能导致该操作员不可能放开的一个电流水平。 当 DUT (被测物)发生了某种错误使得在火线触摸到了 DUT 的外壳为安规测试的高压机输出提供路径使得高电压到达了机壳,这是一个关键要考虑到的情况。 当该DUT的外壳是接了地的,则没有什么问题,因为电流将从这条路径到地,旁路了可能与DUT接触的操作员。 然而,相同的情况下,当 DUT 的外壳是悬浮的时候,就有可能带来危险。如果回路端开路则没有电流回到来源的路径,而 DUT 是悬浮的,机壳没有路径来将流过与 DUT 接触到的操作员的电流旁路,那么操作员只能充当这个电路。我们可以将这种普通的 GFI 电路原理应用到电子安规测试仪的电路中, 这将减少操作员在对悬浮的 DUT 进行测试时候受到电击危险的机会。 GFI 电路也能保护与安规测试高压仪输出直接接触的操作员。
“传统的”安规测试GFI电路
为了使 GFI 电路在电子安规仪器的测试应用中恰当地工作,安规测试仪的回路端必须是不接地的(悬浮的)。 使这个回路端悬浮意味着 DUT 的外壳也必须与地隔离,因为通常把这个回路端是连接到机壳上的。 与普通的 GFI 工作原理类似,一个传统的 GFI 电路也是作比较测量。一个测量点的传感器量测从 DUT 那里返回的电流,同时另一个点测量的是返回电流与流到地的电流的总和。 对于量测悬浮的、良好的 DUT ,这两点量测值应该几乎相同,因为只有很少的电流通过地。 如果在某种条件下,操作员与高电压电路接触到充当了到地的路径, GFI 就会这两个点之间将侦测到额外差异同时关闭电路。 然而,当如果 DUT 接地了,从图五可见所有电流将通过该点从GFI 的另一边直接到地了。这种量测两点的量测值差别的量测方式将使得GFI电路做出错误的指示。如果你不得不量测接地的 DUT 则必须将回路端接地,那么必须人为的使这种传统的 GFI 电路关闭。这样的工作状态存在很大的隐患,众所周知,一个真正的安全特性功能必须在所有的时间内总是主动工作着的,并不需要操作员的干涉而做出决定。
(图五)
传统的安规测试 GFI 电路存在的问题和隐患
使用传统 GFI 电路的关键性问题是在某些测试条件下的他们必须被人为的关上。 这意味着操作员需要对该仪器的设置进行干涉。这样做将导致几个危险,一个危险是由于操作员的错误,由于必需按照系统的要求设置,而该操作者不慎改变了设备的设置。 另一个危险是,操作员在完成了悬浮接地条件的测试后,忘记把 GFI 重新打开, 这将会存在一个重大的安全隐患,因为这个操作员也许根本不了解该仪器的关键安全功能是在关闭中。
获得专利的 Smart GFI 系统是如何工作的
EXTECH 安规产品中的 Smart GFI 电路自动地辨认到 DUT 的结构同时自动地根据情况打开或者关闭GFI电路(参图六)。 在 DUT 是接地的情况中, “接地回路传感器” 电路自动地关闭 GFI 电路并且仪器的运作是按照有的接地返回的方式来运行。 这个方式允许用户在没有必要人为改变这个仪器的结构的前提下就可以完成他们的测试。 请注意这当中重要的一点,即在有接地回馈的模式中,也就是说DUT的机壳是接地的情形下面 SmartGFI是关闭了的。 如果操作人员接触到DUT,则这种错误条件下产生的电流也会通过这个接地而旁路了操作员,为他提供一个安全的电流限制。
(图六 )
然而, 不像普通的 GFI 系统那样,每次量测条件从有接地到悬浮接地的条件改变都需要改变电路的设置状态,Smart GFI 电路有自动地允许测试条件变化的能力。 同时普通的 GFI 电路和 Smart GFI 不同的一点是,Smart GFI 系统没有使用一个比较测量来侦测到地的错误电流。这是因为电路可以自动的打开或关闭,同时实时的监控到地的错误电流,这将大大地简化电路和改进 Smart GFI 的全部可靠性,如果侦测到通过地地泄漏电流超过450μA , Smart GFI 电路将关闭高压, 这是一个在不到 1 毫秒内关闭高压的快速中断电路。
许多测试应用都是变化多端的,同时为了测试各式各样的不同产品,生产线都是能迅速设置更改的。 在某些情况下,这些品在生产线的滚动平台运到安规测试仪测试工位进行测试时是接地或者悬浮地的。 Smart GFI 最终都可以提供最有效的安全保护,因为他主动的监控来回连接的结构, 电路自动地根据情况来设置自己。
Smart GFI 的工作是一个有效的安全电路,它将操作者从 Smart GFI 的工作等式排除出来,因为它不需要人为的影响而导致操作员错误。
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