Máy tính cách điện tần số cao IEC 60601-2-2

1. Mô hình vật lý đằng sau máy tính

Một dây dẫn cách điện và điện cực thử nghiệm bao quanh tạo thành một tụ điện. Đối với dạng sóng hình sin, dòng điện dung là I = 2πfVC . Một polyme thực tế không phải là không tổn hao; hệ số tiêu tán của nó chuyển đổi một phần công suất biểu kiến ​​thành nhiệt. Kết hợp điện dung, tổn hao điện môi và tích trữ nhiệt ta có mô hình sàng lọc đoạn nhiệt sau:

• V_rms — Điện áp thử nghiệm RMS thực tế, không phải Vpeak hoặc Vpp
• f — Tần số dạng sóng tính bằng hertz
• ε₀ — 8.854 × 10⁻¹² F/m
• ε_r — hằng số điện môi tương đối ở tần số tương ứng
• tanδ — hệ số tổn hao ở tần số thích hợp
• t — Thời gian phơi sáng; công cụ này sử dụng 30 giây
• C_v — Dung tích nhiệt; giả định của công cụ là 1.5 J/(K·cm³)
• d — độ dày lớp cách nhiệt tính bằng mét trong phương trình SI

Phương trình này giải thích tại sao vật liệu chỉ được chọn vì độ bền điện môi cao vẫn có thể là vật liệu cách điện tần số cao kém. Độ tổn hao điện môi thấp, độ dày thành tối thiểu được kiểm soát và thông số kỹ thuật vật liệu tần số cao đã biết có thể mang tính quyết định hơn so với thông số kV/mm thông thường.

2. Cách diễn giải từng yếu tố đầu vào

3. Kiểm chứng công thức độc lập

Việc triển khai đã được kiểm tra trực tiếp từ các phương trình cơ bản SI và các chuyển đổi đơn vị. Điều này giúp làm rõ các giả định và ngăn chặn việc các hệ số rút gọn không giải thích được xâm nhập vào hồ sơ kỹ thuật.

4. Giới hạn xấp xỉ quan trọng

Công thức điện dung mẫu trải phẳng lớp cách điện hình trụ thành một tấm song song. Một biểu thức đồng trục chính xác hơn là C = 2πε₀εrL / ln(r₂/r₁) . Phép xấp xỉ này mạnh nhất khi lớp cách điện mỏng so với bán kính dây dẫn; nó trở nên kém tin cậy hơn đối với các thành dày hoặc dây dẫn rất nhỏ. Nó cũng giả định vật liệu đồng nhất, điện cực bao phủ hoàn toàn và dạng sóng hình sin đơn giản.

Sự gia tăng nhiệt độ được tính toán là quá trình đoạn nhiệt có chủ đích: nó giả định không có nhiệt thoát ra trong khoảng thời gian 30 giây. Một thử nghiệm thực tế có thể làm mất nhiệt vào dây dẫn kim loại, dung dịch muối, lá kim loại, vải, không khí và các phụ kiện. Điều đó làm cho kết quả hữu ích như một chỉ số sàng lọc mang tính thận trọng, nhưng không phải là dự đoán chính xác về giá trị đo của cặp nhiệt điện. Ngược lại, sự tản nhiệt không kiểm soát có thể khiến hai thử nghiệm trên bàn thí nghiệm giống hệt nhau cho kết quả khác nhau.

5. Bài học thực hành về gia nhiệt điện môi

6. Hiểu về cường độ điện môi tần số cao 201.8.8.3

Quan điểm thông thường về độ bền điện môi chỉ đặt ra một câu hỏi: liệu có xảy ra hiện tượng phóng điện hoàn toàn hay thủng lớp cách điện? Việc cách điện các phụ kiện hoạt động ở tần số cao đòi hỏi một cuộc điều tra toàn diện hơn. Hai cơ chế liên kết có thể chi phối kết quả, và chúng để lại những bằng chứng khác nhau.

Các cơ chế này tương tác với nhau. Sự xói mòn bề mặt làm giảm độ dày lớp cách điện hiệu quả; phần còn lại sau đó có ứng suất điện trường cao hơn và mật độ nhiệt lớn hơn. Do đó, mẫu có thể xuất hiện hiện tượng phóng điện hào quang trước, sau đó là hư hỏng do nhiệt hoặc sự phá vỡ hoàn toàn sau đó trong quá trình tiếp xúc.

7. Điện áp đỉnh, điện áp hiệu dụng (RMS) và hệ số đỉnh không thể thay thế cho nhau.

Điện áp đỉnh liên quan mật thiết đến sự tập trung điện trường và sự khởi đầu phóng điện. Điện áp RMS xác định dòng điện dung và chi phối sự gia nhiệt điện môi. Hệ số đỉnh liên kết hai yếu tố này. Hai máy phát có thể cho cùng một giá trị đỉnh nhưng lại tạo ra ứng suất RMS và tải nhiệt rất khác nhau. Do đó, một bản ghi thử nghiệm có ý nghĩa phải bao gồm điện áp đỉnh, điện áp RMS thực, tần số và dạng sóng dưới tải mẫu được kết nối—chứ không chỉ đơn thuần là cài đặt của máy phát.

8. Corona là một tín hiệu chẩn đoán ngay cả khi nó không phải là điểm kết thúc chính thức.

Hiện tượng phóng điện hào quang (corona) được gây ra bởi điện trường cục bộ chứ không phải điện trường trung bình. Một hệ thống thử nghiệm có thể có điện trường trung bình V/mm ở mức vừa phải, trong khi đầu dây, mép lá kim loại, bọt khí, vết xước hoặc điểm điện cực lại tạo ra điện trường cục bộ cao hơn nhiều. Do đó, ánh sáng phát ra, hoạt động có thể nghe thấy, khí ozone, sự đổi màu cục bộ hoặc hư hỏng ở mép cần được ghi lại như những quan sát chẩn đoán.

Không nên tự động dán nhãn mọi quan sát phóng điện là hiện tượng thủng điện môi, nhưng cũng không nên bỏ qua nó trong quá trình xem xét thiết kế. Lớp cách điện mỏng có độ dày chịu mài mòn thấp; hư hỏng bề mặt cục bộ có thể làm giảm đáng kể biên độ nhiệt và điện còn lại. Hình dạng điện cực, độ ẩm, nhiệt độ, sự nhiễm bẩn, lực căng quấn và khe hở không khí phải được kiểm soát nếu muốn kết quả có thể lặp lại.

9. Tại sao một mẫu thử đạt yêu cầu có thể là bằng chứng yếu

Kết quả ở tần số cao có thể nhạy cảm với độ dày thành tối thiểu, các khuyết tật bề mặt siêu nhỏ, lô vật liệu, độ ẩm và hình dạng của thiết bị cố định. Gần giới hạn thiết kế, một lần thử chỉ xác định được rằng một mẫu vật đã vượt qua một lần thiết lập. Độ tin cậy kỹ thuật nên dựa trên biên độ an toàn cộng với việc lấy mẫu đại diện. Số lượng mẫu phải được biện minh bởi rủi ro, sự biến động và mục tiêu kiểm soát sản xuất – chứ không chỉ được chọn để tạo ra kết quả thuận lợi.

10. Quy trình kỹ thuật có thể bảo vệ được

Bắt đầu với dữ liệu vật liệu trường hợp xấu nhất và độ dày tối thiểu, tính toán điện dung và nhiệt lượng tỏa ra, sau đó xác minh rằng nguồn HF có thể điều khiển tải điện dung dự đoán mà không làm sụp đổ dạng sóng. Thử nghiệm trên bàn với một vài mẫu đại diện khi biên độ tính toán nhỏ. Ghi lại phân bố độ dày, lô vật liệu, thiết bị cố định, chiều dài tiếp xúc, tần số, điện áp đỉnh, điện áp RMS thực, hệ số đỉnh và điều kiện sau thử nghiệm. Phép tính và thử nghiệm phải bổ sung cho nhau; không nên sử dụng cái nào để che giấu sự không chắc chắn của cái kia.

Các tài liệu và thiết bị thử nghiệm liên quan đến tiêu chuẩn IEC 60601-2-2

Tiếp tục từ tính toán thiết kế đến lập bản đồ điều khoản, đo máy phát điện phẫu thuật điện và đánh giá điện cực trung tính bằng cách sử dụng các nguồn tài nguyên kỹ thuật KINGPO sau đây.

Hướng dẫn tiêu chuẩnHướng dẫn lựa chọn thiết bị thử nghiệm IEC 60601-2-2
Lựa chọn thiết bị dựa trên điều khoản cho các thiết bị và phụ kiện phẫu thuật tần số cao.

• Máy phân tích ESU KP-8850Công suất đầu ra, dòng rò HF, dạng sóng, hệ số đỉnh và xác minh REM/CQM.
• Máy kiểm tra trở kháng tiếp điểm IEC 60601-2-2 NEĐánh giá trở kháng tiếp xúc đối với điện cực trung tính theo Điều khoản 201.15.101.6.
• máy kiểm tra độ tăng nhiệt độ điện cực trung tínhĐánh giá hiệu suất nhiệt và lập bản đồ nhiệt độ theo Điều khoản 201.15.101.5.

Tham khảo: Để biết thông tin tiêu chuẩn IEC chính thức, hãy truy cập Cửa hàng trực tuyến IEC.