医疗产品变压器检测的常见问题

李妍达，赵旭，康文杰

北京市医疗器械检验所 （北京 101111）

医疗产品的变压器是产品的关键部件，它不仅能升降次级工作电压，还能起到隔离网电源的作用，直接影响医疗产品的安全性和可操作性。因此，变压器相关试验在医疗产品电气安全检测中是至关重要的一个环节[1]。

目前，医疗产品分为医用电气设备和测量、控制实验室设备两种。医用电气设备执行的国家标准是GB 9706.1-2007《医用电气设备 第1部分：安全通用要求》，需要查验变压器结构，完成短路试验、过载试验和电介质强度试验。测量、控制实验室设备执行的国家标准是GB 4793.1-2007《测量、控制和实验室用电气设备的安全要求》，根据上述的要求，测量、控制实验室设备内部电源变压器需要完成短路试验、过载试验和电介质强度试验。

本研究以符合GB 9706.1-2007要求的变压器为例，对试验中常见问题进行分类分析，探讨解决方案，以期为相关人员提供参考。

1 变压器的选取对检测的影响

在选取变压器时，要综合考虑产品性能参数、生产成本以及安规试验对变压器的要求。

1.1 变压器额定功率

在确定变压器额定值时，为节约空间、控制成本，企业一般会选择额定值略高于工作值的变压器，忽视变压器短路和过载试验对变压器额定值的要求，影响到变压器试验结果。以某产品变压器参数及保护装置额定值为例，见表1。

表1 某产品变压器参数及保护装置额定值

变压器在进行过载试验时，加载的试验电流为熔断器额定电流值与系数的乘积。以表1中的参数为例，变压器次级输出额定电流值为3 A，正常工作电流为2 A，次级绕组使用3 A熔断器，过载电流就要调到熔断器额定电流值的2.1倍，即6.3 A，相当于输出电流额定值的2.1倍。将次级输出电流调至6.3 A后，过载1 h，变压器温度升到173.1 ℃，根据标准的要求，修正到环境温度为25 ℃时所对应的温度值，为198.1 ℃，而变压器绝缘材料等级为B，标准规定最高温度为175 ℃，变压器绕组超温，过载试验不合格。

因此，在选择变压器时，需要综合考虑熔断器额定值、工作电流和设备运行总功率等因素，保证变压器容量留有余地，遵循“大马拉小车”的原则，避免在满功率的情况下使用变压器，防止试验时变压器绕组温度出现超过标准限值的情况。

1.2 变压器类型及安装方式

根据变压器的绕组方式，可以分为自耦变压器、双绕组变压器和三绕组变压器。其中自耦变压器的初级绕组和次级绕组为同一绕组，只能调节电压，不能起到隔离网电源的作用，所以，在使用自耦变压器时，需要在前端安装隔离变压器，起到隔离网电源的作用。虽然自耦变压器损耗少、成本低，看似更具优势，但是由于需要增加隔离变压器，不仅占据空间，增大设备体积，同时也提高了生产和后期维护成本，因此，不建议使用自耦变压器。

此外，即使设备在前端设置了隔离变压器，也要特别关注变压器接线方式，初级绕组和次级绕组的地线应该相互独立，避免初级、次级绕组共地造成隔离失效的情况。

2 变压器结构对检测的影响

GB 9706.1-2007中对变压器的结构有相关要求。变压器出线时，初级、次级绕组引线不要在同一层上，并且初级、次级绕组间要隔离；同时，需要测量初级、次级绕组之间的电气间隙和爬电距离，其测量值要符合GB 9706.1-2007标准中57.10和57.9.4的要求。电气间隙和爬电距离达不到标准值时，一般可以采用增加隔板高度和绝缘纸有效绝缘长度的方法，完成整改。

如果变压器的绝缘类型为加强绝缘或双重绝缘，其初级、次级绕组之间的绝缘层总厚度至少为1 mm，或两层绝缘的总厚度不低于0.3 mm。

最后，接地的无孔隙保护屏蔽铜要求厚度不低于0.13 mm。若保护接地屏蔽只有一匝，它必须有不小于3 mm长的绝缘重叠。屏蔽的宽度必须至少等于初级绕组的轴向长度。环形变压器内部绕组的导线引出线必须有两层符合双重绝缘要求的，总厚度至少为0.3 mm的套管，并伸出绕组外至少20 mm。

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3 变压器保护装置对检测的影响

3.1 熔断器对检测的影响

3.1.1 熔断器额定值及位置

如果变压器在初级安装一个额定值较大的熔断器，并且变压器的次级绕组功率较小，那么进行该路次级绕组短路故障试验时，会出现初级熔断器不动作的情况，在持续短路的状态下，引起变压器超温，造成试验结果不符合标准要求。

因此，当存在变压器次级功率较小的情况时，可采用在次级绕组设置熔断器的方法，提高变压器试验的通过率。

3.1.2 熔断器的相应预飞弧时间/电流特性

因开机或使用中设备会产生瞬间电流冲击，为了不使熔断器熔断，大多数企业选用标称额定电流值较大的熔断器，但过载时，过载试验电流是按照熔断器额定电流值的相应倍数加载，过高的电流值将导致变压器过热，超过温度限值。这时可以选用具有抗浪涌、慢熔等特性的熔断器作为网电源变压器的保护装置。

3.1.3 熔断器熔量

如果变压器短路电流大于35 A或者大于10倍输入电流，使用低熔量的熔断器会增大熔断器爆炸等安全风险，因此，优先选用高熔量的熔断器。

3.2 用热断路器做保护装置

热断路器是网电源变压器的常见保护装置。当设备过载或者短路的时候，产生的热量使变压器升温，温度达到热断路器的动作额定值时，热断路器会断开电路，起到断电保护、防止超温的作用。在使用热断路器时，要特别注意其额定值和埋放位置对试验结果的影响。

当选用的热断路器动作温度过高时，变压器故障试验不合格的概率将增大。如A级材料的变压器，允许变压器最高温度为150 ℃，使用的热断路器动作温度为135 ℃，如果热断路器埋的位置太浅，变压器内部温度很高，已超过允许的温度限值，但其表面散热较块，其温度还不至于使热断路器动作。因此，选用的热断路器动作温度要合理，并且尽量将其埋在变压器最高温度点处。

3.3 多种保护装置的联合应用

具有多个次级输出的变压器，如果某路输出功率较小，在做此路试验时，即使次级已经短路了，虽然局部温度很高，已超过温度限值，但由于热传导因素的影响，热断路器所处位置的温度未达到热断路器动作温度，热断路器不动作时就需要在此路上加熔断器，而不能只靠初级的热断路器保护。

总之，保护装置选用的原则为既要保证设备的正常工作，同时又要避免额定电流值偏大，达到有效保护的目的，可以同时运用多重保护形式，降低保护失效的风险。

3.4 无保护装置的变压器

网电源变压器的次级无保护装置，特别是当初级保护装置取值偏大的时候，短路过载故障试验中，初级保护装置不动作，唯有变压器依靠自身达到热稳态的状态才能通过试验。因此，如果变压器次级没有保护装置，最好选用固有耐短路变压器。

4 变压器绝缘强度对检测的影响

4.1 变压器初级、次级绕组、屏蔽、铁芯之间的绝缘强度

网电源变压器的初级、次级绕组、屏蔽及铁芯之间，要按照GB 9706.1-2007中的规定进行以下电介质强度试验：（1）对于双重绝缘或加强绝缘的变压器，即屏蔽铜不接地时，初级、次级绕组之间应满足试验电压为4 000 V（基准电压220 V）的绝缘要求；（2）初级绕组对屏蔽及铁心应满足试验电压为1 500 V（基准电压220 V、基本绝缘）的绝缘要求；（3）次级绕组对屏蔽及铁心应满足试验电压为2 500 V（基准电压220 V、辅助绝缘）的绝缘要求。

4.2 变压器匝间、层间的绝缘强度

网电源变压器初级绕组和次级绕组的匝间和层间还需在潮湿预处理后做下列试验（历时1 min）；试验时，绝缘的任何部分不得发生闪络和击穿，试验后不得有可觉察到的变压器损坏现象。

（1）没有任一绕组额定电压超过500 V的变压器，用其绕组额定值电压的5倍或其绕组额定电压范围上限值的5倍，而频率不低于额定频率5倍的电压加在绕组的两端；（2）有任一绕组额定电压超过500 V的变压器，用其绕组额定值电压的2倍或其绕组额定电压范围上限值的2倍，而频率不低于额定频率2倍的电压加在绕组的两端。在上述两种情况下，如果该绕组的额定电压被认为是基准电压U时，变压器任何绕组的匝间和层间绝缘的电应力必须使得有最高额定电压的绕组上出现的电压，不超过GB 9706.1-2007中20.3条表5中对基本绝缘规定的电应力，为此，初级绕组上的试验电压必须相应减低。试验频率可采用让铁心中产生约为正常使用时所有的磁感应值的频率。

4.3 变压器绝缘层间的绝缘强度

当加强绝缘或双重绝缘的网电源变压器有三层绝缘，并且初级绕组和次级绕组之间的绝缘层总厚度小于1 mm时，每两层绝缘组合需要满足加强绝缘的电介质强度试验。

5 小结

电气产品中的变压器扮演着极其重要的角色，各类电气安规中都对变压器有详细的规定和要求[2]。随着我国医疗电气产品行业的不断发展，对产品内部变压器的认识水平也要相应提高，希望相关人员能不断吸取前期的检测工作经验，不断提高变压器设计的科学性和合理性，为我国医疗电气产品行业发展起到积极的推动作用。