隨著醫(yī)療電子設(shè)備，特別是微電子設(shè)備和計(jì)算機(jī)設(shè)備在臨床中的廣泛應(yīng)用，雷電及瞬態(tài)過電壓的危害問題日益突出地?cái)[在了人們的面前。因雷電(包括過電壓)引發(fā)的設(shè)備故障、停用，甚至造成醫(yī)療事故時(shí)有發(fā)生，已成為醫(yī)院和相關(guān)的醫(yī)務(wù)工作者，維護(hù)技術(shù)人員無可回避的問題。

雷電的活動(dòng)或大型電氣開關(guān)的動(dòng)作都可能干擾電子設(shè)備的正常工作，兩者均會(huì)在電子系統(tǒng)的電源總線、數(shù)據(jù)通信、信號(hào)等線路上引起電壓瞬間的激增，如果激增的瞬態(tài)電壓超過了電子設(shè)備中元器件的承受能力，就會(huì)造成破壞性的后果。全數(shù)的醫(yī)療電子設(shè)備(包括計(jì)算機(jī)、閉路電視設(shè)備、不問斷電源、傳感器和數(shù)據(jù)采集裝置等)都存在著這種危險(xiǎn)。

人們往往對(duì)雷電防護(hù)工作不夠重視，或者簡單地認(rèn)為防雷無非是安裝防雷器件和降低地線接地電阻即萬事大吉，而事實(shí)又往往無情地證明，這樣的防護(hù)并不能達(dá)到預(yù)期的目的。

1瞬態(tài)過電壓的原理

 所謂“瞬態(tài)過電壓”是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的導(dǎo)體問測得的電壓在很短的時(shí)間(幾微秒～幾毫秒)內(nèi)的急劇增加OA幾伏到幾千伏)。

1.1 瞬態(tài)過電壓的起因

瞬態(tài)過電壓*主要的起因有兩個(gè)：雷電和電氣開關(guān)動(dòng)作。

雷電實(shí)際的放電電流可達(dá)幾百kA的量級(jí)。對(duì)于裝有防雷裝置的建筑物，盡管雷擊電流可按預(yù)定的方式瀉人大地，但它將通過電感、電容和電阻的耦合產(chǎn)生瞬態(tài)過電壓。電氣開關(guān)動(dòng)作引起的瞬態(tài)過電壓是一種非常普遍的主要干擾源。電流通過導(dǎo)體時(shí)在其周圍建立起一個(gè)磁場，當(dāng)開關(guān)動(dòng)作時(shí)，磁場的能量將急速釋放，以轉(zhuǎn)換或瞬態(tài)過電壓的形式達(dá)到能量的耗散。導(dǎo)體愈長、電流愈大，就愈將加劇能量的儲(chǔ)存和釋放。這就是電機(jī)、變壓器及其他大型電氣設(shè)備等感性負(fù)載的開關(guān)動(dòng)作時(shí)通常都會(huì)引起瞬態(tài)過電壓的原因。

1.2 瞬態(tài)過電壓引發(fā)的問題

無論是雷電或電氣開關(guān)動(dòng)作引起的瞬態(tài)過電壓，都具有類似的作用效果：干擾、衰變、損壞和故障停機(jī)。 

(1)干擾

盡管這種情況一般不會(huì)造成物理性的損壞，但會(huì)干擾數(shù)字或模擬電平，從而引起數(shù)據(jù)丟失，軟件和數(shù)據(jù)損壞，電子計(jì)算機(jī)無法解釋的退出服務(wù)、死機(jī)，以及過流開關(guān)的錯(cuò)誤跳閘等諸如此類的麻煩情況。如我院急診化驗(yàn)室就曾發(fā)生過AVL血?dú)夥治鰞x數(shù)據(jù)莫名丟失，計(jì)算機(jī)無端死機(jī)等情況多次。

(2)衰變

電子設(shè)備和電路系統(tǒng)長期暴露在較低等級(jí)的瞬態(tài)過電壓下，使其工作壽命減少和發(fā)生故障的可能性增大。在用戶不知曉的情況下，這種情況實(shí)際上更為糟糕。

(3)損壞

瞬態(tài)過電壓過高將會(huì)造成部分電路板和I/O板的損壞。而一般的損壞從外表不易看出來，只有特別強(qiáng)烈的瞬態(tài)過電壓才會(huì)燒毀電路板。

(4)故障停機(jī)

損壞都可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備或系統(tǒng)的故障。這將意味著：正在進(jìn)行的檢查或手術(shù)無法正常的進(jìn)行，甚至引發(fā)醫(yī)療事故。

1.3 瞬態(tài)過電壓損壞的物理途徑

幾乎全數(shù)的電子器件和電路遭瞬態(tài)過電壓的損壞方式都是一樣的，即兩種主要的物理途徑，發(fā)熱和絕緣破壞;而兩者都是因電源的“續(xù)流”所造成。目前醫(yī)療儀器設(shè)備大量使用集成電路芯片，其內(nèi)部的正負(fù)偏置的半導(dǎo)體結(jié)、電阻、電容等在瞬態(tài)過電壓的作用下，發(fā)熱和絕緣破壞兩種方式造成失效。在整流電源設(shè)備中，兩個(gè)半導(dǎo)體結(jié)總是以橋臂的形式接在電源的兩條線上，兩個(gè)元件必須成對(duì)同時(shí)使用;若瞬態(tài)過電壓將其中的一個(gè)擊穿，就會(huì)引發(fā)后果嚴(yán)重的電源短路故障。如我院門診化驗(yàn)室五分類血球計(jì)數(shù)儀由此多次造成整流橋堆燒壞。當(dāng)然，在電子設(shè)備和電路系統(tǒng)中發(fā)生瞬態(tài)過電壓影響及其影響程度主要取決于瞬態(tài)過電壓的強(qiáng)度和頻度;設(shè)備及其電路對(duì)瞬態(tài)過電壓的敏感度，如圖1如示。

▲圖1 瞬態(tài)過電壓強(qiáng)度和設(shè)備敏感度對(duì)設(shè)備影響示意圖

2對(duì)雷電的防護(hù)

許多不同的防護(hù)技術(shù)都可以用來降低雷電對(duì)電子系統(tǒng)的威脅，但和全數(shù)的牢靠性措施一樣，其潛在的效果是需要通過長時(shí)間的觀察來評(píng)估的。這些防雷害措施包括：

★ 加強(qiáng)建筑物防雷系統(tǒng);

★ 接地和屏蔽接地;

★ 合理選擇設(shè)備擺放位置;

★ 合進(jìn)選擇電纜走線路徑和電纜屏蔽;

★ 采用電纜。

2.1 加強(qiáng)建筑物防雷

除在建筑物頂部增設(shè)避雷針(網(wǎng)柵)防護(hù)外，在建筑物的外層增加接地導(dǎo)體，可以加強(qiáng)該建筑物的防雷性能。建筑物的外層接地導(dǎo)體愈多，其內(nèi)部的電磁場就愈小，瞬態(tài)過電壓侵入干擾電子設(shè)備的可能性也就愈小。這就是說，對(duì)于內(nèi)部裝有重要電子醫(yī)療設(shè)備的建筑物，可以采取在其外部增設(shè)接地導(dǎo)體的做法來增加防護(hù)。

2.2 接地與連接

全數(shù)的引入管線(水管、暖氣管、電力和數(shù)據(jù)電纜的防護(hù)金屬管等)都應(yīng)當(dāng)連接到一個(gè)單獨(dú)的地參考點(diǎn)上。然后再將它與總地線端子(接地*)連接，這樣可減少建筑物內(nèi)的雷電流。如果電力或數(shù)據(jù)電纜需要在建筑物之間穿透的話，則它們的接地系統(tǒng)應(yīng)該相互連接，以使全數(shù)設(shè)備有一個(gè)共同地參考點(diǎn)。

2.3 設(shè)備擺放位置的選擇

電子設(shè)備的擺放位置不能靠近大電流和感應(yīng)瞬態(tài)過電壓威脅的地方。

★ 設(shè)備不能擺放在建筑物的頂層，因該處太靠近樓頂?shù)谋芾揍樅头览紫到y(tǒng)的導(dǎo)體網(wǎng)。

★ 設(shè)備也不能太靠近建筑物的外墻，尤其是外墻拐角處，因雷電流將優(yōu)先流經(jīng)該處。

★ 設(shè)備的擺放位置也不能太靠近諸如天線、煙囪等高大建筑物。因?yàn)檫@些高大建筑物往往成為雷電流泄入大地的優(yōu)選路徑，而巨大的雷電流會(huì)形成強(qiáng)的干擾電磁場。

2.4 電纜布線與屏蔽

電力、數(shù)據(jù)通信和電話電纜在建筑物內(nèi)同樣也可能受到瞬態(tài)過電壓的威脅。設(shè)備布線應(yīng)盡可能避開類似于設(shè)在建筑物頂部或墻內(nèi)的可能通過雷電流的導(dǎo)體。

當(dāng)電源線和數(shù)據(jù)線之間形成的環(huán)形面積較大時(shí)，從耦合感應(yīng)的效果來說，它將會(huì)獲得更多的雷電能量，因此應(yīng)盡量避免。為減少環(huán)形面積，電源、數(shù)據(jù)通信和電話線等線路應(yīng)彼此隔離地并排鋪設(shè)。對(duì)電纜施行屏蔽是另一種十分有效的方法，它將有助于減少電纜受到電磁輻射或?qū)ν猱a(chǎn)生電磁輻射。通常電力電纜由金屬管或電纜槽防護(hù)，數(shù)據(jù)電纜用外層金屬編織帶屏蔽防護(hù)。 

2.5 建筑物間的數(shù)據(jù)傳輸采用光纜

對(duì)于建筑物之間的數(shù)據(jù)傳輸，采用光纜是*佳的防護(hù)方式，它將在建筑物之間實(shí)現(xiàn)電氣上的隔離，防止包括瞬態(tài)過電壓在內(nèi)的各種電磁干擾問題。

3裝設(shè)瞬態(tài)過電壓防護(hù)裝置

瞬態(tài)過電壓防護(hù)裝置可用于上述防護(hù)技術(shù)和方法的補(bǔ)充和支持。配置運(yùn)用瞬態(tài)過電壓防護(hù)裝置的目的，就是在干擾源與需要防護(hù)的設(shè)備之間提供適當(dāng)?shù)乃矐B(tài)過電壓防護(hù)，以保護(hù)設(shè)備。

重點(diǎn)的防護(hù)部位包括：

★ 電源的雷電防護(hù);

★ 電源的開關(guān)瞬變防護(hù);

★ 不間斷電源(UPS)的防護(hù);

★ 數(shù)據(jù)通信、電話線路的防護(hù);

★ 重要儀器、設(shè)備的防護(hù)。

選擇瞬態(tài)過電壓防護(hù)裝置*重要的是所選擇的器件必須滿足以下要求：

承受能力。它應(yīng)能承受安裝位置預(yù)計(jì)的*大瞬態(tài)過電壓，由于雷電是多脈沖過程，所以它應(yīng)能承受多次沖擊。

過壓值的控制。防護(hù)裝置應(yīng)能將瞬態(tài)過電壓控制在被防護(hù)設(shè)備的允許承受值以下。例如，某設(shè)備工作允許*高瞬態(tài)過電壓值為700V，則其防護(hù)裝置允許通過的瞬態(tài)過電壓控制值應(yīng)選擇在700V以上，考慮適當(dāng)?shù)陌踩嗔?，則該防護(hù)裝置的*高允許通過電壓應(yīng)低于600V。

系統(tǒng)兼容性。防護(hù)裝置不應(yīng)妨礙和干擾被防護(hù)設(shè)備及其系統(tǒng)的正常工作。對(duì)具體設(shè)備(系統(tǒng))的防護(hù)裝置的選擇應(yīng)依據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范進(jìn)行。

值得強(qiáng)調(diào)的是，對(duì)防護(hù)裝置的正確安裝是十分重要的，因?yàn)檫@不僅是電氣安全所必須的要求，而且不正確的安裝將大大地降低防護(hù)裝置的防護(hù)效果。因此，必須嚴(yán)格地按防護(hù)裝置產(chǎn)品說明書進(jìn)行安裝。

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