Jump to content

    

Защита по току медицинского прибора 50кВ

Разрабатываю высоковольтный медицинский прибор по классической схеме (первичный источник -> трансформатор -> умножитель на 8). Выходное напряжение регулируется в пределах 10-50кВ. Нужный эффект, естественно, лишь генерация электрического поля, но утечка на выходе может быть до 5-10 мкА. Проблема в том, что высоковольтного электрода запросто может коснуться человек и ток нужно отсекать на уровне 30-40 мкА. Электронный контроль тока имеется, но поскольку вещь ответственная, нужна пассивная защита. Видел во флокаторах делают цепочки из резисторов на выходе, знаю, что есть высоковольтные резисторы. Но может быть есть более грамотные способы, что-то вроде предохранителей? Подскажите пожалуйста что в таких случаях принято ставить.

Share this post


Link to post
Share on other sites

предохранитель на 40 мкА и рабочее напряжение более 50кВ не представляю,

если емкость умножителя невелика, то можно ограничить ток до трансформатора

чем Вам не нравятся резисторы? они в отличие от предохранителя не сгорят и выполнят задачу, часто простое решение - лучшее

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

До трансформатора ток конечно ограничивается. Ёмкость 680пкф, это конечно мало, но всяко бывает, если пройдет через сердце, энергии должно хватить, чтобы его остановить, поэтому хочется перестраховаться. Резисторы не устраивают тем, что во-первых высоковольтные резисторы здоровенные по размерам (5см уже много), во-вторых при токе 10мкА на резисторе 1ГОм будет падать 10кв

Share this post


Link to post
Share on other sites
2 часа назад, dzusan сказал:

Резисторы не устраивают тем, что во-первых высоковольтные резисторы здоровенные по размерам (5см уже много), во-вторых при токе 10мкА на резисторе 1ГОм будет падать 10кв

А вы никак, надеетесь что предохранитель будет короче? нет - он будет длиннее. Возможно проще коротить выход, чем ограничивать ток - какой-нибудь газовый тиратрон?

Share this post


Link to post
Share on other sites
6 часов назад, dzusan сказал:

До трансформатора ток конечно ограничивается. Ёмкость 680пкф, это конечно мало, но всяко бывает, если пройдет через сердце, энергии должно хватить, чтобы его остановить, поэтому хочется перестраховаться.

680 пФ это много, зачем такая емкость при Ваших токах? Для таких источников нормируется безопасная энергия. Необходимо учитывать и емкость конструкции.

Для тех же флокаторов ( правильно выполненных ), если нет надетого бункера, то можно подносить руку и кроме визуального впечатления от разряда, особых впечатлений не будет. Но если надеть бункер, да при достаточно высокой влажности воздуха, будут неприятные ощущения от разряда.

Цитата

Резисторы не устраивают тем, что во-первых высоковольтные резисторы здоровенные по размерам (5см уже много), во-вторых при токе 10мкА на резисторе 1ГОм будет падать 10кв

Можно использовать набор последовательных резисторов и свернуть их, например, спиралькой. И еще. При коротком замыкании (через человека), на резисторе будет падать не 10 кВ, а все выходное напряжение - 50 кВ за вычетом падения на внутреннем сопротивлении УН. Для изготовления необходимо использовать минимально необходимые емкости. При этом, все равно резистор(ы) должен быть на рабочее 50 кВ с соответствующим коэффициентом запаса. Изоляция должна учитывать время эксплатации (старение изоляции).

Share this post


Link to post
Share on other sites

Реплика от дилетанта.

Может вместо резистора попробовать использовать какой нибудь объемный элемент из материала с высоким удельным сопротивлением. В частности, я знаю, что на таких высоких напряжениях начинают проводить ферриты.

Share this post


Link to post
Share on other sites

А откуда взято ограничение 30-40 мкА? Допустимый постоянный ток прикосновения по стандарту безопасности 1 мА, при таком ограничении необходим резистор сопротивлением 50 МОм, который уже не будет оказывать существенного влияния на рабочий режим установки. Или для медицинского оборудования более жесткие требования?

Share this post


Link to post
Share on other sites
On 10/2/2018 at 4:12 PM, HardEgor said:

газовый тиратрон?

Прибор ручной с аккумуляторным питанием.

On 10/2/2018 at 8:45 PM, gte said:

 680 пФ это много, зачем такая емкость при Ваших токах?

С запасом взял. На 220пф макет работал плохо. Частота 50кГц. А сколько вы считаете нужно?

On 10/2/2018 at 8:45 PM, gte said:

Можно использовать набор последовательных резисторов и свернуть их, например, спиралькой.

Опять же пугает предполагаемый размер этого свёртка. Но если выбора нет, придется делать так. То что рабочее напряжение всей цепочки должно быть не меньше 50кВ это ясное дело.

10 hours ago, vladec said:

на таких высоких напряжениях начинают проводить ферриты

Есть примеры реального применения?

4 hours ago, Priest_89 said:

А откуда взято ограничение 30-40 мкА?

В ТЗ так написано. После вашей реплики возникло желание проверить стандарты.

image.gif

image.gif

Edited by dzusan

Share this post


Link to post
Share on other sites
20 hours ago, vladec said:

Реплика от дилетанта.

Может вместо резистора попробовать использовать какой нибудь объемный элемент из материала с высоким удельным сопротивлением. В частности, я знаю, что на таких высоких напряжениях начинают проводить ферриты.

Не надо забывать, что какой бы материал вы не использовали в качестве резистивного (использовать хрен знает что, значит получить хрен знает какое сопротивление особенно после нескольких срабатываний), нужно ещё обеспечить достаточное расстояние по поверхности (creepage). Фирма Spellman использунт консервативные 7,5 кВ на дюйм, т.е. примерно 300В\мм. Поэтому размер, скажем, простого разъёма типа dry well на 50 кВ получается около 200мм.

 image.png.c4fa7a5e939abf38e4ec6e34f72b36a9.png

И даже рентгеновские разъёмы на такое напряжение получаются после всех танцев с бубном немаленькие.

Что касается феррита, то магнитомягкие MnZn ферриты "начинают проводить" при любом напряжении - вы можете измерять сопротивление тестером. Так что набирать нужный гигаом можно даже не пытаться. 

NiZn имеет более высокое сопротивление, но опять же я бы не стал по вышеизложенным причинам. Так что 5см это ещё надо постараться :) Пока самое маленькое, что я видел - это резистор обратной связи (несколько гиг) в плате от VMI. 6 SMD резисторов (кажется от Caddock) последовательно размером примерно 7х3 мм каждый, уложены с двух сторон платы. И всё залито компаундом. Так всё равно длина этой части схемы где-то 43мм. Защитные же резисторы 2х100кОм имеют такую же длину, но чуть шире (на картинке внизу платы). Вроде бы они явно не на 25 кВ каждый, либо производитель допускает кратковременное превышение. Но это не медицинское применение, нагрузка - рентгеновская пушка, и задача резисторов просто поберечь источник при пробоях в пушке.

Ну и, как уже сказали, надо уменьшать выходную ёмкость до безопасного уровня накапливаемой энергии. В принципе выходной конденсатор там вообще не нужен - достаточно ёмкости умножителя. 

IMG_20181004_141649.jpg

Share this post


Link to post
Share on other sites
15 hours ago, Priest_89 said:

А откуда взято ограничение 30-40 мкА? Допустимый постоянный ток прикосновения по стандарту безопасности 1 мА, при таком ограничении необходим резистор сопротивлением 50 МОм, который уже не будет оказывать существенного влияния на рабочий режим установки. Или для медицинского оборудования более жесткие требования?

В медицине действительно другие нормы. Скажем по утечке на 50\60Гц у буржуев допускается не более 100мкА, из-за чего приходится добавлять межобмоточный экран в трансформаторе.

Кроме того тут же не про убой пациента речь, а про дискомфорт. Если пациента сильно шарахать будет, врач не заработает :)

Share this post


Link to post
Share on other sites
В 03.10.2018 в 21:30, dzusan сказал:

Прибор ручной с аккумуляторным питанием.

С запасом взял. На 220пф макет работал плохо. Частота 50кГц. А сколько вы считаете нужно?image.gif

image.gif

Ну я точно считать УН не буду, используйте LTspice.

И я о суммарной эквивалентной емкости умножителя. А вы о какой емкости?

Share this post


Link to post
Share on other sites
On 10/4/2018 at 8:26 AM, Yuri7751 said:

нужно ещё обеспечить достаточное расстояние по поверхности

Подозреваю, что я таки обречен делать громоздкую цепочку из резисторов.

 

On 10/4/2018 at 8:26 AM, Yuri7751 said:

выходной конденсатор там вообще не нужен

А его и нет.

 

On 10/5/2018 at 12:56 AM, gte said:

А вы о какой емкости?

О емкости каждого конденсатора. Общая емкость умножителя я так понимаю считается как последовательное соединение всех конденсаторов, т.е. 680пФ/8 ?

 

Сейчас работает 4 ступени, кондеры по 680пФ, на выходном напряжении 30кВ, пульсации 240В. На выходе стоит обычный 2вт резистор на 4.7МОм. При КЗ его вроде не пробивает, но вырубает защиту по току до трансформатора.
Нашел стандарт по ГОСТ 30324.0-95 (МЭК 601-1-88): "допустимый ТОК УТЕЧКИ НА ПАЦИЕНТА при НОРМАЛЬНОМ СОСТОЯНИИ принят равным 10 мкА, максимальное значение тока, допускаемое при УСЛОВИИ ЕДИНИЧНОГО НАРУШЕНИЯ - 50 мкА". Так что по ТЗ все адекватно.

 

Edited by dzusan

Share this post


Link to post
Share on other sites
52 minutes ago, dzusan said:

 На выходе стоит обычный 2вт резистор на 4.7МОм. При КЗ его вроде не пробивает

Если это обычный плёночный типа МЛТ то обязательно пробьёт. Их можно пользовать при напряжениях не более 5-6 кВ. Либо использовать керамические, в которых проводник замурован внутри. Я пользую такие: http://www.mouser.com/ds/2/303/ox_oy_series-24882.pdf

Share this post


Link to post
Share on other sites
31 минуту назад, jartsev сказал:

 Либо использовать керамические, в которых проводник замурован внутри. Я пользую такие: http://www.mouser.com/ds/2/303/ox_oy_series-24882.pdf

Это объемные резисторы годятся для защиты при пробоях и не годятся для защиты от к.з. без дополнительных мер, так как постоянное напряжение у них небольшое.

Есть еще один момент, который характерен для такого типа резисторов, о котором не все производители  упоминают. В импульсном режиме сопротивление может уменьшаться.

Share this post


Link to post
Share on other sites
1 час назад, dzusan сказал:

О емкости каждого конденсатора. Общая емкость умножителя я так понимаю считается как последовательное соединение всех конденсаторов, т.е. 680пФ/8 ?

Умножитель на 8 = четыре секции, в каждой два 680пФ, которые при разряде практичяески параллельны. Т.е. в пределе эквивалентная емкость 340 пФ. 

Цитата

Сейчас работает 4 ступени, кондеры по 680пФ, на выходном напряжении 30кВ, пульсации 240В. На выходе стоит обычный 2вт резистор на 4.7МОм. При КЗ его вроде не пробивает, но вырубает защиту по току до трансформатора.

Т.е. пиковый более 6 мА, если не пробьет, а пробьет обязательно.

Для начала просто задайте напряжение от генератора синуса на УН и посчитайте для требуемой нагрузки разные номиналы емкостей.

У Вас какие пульсации допустимы?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now