抗电强度的测量方法

��国内统一刊号CN31-1424／TB2015/1总第245期0　引言为保证电子产品使用者的人身安全，世界各国均制定了相关的以约束电器产品对人身造成的各种伤害，电子电器设备安全性能检测的重要性也日益突出。抗电强度测试对考核设备的绝缘能力，以及结构在电压应力作用下耐击穿能力是必不可少的。因此，检测人员应该熟悉了解抗电强度测试的原理和方法，以达到减少测试误差，提高测试效率的目的，同时也能保证人身的安全。本文简单介绍了抗电强度的测试原理和方法，并在此基础上对样品通不过抗电强度测试的几种原因进行了讨论。1　抗电强度测试1.1　测试原理电子产品中的绝缘必须经受高压试验以确定现有配电系统中受到高压脉冲作用时绝缘是否会被击穿。任何电气设备都有一个绝缘等级，不同额定电压的绝缘等级不一样。当超过一定电压等级后，设备的绝缘就会被击穿。抗电强度测试（又称耐压测试）就是给被测样品施加一定的高电压，测试样品是否会因此导致击穿。如果不击穿，则通过，击穿则不合格。1.2　测试的分类抗电强度测试按施加的电压类型分可分为两种：一种是直流耐压试验，另一种是交流工频耐压试验。家用电器产品一般进行交流工频耐压试验。若按测试条件分，可分为常态试验、热态试验和潮态试验。其中，常态试验是指在正常环境条件下，样品不工作时进行测试；热态试验是指样品做抗电强度的测量方法施　帅1　孙仲瑞2/1.上海市计量测试技术研究院；2.上海天祥质量技术服务有限公司完发热预处理之后，发热温度具体参照样品能正常工作的环境温度，然后立即进行的测试；潮态试验是指在潮湿环境条件下，通常是指样品在湿度为（93±3）%的环境下处理48h后，样品在不工作的状态下立即进行测试。一般在设备出厂前做抗电强度测试，以确保设备的绝缘性能足够强。1.3　测试的击穿抗电强度测试中的击穿现象，指绝缘在高压的作用下，改变绝缘特性而呈现出的导体特性。在进行抗电强度的测试时，如果发生击穿现象，那么测试失败。过高的电压会损伤材料的性能，当产品被击穿后，其破坏属于不可逆过程，即高压下发生击穿现象，即使重新调低电压进行测试，也同样会击穿。如图1所示，当绝缘材料呈现绝缘特性时，回路中的泄漏电流为I=Vi/（Ri+Re）≈Vi/Re（1）式中：Vi—耐压仪的输出电压；　Ri—耐压仪的电源内阻；图1抗电强度测试RiViReIAV耐压仪��国内统一刊号CN31-1424／TB2015/1总第245期　Re—被测样品绝缘材料的电阻当绝缘材料呈现绝缘特性时，Re>>Ri（Re的数量级为兆欧级），所以整个回路的泄漏电流很小，加在绝缘材料两端的测试电压V≈Vi。在这种情况下，耐压仪的输出呈现线性特点，即Vi增加，回路中的泄漏电流也相应增大，V同样增加。但当耐压仪的电压增加至临界值Vb时，绝缘材料被击穿。回路呈现雪崩现象，Re趋于0，Re与Ri数量级接近，甚至远小于Ri，此时回路电流大小主要取决于Ri。耐压仪的输出不再呈现线性的特点，加载在被测样品绝缘部分两端的测试电压V和Vi相差较大，甚至V反而比没有击穿前减小了，并且当增加Vi的时候，虽然回路中电流会有所增大，但V的增加则不明显（如图2所示）。图2　泄漏电流变化2　试验步骤本文以GB4943.1-2011为例，介绍抗电强度[1]试验的步骤。2.1　样品的准备1）将可能影响试验结果的允许断开的元件断开。其中，与被试绝缘并联的符合规定要求的电阻器、电容器和阻容单元均予以断开；会妨碍试验进行的电感器和绕组也应予以断开。同时，与被试绝缘并联的提供直流通路的元件（如滤波电容器的放电电阻和限压装置）也应断开。2）为了避免损坏与被试绝缘无关的元器件或绝缘，可将集成电路与类似的电路断开或采用等电位连接。同时也可以将可触及导电零部件连接到一起。3）对绝缘材料外壳，应将金属箔贴在可触及零部件上。金属箔的放置应避免绝缘的边缘发生闪络。使用带背胶的金属箔时，应选择背胶为导电胶的型号。4）对加强绝缘和较低等级的绝缘并用的设备，应对该绝缘进行适当的处理，以保证既能对该绝缘进行规定的抗电强度试验，又能保证施加到加强绝缘上的电压不会使基本绝缘或附加绝缘承受超过规定的电压应力。2.2　样品的连接将样品放置在绝缘台架上，先将耐压仪的地线输出端子夹到连接样品的被试绝缘的易触及端上，然后将耐压仪的高电压输出端子夹连接到被试绝缘的另一端。一般试验样品的一次电路与外壳之间的加强绝缘时，把耐压仪的地线端子夹连接到外壳上，把耐压仪的高电压输出端子夹连接到电源初级（一般为插头上）。如图3所示。图3　耐压仪抗电强度测试的连接2.3　施加电压施加电压的波形应为正弦波形，频率为50Hz或60Hz的交流电压，或者是等于规定的交流试验电压峰值的直流电压。加到被试绝缘上的试验电压应当从零逐渐升高到规定的电压值，然后在该电压值上保持60s。根据样品的不同类别、不同绝缘等级施加不同的电压值，其中GB4943.1-2011中规定，对于Ⅰ类过电压类别和Ⅱ类过电压类别的设备，允许使用5B和表5C。但是对于二次电路，如果既没有连接到保护地也没有提供保护屏蔽，应当使用表5C；对于Ⅲ类过电压类别和Ⅳ类过电压类别的设备，应当使用表5C，本文只举例其中一部分。2.4　试验结束处理试验结束时，应切断耐压仪电源，然后旋转电压调节旋钮，使输出电压降低到零，通过适当电阻由滤波电容器和样品放电来降低电压，然后先取下高电压测试夹，再取下地线测试夹，最后取走样品。3　抗电强度试验不通过的原因抗电强度试验不通过的原因可能有以下几种：1）绝缘设计不合理。电气间隙或爬电距离的设计没有达到标准的要求，绝缘结构造型不合理，绝缘材料选型不合理，由于上述原因导致抗电强度试验击穿的往往占多数。2）绝缘材料不良。产品绝缘材料受到高温、电场和振动的影响使绝缘逐渐陈旧、老化，性能变化，��国内统一刊号CN31-1424／TB2015/1总第245期绝缘层局部有杂质、微小孔隙、裂缝都会引起电气强度试验击穿。3）内部布线不合理。线路应合理布局，布线槽应光滑无锐利棱边，以免割伤内部导线的绝缘，在所有接线端子部位，应用绝缘套管可靠保护，悬浮的导线应用线夹固定，防止在运输或使用时振动引起脱落，导致抗电强度试验击穿。4）装配质量导致抗电强度击穿。在实际生产中，如果上述问都做了严密考虑的情况下仍发生击穿，则问题多出在装配环节。在装配加工中线头露长了，装配位置偏了，线头端散丝脱出，绝缘体严重污染，固定金属物落入电器中等，都会引起抗电强度试验通不过，形成安全隐患。4　抗电强度测试的影响因素1）抗电强度测试的关键参数是测试电压的频率、波形、持续时间和升压速度，如果测试电压不是正弦波，在同一电压有效值的振幅值可能比正弦波时要高，那么绝缘更容易发生击穿。如果测试电压的频率越高，电压作用的时间越长，发生击穿的可能性也越大。并且，耐压仪泄漏电流的准确值也影响测试结果的判定。2）被测样品的厚度和均匀性及是否存在机械应力，如绝缘挡板在样品中的试验可能会有差别，因为样品中的绝缘挡板可能受到了挤压以及各部分受热不均，不管是机械应力还是环境应力（热应力），各部分显然有差异。3）环境的温度、湿度、气压也会对抗电强度测试产生影响。4）是否夹杂有气体、水分和其他杂质等，如潮态和热态试验前后，样品的含水量肯定会发生变化，那也会对结果产生影响。5　结语抗电强度测试是衡量电气绝缘在过电压作用下耐击穿能力的试验，是信息类设备标准中规定的一项必不可少的试验项目。准确认识耐压仪的工作原理与测试目的，深入分析其判定方法，正确应用测试方法对于提高产品质量、保证测试准确性具有十分重要的意义。参考文献：[1]工业和信息化部电子第四研究院.GB4943-2011[S].北京：中国标准出版社，2011.[2]工业和信息化部电子第四研究院.GB8898-2011[S].北京：中国标准出版社，2011.[3]钟冠平.GB8898抗电强度试验电压的分析和选择[J].安全与电磁兼容,2008,(6):88-89.[4]杨宇涛.电机防护的安全限值[J].安全与电磁兼容,2006,(1):79-81.表5B　GB4943.1-2011抗电强度试验的试验电压（基于峰值工作电压）绝缘等级试验电压施加点一次电路与机身之间，一次电路与二次电路之间，一次电路的零部件之间二次电路与机身之间，彼此独立的二次电路之间工作电压U，峰值或直流工作电压UU≤210V210V<U≤420V420V<U≤1.41kV1.41kV<U≤10kV10kV<U≤50kVU≤42.2V峰值，或60V直流值试验电压/V（交流有效值）功能绝缘10001500----1.06U500基本绝缘1001500----1.06U不试验加强绝缘200030003000--1.06U不试验表5CGB4943.1-2011抗电强度试验的试验电压（基于要求的耐压）要求的耐压（小于或等于）/kV（峰值）功能绝缘、基本绝缘或附加绝缘的试验电压加强绝缘的试验电压/kV（峰值或直流值）0.330.350.70.50.551.10.80.91.81.51.532.52.55