施 帥　孫仲瑞/ . 上海市計量測試技術(shù)研究院；. 上海天祥質(zhì)量技術(shù)服務(wù)有限公司

抗電強(qiáng)度的測量方法

施 帥1孫仲瑞2/ 1. 上海市計量測試技術(shù)研究院；2. 上海天祥質(zhì)量技術(shù)服務(wù)有限公司

0　引言

為保證電子產(chǎn)品使用者的人身安全，世界各國均制定了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)以約束電器產(chǎn)品對人身造成的各種傷害，電子電器設(shè)備安全性能檢測的重要性也日益突出?？闺姀?qiáng)度測試對考核設(shè)備的絕緣能力，以及結(jié)構(gòu)在電壓應(yīng)力作用下耐擊穿能力是必不可少的。因此，檢測人員應(yīng)該熟悉了解抗電強(qiáng)度測試的原理和方法，以達(dá)到減少測試誤差，提高測試效率的目的，同時也能保證人身的安全。本文簡單介紹了抗電強(qiáng)度的測試原理和方法，并在此基礎(chǔ)上對樣品通不過抗電強(qiáng)度測試的幾種原因進(jìn)行了討論。

1　抗電強(qiáng)度測試

1.1測試原理

電子產(chǎn)品中的絕緣必須經(jīng)受高壓試驗以確定現(xiàn)有配電系統(tǒng)中受到高壓脈沖作用時絕緣是否會被擊穿。

任何電氣設(shè)備都有一個絕緣等級，不同額定電壓的絕緣等級不一樣。當(dāng)超過一定電壓等級后，設(shè)備的絕緣就會被擊穿?？闺姀?qiáng)度測試（又稱耐壓測試）就是給被測樣品施加一定的高電壓，測試樣品是否會因此導(dǎo)致?lián)舸?。如果不擊穿，則通過，擊穿則不合格。

1.2測試的分類

抗電強(qiáng)度測試按施加的電壓類型分可分為兩種：一種是直流耐壓試驗，另一種是交流工頻耐壓試驗。家用電器產(chǎn)品一般進(jìn)行交流工頻耐壓試驗。

若按測試條件分，可分為常態(tài)試驗、熱態(tài)試驗和潮態(tài)試驗。其中，常態(tài)試驗是指在正常環(huán)境條件下，樣品不工作時進(jìn)行測試；熱態(tài)試驗是指樣品做完發(fā)熱預(yù)處理之后，發(fā)熱溫度具體參照樣品能正常工作的環(huán)境溫度，然后立即進(jìn)行的測試；潮態(tài)試驗是指在潮濕環(huán)境條件下，通常是指樣品在濕度為（93 ±3）%的環(huán)境下處理48 h后，樣品在不工作的狀態(tài)下立即進(jìn)行測試。一般在設(shè)備出廠前做抗電強(qiáng)度測試，以確保設(shè)備的絕緣性能足夠強(qiáng)。

1.3測試的擊穿

抗電強(qiáng)度測試中的擊穿現(xiàn)象，指絕緣材料在高壓的作用下，改變絕緣特性而呈現(xiàn)出的導(dǎo)體特性。在進(jìn)行抗電強(qiáng)度的測試時，如果發(fā)生擊穿現(xiàn)象，那么測試失敗。

過高的電壓會損傷材料的性能，當(dāng)產(chǎn)品被擊穿后，其破壞屬于不可逆過程，即高壓下發(fā)生擊穿現(xiàn)象，即使重新調(diào)低電壓進(jìn)行測試，也同樣會擊穿。

如圖1所示，當(dāng)絕緣材料呈現(xiàn)絕緣特性時，回路中的泄漏電流為

I = Vi/（Ri+ Re）≈Vi/ Re（1）

式中：Vi— 耐壓儀的輸出電壓；

Ri— 耐壓儀的電源內(nèi)阻；

圖1　抗電強(qiáng)度測試

Re— 被測樣品絕緣材料的電阻

當(dāng)絕緣材料呈現(xiàn)絕緣特性時，Re＞＞Ri（Re的數(shù)量級為兆歐級），所以整個回路的泄漏電流很小，加在絕緣材料兩端的測試電壓V≈Vi。在這種情況下，耐壓儀的輸出呈現(xiàn)線性特點，即Vi增加，回路中的泄漏電流也相應(yīng)增大，V同樣增加。

但當(dāng)耐壓儀的電壓增加至臨界值Vb時，絕緣材料被擊穿。回路呈現(xiàn)雪崩現(xiàn)象，Re趨于0，Re與Ri數(shù)量級接近，甚至遠(yuǎn)小于Ri，此時回路電流大小主要取決于Ri。耐壓儀的輸出不再呈現(xiàn)線性的特點，加載在被測樣品絕緣部分兩端的測試電壓V和Vi相差較大，甚至V反而比沒有擊穿前減小了，并且當(dāng)增加Vi的時候，雖然回路中電流會有所增大，但V的增加則不明顯（如圖2所示）。

圖2　泄漏電流變化

2　試驗步驟

本文以GB 4943.1-2011為例，介紹抗電強(qiáng)度［1］試驗的步驟。

2.1樣品的準(zhǔn)備

1）將可能影響試驗結(jié)果的允許斷開的元件斷開。其中，與被試絕緣并聯(lián)的符合規(guī)定要求的電阻器、電容器和阻容單元均予以斷開；會妨礙試驗進(jìn)行的電感器和繞組也應(yīng)予以斷開。同時，與被試絕緣并聯(lián)的提供直流通路的元件（如濾波電容器的放電電阻和限壓裝置）也應(yīng)斷開。

2）為了避免損壞與被試絕緣無關(guān)的元器件或絕緣，可將集成電路與類似的電路斷開或采用等電位連接。同時也可以將可觸及導(dǎo)電零部件連接到一起。

3）對絕緣材料外殼，應(yīng)將金屬箔貼在可觸及零部件上。金屬箔的放置應(yīng)避免絕緣的邊緣發(fā)生閃絡(luò)。使用帶背膠的金屬箔時，應(yīng)選擇背膠為導(dǎo)電膠的型號。

4）對加強(qiáng)絕緣和較低等級的絕緣并用的設(shè)備，應(yīng)對該絕緣進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，以保證既能對該絕緣進(jìn)行規(guī)定的抗電強(qiáng)度試驗，又能保證施加到加強(qiáng)絕緣上的電壓不會使基本絕緣或附加絕緣承受超過規(guī)

2.2樣品的連接

將樣品放置在絕緣臺架上，先將耐壓儀的地線輸出端子夾到連接樣品的被試絕緣的易觸及端上，然后將耐壓儀的高電壓輸出端子夾連接到被試絕緣的另一端。一般試驗樣品的一次電路與外殼之間的加強(qiáng)絕緣時，把耐壓儀的地線端子夾連接到外殼上，把耐壓儀的高電壓輸出端子夾連接到電源初級（一般為插頭上）。如圖3所示。

圖3　耐壓儀抗電強(qiáng)度測試的連接

2.3施加電壓

施加電壓的波形應(yīng)為正弦波形，頻率為50 Hz 或60 Hz的交流電壓，或者是等于規(guī)定的交流試驗電壓峰值的直流電壓。加到被試絕緣上的試驗電壓應(yīng)當(dāng)從零逐漸升高到規(guī)定的電壓值，然后在該電壓值上保持60 s。根據(jù)樣品的不同類別、不同絕緣等級施加不同的電壓值，其中GB 4943.1-2011中規(guī)定，對于Ⅰ類過電壓類別和Ⅱ類過電壓類別的設(shè)備，允許使用表5B和表5C。但是對于二次電路，如果既沒有連接到保護(hù)地也沒有提供保護(hù)屏蔽，應(yīng)當(dāng)使用表5C；對于Ⅲ類過電壓類別和Ⅳ類過電壓類別的設(shè)備，應(yīng)當(dāng)使用表5C，本文只舉例其中一部分。

2.4試驗結(jié)束處理

試驗結(jié)束時，應(yīng)切斷耐壓儀電源，然后旋轉(zhuǎn)電壓調(diào)節(jié)旋鈕，使輸出電壓降低到零，通過適當(dāng)電阻由濾波電容器和樣品放電來降低電壓，然后先取下高電壓測試夾，再取下地線測試夾，最后取走樣品。

3　抗電強(qiáng)度試驗不通過的原因

抗電強(qiáng)度試驗不通過的原因可能有以下幾種：

1）絕緣設(shè)計不合理。電氣間隙或爬電距離的設(shè)計沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求，絕緣結(jié)構(gòu)造型不合理，絕緣材料選型不合理，由于上述原因?qū)е驴闺姀?qiáng)度試驗擊穿的往往占多數(shù)。

2）絕緣材料不良。產(chǎn)品絕緣材料受到高溫、電場和振動的影響使絕緣逐漸陳舊、老化，性能變化，絕緣層局部有雜質(zhì)、微小孔隙、裂縫都會引起電氣強(qiáng)度試驗擊穿。

表5　BGB4943.1-2011抗電強(qiáng)度試驗的試驗電壓（基于峰值工作電壓）

表5　CGB4943.1-2011抗電強(qiáng)度試驗的試驗電壓（基于要求的耐壓）

3）內(nèi)部布線不合理。線路應(yīng)合理布局，布線槽應(yīng)光滑無銳利棱邊，以免割傷內(nèi)部導(dǎo)線的絕緣，在所有接線端子部位，應(yīng)用絕緣套管可靠保護(hù)，懸浮的導(dǎo)線應(yīng)用線夾固定，防止在運(yùn)輸或使用時振動引起脫落，導(dǎo)致抗電強(qiáng)度試驗擊穿。

4）裝配質(zhì)量導(dǎo)致抗電強(qiáng)度擊穿。在實際生產(chǎn)中，如果上述問題都做了嚴(yán)密考慮的情況下仍發(fā)生擊穿，則問題多出在裝配環(huán)節(jié)。在裝配加工中線頭露長了，裝配位置偏了，線頭端散絲脫出，絕緣體嚴(yán)重污染，固定金屬物落入電器中等，都會引起抗電強(qiáng)度試驗通不過，形成安全隱患。

4　抗電強(qiáng)度測試的影響因素

1）抗電強(qiáng)度測試的關(guān)鍵參數(shù)是測試電壓的頻率、波形、持續(xù)時間和升壓速度，如果測試電壓不是正弦波，在同一電壓有效值的振幅值可能比正弦波時要高，那么絕緣更容易發(fā)生擊穿。如果測試電壓的頻率越高，電壓作用的時間越長，發(fā)生擊穿的可能性也越大。并且，耐壓儀泄漏電流的準(zhǔn)確值也影響測試結(jié)果的判定。

2）被測樣品的厚度和均勻性及是否存在機(jī)械應(yīng)力，如絕緣擋板在樣品中的試驗可能會有差別，因為樣品中的絕緣擋板可能受到了擠壓以及各部分受熱不均，不管是機(jī)械應(yīng)力還是環(huán)境應(yīng)力（熱應(yīng)力），各部分顯然有差異。

3）環(huán)境的溫度、濕度、氣壓也會對抗電強(qiáng)度測試產(chǎn)生影響。

4）是否夾雜有氣體、水分和其他雜質(zhì)等，如潮態(tài)和熱態(tài)試驗前后，樣品的含水量肯定會發(fā)生變化，那也會對結(jié)果產(chǎn)生影響。

5　結(jié)語

抗電強(qiáng)度測試是衡量電氣絕緣在過電壓作用下耐擊穿能力的試驗，是信息類設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的一項必不可少的試驗項目。準(zhǔn)確認(rèn)識耐壓儀的工作原理與測試目的，深入分析其判定方法，正確應(yīng)用測試方法對于提高產(chǎn)品質(zhì)量、保證測試準(zhǔn)確性具有十分重要的意義。

［1］ 工業(yè)和信息化部電子第四研究院.GB 4943-2011 ［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

［2］ 工業(yè)和信息化部電子第四研究院.GB 8898-2011 ［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

［3］ 鐘冠平. GB 8898抗電強(qiáng)度試驗電壓的分析和選擇 ［J］ .安全與電磁兼容，2008，（6）：88-89.

［4］ 楊宇濤. 電機(jī)防護(hù)的安全限值［J］. 安全與電磁兼容，2006，（1）：79-81.