朱乃榕

（福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院，福州 350002）

引言

耐壓試驗(yàn)，又名抗電強(qiáng)度試驗(yàn)或介電強(qiáng)度試驗(yàn)，是一種以高電壓施加于安全防護(hù)絕緣，用于考核電子產(chǎn)品絕緣抗電擊穿能力的安規(guī)試驗(yàn)。電擊穿意味著，當(dāng)放電完全橋接絕緣時(shí)在電應(yīng)力作用下發(fā)生絕緣失效，電極間電壓降至零，形成絕緣短路，存在觸電危險(xiǎn)。

耐壓試驗(yàn)通常運(yùn)用耐壓儀產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)電壓，施加在被考核絕緣兩端，觀(guān)察絕緣漏電流是否以不受控方式增大，一旦絕緣擊穿產(chǎn)生過(guò)電流超出設(shè)定閾值即報(bào)警并判定試驗(yàn)未通過(guò)。一般來(lái)說(shuō)，依靠目稽耐壓儀告警來(lái)判斷試驗(yàn)結(jié)果是最為直觀(guān)的。然而，網(wǎng)口設(shè)備的耐壓試驗(yàn)中經(jīng)常出現(xiàn)如下異?，F(xiàn)象：

1）帶網(wǎng)口設(shè)備的電源單元已經(jīng)單獨(dú)通過(guò)耐壓試驗(yàn)，對(duì)網(wǎng)口進(jìn)行耐壓試驗(yàn)時(shí)告警；

2）同一設(shè)備使用不同耐壓儀進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，結(jié)果不一；

3）耐壓試驗(yàn)時(shí)能聽(tīng)到設(shè)備內(nèi)發(fā)出輕微“吱吱”聲響；

4）移除跨接絕緣的濾波器件后，無(wú)法徹底地解決以上問(wèn)題。

上述異?，F(xiàn)象的出現(xiàn)容易使經(jīng)驗(yàn)不足的設(shè)計(jì)人員和檢驗(yàn)人員直接判定試驗(yàn)失敗，極有可能造成誤判。

1 阻抗與分壓

有網(wǎng)口設(shè)備和無(wú)網(wǎng)口設(shè)備的主要差異在于，網(wǎng)口設(shè)備會(huì)在主板網(wǎng)口處安裝網(wǎng)絡(luò)變壓器和Bob-Smith 電路（見(jiàn)圖1）。網(wǎng)絡(luò)變壓器用于耦合信號(hào)電平和隔離干擾，而B(niǎo)ob-Smith 電路將空置的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)端串接貼片式阻容件（大多選用75 Ω 電阻和1 000 pF 電容）連接大地，用于防浪涌沖擊。因?yàn)榛径疾捎觅N片式安裝，所以網(wǎng)口處的器件線(xiàn)路排布十分緊密。

圖1 網(wǎng)絡(luò)變壓器及Bob-Smith 電路

常見(jiàn)的網(wǎng)口設(shè)備（例如計(jì)算機(jī)、服務(wù)器等），主要由電源單元和帶網(wǎng)口的主板組成。電源單元分為初級(jí)電路和次級(jí)電路，初次級(jí)電路間跨接有變壓器、光耦、濾波器及限流器件等，均具備一定的隔離能力。在耐壓試驗(yàn)中，電源單元初次級(jí)電路的隔離器件自身阻抗很大，試驗(yàn)電壓基本都會(huì)集中落在隔離器件上。但是，當(dāng)電源單元連接到帶網(wǎng)口的主板，再進(jìn)行耐壓試驗(yàn)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)變壓器將會(huì)改變整個(gè)耐壓回路上的電壓分布。

筆者通過(guò)實(shí)測(cè)一款網(wǎng)口設(shè)備的耐壓漏電流與接觸電流（見(jiàn)表1），來(lái)證明網(wǎng)絡(luò)變壓器對(duì)阻抗的影響（試驗(yàn)參考IEC 60950-1《信息技術(shù)設(shè)備安全 第1 部分：通用要求》標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算結(jié)果均為理想值）。

表1 耐壓漏電流與接觸電流

以下計(jì)算運(yùn)用歐姆定律。

由①得到含Y 電容的設(shè)備整體阻抗R整體1=3 000/424≈7 075（kΩ）；

由②、③得到主板阻抗R主板=264/34.5-264/74.0≈4 085（kΩ）；

因此，含Y 電容的電源單元阻抗R電源1=R整體1-R主板=2 990（kΩ）；

由④得到不含Y 電容的電源單元阻抗R電源2=264/11.8≈22 373（kΩ）；

因此，不含Y 電容的設(shè)備整體阻抗R整體2=R電源2+R主板=26 458（kΩ）。

從回路上看，整個(gè)耐壓試驗(yàn)回路的順序?yàn)殡娫摧斎攵恕娫醋儔浩鳎缃佑衁 電容）→電源輸出端（連接主板）→網(wǎng)絡(luò)變壓器（連接Bob-Smith 電路）→網(wǎng)口數(shù)據(jù)端。主板和Y 電容會(huì)影響回路的阻抗，進(jìn)而影響各部位的分壓（見(jiàn)表2）。

表2 各部位的分壓

根據(jù)表2，得知當(dāng)電源單元連接主板，進(jìn)行整體耐壓考核時(shí)，會(huì)有一部分試驗(yàn)電壓落在主板上。網(wǎng)絡(luò)變壓器的固有阻抗較大，是催生回路分壓的主要原因，而移除電源單元的Y 電容只能降低主板的分壓，并不能完全解決上述怪象。

一方面，電源變壓器和網(wǎng)絡(luò)變壓器均為高阻抗，不致于發(fā)生固體絕緣擊穿；另一方面，Bob-Smith 電路設(shè)計(jì)初衷面向弱電環(huán)境，貼片式封裝造成焊點(diǎn)密集，成百上千伏電壓落下時(shí)，在焊點(diǎn)密集處容易出現(xiàn)電弧（見(jiàn)圖2），同時(shí)伴隨有空氣擊穿，發(fā)出輕微“吱吱”聲響。

圖2 網(wǎng)口與Bob-Smith 電路焊點(diǎn)間拉弧

2 電弧偵測(cè)

當(dāng)兩高壓電極間的距離很近時(shí)，會(huì)出現(xiàn)尖端放電現(xiàn)象（ARC），長(zhǎng)期經(jīng)受此類(lèi)電應(yīng)力會(huì)降低絕緣可靠性。有一些智能型耐壓儀配備了ARCING TEST（電弧偵測(cè)）功能，專(zhuān)門(mén)用于偵測(cè)兩點(diǎn)間因空氣距離不足或存在可導(dǎo)電介質(zhì)，在通電時(shí)會(huì)產(chǎn)生電弧的現(xiàn)象。電弧信號(hào)通常是高于1kHz 的高頻信號(hào)（在電壓波峰處出現(xiàn)），故而ARCING TEST 被設(shè)計(jì)為當(dāng)有高頻信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，先將低頻信號(hào)過(guò)濾，然后再測(cè)量并判別是否為電?。ㄒ?jiàn)圖3）。

圖3 ARCING TEST 偵測(cè)原理

電弧與放電兩點(diǎn)間的距離、電壓相關(guān)聯(lián)，假設(shè)出現(xiàn)電弧的兩點(diǎn)間電壓為3 000 VAC/50 Hz，絕緣阻抗為10 MΩ，則電弧電流為3 000 V×1.414/10 MΩ≈0.42 mA（理論電流峰值）。一旦偵測(cè)到有超過(guò)0.42 mA 的高頻信號(hào)即認(rèn)為存在電弧。為了應(yīng)對(duì)不同產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)需求，通常將ARCING TEST 偵測(cè)電弧電流等級(jí)分為9 級(jí)，以便調(diào)節(jié)不同靈敏度（見(jiàn)表3）。

表3 ARCING TEST 偵測(cè)電流等級(jí)

電子產(chǎn)品的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)眾多，對(duì)耐壓試驗(yàn)的規(guī)定各不相同。有些允許電暈放電或單次瞬間閃絡(luò)，有些則不允許出現(xiàn)飛弧（見(jiàn)表4）。當(dāng)耐壓儀運(yùn)用于不同標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的測(cè)試時(shí)，需要有針對(duì)性地開(kāi)啟或關(guān)閉電弧偵測(cè)功能。如果忘記設(shè)置，可能會(huì)使得耐壓儀因飛弧而報(bào)警（而非絕緣擊穿報(bào)警），這是網(wǎng)口設(shè)備耐壓比對(duì)試驗(yàn)出現(xiàn)判定偏差的主要原因之一。

表4 不同標(biāo)準(zhǔn)的耐壓試驗(yàn)要求

3 應(yīng)對(duì)策略

從安規(guī)角度來(lái)講，耐壓試驗(yàn)的考核對(duì)象是安全防護(hù)絕緣的抗電擊穿能力。對(duì)于帶網(wǎng)口設(shè)備而言，無(wú)論網(wǎng)絡(luò)變壓器的隔離性能多么優(yōu)越，都無(wú)法起到作為電網(wǎng)電源的隔離措施。因此，承擔(dān)有效安全防護(hù)絕緣的是電源單元，主要是電源變壓器及相應(yīng)的跨接器件。

為了讓電源單元本體能夠承受完整的耐壓試驗(yàn)考核，筆者提出3 點(diǎn)應(yīng)對(duì)策略：

1）帶網(wǎng)口設(shè)備進(jìn)行耐壓試驗(yàn)時(shí)，優(yōu)先考核電源單元本體的耐壓能力；

2）當(dāng)電源單元本體通過(guò)耐壓試驗(yàn)后，針對(duì)網(wǎng)口數(shù)據(jù)端可以改用直流電壓試驗(yàn)；

3）不進(jìn)行1）、2）步驟而直接測(cè)試電源單元與網(wǎng)口數(shù)據(jù)端間的整體耐壓時(shí)，旁路網(wǎng)絡(luò)變壓器與Bob-Smith電路，去除分壓或電弧影響。針對(duì)非安全防護(hù)的功能絕緣可以采用等電位連接方式，避免耐壓試驗(yàn)電壓落到非安全防護(hù)電路上。

4 總結(jié)

筆者通過(guò)一項(xiàng)實(shí)例分析引言中所提到的四種怪象，推論出網(wǎng)絡(luò)變壓器的固有阻抗會(huì)影響網(wǎng)口設(shè)備耐壓試驗(yàn)回路中的電壓分布，進(jìn)而在Bob-Smith 電路焊點(diǎn)密集處產(chǎn)生電弧，觸發(fā)耐壓儀電弧偵測(cè)報(bào)警?，F(xiàn)實(shí)情況中，復(fù)雜阻抗排布的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可能會(huì)產(chǎn)生更多不同的耐壓?jiǎn)栴}，從業(yè)者應(yīng)參考本文觀(guān)點(diǎn)，觀(guān)察試驗(yàn)現(xiàn)象、分析電路原理，并結(jié)合耐壓儀提示信息深入研究，相信會(huì)有豐富收獲。