抗電強(qiáng)度試驗(yàn)的概念與方法

作為電子電器設(shè)備安全性能考核的重要手段之一，有關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)給出抗電強(qiáng)度試驗(yàn)的要求。那么這種試驗(yàn)的目的和要求是什么呢？ 

一、試驗(yàn)的目的
評(píng)價(jià)在設(shè)備中作隔離用的絕緣耐高壓沖擊的性能。 

1．考核電氣設(shè)備中帶電部件與可觸及件之間的用作隔離措施的絕緣材料的性能。

我們知道電流通過(guò)人體會(huì)引起病理生理效應(yīng)，通常毫安級(jí)的電流就會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害， 更大的電流甚至?xí)�造成人的死亡。因此，在各類電子電氣設(shè)備的安全設(shè)計(jì)中防觸電保護(hù)是一 個(gè)很重要的內(nèi)容。 

通常產(chǎn)生電擊危險(xiǎn)的原因有：
觸及帶電件
正常情況下帶危險(xiǎn)電壓零部件和可觸及的導(dǎo)電零部件（或帶非危險(xiǎn)電壓的電路）之間 的隔離用的絕緣擊穿
接觸電流過(guò)大
大容量電容器放電

在安全設(shè)計(jì)中采用的措施之一就是通過(guò)使用雙重絕緣或加強(qiáng)絕緣，將帶危險(xiǎn)電壓的零部 件與可觸及件隔離。這樣防止危險(xiǎn)帶電件與可觸及件之間的絕緣擊穿就是個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，產(chǎn)品內(nèi) 所有絕緣都必須能夠承受產(chǎn)品在正常工作條件下和單一故障條件下產(chǎn)品內(nèi)部產(chǎn)生的相關(guān)電 壓，還必須承受來(lái)自電網(wǎng)電源和從通信網(wǎng)絡(luò)傳入的瞬態(tài)沖擊電壓，而不飛弧、擊穿。 

擊穿的概念： 
當(dāng)絕緣承受的電壓足夠高而使得絕緣電阻無(wú)法再限制電流的增大，此時(shí)在施加電壓的兩 極間發(fā)生放電，稱為擊穿。此時(shí)施加在絕緣上的電壓引起的電流以失控的方式迅速增大。 

擊穿的途徑：
可能是固體絕緣材料內(nèi)部；或沿兩電極之間的絕緣體表面（即所謂的“爬 電”）；或沿兩電極之間最短的空間路徑（即氣體介質(zhì)中的“飛弧”） 

擊穿的主要形式： 
電擊穿----絕緣材料的電介質(zhì)結(jié)構(gòu)直接為電場(chǎng)力所破壞而致。
 熱擊穿----由于絕緣材料的介質(zhì)損耗導(dǎo)致電介質(zhì)發(fā)熱所致。 

在交變正弦電壓作用下絕緣材料的介質(zhì)損耗為 

P=U 2 2πfCtgδ 
式中：U—電壓（V）
 f—頻率（Hz）
 C—電容（F）
 tgδ--損耗角正切
在直流電壓作用下絕緣材料的介質(zhì)損耗為
 P=U 2 /R
 式中：U—電壓（V）
 R—絕緣電阻（Ω） 

電化學(xué)擊穿----由于外加電壓的作用，致使電介質(zhì)內(nèi)部發(fā)生化學(xué)變化而引起。 

為考核設(shè)計(jì)的有效性，要求在施加相應(yīng)的試驗(yàn)電壓下用于安全隔離的絕緣不能被擊穿。 


二、試驗(yàn)原理 
1．試驗(yàn)電壓 
電氣設(shè)備在使用過(guò)程中，其絕緣長(zhǎng)期承受各種因素引起的瞬態(tài)過(guò)電壓的作用，這些電壓 常會(huì)達(dá)到正常工作電壓的數(shù)倍、甚至數(shù)十倍。另外，設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)發(fā)生各種故障，而 使設(shè)備的絕緣承受較高的電壓，導(dǎo)致絕緣擊穿引起電擊危險(xiǎn)和設(shè)備起火。 

為了評(píng)價(jià)設(shè)備在各種因素條件下能否安全可靠地運(yùn)行，必須對(duì)設(shè)備施加高于設(shè)備絕緣工 作電壓的試驗(yàn)電壓進(jìn)行抗電強(qiáng)度試驗(yàn)，以考核設(shè)備絕緣承受瞬態(tài)過(guò)壓的能力。從而保證設(shè)備 的使用者不會(huì)受到電擊危害。其試驗(yàn)電壓通常依據(jù)考核的部位、絕緣的等級(jí)(功能絕緣、基 本絕緣、附加絕緣或加強(qiáng)絕緣)、設(shè)備工作時(shí)該絕緣所承受的工作電壓值（絕緣兩端的工作 電壓），查安全標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)表得到，例如信息技術(shù)設(shè)備，查GB4943 表5。 

2． 試驗(yàn)的種類 
抗電強(qiáng)度分為三種情況進(jìn)行 
——設(shè)備在承受電涌放電試驗(yàn)后立即進(jìn)行的抗電強(qiáng)度試驗(yàn)（部分設(shè)備，例如對(duì)音視頻產(chǎn) 品的天線端）； 
——濕熱試驗(yàn)后立即進(jìn)行的抗電強(qiáng)度試驗(yàn)； 
——發(fā)熱試驗(yàn)后立即進(jìn)行的抗電強(qiáng)度試驗(yàn)。 

3．試驗(yàn)方法 
1）型式試驗(yàn)（按安全標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行的試驗(yàn)） 
步驟： 
a．設(shè)備在進(jìn)行電涌、濕熱、發(fā)熱試驗(yàn)后。應(yīng)保持試驗(yàn)環(huán)境條件不變，立即進(jìn)行抗電強(qiáng) 度試驗(yàn)。 
b．對(duì)被考核的絕緣施加規(guī)定的試驗(yàn)電壓值。施加方式為施加到被試絕緣上的試驗(yàn)電壓 從零升至規(guī)定試驗(yàn)電壓值的一半，然后迅速將電壓升高到規(guī)定值并持續(xù)1min。 
c．試驗(yàn)電壓應(yīng)是頻率為50 Hz、基本波形為正弦波形的電壓，或是等于規(guī)定的交流試驗(yàn) 電壓峰值的直流電壓。 
d．試驗(yàn)結(jié)果的判定。當(dāng)由于施加的試驗(yàn)電壓而引起的電流以失控的方式迅速增大，即 絕緣無(wú)法限制電流時(shí)．則認(rèn)為絕緣已被擊穿。電暈放電或單次瞬間閃絡(luò)不認(rèn)為是絕緣擊穿。 
e．注意事項(xiàng)：試驗(yàn)前，為了避免在進(jìn)行抗電強(qiáng)度時(shí)，因容性充電電流或其它原因損壞與 本試驗(yàn)無(wú)關(guān)的元器件或絕緣，可將集成電路或類似的電路斷開(kāi)．或采用等電位連接。同時(shí)還 應(yīng)對(duì)電路進(jìn)行檢查。如果被試絕緣上跨接有電容器(例如：射頻濾波電容器)。則建議采用直 流試驗(yàn)電壓。與被試絕緣并聯(lián)提供直流通路的元件(例如：濾波電容器的放電電阻器和限壓 裝置)應(yīng)斷開(kāi)。除了對(duì)電源線兩端的抗電強(qiáng)度試驗(yàn)外，進(jìn)行其他抗電強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)．與電網(wǎng)電 源導(dǎo)電連接的電源開(kāi)關(guān)和功能開(kāi)關(guān)(如果有)應(yīng)置于通位。而且應(yīng)用適當(dāng)?shù)姆椒ㄊ雇ㄎ还潭?住，以便使試驗(yàn)電壓完全有效施加。 
f．試驗(yàn)儀器的要求 試驗(yàn)電壓應(yīng)由合適的電源提供。該電源的設(shè)計(jì)應(yīng)保證當(dāng)試驗(yàn)電壓調(diào)節(jié)到相應(yīng)的等級(jí)后短 路輸出端時(shí)，輸出電流至少為200 mA；當(dāng)輸出電流小于100mA時(shí)，過(guò)流保護(hù)裝置不應(yīng)斷開(kāi)； 所施加的試驗(yàn)電壓值的誤差應(yīng)在±3％的范圍內(nèi)。 

2）生產(chǎn)線進(jìn)行的例行檢驗(yàn) 
a．該試驗(yàn)應(yīng)在設(shè)備已組裝完畢且在包裝前進(jìn)行。 
b．試驗(yàn)部位：并聯(lián)在一起的電源端子與下列部位： 
——可觸及的端子；和 
——可觸及導(dǎo)電零部件。 
c．試驗(yàn)電壓值根據(jù)絕緣應(yīng)用場(chǎng)合和絕緣工作電壓來(lái)查取（GB8898 附錄 N 表 N1 給出 了試驗(yàn)電壓值），持續(xù)時(shí)間l s～4 s。試驗(yàn)期間絕緣不應(yīng)擊穿。 
d．例行檢驗(yàn)是在生產(chǎn)線的最終階段對(duì)生產(chǎn)線上的產(chǎn)品進(jìn)行的 100％檢測(cè)。通常檢驗(yàn) 后．除包裝和加貼標(biāo)簽外。不再進(jìn)一步加工。 

三、兩個(gè)應(yīng)注意的問(wèn)題 
1）抗電強(qiáng)度試驗(yàn)中判定電流的設(shè)置直接影響試驗(yàn)的判定結(jié)果。一般將判定電流設(shè)置為 l0mA；若出現(xiàn)報(bào)警時(shí)。并不說(shuō)明是設(shè)備的絕緣內(nèi)部已被擊穿，可能由于該設(shè)備本身的漏電 流較大等原因引起，為避免誤判擊穿，應(yīng)將判定電流加大至100 mA。只有當(dāng)施加在絕緣上 的電壓引起的電流以失控的方式迅速增大時(shí)，才能判定為擊穿。
2）試驗(yàn)電壓不能盲目增大。絕緣壽命與施加的電壓成反比，由于各種絕緣材料對(duì)承受 的電壓值是有限度的，過(guò)高的電壓會(huì)損傷材料的性能，特別是當(dāng)在例行試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)后的產(chǎn) 品是作為合格品出廠的，尤其應(yīng)關(guān)注。 

有資料提供了UL 實(shí)驗(yàn)室關(guān)于施加的電壓值與絕緣壽命的計(jì)算公式：
 L 1 V 1 n =L 2 V 2 n 
式中：L 1 ——施加的電壓值下的絕緣壽命
 V 1 ——施加的電壓值
 L 2 ——設(shè)計(jì)絕緣壽命
 V 2 ——產(chǎn)品的供電電壓
 n——與絕緣材料性質(zhì)有關(guān)，通常取 2-10 之間，對(duì)于低壓供電產(chǎn)品（120V 工作 電壓）取n=5；對(duì)于高壓供電產(chǎn)品（220V-240V 工作電壓）取n=6 

此公式在估算生產(chǎn)線抗電強(qiáng)度試驗(yàn)對(duì)絕緣壽命的影響時(shí)可作參考。