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抗電強度試驗的概念與方法

文章作者:深圳市聚利興儀器有限公司    時間:2015/6/16 11:28:42

抗電強度試驗的概念與方法

作為電子電器設備安全性能考核的重要手段之一,有關安全標準都會給出抗電強度試驗的要求。那么這種試驗的目的和要求是什么呢? 

一、試驗的目的
評價在設備中作隔離用的絕緣耐高壓沖擊的性能。 

1.考核電氣設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。

我們知道電流通過人體會引起病理生理效應,通常毫安級的電流就會對人體產生危害, 更大的電流甚至會造成人的死亡。因此,在各類電子電氣設備的安全設計中防觸電保護是一 個很重要的內容。 

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

在安全設計中采用的措施之一就是通過使用雙重絕緣或加強絕緣,將帶危險電壓的零部 件與可觸及件隔離。這樣防止危險帶電件與可觸及件之間的絕緣擊穿就是個關鍵點,產品內 所有絕緣都必須能夠承受產品在正常工作條件下和單一故障條件下產品內部產生的相關電 壓,還必須承受來自電網電源和從通信網絡傳入的瞬態沖擊電壓,而不飛弧、擊穿。 

擊穿的概念: 
當絕緣承受的電壓足夠高而使得絕緣電阻無法再限制電流的增大,此時在施加電壓的兩 極間發生放電,稱為擊穿。此時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(即氣體介質中的“飛弧”) 

擊穿的主要形式: 
電擊穿----絕緣材料的電介質結構直接為電場力所破壞而致。
 熱擊穿----由于絕緣材料的介質損耗導致電介質發熱所致。 

在交變正弦電壓作用下絕緣材料的介質損耗為 

P=U 2 2πfCtgδ 
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損耗為
 P=U 2 /R
 式中:U—電壓(V)
 R—絕緣電阻(Ω) 

電化學擊穿----由于外加電壓的作用,致使電介質內部發生化學變化而引起。 

為考核設計的有效性,要求在施加相應的試驗電壓下用于安全隔離的絕緣不能被擊穿。 


二、試驗原理 
1.試驗電壓 
電氣設備在使用過程中,其絕緣長期承受各種因素引起的瞬態過電壓的作用,這些電壓 常會達到正常工作電壓的數倍、甚至數十倍。另外,設備在運行過程中會發生各種故障,而 使設備的絕緣承受較高的電壓,導致絕緣擊穿引起電擊危險和設備起火。 

為了評價設備在各種因素條件下能否安全可靠地運行,必須對設備施加高于設備絕緣工 作電壓的試驗電壓進行抗電強度試驗,以考核設備絕緣承受瞬態過壓的能力。從而保證設備 的使用者不會受到電擊危害。其試驗電壓通常依據考核的部位、絕緣的等級(功能絕緣、基 本絕緣、附加絕緣或加強絕緣)、設備工作時該絕緣所承受的工作電壓值(絕緣兩端的工作 電壓),查安全標準的有關表得到,例如信息技術設備,查GB4943 表5。 

2. 試驗的種類 
抗電強度分為三種情況進行 
——設備在承受電涌放電試驗后立即進行的抗電強度試驗(部分設備,例如對音視頻產 品的天線端); 
——濕熱試驗后立即進行的抗電強度試驗; 
——發熱試驗后立即進行的抗電強度試驗。 

3.試驗方法 
1)型式試驗(按安全標準的規定進行的試驗) 
步驟: 
a.設備在進行電涌、濕熱、發熱試驗后。應保持試驗環境條件不變,立即進行抗電強 度試驗。 
b.對被考核的絕緣施加規定的試驗電壓值。施加方式為施加到被試絕緣上的試驗電壓 從零升至規定試驗電壓值的一半,然后迅速將電壓升高到規定值并持續1min。 
c.試驗電壓應是頻率為50 Hz、基本波形為正弦波形的電壓,或是等于規定的交流試驗 電壓峰值的直流電壓。 
d.試驗結果的判定。當由于施加的試驗電壓而引起的電流以失控的方式迅速增大,即 絕緣無法限制電流時.則認為絕緣已被擊穿。電暈放電或單次瞬間閃絡不認為是絕緣擊穿。 
e.注意事項:試驗前,為了避免在進行抗電強度時,因容性充電電流或其它原因損壞與 本試驗無關的元器件或絕緣,可將集成電路或類似的電路斷開.或采用等電位連接。同時還 應對電路進行檢查。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 流試驗電壓。與被試絕緣并聯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)應斷開。除了對電源線兩端的抗電強度試驗外,進行其他抗電強度試驗時.與電網電 源導電連接的電源開關和功能開關(如果有)應置于通位。而且應用適當的方法使通位固定 住,以便使試驗電壓完全有效施加。 
f.試驗儀器的要求 試驗電壓應由合適的電源提供。該電源的設計應保證當試驗電壓調節到相應的等級后短 路輸出端時,輸出電流至少為200 mA;當輸出電流小于100mA時,過流保護裝置不應斷開; 所施加的試驗電壓值的誤差應在±3%的范圍內。 

2)生產線進行的例行檢驗 
a.該試驗應在設備已組裝完畢且在包裝前進行。 
b.試驗部位:并聯在一起的電源端子與下列部位: 
——可觸及的端子;和 
——可觸及導電零部件。 
c.試驗電壓值根據絕緣應用場合和絕緣工作電壓來查取(GB8898 附錄 N 表 N1 給出 了試驗電壓值),持續時間l s~4 s。試驗期間絕緣不應擊穿。 
d.例行檢驗是在生產線的最終階段對生產線上的產品進行的 100%檢測。通常檢驗 后.除包裝和加貼標簽外。不再進一步加工。 

三、兩個應注意的問題 
1)抗電強度試驗中判定電流的設置直接影響試驗的判定結果。一般將判定電流設置為 l0mA;若出現報警時。并不說明是設備的絕緣內部已被擊穿,可能由于該設備本身的漏電 流較大等原因引起,為避免誤判擊穿,應將判定電流加大至100 mA。只有當施加在絕緣上 的電壓引起的電流以失控的方式迅速增大時,才能判定為擊穿。
2)試驗電壓不能盲目增大。絕緣壽命與施加的電壓成反比,由于各種絕緣材料對承受 的電壓值是有限度的,過高的電壓會損傷材料的性能,特別是當在例行試驗時,試驗后的產 品是作為合格品出廠的,尤其應關注。 

有資料提供了UL 實驗室關于施加的電壓值與絕緣壽命的計算公式:
 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 ——設計絕緣壽命
 V 2 ——產品的供電電壓
 n——與絕緣材料性質有關,通常取 2-10 之間,對于低壓供電產品(120V 工作 電壓)取n=5;對于高壓供電產品(220V-240V 工作電壓)取n=6 

此公式在估算生產線抗電強度試驗對絕緣壽命的影響時可作參考。 


       

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