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抗电强度试验的概念与方法

文章作者:深圳市聚利兴仪器有限公司    时间:2015/6/16 11:28:42

抗电强度试验的概念与方法

作为电子电器设备安全性能考核的重要手段之一,有关安全标准都会给出抗电强度试验的要求。那么这种试验的目的和要求是什么呢? 

一、试验的目的
评价在设备中作隔离用的绝缘耐高压冲击的性能。 

1.考核电气设备中带电部件与可触及件之间的用作隔离措施的绝缘材料的性能。

我们知道电流通过人体会引起病理生理效应,通常毫安级的电流就会对人体产生危害, 更大的电流甚至会造成人的死亡。因此,在各类电子电气设备的安全设计中防触电保护是一 个很重要的内容。 

通常产生电击危险的原因有: 
触及带电件 
正常情况下带危险电压零部件和可触及的导电零部件(或带非危险电压的电路)之间 的隔离用的绝缘击穿 
接触电流过大 
大容量电容器放电

在安全设计中采用的措施之一就是通过使用双重绝缘或加强绝缘,将带危险电压的零部 件与可触及件隔离。这样防止危险带电件与可触及件之间的绝缘击穿就是个关键点,产品内 所有绝缘都必须能够承受产品在正常工作条件下和单一故障条件下产品内部产生的相关电 压,还必须承受来自电网电源和从通信网络传入的瞬态冲击电压,而不飞弧、击穿。 

击穿的概念: 
当绝缘承受的电压足够高而使得绝缘电阻无法再限制电流的增大,此时在施加电压的两 极间发生放电,称为击穿。此时施加在绝缘上的电压引起的电流以失控的方式迅速增大。 

击穿的途径:
可能是固体绝缘材料内部;或沿两电极之间的绝缘体表面(即所谓的“爬 电”);或沿两电极之间最短的空间路径(即气体介质中的“飞弧”) 

击穿的主要形式: 
电击穿----绝缘材料的电介质结构直接为电场力所破坏而致。
 热击穿----由于绝缘材料的介质损耗导致电介质发热所致。 

在交变正弦电压作用下绝缘材料的介质损耗为 

P=U 2 2πfCtgδ 
式中:U—电压(V)
 f—频率(Hz)
 C—电容(F)
 tgδ--损耗角正切
在直流电压作用下绝缘材料的介质损耗为
 P=U 2 /R
 式中:U—电压(V)
 R—绝缘电阻(Ω) 

电化学击穿----由于外加电压的作用,致使电介质内部发生化学变化而引起。 

为考核设计的有效性,要求在施加相应的试验电压下用于安全隔离的绝缘不能被击穿。 


二、试验原理 
1.试验电压 
电气设备在使用过程中,其绝缘长期承受各种因素引起的瞬态过电压的作用,这些电压 常会达到正常工作电压的数倍、甚至数十倍。另外,设备在运行过程中会发生各种故障,而 使设备的绝缘承受较高的电压,导致绝缘击穿引起电击危险和设备起火。 

为了评价设备在各种因素条件下能否安全可靠地运行,必须对设备施加高于设备绝缘工 作电压的试验电压进行抗电强度试验,以考核设备绝缘承受瞬态过压的能力。从而保证设备 的使用者不会受到电击危害。其试验电压通常依据考核的部位、绝缘的等级(功能绝缘、基 本绝缘、附加绝缘或加强绝缘)、设备工作时该绝缘所承受的工作电压值(绝缘两端的工作 电压),查安全标准的有关表得到,例如信息技术设备,查GB4943 表5。 

2. 试验的种类 
抗电强度分为三种情况进行 
——设备在承受电涌放电试验后立即进行的抗电强度试验(部分设备,例如对音视频产 品的天线端); 
——湿热试验后立即进行的抗电强度试验; 
——发热试验后立即进行的抗电强度试验。 

3.试验方法 
1)型式试验(按安全标准的规定进行的试验) 
步骤: 
a.设备在进行电涌、湿热、发热试验后。应保持试验环境条件不变,立即进行抗电强 度试验。 
b.对被考核的绝缘施加规定的试验电压值。施加方式为施加到被试绝缘上的试验电压 从零升至规定试验电压值的一半,然后迅速将电压升高到规定值并持续1min。 
c.试验电压应是频率为50 Hz、基本波形为正弦波形的电压,或是等于规定的交流试验 电压峰值的直流电压。 
d.试验结果的判定。当由于施加的试验电压而引起的电流以失控的方式迅速增大,即 绝缘无法限制电流时.则认为绝缘已被击穿。电晕放电或单次瞬间闪络不认为是绝缘击穿。 
e.注意事项:试验前,为了避免在进行抗电强度时,因容性充电电流或其它原因损坏与 本试验无关的元器件或绝缘,可将集成电路或类似的电路断开.或采用等电位连接。同时还 应对电路进行检查。如果被试绝缘上跨接有电容器(例如:射频滤波电容器)。则建议采用直 流试验电压。与被试绝缘并联提供直流通路的元件(例如:滤波电容器的放电电阻器和限压 装置)应断开。除了对电源线两端的抗电强度试验外,进行其他抗电强度试验时.与电网电 源导电连接的电源开关和功能开关(如果有)应置于通位。而且应用适当的方法使通位固定 住,以便使试验电压完全有效施加。 
f.试验仪器的要求 试验电压应由合适的电源提供。该电源的设计应保证当试验电压调节到相应的等级后短 路输出端时,输出电流至少为200 mA;当输出电流小于100mA时,过流保护装置不应断开; 所施加的试验电压值的误差应在±3%的范围内。 

2)生产线进行的例行检验 
a.该试验应在设备已组装完毕且在包装前进行。 
b.试验部位:并联在一起的电源端子与下列部位: 
——可触及的端子;和 
——可触及导电零部件。 
c.试验电压值根据绝缘应用场合和绝缘工作电压来查取(GB8898 附录 N 表 N1 给出 了试验电压值),持续时间l s~4 s。试验期间绝缘不应击穿。 
d.例行检验是在生产线的最终阶段对生产线上的产品进行的 100%检测。通常检验 后.除包装和加贴标签外。不再进一步加工。 

三、两个应注意的问题 
1)抗电强度试验中判定电流的设置直接影响试验的判定结果。一般将判定电流设置为 l0mA;若出现报警时。并不说明是设备的绝缘内部已被击穿,可能由于该设备本身的漏电 流较大等原因引起,为避免误判击穿,应将判定电流加大至100 mA。只有当施加在绝缘上 的电压引起的电流以失控的方式迅速增大时,才能判定为击穿。
2)试验电压不能盲目增大。绝缘寿命与施加的电压成反比,由于各种绝缘材料对承受 的电压值是有限度的,过高的电压会损伤材料的性能,特别是当在例行试验时,试验后的产 品是作为合格品出厂的,尤其应关注。 

有资料提供了UL 实验室关于施加的电压值与绝缘寿命的计算公式:
 L 1 V 1 n =L 2 V 2 n 
式中:L 1 ——施加的电压值下的绝缘寿命
 V 1 ——施加的电压值
 L 2 ——设计绝缘寿命
 V 2 ——产品的供电电压
 n——与绝缘材料性质有关,通常取 2-10 之间,对于低压供电产品(120V 工作 电压)取n=5;对于高压供电产品(220V-240V 工作电压)取n=6 

此公式在估算生产线抗电强度试验对绝缘寿命的影响时可作参考。 


       

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