電氣安全性能的測量儀器

隨著當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，各種電器、電子設(shè)備全面進入社會生活各個領(lǐng)域，成為社會文明進步的重要標(biāo)志。在我國，人民生活水平不斷提高，對家用電器的需求量越來越大。各類電器、電子設(shè)備在全國城鄉(xiāng)和到迅速普及，給生產(chǎn)帶來極大方便。但各類電器、電子設(shè)備的廣泛使用，由此帶來的人身事故也大為增加。給生命財產(chǎn)帶來危害，觸電傷亡和電氣火災(zāi)是常見例子。因此，電器、電子設(shè)備的使用安全性這一重要問題，成為決定產(chǎn)品質(zhì)量的各要素中躍居首要地位，安全標(biāo)準成為最重要的技術(shù)標(biāo)準之一。

防觸電氣是所有安全標(biāo)準中最基本也是最重要的內(nèi)容，通常列為產(chǎn)品安全的首項。電氣安全性能試驗項目包括：耐電壓試驗、泄漏電流試驗、絕緣電阻、和接地電阻試驗。70年代末期起，各種專用于各類電子、電氣器產(chǎn)品電氣安全性能試驗的儀器迅速發(fā)展，形成了一個嶄新的電子儀器門類。

電氣安全性能試驗儀器的發(fā)展是貫徹國際國內(nèi)安全標(biāo)準的必然結(jié)果。自IEC65號公告《電網(wǎng)電源供電的家用和類似一般用途的電子及有關(guān)設(shè)備的安全要求》于1952年首次頒布并經(jīng)五版、七次修訂以來，全球范圍內(nèi)已形成IEC安全標(biāo)準和美國UL安全標(biāo)準兩大體系。我國自70年代末期開始制訂各類安全標(biāo)準。80年代迅速形成了采用或等效采用IEC安全標(biāo)準的國家標(biāo)準體系。電氣安全性能試驗在電子測量儀器、廣播收音機、電視機、各種音頻、視頻設(shè)備及家電產(chǎn)品、低壓電器等電子、電器產(chǎn)品設(shè)計、制造、檢驗、定型、質(zhì)量認證、創(chuàng)優(yōu)及進出口等各項工作中，首先成為必須、大量、經(jīng)常進行的重要項目，隨之產(chǎn)生的專用測試儀器的需求，使得電氣安全性能試驗儀器具有深厚的展基礎(chǔ)和廣闊的市場。

電氣安全性能試驗儀器技術(shù)指標(biāo)完全取決于安全標(biāo)準的要求和規(guī)定，測試對象除各類電子產(chǎn)品外，遍及一切電網(wǎng)供電或由指定的額定交直流供電的低壓電器設(shè)備，這是電氣安全性能試驗儀器區(qū)別所有各類電子測量儀器的特點。因此，儀器的發(fā)展依賴于安全標(biāo)準的發(fā)展

下面，簡單地介紹一下電氣安全性能試驗儀器---耐電壓測試儀、泄漏電流測試儀、絕緣電阻測試儀、和接地電阻測試儀。

一. 耐壓測試儀

耐電壓強度也可稱耐壓強度、介電強度、介質(zhì)強度。絕緣物質(zhì)所能承受而不致遭到破壞的最高電場強度稱耐電壓強度。在試驗中，被測樣品在要求的試驗電壓作用之下達到規(guī)定的時間時，耐壓測試儀自動或被動切斷試驗電壓。一旦出現(xiàn)擊穿電流超過設(shè)定的擊穿（保護）電流，能夠自動切斷試驗電壓并發(fā)出聲光報警。以確保被測樣品不致?lián)p壞。它主要達到如下目的：

i. 檢測絕緣耐壓受工作電壓或過電壓的能力。

ii. 檢查電氣設(shè)備絕緣制造或檢修質(zhì)量。

iii. 排除因原材料、加工或運輸對絕緣的損傷，降低產(chǎn)品早期失效率。

iv. 檢驗絕緣的電氣間隙和爬電距離。

耐壓測試儀是測量各種電器裝置、絕緣材料和絕緣結(jié)構(gòu)的耐電壓能力的儀器，該儀器能調(diào)整輸出需要的交流（或直流）試驗電壓和設(shè)定擊穿（保護）電流。在試驗中，樣品在要求的試驗電壓作用之下達到規(guī)定時間時，耐電壓測試儀自動或被動切斷試驗電壓；一旦出現(xiàn)擊穿，電流超過設(shè)定擊穿（保護）電流，能夠自動切斷輸出并同時報警，以確定樣品能否承受規(guī)定的絕緣強度試驗。它可以直觀、準確、快速、可靠地測試各種被測對象的受電壓、擊穿電壓、漏電流等電氣安全性能指標(biāo)，并能在IEC或國家安全標(biāo)準規(guī)定的測試條件下，進行工頻和直流以及電涌、沖擊波等不同形式的介電性能試驗。在國內(nèi)外，此類儀器還有耐壓測試儀、介質(zhì)擊穿裝置、耐壓試驗器、電涌絕緣測試儀、高壓試驗器等不同的名稱。

耐壓測試儀的雛形---高壓試驗器的歷史可以追溯到很久以前，但真正形成專門的基本安全試驗儀器門類則是70年代后期，世界范圍內(nèi)大力推廣安全標(biāo)準之后。50年代中期，初具定時控制及漏電流測試功能的典型產(chǎn)品如前蘇聯(lián)的UPU-1型介質(zhì)擊穿試驗器，為全電子管電路，且量程單一，主要用于測試電工絕緣材料的抗電強度。70年代后期，隨著IEC65號公告的發(fā)布，日本菊水(KIKUSUI)公司發(fā)展了TOS8000系列耐壓測試儀，采用晶體管及集成電路，技術(shù)文件明確表明其產(chǎn)品以滿足IEC、JIS、UL等安全標(biāo)準規(guī)定為目的。80年代初，IEC664(1980)號公告首次頒布進行標(biāo)準脈沖波耐壓試驗的新規(guī)定，瑞士HAEFELY公司立即發(fā)展了P12型沖擊`波耐壓測試儀。由此可見，基本安全試驗儀器的發(fā)展與安全標(biāo)準的發(fā)展同步且不可分割。

整個60年代是我國耐壓測試儀的初創(chuàng)時期。由于受技術(shù)、工藝、元器件等各種因素的限制，產(chǎn)品品種少，精度低，自身安全性能差，從廠家自我武裝用以進行產(chǎn)品或零部件耐壓試驗的簡易試驗器起步，少數(shù)品種經(jīng)進一步完善后形成了商品。代表產(chǎn)品是JC-4介質(zhì)擊穿裝置，但70年代耐壓測試儀的研制和生產(chǎn)一直停滯不前，1970年JC-4竟成為市場上唯一的耐壓儀型號。

我國耐壓測試儀轉(zhuǎn)入大批量生產(chǎn)而形成安全試驗儀器新門類始于80年代初。在各類國家安全標(biāo)準全面制訂并強制執(zhí)行的大背景下，生產(chǎn)廠家迅速推出大批型號各異的新產(chǎn)品。現(xiàn)在，我國已形成的安全耐壓試驗儀器技術(shù)指標(biāo)基本與國外相當(dāng)。

二、絕緣電阻測試儀

絕緣電阻測試儀是用來測量絕緣電阻大小的儀器。

絕緣電阻是指用絕緣材料隔開的兩部分導(dǎo)體之間的電阻稱絕緣電阻。

為了保證電氣設(shè)備運行的安全，應(yīng)對其不同極性（不同相）的導(dǎo)電體之間，或?qū)щ婓w與外殼之間的絕緣電阻提出一個最低要求。例如，家用和類似用途電器規(guī)定：基本絕緣為2MW；加強絕緣為7MW。

影響絕緣電阻測量值的因素有：溫度、濕度、測量電壓及作用時間、繞組中殘存電荷和絕緣的表面狀況等。

通過測量電氣設(shè)備的絕緣電阻，可以達到如下目的：

a. 了解絕緣結(jié)構(gòu)的絕緣性能。由優(yōu)質(zhì)絕緣材料組成的合理的絕緣結(jié)構(gòu)（或用絕緣系統(tǒng)）應(yīng)具有良好的絕緣性能和較高的絕緣電阻；

b. 了解電器產(chǎn)品絕緣處理質(zhì)量。電器產(chǎn)品絕緣處理不佳，其絕緣性能將明顯下降；

c. 了解絕緣受潮及受污染情況，當(dāng)電氣設(shè)備的絕緣受潮及受污染后，其絕緣電阻通常會明顯下降；

d. 檢驗絕緣是否承受耐電壓試驗。若在電氣設(shè)備的絕緣電阻低于某一限值時進行耐電壓測試，將會產(chǎn)生較大的試驗電流，造成熱擊穿而損壞電氣設(shè)備的絕緣。因此，通常各式各樣試驗標(biāo)準均規(guī)定在耐電壓試驗前，先測量絕緣電阻。

三、泄漏電流測試儀

泄漏電流是指在沒有故障施加電壓的情況下，電氣中帶相互絕緣的金屬零件之間，或帶電零件與接地零件之間，通過其周圍介質(zhì)或絕緣表面所形成的電流稱為泄漏電流。按照美國UL標(biāo)準，泄漏電流是包括電容耦合電流在內(nèi)的，能從家用電器可觸及部分傳導(dǎo)的電流。泄漏電流包括兩部分，一部分是通過絕緣電阻的傳導(dǎo)電流I1；另一部分是通過分布電容的位移電流I2，后者容抗為XC=1/2pfc與電源頻率成反比，分布電容電流隨頻率升高而增加，所以泄漏電流隨電源頻率升高而增加。例如：用可控硅供電，其諧波分量使泄漏電流增大。

若考核的是一個電路或一個系統(tǒng)的絕緣性能，則這個電流除了包括所有通過絕緣物質(zhì)而流入大地（或電路外可導(dǎo)電部分）的電流外，還應(yīng)包括通過電路或系統(tǒng)中的電容性器件（分布電容可視為電容性器件）而流入大地的電流。較長布線會形成較大的分布容量，增大泄漏電流，這一點在不接地的系統(tǒng)中應(yīng)特別引起注意。

測量泄漏電流的原理測量與絕緣電阻基本相同，測量絕緣電阻實際上也是一種泄漏電流，只不過是以電阻形式表示出來的。不過正規(guī)測量泄漏電流施加的是交流電壓，因而，在泄漏電流的成分中包含了容性分量的電流。

在進行耐壓測試時，為了保護試驗設(shè)備和按規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)測試，也需要確定一個在不破壞被測設(shè)備（絕緣材料）的最高電場強度下允許流經(jīng)被測設(shè)備（絕緣材料）最大電流值，這個電流通常也稱為泄漏電流，但這個要領(lǐng)只是在上述特定場合下使用。請注意區(qū)別。

泄漏電流實際上就是電氣線路或設(shè)備在沒有故障和施加電壓的作用下，流經(jīng)絕緣部分的電流。因此，它是衡量電器絕緣性好壞的重要標(biāo)志之一，敢是產(chǎn)品安全性能的主要指標(biāo)。

將泄漏電流限制在一個很小值，這對提高產(chǎn)品安全性能具有重要作用。

泄漏電流測試儀用于測量電器的工作電源（或其他電源）通過絕緣或分布參數(shù)阻抗產(chǎn)生的與工作無關(guān)的泄漏電流，其輸入阻抗模擬人體的阻抗。

泄漏電流測試儀主要由阻抗變換、量程轉(zhuǎn)換、交直流變換、放大、指示裝置等組成。有的還具有過流保護、聲光報警電路和試驗電壓調(diào)節(jié)裝置，其指示裝置分模擬式和數(shù)字式兩種。

四、接地電阻

接地電阻這個名詞是個定義并不十分明確的詞。在有些標(biāo)準中（如家用電器的安全標(biāo)準中），它是指設(shè)備內(nèi)部的接地電阻，而在有些標(biāo)準中（如接地設(shè)計規(guī)范中），它是指整個接地裝置的電阻。我們所講的是指設(shè)備內(nèi)部的接地電阻，也就是一般產(chǎn)品安全標(biāo)準中所說的接地電阻（也有叫做接地阻抗的），它所反映的是設(shè)備的各處外露可導(dǎo)電部分與設(shè)備的總接地端子之間的電阻。一般標(biāo)準中規(guī)定這個電阻不得大于0.1W。

接地電阻是指用電器的絕緣一旦失效時，電器外殼等易觸及金屬部件可能帶電，需要有可靠的接地保護電器的使用者的安全，接地電阻是衡量電器接地保護可靠的重要指標(biāo)。

接地電阻測試儀接地電阻可用接地電阻測試儀來測量。由于接地電阻很小，正常一般在幾十毫歐姆，因此，必須采用四端測量才能消除接觸電阻，得到準確的測量結(jié)果。接地電阻測試儀是由測試電源、測試電路、指示器和報警電路組成。測試電源產(chǎn)生25A（或10A）的交流測試電流，測試電路將被測電器取得的電壓訊號通過放大、轉(zhuǎn)換，由指示器顯示，若所測接地電阻大于報警值（0.1W或0.2W），儀器發(fā)出聲光報警。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種安全標(biāo)準的不斷完善。電氣安全測試儀器門類也隨著發(fā)展更新，耐壓測試儀從工頻交流，直流，發(fā)展到標(biāo)準波沖擊耐壓儀；泄漏電流測試儀從平均值整流發(fā)展到真有效值整流……等，使電氣安全測試技術(shù)發(fā)展一個新水平，更好地提高人民生活水平。