電器產(chǎn)品的耐壓測(cè)試

       在CSA，UL和IEC標(biāo)準(zhǔn)中，幾乎各種電器安全標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)要求對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行耐壓測(cè)試。這就可以看出耐壓測(cè)試是電器安全標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)重要組成部分。

        耐壓測(cè)試（Dielectric Voltage Withstand Test）也就是俗稱的高壓測(cè)試（High Voltage Test），通過(guò)對(duì)設(shè)備施加一個(gè)高于其額定值的電壓并維持一定時(shí)間來(lái)判定設(shè)備的絕緣材料和空間距離是否符合要求的測(cè)試。本文介紹的美國(guó)和加拿大標(biāo)準(zhǔn)的耐壓測(cè)試特點(diǎn)，詳細(xì)地?cái)⑹隽四蛪簻y(cè)試步驟及其指標(biāo)和方法，以幫助中國(guó)企業(yè)制造出真正符合北美市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)的電器設(shè)備。

       為什么要進(jìn)行耐壓測(cè)試？

       正常情況下，電力系統(tǒng)中的電壓波形是正弦波。電力系統(tǒng)在運(yùn)行中由于雷擊、操作、故障或電氣設(shè)備的參數(shù)配合不當(dāng)?shù)仍颍鹣到y(tǒng)中某些部分的電壓突然升高，大大超過(guò)其額定電壓，這就是過(guò)電壓。過(guò)電壓按其發(fā)生的原因可分為兩大類，一類是由于直接雷擊或雷電感應(yīng)而引起的過(guò)電壓，稱為外部過(guò)電壓。雷電沖擊電流和沖擊電壓的幅值都很大，而且持續(xù)時(shí)間很短，破壞性極大。但由于城鎮(zhèn)及一般工業(yè)企業(yè)內(nèi)的3－10kV與以下的架空線路，因受廠房或高大建筑物的屏蔽保護(hù)，所以遭受直接雷擊的概率很小，比較安全。而且這里討論的是民用電器，不在上述范圍內(nèi)，就不進(jìn)一步討論。另一類是因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)內(nèi)部的能量轉(zhuǎn)換或參數(shù)變化引起的，例如切合空載線路，切斷空載變壓器，系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生單相弧光接地等，稱為內(nèi)部過(guò)電壓。內(nèi)部過(guò)電壓是確定電力系統(tǒng)中各種電氣設(shè)備正常絕緣水平的主要依據(jù)。也就是說(shuō)，產(chǎn)品的絕緣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不但要考慮額定電壓而且要考慮產(chǎn)品使用環(huán)境的內(nèi)部過(guò)電壓。耐壓測(cè)試就是檢測(cè)產(chǎn)品絕緣結(jié)構(gòu)是否能夠承受電力系統(tǒng)的內(nèi)部過(guò)電壓。

       測(cè)試點(diǎn)和測(cè)試電壓值

       測(cè)試點(diǎn)和測(cè)試電壓值依據(jù)具體產(chǎn)品的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定。美國(guó)和加拿大除了其本身的北美體系的標(biāo)準(zhǔn)以外還有以IEC為基礎(chǔ)的新標(biāo)準(zhǔn)。這里就用“Motor-Operated Appliances (Household and Commercial)” CAN/CSA-C22.2 No.68-92和“Portable Electrical Motor-Operated and Heating Appliances: General Requirements”C22.2 NO. 1335.1-93的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)介紹美國(guó)和加拿大標(biāo)準(zhǔn)的耐壓測(cè)試的特點(diǎn)。

      • CAN/CSA-C22.2 No.68-92

       要求： 產(chǎn)品的帶電部分與可能接地的非帶電導(dǎo)電體間須施加適當(dāng)頻率的交流電壓達(dá)1分鐘。具體測(cè)試電壓如下：
     a 額定電壓為31~250 V的設(shè)備，測(cè)試電壓為1000 V。
     b 額定電壓為251~600 V的設(shè)備，測(cè)試電壓為1000 V + 兩倍額定電壓。
     c 額定電壓為31~250 V，無(wú)接地而且可被人體觸及的設(shè)備，測(cè)試電壓為2500 V。
     d 對(duì)于30伏或以下的低電壓電路，測(cè)試電壓為500 V。

      • 雙重絕緣的產(chǎn)品

       直流耐壓測(cè)試和交流工頻耐壓測(cè)試的區(qū)別

        耐壓測(cè)試有兩種：一種是交流工頻耐壓測(cè)試, 另一種是直流耐壓測(cè)試。由于絕緣材料的特性決定了交流和直流電壓的擊穿機(jī)理不同。大多數(shù)絕緣材料和系統(tǒng)都包含了一系列不同的介質(zhì)。當(dāng)對(duì)之施加交流試驗(yàn)電壓時(shí)，電壓將按材料的介電常數(shù)和尺寸等參數(shù)的比例來(lái)分配電壓。而直流電壓只按材料的電阻的比例來(lái)分配電壓。而且實(shí)際上，絕緣結(jié)構(gòu)發(fā)生擊穿，往往是電擊穿，熱擊穿，放電等多種形式同時(shí)存在，很難截然分開。而交流電壓比直流電壓增加了熱擊穿的可能性。所以，我們認(rèn)為交流耐壓測(cè)試比直流耐壓測(cè)試更加嚴(yán)格。實(shí)際操作中，在進(jìn)行耐壓測(cè)試時(shí)，如果要使用直流做耐壓測(cè)試時(shí)，試驗(yàn)電壓要求比交流工頻的試驗(yàn)電壓高。一般直流耐壓測(cè)試的試驗(yàn)電壓是通過(guò)把交流試驗(yàn)電壓的有效值乘以一個(gè)常數(shù)K。通過(guò)對(duì)比測(cè)試，我們有如下的結(jié)果：電線電纜產(chǎn)品，常數(shù)K選用3； 航空工業(yè)，常數(shù)K選用1.6 至1.7；CSA對(duì)民用產(chǎn)品一般使用1.414。

       形式試驗(yàn)和工廠測(cè)試

        形式測(cè)試是用來(lái)判斷產(chǎn)品的絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否符合實(shí)際使用。通常是在溫升測(cè)試，潮態(tài)測(cè)試，異常測(cè)試和其它的一些測(cè)試后立即進(jìn)行。一般是對(duì)產(chǎn)品施加試驗(yàn)電壓一分鐘。

        工廠測(cè)試是檢測(cè)生產(chǎn)過(guò)程的生產(chǎn)缺陷，不是檢測(cè)絕緣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是否合理。通常是產(chǎn)品完成后準(zhǔn)備包裝前進(jìn)行的。產(chǎn)品絕緣結(jié)構(gòu)的缺陷通常會(huì)有如下的情況：鋒利的部件損傷了電線絕緣層，連接線－地間或初級(jí)－次級(jí)間的電子元器件給短路了，電線的焊接點(diǎn)焊的不好或脫落了，爬電距離減少了，變壓器內(nèi)的絕緣損壞了等等。為了適應(yīng)大批量生產(chǎn)，工廠測(cè)試還可以將試驗(yàn)電壓值提高20％，試驗(yàn)時(shí)間由1分鐘縮短到1秒鐘。

       耐壓測(cè)試和擊穿測(cè)試

        標(biāo)準(zhǔn)中會(huì)指定測(cè)試時(shí)的具體電壓數(shù)值。經(jīng)過(guò)耐壓測(cè)試只能說(shuō)明產(chǎn)品的絕緣結(jié)構(gòu)能承受該試驗(yàn)電壓，而不能說(shuō)明產(chǎn)品的絕緣結(jié)構(gòu)究竟能承受多高的電壓。如果在進(jìn)行絕緣材料的應(yīng)用研究和電器設(shè)備的設(shè)計(jì)，需要測(cè)定絕緣強(qiáng)度時(shí)，就需要進(jìn)行擊穿測(cè)試。擊穿測(cè)試就是測(cè)試電介質(zhì)被擊穿時(shí)的電壓。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)某一極限時(shí)，通過(guò)介質(zhì)的電流與施加于介質(zhì)的電壓關(guān)系就不符合歐姆定律，而是突然增加。如圖1所示。這時(shí)絕緣材料被破壞而失去了絕緣性能。對(duì)于一臺(tái)電氣產(chǎn)品，如果其絕緣發(fā)生了擊穿，它就失去了運(yùn)行使用功能。這結(jié)果與耐壓測(cè)試完全不同。耐壓測(cè)試是要通過(guò)測(cè)試來(lái)保證產(chǎn)品沒有缺陷，能安全正常的工作。所以，耐壓測(cè)試的測(cè)試電壓是經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明是安全、可靠、有效的，應(yīng)該嚴(yán)格按其執(zhí)行。我們到工廠進(jìn)行工廠審查時(shí)，有些工廠為了顯示其產(chǎn)品的質(zhì)量好把耐壓測(cè)試的電壓特別提高，有的甚至提高到所要求的兩倍。這樣做是有百害無(wú)一益的。因?yàn)榈谝?、這樣做有可能降低了產(chǎn)品的合格率。第二、雖然通過(guò)了測(cè)試，有可能損害了一部分絕緣結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品的安全性降低。第三、有可能損壞一些元器件，使產(chǎn)品的質(zhì)量降低，壽命減短。

        經(jīng)常有人提“多大的漏電流就認(rèn)為是耐壓擊穿了？”的問(wèn)題。其實(shí)這個(gè)漏電流很難精確確定。因?yàn)楫?dāng)高壓施加到產(chǎn)品時(shí)，會(huì)在絕緣間產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的微小漏電流。由于每種產(chǎn)品復(fù)雜程度和絕緣結(jié)構(gòu)都不同，這個(gè)漏電流會(huì)隨之變化。當(dāng)絕緣給擊穿時(shí)，這個(gè)漏電流將迅速增加。如圖1所示。所以一般情況下，只要將此耐壓測(cè)試儀器的過(guò)電流繼電器動(dòng)作電流（即是漏電流）設(shè)定為比產(chǎn)品正常施加高壓時(shí)而產(chǎn)生的漏電流稍高就行了。請(qǐng)注意，這里的漏電流與泄漏電流測(cè)試（Leakage Current Test）中的泄漏電流在本質(zhì)上是一樣的，都是絕緣系統(tǒng)在電壓的作用下產(chǎn)生的極微小的電流。它們的不同之處在于耐壓測(cè)試中的漏電流是在高壓的情況下產(chǎn)生的，而泄漏電流測(cè)試中的泄漏電流是在額定電壓下產(chǎn)生的。

                                                                  圖1

      可免除工廠耐壓測(cè)試的情況

       當(dāng)出現(xiàn)下列情況時(shí)，工廠的耐壓測(cè)試可以考慮免除：
? 

        產(chǎn)品的電源輸入是其它產(chǎn)品次級(jí)輸出的低壓（ELV）或超低電壓（SELV），例如電源或變壓器等。
? 

       當(dāng)成品要使用另外的電源作為部件，而這個(gè)電源是CSA認(rèn)證的、具有完整的外殼和輸入輸出連接器。由于此電源是CSA認(rèn)證的，它已經(jīng)經(jīng)過(guò)耐壓測(cè)試了，所以可以考慮免除整個(gè)產(chǎn)品的耐壓測(cè)試。但必須注意安裝電源前必須檢查它是否有損壞。
? 

        當(dāng)信號(hào)變壓器用在同一電壓的線路中，而且不作為安全器件時(shí)，可考慮免除初級(jí)到鐵芯間的耐壓測(cè)試。

        測(cè)試設(shè)備要求

       對(duì)600 V以下的產(chǎn)品，美國(guó)和加拿大標(biāo)準(zhǔn)中通常會(huì)要求耐壓測(cè)試儀器的變壓器容量最少為500 VA，輸出電流可以達(dá)到95 mA，帶電部分到地之間的電容值不超過(guò)0.1 mF。儀器最少一年計(jì)量校正一次。形式測(cè)試之前必須進(jìn)行儀器檢查，工廠測(cè)試必須定期檢查儀器, 這樣做可以避免因儀器不正常而誤判或損壞產(chǎn)品。

       交流耐壓測(cè)試儀器一般包括高壓測(cè)試變壓器，調(diào)壓器，電壓測(cè)量系統(tǒng)以及控制和保護(hù)裝置等。

圖2是手動(dòng)升壓試驗(yàn)裝置線路圖，供參考
 

      測(cè)試方法

      下面介紹典型的耐壓測(cè)試方法：

      1. 檢查確認(rèn)耐壓測(cè)試儀的主電源開關(guān)是處于“關(guān)”的位置
      2. 除非儀器的特殊設(shè)計(jì)以外，所有的不帶電金屬部分必須可靠接地
      3. 把受測(cè)設(shè)備的所有電源輸入端的電線或端子連接起來(lái)
      4. 合上受測(cè)設(shè)備的所有電源開關(guān)，繼電器等
      5. 把耐壓測(cè)試儀的測(cè)試電壓調(diào)為零
      6. 把耐壓測(cè)試儀的高電壓輸出線（通常為紅色）連接到受測(cè)設(shè)備的電源輸入端
       7. 把耐壓測(cè)試儀的回路接地線（通常為黑色）連接到受測(cè)設(shè)備的可觸及不帶電金屬部分
       8. 把耐壓測(cè)試儀的主電源開關(guān)閉合，緩慢升高儀器的次級(jí)電壓到要求值。一般升壓速度不超過(guò)500 V/sec的速度
       9. 在指定的時(shí)間內(nèi)維持這個(gè)測(cè)試電壓
      10. 把測(cè)試電壓緩慢降下來(lái)
      11. 把耐壓測(cè)試儀的主電源開關(guān)斷開。先斷開耐壓測(cè)試儀的高電壓輸出線，再斷開耐壓測(cè)試儀的回路接地線

      下列情況表示受測(cè)設(shè)備通不過(guò)測(cè)試：
      • 當(dāng)出現(xiàn)測(cè)試電壓不能升到指定電壓值或者電壓反而下降時(shí)
      • 耐壓測(cè)試儀出現(xiàn)警告信號(hào)時(shí)

       需要注意的是，由于耐壓測(cè)試中存在對(duì)人身產(chǎn)生危險(xiǎn)的高電壓，進(jìn)行測(cè)試時(shí)必須特別小心。

      下面幾點(diǎn)需要特別注意的事項(xiàng)：
       • 必須規(guī)定只有經(jīng)過(guò)訓(xùn)練和授權(quán)的人員才可以進(jìn)入測(cè)試區(qū)域操作儀器
       • 必須在測(cè)試區(qū)域周圍安放固定的、明顯的警告標(biāo)語(yǔ)，防止其他人員進(jìn)入危險(xiǎn)地帶
       • 當(dāng)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，包括操作人員在內(nèi)的所有人員必須遠(yuǎn)離測(cè)試儀器和受測(cè)設(shè)備
      • 當(dāng)測(cè)試儀器啟動(dòng)時(shí)，千萬(wàn)不要觸及其輸出線

       參考文獻(xiàn)：
      1． CAN/CSA C22.2 No.68-92 Motor-Operated Appliances (Household and Commercial)
      2． CSA C22.2 NO. 1335.1-93 Portable Electrical Motor-Operated and Heating Appliances: General Requirements
      3． 黃鎮(zhèn)海，《國(guó)際貿(mào)易中的電器標(biāo)準(zhǔn)及其認(rèn)證制度》