耐壓測試原理

一、概述

電子設備的安全性是決定其質量的各要素中最重要的部分。安全參數(shù)包括以下的參數(shù)：交/直流高電壓、直流高絕緣電阻（或絕緣電阻）、接地電阻、泄漏電流、脈沖高壓、脈沖大電流等。

大多數(shù)制造商，特別是信息技術設備的制造商，選擇四種最主要的產品安全檢測作為生產流程最后的常規(guī)產品測試。它們包括耐壓測試、絕緣測試、接地導通測試和泄漏電流測試。設計這些測試是為了確保使用者在操作設備時不會因為誤操作或儀器失效而發(fā)生觸電事故。

二、耐壓測試

耐壓測試又稱為高壓測試或介電強度測試，可能是大家熟悉和在產品流程安全測試中用的最多的。它實際上在每一個安全標準中都被引用，這一點表明了它的重要性。

測試目的：

耐壓測試是一種無損壞性的測試，它用來檢測經(jīng)常發(fā)生的瞬態(tài)高壓下產品的絕緣能力是否合格。它在一定時間內施加高壓到被測試設備以確保設備的絕緣性能足夠強。進行這項測試的另一個原因是它也可以檢測出儀器的一些缺陷，例如制造過程中出現(xiàn)的爬電距離不足和電氣間隙不夠等問題。

儀器原理：

最初的耐壓測試儀僅僅是一個簡單的變壓器和調壓器，它把市電變?yōu)樗枰臏y試電壓，施加到被測試樣品上。然而，由于市電的波動性，人們有時不得不把輸出電壓調節(jié)到大于實際需要值的20%的程度，以防止輸入電壓可能的波動。同時，在很多安全標準中都特別要求所使用的耐壓測試儀有500VA以上的容量，這是為了保證在樣品有較大的漏電流時，耐壓測試儀仍然有足夠大的輸出電壓。然而隨著技術的發(fā)展，這種要求已經(jīng)過時了。新型的耐壓測試儀都是具有足夠的源電壓調整率和負載調整率，只是一些老的安全標準仍然有這方面的要求。實際上很多的新標準已經(jīng)不再將500VA容量列入對耐壓測試儀的要求。從使用人員的角度來看，耐壓測試儀500VA的容量反而是一種對操作員的威脅。

由于各種測試標準不同流水線大批量測試及人們對電氣安全性能的認知不斷提高，要求耐壓測試裝置的功能相應提高，調壓器式的耐壓測試儀器的功能有限，采用全電子程控技術和功率電子技術的新型耐壓測試儀正在普及。目前，這類耐壓測試儀器主要分為兩種：一種采用單片機作為監(jiān)控中心、數(shù)字波形合成技術加線性功率放電器作為測試源；另一種采用單片機作為監(jiān)控中心、SWPM脈沖發(fā)生器加IGBT脈沖功率放大器作為測試源。

這種耐壓測試儀的結構較復雜，抗干擾能力和可靠性取決于整機的設計和電子元件的質量，輸出波形失真小，輸出頻率可變（50Hz/60Hz）,輸出電壓調整范圍寬、控制精度高，在功率范圍內的輸出電壓穩(wěn)定，不受負載變化的影響，測試源輸出功率一般可達到500W，超功率輸出時儀器能自動保護，輸出電壓設置在無電壓輸出的情況下進行，安全性好，對被試品有電弧、爬電、閃絡等絕緣性能方面的潛在隱患的檢測容易實現(xiàn)，電壓輸出方式可通過軟件滿足各種標準要求，如分段升壓、定時升壓、定速升壓等，能進行擊穿點分析，擊穿保護速度快，漏電流顯示分辨率可達納安級，非常適用于高標準的電器或元器件測試。工作時對電網(wǎng)干擾小，儀器的校準通過按鍵或通信接口進行，便于和計算機聯(lián)網(wǎng)完成測試統(tǒng)計、分選工作，可對被試品連續(xù)進行測試。

耐壓測試儀主要是由交（直）流高壓電源，定時控制器，檢測電路，指示電路和報警電路組成，基本工作原理是：將被測試儀器在耐壓測試儀輸出的試驗高電壓下產生的漏電流與預置的判定電流比較，若檢出的漏電流小于預設定值，則儀器通過測試，當檢出的漏電電流大于判定電流時，試驗電壓瞬時切斷并發(fā)出聲光報警，從而確定被測件的耐壓強度。

耐壓測試儀的技術指標主要包括其輸出交直流電壓和預設定切斷電流。模擬指示型的耐壓測試儀通常采用引用誤差的形式表征其電壓最大允許誤差，比如3級的電壓表，表示電壓表的指示值誤差應小于其滿量程值的3%。對于數(shù)字式的耐壓測試儀則采用不同的方式進行確定。

三、耐壓測試方式

1、  基本方法

測試的連線方法，一般情況下高電壓將施加的被測絕緣體之間，例如加在電源初級回路和被測儀器的金屬外殼之間。如果其間的絕緣性足夠好，加在上面的電壓差就只會產生很小的漏電流。另一個情況是測試電源初級和次級回路之間的絕緣性。在這種情況下，將所有的輸出端都短接，并與耐壓測試儀的低端線路連接，然后將被測儀器電源初級端的L線和N線短接，并與耐壓測試儀的高壓輸出端連接。在測試時一定要記住，被測儀器并不接工作電源，處于不工作狀態(tài)，但必須將其電源開關打開。實踐表明，在不打開電源開關的情況下，耐壓測試非常容易通過測試，但儀器本身可能是不合格的。

測試電壓的確定應參考不同的安全標準。如果測試電壓太低，絕緣材料就會因為沒有施加足夠的電壓而導致不合格的絕緣通過測試；如果電壓過高，測試時會對絕緣材料造成永久性的損害。但是，有一個通用的規(guī)則，就是采用經(jīng)驗公式：試驗電壓=電源電壓×2+1000V。例如：試驗產品的電源電壓為120V，則試驗電壓=120V×2+1000V=1240V。實踐上這種方法也正是大多數(shù)安全標準化采用的方法。用1000V作為基礎公式一部分的原因就在于任何產品的絕緣性能每天都在受到瞬態(tài)高壓的沖擊，實驗室和研究表明，這一高壓最高可以達到1000V。

通常耐壓測試時間為一分鐘。由于在生產線上要進行大量的產品耐電測試，測試時間通常降低到只有幾秒鐘。有一個典型實用的原則，當測試時間降到只有1~2秒的情況下，測試電壓必須增加10~20%，以保證短時間測試時絕緣的可靠性。

報警電流的設定應當根據(jù)不同的產品來確定。最好的方法是預先對一批樣品做漏電流試驗，得到一個平均值，然后確定一個略高于此平均數(shù)的值為設定電流。由于被測試儀器不可避免存在著一定的泄露電流，因此應該保證所設定的報警電流足夠大，以免被泄露電流誤觸發(fā)，通水應足夠小以避免放過不合格的樣品。在某些情況下，還可以通過設定所謂的下限報警電流來判斷樣品是否與耐壓測試儀的輸出端有接觸。

2、  交直流測試的選擇

測試電壓，大部分的安全標準允許在耐壓測試中使用交流或直流電壓。若使用交流測試電壓，當達到電壓峰值時，無論是正極性還是負極性峰值時，待測絕緣體都承受最大壓力。因此，如果決定選擇使用直流電壓測試，就必須確保直流測試電壓時交流測試電壓的倍，這樣直流電壓才可以與交流電壓峰值等值。例如：1500V交流電壓，對于直流電壓若要產生相同數(shù)量的電應力必須為1500×1.414即2121V直流電壓。

使用直流測試電壓的其中一個好處在于直流模式下，流過耐壓測試儀報警電流測試裝置的是真正的流過樣品的電流。采用直流測試的另一個好處在于可以逐漸的施加電壓。在電壓增加時通過監(jiān)視流過樣品的電流，操作者可以在擊穿發(fā)生前察覺到。需要注意的是當使用直流耐壓測試儀時，由于電路中的電容充電，必須在測試完成后對樣品進行放電。事實上，無論是測試電壓是多少，其產品特點如何，在操作產品前對其放電都是有好處的。

直流耐壓測試的不足在于它只能在一個方向施加測試電壓，不能像交流測試那樣可以在兩個極性上施加電應力，而多數(shù)電子產品正是在交流電源下進行工作的。另外，由于直流測試電壓較難產生，因此直流測試比交流測試成本要高。

交流耐壓測試的優(yōu)點在于，它可以檢測所有的電壓極性，這更接近與實際的使用情況。另外，由于交流電壓不會對電容充電，因此大多數(shù)情況下，無需逐漸升壓，直接輸出相應的電壓就可以得到穩(wěn)定的電流值。并且，交流測試完成后，無需進行樣品放電。

交流耐壓測試的不足在于，如果測試中的線路中有大的Y電容，在某些情況下，交流測試將會誤判。大部分安全標準允許使用者在測試前不連接Y電容，或者改為使用直流測試。直流耐壓測試在加高壓電壓于Y電容時，不會誤判，因此此時電容不會允許任何電流通過。

3、  耐壓儀最大允許誤差的考慮

由于耐壓測試儀的輸出電壓不會100%準確。在確定測試電壓的同時，應考慮儀器輸出電壓的誤差，可以采用耐壓儀本身的技術指標或上級機構的校準證書。例如在交流3000V下進行耐壓測試，耐壓測試儀在此上的最大允許誤差為3%，即90V，那么為了保證足夠的測試電壓，應將輸出測試電壓調節(jié)到3090V才足夠。當然，如果耐壓測試儀本身輸出偏高，則這樣做存在電壓偏高的風險，測試者應充分考慮。

4、  準確測試的注意事項

新型的程控耐壓測試儀往往提供了許多老式型號中沒有的功能，比如電壓預設定、電流預設定、地線測試、電弧檢測、電流除零等。這些功能可以為測試帶來許多的方便，然后正確的使用這些功能卻往往容易被忽視。

5、  交流小電流測試

某些儀器生產商宣城他們的耐壓測試儀可以達到納安級別的漏電流分辨率。然而，實際的交流測量似的人們很難真正進行這樣小電流的測試。在任何電路中都有一定量的電容存在，即使是一個簡單的變壓器也在其繞線和鐵芯間有點融。電容不但會因為有一定的電阻而產生漏電流，在交流電壓下電容本身也是一個阻抗期間。這些電流是獨立于用戶所希望測試的電流之外的，其大小取決于電容值、頻率和施加電壓。

大多數(shù)的耐壓測試儀往往在電壓回路端接地，有時被測試的樣品也會在低端接地，因此在這種情況下，耐壓測試儀所測量到的漏電流必然是通過被測樣品的漏電流和耐壓測試儀本身漏電流的總和。耐壓測試儀本身漏電流通常是非常小的，然而在測量納安級的漏電流時，它將是一個主要的問題。

6、  除零誤區(qū)

某些型號的耐壓測試儀提供了一種電流除零的功能，通常叫做OFFSET共鞥。其具體的方法是，首先在不接被測樣品的情況下做耐壓測試，此時的漏電流包括耐壓儀本身和測試夾具所引入的漏電流。此電流被置零，在隨后的測試中，顯示的漏電流將是實際漏電流減去置零電流。