耐壓測試儀的原理和使用

耐壓測試儀的原理和使用

安規系列測試儀主要是用來檢測電器產品是否漏電、是否接地良好、會不會傷害人身**的專用測量儀器，主要檢測項目有耐電壓、泄漏電流、絕緣電阻和接地電阻。

一、耐壓測試儀的原理和使用

   耐壓測試又稱作高壓測試或介電強度測試，是在產品流程**測試中用的*多的。它實際上在每一個**標準中都被引用，這一點表明了它的重要性。

1、測試目的

   耐壓測試是一種無破壞性的測試，它用來檢測經常發生的瞬態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的爬電距離不足和電氣間隙不夠等問題。

2、儀器原理

   *初的耐壓測試儀僅僅是一個簡單的變壓器和調壓器，它把市電變為所需要的測試電壓，施加到被測試樣品上。由于市電的波動性，人們有時不得不把輸出電壓調節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**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。新型的耐壓測試儀都具有足夠的源電壓調整率和負載調整率，只有一些老的**標準仍然有這方面的要求。實際上很多的新標準已經不再將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器**性能的認識不斷提高，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控中心、數字波形合成技術＋線性功率放大器作為測試源；另一種采用單片機作為監控中心、SPWM( 正  弦脈寬調制 ) 脈沖發生器＋ IGBT( 絕緣柵雙極晶體管 )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，**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，電壓輸出方式可通過軟件滿足多種標準要求，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，便于和計算機聯網完成測試統計、分選工作，可對被試品連續進行測試。
   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*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% 。對于數字式的耐壓測試儀則采用不同的方式進行確定。

3、耐壓測試方法

3.1 基本方法
    測試的連線方法，一般情況下高電壓將施加在被測絕緣體之間，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，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**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長久性的損害。但是，有一個通用的規則，就是采用經驗公式：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**標準化采用的方法。用 1000V作為基礎公式一部份的原因就在于任何產品的絕緣性能每天都在受到瞬態高壓的沖擊，實驗室和研究表明，這一高壓*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不同的產品來確定。*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漏電流，因此應該保證所設定的報警電流足夠大，以免被泄漏電流誤觸發，同時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。

3.2 交直流測試的選擇
     測試電壓，大部分的**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*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是交流測試電壓的√2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在直流模式下，流過耐壓測試儀報警電流測量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視流過樣品的電流，操作者可以在擊穿發生前察覺到。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。
    交流耐壓測試的優點在于 ,它可以檢測所有的電壓極性，這更接近與實際的實用情況。另外，由于交流電壓不會對電容充電，因此大多數情況下，無需逐漸升壓，直接輸出相應的電壓就可以得到穩定的電流值。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**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電壓于 Y 電容時，不會誤判，因為此時電容不會允許任何電流通過。  

3.3 耐壓儀*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*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。

3.4 交流小電流測試
    有些儀器生產商宣稱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，實際的交流測量使得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電容。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器件。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。

二、泄漏電流測試

   絕緣體不導電只是相對的。隨著外圍環境條件的變化，實際上沒有一種絕緣材料是**不導電的。任何一種絕緣材料，在其兩端施加電壓，總會有一定電流通過，這種電流的有功分量叫做泄漏電流，而這種現象也叫做絕緣體的泄漏。

   泄漏電流實際上就是電氣線路或設備在沒有故障和施加電壓的作用下，流經絕緣部分的電流。因此，它是衡量電器絕緣性好壞的重要標志之一，是產品**性能的主要指標。將泄漏電流限制在一個很小值，這對提高產品**性能具有重要作用。

   對于電器的測試，泄漏電流是指在沒有故障施加電壓的情況下，電氣中相互絕緣的金屬器件之間，或帶電器件與接地器件之間，通過其周圍介質或絕緣表面所形成的電流稱為泄漏電流。泄漏電流包括兩部分：一部分是通過絕緣電阻的傳導電流；另一部分是通過分布電容的位移電流，其容抗為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。若考核的是一個電路或一個系統的絕緣性能，則這個電流除了包括所有通過絕緣物質而流入大地（或電路外可導電部分）的電流外，還應包括通過電路或系統中的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中應特別引起注意。

   泄漏電流測試儀主要由阻抗變換、量程轉換、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節裝置，其指示裝置分模擬式和數字式兩種。

   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。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阻抗產生的與工作無關的泄漏電流，其輸入阻抗模擬人體的阻抗。

三、絕緣電阻測試試驗的類型和特點

  絕緣電阻測試是為了了解，評估電氣設備的絕緣性能而經常使用的一種比較常規的試驗類型。通常技術人員通過對導體、電氣零件、電路和器件進行絕緣電阻測試來達到以下目的：

• 驗證生產的電氣設備的質量
• 確保電氣設備滿足規程和標準（**符合性）
• 確定電氣設備性能隨時間的變化（預防性維護）
• 確定故障原因（排障）

   一般而言，對于絕緣測試有以下類型：設計測試、生產測試、交接驗收測試、預防性維護測試以及故障定位測試。不同的測試類型取決于不同的測試目的和應用領域，并且不同絕緣的測試過程也具有不同的特點。

• 設計測試

   設計測試一般用于在實驗室中確定電氣器件的性能。設計測試通常是由制造商對新設計的器件或是從其它公司外購的、用于產品設計之中的器件進行測試。設計測試檢查的是器件是否有故障。在制造任何產品之前都要進行絕緣電阻測試。

   在測試絕緣時，對每一器件施加高壓，直到器件的絕緣發生故障，產生的漏泄電流高于可接受的電流。不僅在**次設計產品時要進行設計測試，而且只要對產品進行修改，都要進行測試。對于不同的器件，根據其不同的工作電壓，工作狀況以及性能要求，需要對其進行不同的電壓的測試來測量，這就需要測試儀器應該具有不同的測試電壓。

• 生產測試

   為了確保在實驗室工作正常的產品在生產之后仍然工作正常，就必須對每個產品進行生產測試。生產測試由制造商進行，以滿足規范和標準的要求，并保證質量的控制。在新產品和設備投入使用之前，對其進行絕緣電阻測試。在生產測試中，產品缺陷一般就會顯露出來。生產測試通常是非破壞性。由于必須對生產線上的準備安裝的元器件的性能進行是否滿足絕緣要求的試驗。由于這種測試的目的只是驗證元器件是否有足夠的絕緣強度，而不是整體設備的出廠驗收試驗，因此不需要具體的參數，只是需要驗證合格與否。事先選定比較值，在進行絕緣電阻測試時，如果測量值超過比較值，那么“通過”的指示燈會被點亮。表明元器件合格，反之則返回失敗顯示，不必對具體檢測的數值進行判斷。

• 交接驗收測試

   驗收測試由安裝者在完成安裝之后，但是在系統投入使用之前進行。驗收測試包括絕緣電阻測試，以檢查是否有設備損壞、電纜損傷，電氣器件之間的間距是否合適和牢固性，以及儲存、運輸和安裝是否導致產品損壞。那么在現場的安裝驗收試驗當中，需要進行絕緣電阻、吸收比（DAR ）或吸收比（ PI）的測量。

• 預防性測試

   許多工廠都把對設備進行絕緣電阻和導線測試做為其整體預防性維護程序的一部分。導線絕緣層的狀況是設備和電氣系統總體狀況的一個很好的指示。一般而言，所有的系統在長時間工作后，其導線的絕緣層質量都會以可預測的速率退化。通過定期進行絕緣電阻測量，即可避免導線絕緣層故障（或預期壽命）。

5 、 排除故障時進行的絕緣測試

   即使制造的設備是高指標的、安裝合適、規格正確，并進行預防性維護測試，但仍然需要故障定位測試，因為設備依然會發生故障。故障通常是由某個故障電路中脆弱或損壞的零件引起的。當一個器件、設備、電路或系統發生故障時，就會利用絕緣電阻測試來定位故障。

• 日常的維護

   通常所有的電氣設備都是需要日常的維護的，日常性的維護試驗的要求和交接驗收試驗的要求非常接近。維護的目的是發現可能存在的故障隱患或微小的故障。早一點發現這些隱患或微小的故障，可以在沒有形成損失（停工，設備損傷或人身傷害）或損失非常小的事后消除這些隱患或故障。日常維護通常可以分為定期維護和不定期維護，或根據為維護測試的目的分為預防性維護和預測性維護等等。

四、接地電阻測試

   所謂接地電阻是指接地裝置對地電壓和流入地中電流的比值。接地電阻包括接地線電阻、接地體電阻、接地體與土壤間的接觸電阻，以及土壤中的散流電阻。由于其中接地線電阻、接地體電阻、接觸電阻相對較小，故通常近似以散流電阻作為接地電阻。設備的良好接地是設備正常運行的重要保證。

   設備使用地線通常分為工作地( 電源地 )，保護地，防雷地，有些設備還有單獨的信號地，以將強，弱電地隔離，保證數字弱信號免受強電地線浪涌的沖擊，這些地線的主要作用是：提供電源回路，保護人體免受電擊，此處，還可屏蔽設備內部電路免受外界電磁干擾或防止干擾其他設備。

   設備接地的方式通常是埋設金屬地樁，金屬網等導體，導體再通過電纜線與設備內的地線排或機殼相連，當多個設備連接于同一接地導體時，通常需安裝接地排，接地排的位置應盡可能靠近接地樁，不同設備的地線分開接在地線排上，以減少相互影響。隨著科技的發展而出現的鉗形地阻表是一種新穎的測量工具，它方便，快捷，外形酷似鉗形電流表，測試時不需要輔助測試樁，只需往被測地線上一夾，幾秒鐘即可獲得測量結果，極大地方便了地阻測量工作，鉗形地阻表另一優點是可以對在用設備的地阻進行在線測量，而不需切斷設備電源或斷開地線。

   影響接地電阻的因素很多，接地樁的大小( 長度，粗細 )，形狀，數量，埋設深度，周圍地理環境 ( 如平地，溝渠，坡地 ) 土壤濕度，質地等，為了保證設備的良好接地，利用儀表對地電阻進行測量是必不可少的。