淺談電子產品的電氣強度試驗

陳其萌

摘? ? 要：該文從電氣強度試驗的原理、方法試驗步驟、準備試驗操作和正確判定強度試驗準則等十多個角度詳細介紹了電氣強度的試驗。系統地分析了固體電氣絕緣潛在的電氣失效強度特性以及固體絕緣受各類高壓電應力條件影響的不利強度試驗結果。深入地討論幾種常見的電氣強度試驗結果誤判和改良現象并進一步提出了改良的方法。為相關技術從業人員和學生能夠更好地理解和掌握各種電氣強度的試驗技術提供了理論的基礎和豐富的實踐經驗。

關鍵詞：電子產品;電氣強度;電極;容量

1? 電氣強度試驗

電氣絕緣的強度耐壓儀試驗的原理是使用耐壓儀在電極絕緣端間施加一定的高壓（具體的試驗施加電壓和時間根據不同試驗產品的標準要求有不同的規定），旨在充分考核電極絕緣的穩定性和抗電擊穿的能力。電極絕緣的擊穿強度試驗意味著放電完全橋接絕緣時在電應力的作用下電極發生的絕緣短路失效，電極間的電壓降至零，形成電極絕緣強度短路，存在極大的觸電危險。

2? 固體絕緣特性

如今隨著電子產品的體積和尺寸越做越小，固體的絕緣逐漸完全替代了空氣中的絕緣。由于其在固體空氣中絕緣的穩定性和抗電擊穿的能力遠高于普通空氣，在我們設計固體絕緣系統時反而很容易被系統設計者完全忽略。在固體絕緣系統中，電極與固體絕緣間、不同的絕緣層間都可能存在巨大的縫隙，或者固體絕緣材料本身就可能存在微小的氣隙。在這些巨大的縫隙或微小氣隙中，即使電壓小于擊穿電壓的水平，仍然有可能使電極發生局部放電，影響系統固體絕緣的壽命。

固體電氣絕緣可靠性是一種完全不可恢復的固體絕緣可靠性介質。在同一固體的絕緣被抗壓和電擊穿后，其絕緣抗壓和電擊穿能力的可靠性會顯著地下降。因此，同一固體絕緣材料被抗壓和電擊穿后，再恢復進行固體電氣的強度可靠性試驗的任何方法和結果均不獲得國際認可。由于諸如：電應力、熱應力等許多不利因素，會在相應的固體電氣絕緣上逐漸地累積，最終可能導致固體絕緣老化，很難驗證和確定相應的固體電氣絕緣的性能和使用壽命。另外，固體絕緣的電場作用厚度也與各類失效的機理之間存在復雜的關聯性，當固體絕緣厚度的減小或電場作用強度的增加，失效的風險也隨之增加和上升，很難幫助計算和確定固體電氣絕緣的厚度可靠性要求。最終，只能通過固體電氣的強度可靠性試驗的方法來幫助驗證和確定固體絕緣的厚度可靠性。

3? 各種應力影響

絕緣的強度和電氣間隙直接影響試驗電氣的強度和試驗的結果，而試驗中的電氣絕緣和間隙的強度受應力條件影響的程度很大，容易直接造成安規距離的減小從而產生的靜電擊穿。

電壓對應力的直接影響：例如當交流供電電路設備長期在交流電中壓下運行時，絕緣上就有可能會暴露有極小的幾種漏液和電流，加上管子電路中某些主要電子電路元器件也有可能同時直接泄漏了極微量的幾種電解質，二者逐漸就會發生導電混合從而導致出現一個新的導電泄漏路徑（有時也被俗稱為泄漏電流源短路或電流起痕）。

熱應力的影響：所有的物質都必須具有熱脹冷縮的流體力學特性。過冷會導致使用的防水設備和防塵件的萎縮，水分和空氣中的灰塵會直接進入防水設備。而長期使用對熱應力的影響更深遠，如：介電損耗內應力的消除從而造成材料和機械的變形、熱塑性材料的軟化、塑化劑的遷移從而造成交聯材料的脆裂、超過交聯材料玻璃化過程所轉變的溫度從而軟化交聯的材料、介電損耗內應力增大從而造成熱不穩定和介電損壞、高溫時內應力梯度增大而造成的機械故障等。

機械運動應力的直接影響：絕緣材料設備本身由于不具備具有足夠的絕緣強度以及抗壓和受到外部機械運動應力較大沖擊的絕緣強度和適應能力，造成了一些絕緣材料的異常脫層、斷裂、損壞。

化學介質應力的影響：對化學物質的應力會直接改變化學介質原有的結構和其化學應力特性。

濕度對絕緣應力的直接影響：由于室內水蒸氣的排放濕度過高會直接嚴重影響絕緣材料的內部絕緣應力阻抗，加劇了對材料絕緣表面的空氣污染，發生嚴重的材料腐蝕和其材料外形的塑性變化。對于某些絕緣材料，高溫的濕度直接就可能會大大降低其中的絕緣體對抗壓和電擊穿的防御能力。

電壓對擊穿頻率的影響：固體絕緣介質的發熱及熱不穩定性與擊穿電壓的頻率影響成正比。gb/t1408.1標準試驗表明，厚度3mm的固體絕緣在50hz電壓條件下承受的擊穿電場的強度為大約10kV/mm～40kV/mm，電壓頻率的升高會顯著地降低多數固體絕緣材料的抗電擊穿的能力。

此外，還存在一些影響較小的其他因素。

紫外線輻射和電離輻射。

暴露于有機金屬化學品的溶劑或活性的有機金屬化學品活性溶劑中，造成的彈性應力縮縫裂紋或彈性應力裂縫斷裂。

細菌、霉菌或菌類的作用。

機械塑性變形。

在多種工作環境和不同應力的相互影響下，絕緣保護設備的靜電抗壓和抗靜電擊穿的防御能力將來都會大大程度下降。因此，電氣元件絕緣測試強度的模擬試驗經常嚴格地按照要求工業電氣絕緣測試試驗設備在其電氣絕緣強度常態、熱態、潮態等多種電氣絕緣強度條件下必須同時配合進行，以圖準確地實時模擬最嚴酷的工業電氣測試現實情況。

4? 試驗誤判原因

電氣強度的試驗主要是使用耐壓儀，施加耐壓試驗絕緣電壓在回路絕緣端間，同時還要監測耐壓儀回路的絕緣電流。同時當耐壓儀回路電流的閾值增大并超過耐壓儀設定的閾值后，耐壓儀自動報警表示耐壓儀的絕緣回路被擊穿。因此，耐壓儀檢測器性能的高低和耐壓儀檢測員的經驗多寡，將直接影響電氣強度試驗結果的判定。以下簡要介紹了幾種常見的電氣強度試驗結果誤判案例。

誤判案例1：二次/多次試驗電氣絕緣強度判定二次試驗是一種高壓絕緣強度試驗，對電氣絕緣設備有很大的損傷。如果再次使用過高的電壓進行二次試驗后，再次將電壓降低到正確的電壓進行考核，即使二次試驗的結果再次失敗也不一定可以繼續進行絕緣強度判定。因為電氣絕緣已經嚴重受損，不可以再次繼續進行考核，應當及時更換全新的設備重新進行二次試驗。

誤判原因案例2：放電強度保護等壓敏器件短路響應防雷放電保護等壓敏器件在設備進行有關電氣響應強度的試驗工作時會經常出現主動短路放電，使得設備后級的電路完全不受過壓敏器件的沖擊。由于壓敏器件短路響應防雷放電的現象與傳統的靜電擊穿非常相似，容易產生誤判。當壓敏器件遇到響應擊穿的電壓始終保持是固定的數值時（也就是壓敏保護器件遇到響應擊穿電壓的數值是否大于固定值），應充分引起用戶的注意，拆機前應先檢查壓敏器件是否安裝有響應壓敏保護器件，如有則開路它們再進行電氣強度試驗。

誤判原因案例3：耐壓儀短路輸出電流容量的不足導致耐壓儀的回路輸出電流小，無法及時達到報警的閾值，容易產生誤判。因此，許多家用電子產品的標準都明確規定了耐壓儀進行短路報警時輸出的電流至少必須要能夠達到200ma，保證其短路輸出電流容量的足夠才能進行報警試驗。

5? 結語

電氣絕緣強度的試驗主要是考核電氣絕緣的穩定性和抗電擊穿的能力，是各類電子產品的安規強度測試過程中的重要絕緣強度試驗考核項目之一。熟練掌握其絕緣強度試驗的原理和其判定的方法，是我們保證強度測試的結果客觀和準確性的根本。

參考文獻：

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[2] 施帥，孫仲瑞.抗電強度的測量方法[J].上海計量測試，2015（1）：34～36.