电气安全性能测试的校准应用
The Calibrations and Applications of Testi ng Elect rical Safety Performance
宋 伟
(新疆计量测试研究院,新疆乌鲁木齐830011)
摘 要:介绍电气安全测试仪器新的校准要求、重要应用及在校准和检定这些仪器面临的挑战。
关键词:绝缘电阻;耐电压;泄漏电流;接地导通电阻
为防止触电和火灾,电气安全测试在全世界越来越受到重视,在欧洲新房和旧房在买卖中也必须经过电气安全测试,在消费意识高涨的现今世界,每一个电气和电子产品的制造商,必须尽最大的努力,将产品的安全做好。每一种产品的设计必须尽其可能,不让使用者有触电的机会,纵然是使用者发生错误使用也应无触电可能。
我们所指的电气安全性能测试常用于以下四个方面:
(1)商业、工业住宅用电装置的安全和可靠性试验。
(2)电器、装置、机械在确保正确的绝缘、接地和漏电方面的试验。
(3)维修电动机、发电机、配线和变压器等设备的安全测试。
(4)应用于电子/电气产品的最终产品测试来确保产品的接地和绝缘性能。
有许多种仪器可用于电气安全的测试,在产品的安全性能综合测试中我们常用的四项测试分别为:耐电压测试、泄漏电流测试、接地导通电阻测试、绝缘电阻测试。1 耐电压测试
耐电压测试是指对各种低压电器装置、绝缘材料和绝缘结构的耐压能力进行测试,亦称电介质强度测试。耐压测试是确定电子绝缘材料足以抵抗瞬间高电压的一个非破坏性的测试,这是适用于所有设备为保证绝缘材料足够的一个高压测试。进行耐压测试的其它原因是,可以查出可能的瑕疵,譬如在制造过程期间造成的漏电距离和电气间隙不够。进行型式测试的时候,耐压测试是在某些测试(譬如失效,潮态及振动测试)之后进行来确定是否因为这些测试造成绝缘的退化。一些由生产流程造成的缺陷可以通过在线耐压测试检查出来,例如,变压器绕组电气间隙和爬电距离减小,检查绝缘材料的针孔瑕疵或发现过大的焊点。耐压测试的基础理论是将一个产品暴露在非常恶劣的环境之下,如果产品能够在这种恶劣的环境之下还能维持正常状况,就可以确定在正常的环境之下工作,也一定可以维持正常的状况。而对于不同的产品有不同的技术规格,基本上在耐压测试时是将一个高于正常工作的电压加在产品上测试,这个电压必须持续一段规定的时间。如果一个零组件在规定的时间内,其击穿电流亦保持在规定的范围内,就可以确定这个零组件在正常的条件下运转,应该是非常安全的。而优良的设计和选择良好的绝缘材料可以保护使用者。
对一般器具来说,耐压测试是测试火线与机壳之间的击穿电流。基本的规定是以两倍于被测物的工作电压,再加1000V,作为测试的电压标准。有些产品的测试电压可能高于两倍工作电压1000V。例如有些产品的工作电压范围是从100V到240V,这类产品的测试电压可能在1000V到4000V之间或更高。一般而言,具有“双绝缘”设计的产品,其使用的测试电压可能高于两倍工作电压1000V的标准。
耐压测试仪的输出电压必须保证在规定电压的100%到120%的范围内。交流耐压测试仪的输出频率必须维持在40Hz到70Hz之间,同时其波峰值不得低于均方根电压值的113倍,并且其波峰值不得高于均方根的115倍。
耐压测试有三种方式:冲击耐压测试,直流耐压测试,交流耐压测试。
(1)冲击耐压测试
试验时施加非周期性瞬态电压,它通常迅速上升至峰值然后较缓慢地降到零。冲击耐压测试通常用于绕组匝间绝缘测试。
(2)直流耐压测试
直流耐压测试同绝缘电阻测试相类似,只不过测试时所施加的电压值可能要更高,并以击穿电流的形式表示测试结果。大多被测设备因具有较大的绝缘电阻,故其绝缘部分含有杂散的分布电容。在直流测试时,当被测设备上的杂散分布电容被充电后,只剩下流过被测物的实际击穿电流,故直流耐压测试能够准确地测试实际击穿电流。
直流耐压测试只是单一极性的测试,若被测设备工
宋伟:电气安全性能测试的校准应用 3
作于交流电源环境,则直流测试就不能较真实的模拟实际使用情况,又因交流测试的波峰值是表头示值的11414倍,是直流测试无法达到的,故一般进行的直流耐压测试数值较高。
(3)交流耐压测试
由于大多数电气产品采用交流电源供电,为了更真实地模拟被测设备在实际使用中的情况,对于电气产品普遍采用交流耐压测试。
根据被测设备的工作状态,交流耐压测试又分为:冷耐压测试和热耐压(工作温度下的电气强度)测试。
①冷耐压测试
冷耐压测试时的接线方法与绝缘电阻测试相同—被测设备处于非工作状态,其电源开关置于接通位置,在电源进线与可触及的金属外壳之间施加测试电压,所施加电压的数值,依据绝缘的类型和产品标准确定。
②热耐压(工作温度下的电气强度)测试
热耐压测试,就是对处于工作状态下的被测设备进行耐压测试,标准要求隔离变压器次级绕组具有中心抽头,对于电热器具,应能提供1115倍的额定输入功率,对于电动器具,应能提供1106倍的额定电压。目前的部分耐压测试仪,由于内部电路具有过零启动、电源变换等功能,可以将电源的干扰、负载的变化等影响降低到最低限度。而传统的采用自耦调压方式的耐压测试仪,因其内部电路无电源变换功能,故应注意消除由于电源或负载变化而引起的测试误差。
热耐压测试中应注意的问题是:应使隔离变压器的电压调整率尽量小,以消除对被测设备供电电压变化而造成的测试误差,最好在隔离变压器初级接入可调电源,以保证对被测设备提供准确的输入电压。
2 泄漏电流测试
电源通过绝缘或分布参数阻抗产生的与工作无关的电流称为泄漏电流。对于Ⅰ类器具,是指被测设备在所施加的测试电压作用下,穿过或跨过绝缘流入保护接地导线的电流。泄漏电流与被测设备的结构、材料、使用环境及操作者本身的人体阻抗有关,泄漏电流如果超过一定限值,将对操作者的安全造成威胁。为此,电器产品的安全标准对泄漏电流的限值作出了规定,将其限制在人体的感知电流范围内。
人体阻抗在干燥、潮湿的不同状态下发生变化,还与电压等级、频率等有关。经研究分析,通用测试仪采用输入电阻为1750Ω±250Ω、时间常数225us±15us的电路模拟人体阻抗,医用测试仪为1000Ω±10Ω、时间常数5±,并规定统一的模拟阻抗网络测试泄漏电流,使得测试的泄漏电流既模拟了人体阻抗又具有可比性。泄漏电流试验应在绝缘电阻测量后进行。
将测试仪置于绝缘工作台上,其电源开关置于接通位置,测试时应通过隔离电源(隔离变压器)给负载供电,对于电热器具,提供1115倍的额定输入功率,对于电动器具,提供1106倍或1110倍的额定电压,分别测试相线和零线对机壳或对地的泄漏电流值。泄漏电流应不大于015mA。
对于同时具有直流和交流测试功能的被测测试仪,应分别在直流和交流状态下进行检定。对于交流测试功能,应在50Hz频率下进行检定。其次应使隔离变压器的电压调整率指标尽量小,以消除对被测设备供电电压变化而造成的测试误差。最好在隔离变压器初级接入可调电源,以保证对被测设备提供准确的输入电压。如不能使用隔离电源,则应将被测设备置于绝缘台上,且不要接地。流经绝缘介质的泄漏电流中包含有正弦、非正弦及高次谐波分量,故要求泄漏电流测试仪要有较宽的频响范围和真有效值变换电路,才能准确地进行测试。
3 接地导通电阻测试
绝缘电阻测试、耐压测试、泄漏电流测试分别对被测设备施加不同的电压,测试其绝缘性能,而接地导通电阻是测试其保护接地措施是否可靠。接地导通电阻是指被测设备易触及金属部件与接地端子或接地触点之间的连接电阻,而非配电系统中的保护接地电阻,接地导通电阻是评价被测设备接地连续性的量化指标。测试的目的是保证产品上的所有在单一绝缘失效的情形下会变成带电体,并且可以被使用者接触到的导电性部件被可靠连接到电源输入的接地点。换句话说,一个接地测试使用大电流的低电压源加到接地回路来核实接地路径的完整性。通过测量连接在保护接地连接端子或接地触点和零件之间的阻抗来判断是否符合标准要求,阻抗不超出产品安全标准确定的某个值则认为是符合要求的。从结构和设计观点来看,用做保护接地的导体不应该包含任何的开关或保险丝。
接地导通电阻的测试从空载不超过12V的电源取一规定的电流,(该电流等于被测设备额定电流的115倍或25A,两者取大值),在被测设备的接地端子与各易触及的金属部件之间测试电压降。由电流和该电压降计算所得电阻值即为接地导通电阻。一般标准中规定该电阻值不应超过011Ω。
在接地导通电阻的测试中发现西方有不少是2线,但目前中国也有四线,大多数测试仪都是台湾生产的2线式的。实际在测试中最好应采用四线制测试方式,以消除接触热电势,减小测试误差。测试仪应具有自动消除测试线电阻和接触电阻的功能,保证测试的准确性。
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