淺談電子產(chǎn)品的電氣強(qiáng)度試驗(yàn)

莫院

摘 ?要：電氣強(qiáng)度試驗(yàn)用于考核電子產(chǎn)品在不同狀態(tài)下的絕緣可靠性和在高壓電應(yīng)力作用下的抗擊穿能力，是保證電氣絕緣系統(tǒng)正常運(yùn)行的重點(diǎn)安規(guī)測(cè)試項(xiàng)目之一。該文從試驗(yàn)原理、方法步驟、準(zhǔn)備操作和判定準(zhǔn)則等角度介紹電氣強(qiáng)度試驗(yàn)。分析固體絕緣潛在的失效特性以及受各類(lèi)應(yīng)力影響的不利結(jié)果。深入討論幾種常見(jiàn)的試驗(yàn)誤判現(xiàn)象并提出改良方法。為從業(yè)人員能夠更好地掌握電氣強(qiáng)度試驗(yàn)提供理論基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：電氣強(qiáng)度;固體絕緣;應(yīng)力影響;試驗(yàn)誤判

中圖分類(lèi)號(hào)： TQ172 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

電氣強(qiáng)度試驗(yàn)在電子產(chǎn)品安規(guī)檢測(cè)中很常見(jiàn)，主要被用于檢測(cè)絕緣的可靠性，特別是排查肉眼不可見(jiàn)縫隙或氣隙時(shí)有良好效果。另外，電氣強(qiáng)度試驗(yàn)也經(jīng)常被用于環(huán)境預(yù)處理及破壞性試驗(yàn)后的設(shè)備絕緣可靠性復(fù)核。

電氣強(qiáng)度試驗(yàn)在一定程度上無(wú)視設(shè)備的結(jié)構(gòu)，且在某些條件下可以代替絕緣電阻試驗(yàn)，使用場(chǎng)合非常廣泛。

1 電氣強(qiáng)度試驗(yàn)

電氣強(qiáng)度試驗(yàn)使用耐壓儀在絕緣端間施加高壓（具體試驗(yàn)電壓和時(shí)間根據(jù)不同產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)有不同規(guī)定），旨在考核絕緣的抗電擊穿能力。電擊穿意味著放電完全橋接絕緣時(shí)在電應(yīng)力作用下發(fā)生絕緣失效，電極間電壓降至零，形成絕緣短路，存在極大的觸電危險(xiǎn)。

電氣強(qiáng)度試驗(yàn)原理如圖1所示。

如圖1所示，I=Vi/（Ri+Re）。由于實(shí)際情況中Ri<

因此，電氣強(qiáng)度試驗(yàn)合格與否，就看絕緣是否會(huì)因加上試驗(yàn)電壓后引起電流以失控方式迅速增大。當(dāng)絕緣無(wú)法限制電流時(shí)，認(rèn)為發(fā)生電擊穿。因此在電氣強(qiáng)度試驗(yàn)中，耐壓儀輸出電壓應(yīng)當(dāng)從0 V逐漸上升至規(guī)定電壓，期間出現(xiàn)電擊穿時(shí)記錄擊穿電壓，用于缺陷分析和整改。電暈放電或單次瞬間閃絡(luò)中電流未失控，不認(rèn)為是絕緣擊穿。

電氣強(qiáng)度試驗(yàn)常用交流電壓和直流電壓進(jìn)行試驗(yàn)。交流電壓基本為50 Hz或60 Hz正弦波，峰值和有效值比約為1.414×（1±3%）;直流電壓基本為無(wú)紋波，峰值和平均值比約為1.0×（1±3%）。具有高容量的電容器與進(jìn)行電氣強(qiáng)度試驗(yàn)的部件并聯(lián)時(shí)，如果充電電流超過(guò)耐壓儀容量，要進(jìn)行交流電壓的電氣強(qiáng)度試驗(yàn)是非常困難的。針對(duì)這種情況，可以將并聯(lián)電容器全部斷路，或者用直流電壓進(jìn)行試驗(yàn)。

電氣強(qiáng)度試驗(yàn)電壓施加在設(shè)備互相分離的電氣部分上，象：帶電部件、分離部件、接地部件、可觸及表面（非導(dǎo)電部分應(yīng)當(dāng)覆蓋金屬箔模擬人手）。在電氣強(qiáng)度試驗(yàn)前，設(shè)備要先做以下準(zhǔn)備。

外部的接線端子（同一極）連接在一起。

任何開(kāi)關(guān)或控制裝置處于閉合或被旁路。

電壓阻斷器件（象整流管）的接線端子連接在一起。

斷開(kāi)壓敏器件（象壓敏電阻、氣體放電管等）。

交流電壓試驗(yàn)時(shí)斷開(kāi)射頻干擾濾波器等容性器件。

2 固體絕緣特性

如今電子產(chǎn)品體積越做越小，固體絕緣逐漸替代空氣絕緣。由于固體絕緣的抗電擊穿能力遠(yuǎn)高于空氣，在設(shè)計(jì)絕緣系統(tǒng)時(shí)反而很容易被設(shè)計(jì)者忽略。在絕緣系統(tǒng)中，電極與絕緣間、不同絕緣層間都可能存在縫隙，或絕緣材料本身就存在微小氣隙。在這些縫隙或氣隙中，即使電壓小于擊穿水平，仍可能發(fā)生局部放電，影響固體絕緣壽命。

固體絕緣是一種不可恢復(fù)的絕緣介質(zhì)。在固體絕緣被電擊穿后，其抗電擊穿能力會(huì)顯著下降。因此，同一絕緣材料被電擊穿后，再進(jìn)行電氣強(qiáng)度試驗(yàn)的任何結(jié)果均不認(rèn)可。

象電應(yīng)力、熱應(yīng)力等許多不利因素，會(huì)在固體絕緣上逐漸累積，最終導(dǎo)致絕緣老化，很難確定固體絕緣的性能和壽命。另外，固體絕緣的厚度也與各類(lèi)失效機(jī)理存在復(fù)雜關(guān)聯(lián)性，當(dāng)絕緣厚度減小或電場(chǎng)強(qiáng)度增加，失效風(fēng)險(xiǎn)也隨之上升，很難計(jì)算固體絕緣的厚度要求。最終，只能通過(guò)電氣強(qiáng)度試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證固體絕緣的可靠性。

3 各種應(yīng)力影響

絕緣的電氣間隙直接影響電氣強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，而電氣間隙受應(yīng)力影響程度很大，容易造成安規(guī)距離減小產(chǎn)生電擊穿。

電應(yīng)力影響：設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，絕緣上有極小的漏電流，加上電路中某些器件可能泄漏微量的電解質(zhì)，二者逐漸混合出現(xiàn)導(dǎo)電路徑（俗稱(chēng)漏電起痕）。

熱應(yīng)力影響：所有物質(zhì)都具有熱脹冷縮的特性。過(guò)冷會(huì)使防水防塵件萎縮，水分和灰塵進(jìn)入設(shè)備。而長(zhǎng)期熱應(yīng)力影響更深遠(yuǎn)，象內(nèi)應(yīng)力消除造成機(jī)械變形、熱塑性材料軟化、塑化劑遷移造成材料脆裂、超過(guò)材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度從而軟化交聯(lián)材料、介電損耗增大造成熱不穩(wěn)定和損壞、高溫梯度造成機(jī)械故障等。

機(jī)械應(yīng)力影響：設(shè)備不具備足夠的抗機(jī)械沖擊強(qiáng)度能力，造成絕緣材料脫層、斷裂、損壞。

化學(xué)應(yīng)力影響：化學(xué)物質(zhì)會(huì)改變介質(zhì)原有結(jié)構(gòu)和化學(xué)特性。

濕度應(yīng)力影響：水蒸氣會(huì)影響絕緣阻抗，加劇表面污染，發(fā)生腐蝕和外形變化。對(duì)于某些材料，高濕度直接降低其抗電擊穿能力。

電壓頻率影響：介質(zhì)發(fā)熱及熱不穩(wěn)定性與電壓頻率成正比。GB/T 1408.1標(biāo)準(zhǔn)表明，厚度3 mm的固體絕緣在50 Hz條件下?lián)舸╇妶?chǎng)強(qiáng)度約（10 kV/mm～40 kV/mm，電壓頻率升高會(huì)顯著降低多數(shù)絕緣材料的抗電擊穿能力。

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。

暴露于溶劑或活性化學(xué)劑中，造成的應(yīng)力裂紋或應(yīng)力斷裂。

細(xì)菌、霉菌或菌類(lèi)的作用。

機(jī)械塑性變形。

在多種應(yīng)力影響下，絕緣抗電擊穿能力將會(huì)下降。因此，電氣強(qiáng)度試驗(yàn)經(jīng)常要求設(shè)備在其常態(tài)、熱態(tài)、潮態(tài)等多種條件下進(jìn)行，以圖模擬最嚴(yán)酷的現(xiàn)實(shí)情況。

4 試驗(yàn)誤判原因

電氣強(qiáng)度試驗(yàn)使用耐壓儀，施加試驗(yàn)電壓在絕緣端間，同時(shí)監(jiān)測(cè)回路電流。當(dāng)回路電流增大并超過(guò)設(shè)定閾值后，耐壓儀報(bào)警表示絕緣擊穿。因此，耐壓儀性能高低和檢測(cè)員經(jīng)驗(yàn)多寡，將影響試驗(yàn)結(jié)果判定。以下介紹幾種常見(jiàn)的試驗(yàn)誤判案例。

誤判案例1：二次/多次試驗(yàn)

電氣強(qiáng)度試驗(yàn)是一種高壓試驗(yàn)，對(duì)絕緣有損傷。如果使用過(guò)高電壓試驗(yàn)后，再降低到正確電壓考核，即使二次試驗(yàn)結(jié)果失敗也不可以進(jìn)行判定。因?yàn)榻^緣已經(jīng)受損，不可以繼續(xù)考核，應(yīng)當(dāng)更換全新設(shè)備重新試驗(yàn)。

誤判案例2：報(bào)警閾值過(guò)小

電流不受控地急劇增加是判定電氣強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果的關(guān)鍵指標(biāo)，而不是單純依賴(lài)耐壓儀的報(bào)警提示。假設(shè)耐壓儀設(shè)定閾值是10 mA，試驗(yàn)中回路電流高于10 mA時(shí)耐壓儀報(bào)警，此時(shí)不能盲目地判定。應(yīng)該考慮提高閾值，象提高到50 mA或更高進(jìn)行試驗(yàn)，觀察回路電流是否會(huì)不受控地增加。設(shè)備內(nèi)如有大量電容，其產(chǎn)生的高漏電流可能會(huì)觸發(fā)交流電壓試驗(yàn)閾值報(bào)警，如果能夠確認(rèn)是電容影響，允許更換直流電壓試驗(yàn)。

誤判案例3：放電保護(hù)器件響應(yīng)

防雷保護(hù)等壓敏器件在進(jìn)行電氣強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)主動(dòng)短路放電，使設(shè)備后級(jí)電路不受過(guò)壓沖擊。由于短路放電現(xiàn)象與電擊穿非常相似，容易誤判。當(dāng)遇到擊穿電壓始終是固定數(shù)值時(shí)（壓敏器件響應(yīng)電壓是定值），應(yīng)引起注意，拆機(jī)檢查是否有壓敏器件，如有則開(kāi)路它們?cè)龠M(jìn)行試驗(yàn)。

誤判案例4：耐壓儀輸出容量不足導(dǎo)致回路電流小，無(wú)法達(dá)到報(bào)警閾值，容易誤判。因此，許多電子產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了耐壓儀短路輸出電流至少要達(dá)到200 mA，保證其輸出容量足夠進(jìn)行試驗(yàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

電氣強(qiáng)度試驗(yàn)主要考核絕緣的抗電擊穿能力，是電子產(chǎn)品安規(guī)測(cè)試中的重要試驗(yàn)項(xiàng)目之一。熟練掌握其試驗(yàn)原理和判定方法，是保證測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性的根本。

參考文獻(xiàn)

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