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關(guān)鍵詞：電子產(chǎn)品；電氣強(qiáng)度；電極；容量；電氣強(qiáng)度|電氣擊穿電壓試驗(yàn)儀

1 電氣強(qiáng)度試驗(yàn)

電氣絕緣的強(qiáng)度耐壓儀試驗(yàn)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(yàn)施加電壓和時(shí)間根據(jù)不同試驗(yàn)產(chǎn) 品的標(biāo)準(zhǔn)要求有不同的規(guī)定),旨在充分考核電極絕緣的穩(wěn)定性和 抗電擊穿的能力。電極絕緣的擊穿強(qiáng)度試驗(yàn)意味著放電wan全橋接 絕緣時(shí)在電應(yīng)力的作用下電極發(fā)生的絕緣短路失效,電極間的電壓 降至零,形成電極絕緣強(qiáng)度短路,存在極大的觸電危險(xiǎn)。

2 固體絕緣特性

如今隨著電子產(chǎn)品的體積和尺寸越做越小,固體的絕緣逐漸wan全替代了空氣中的絕緣。由于其在固體空氣中絕緣的穩(wěn)定性和抗 電擊穿的能力遠(yuǎn)高于普通空氣,在我們?cè)O(shè)計(jì)固體絕緣系統(tǒng)時(shí)反而很 容易被系統(tǒng)設(shè)計(jì)者wan全忽略。在固體絕緣系統(tǒng)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(fā)生局部放電,影響 系統(tǒng)固體絕緣的壽命。

固體電氣絕緣可靠性是一種wan全不可恢復(fù)的固體絕緣可靠性 介質(zhì)。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(huì)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(fù)進(jìn)行固體電氣的強(qiáng)度可靠性試驗(yàn)的任何方法和結(jié)果 均不獲得國(guó)際認(rèn)可。由于諸如:電應(yīng)力、熱應(yīng)力等許多不利因素,會(huì) 在相應(yīng)的固體電氣絕緣上逐漸地累積,最終可能導(dǎo)致固體絕緣老 化,很難驗(yàn)證和確定相應(yīng)的固體電氣絕緣的性能和使用壽命。另 外,固體絕緣的電場(chǎng)作用厚度也與各類失效的機(jī)理之間存在復(fù)雜的 關(guān)聯(lián)性,當(dāng)固體絕緣厚度的減小或電場(chǎng)作用強(qiáng)度的增加,失效的風(fēng) 險(xiǎn)也隨之增加和上升,很難幫助計(jì)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(qiáng)度可靠性試驗(yàn)的方法來幫 助驗(yàn)證和確定固體絕緣的厚度可靠性。

3 各種應(yīng)力影響

絕緣的強(qiáng)度和電氣間隙直接影響試驗(yàn)電氣的強(qiáng)度和試驗(yàn)的結(jié) 果,而試驗(yàn)中的電氣絕緣和間隙的強(qiáng)度受應(yīng)力條件影響的程度很 大,容易直接造成安規(guī)距離的減小從而產(chǎn)生的靜電擊穿。

電壓對(duì)應(yīng)力的直接影響:例如當(dāng)交流供電電路設(shè)備長(zhǎng)期在交流 電中壓下運(yùn)行時(shí),絕緣上就有可能會(huì)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(shí)直接泄 漏了極微量的幾種電解質(zhì),二者逐漸就會(huì)發(fā)生導(dǎo)電混合從而導(dǎo)致出 現(xiàn)一個(gè)新的導(dǎo)電泄漏路徑(有時(shí)也被俗稱為泄漏電流源短路或電流起痕)。

熱應(yīng)力的影響:所有的物質(zhì)都必須具有熱脹冷縮的流體力學(xué)特 性。過冷會(huì)導(dǎo)致使用的防水設(shè)備和防塵件的wei縮,水分和空氣中的 灰塵會(huì)直接進(jìn)入防水設(shè)備。而長(zhǎng)期使用對(duì)熱應(yīng)力的影響更深遠(yuǎn), 如:介電損耗內(nèi)應(yīng)力的消除從而造成材料和機(jī)械的變形、熱塑性材 料的軟化、塑化劑的遷移從而造成交聯(lián)材料的脆裂、超過交聯(lián)材料 玻璃化過程所轉(zhuǎn)變的溫度從而軟化交聯(lián)的材料、介電損耗內(nèi)應(yīng)力 增大從而造成熱不穩(wěn)定和介電損壞、高溫時(shí)內(nèi)應(yīng)力梯度增大而造 成的機(jī)械故障等。

機(jī)械運(yùn)動(dòng)應(yīng)力的直接影響:絕緣材料設(shè)備本身由于不具備具有 足夠的絕緣強(qiáng)度以及抗壓和受到外部機(jī)械運(yùn)動(dòng)應(yīng)力較大沖擊的絕 緣強(qiáng)度和適應(yīng)能力,造成了一些絕緣材料的異常脫層、斷裂、損壞。

化學(xué)介質(zhì)應(yīng)力的影響:對(duì)化學(xué)物質(zhì)的應(yīng)力會(huì)直接改變化學(xué)介質(zhì)原有的結(jié)構(gòu)和其化學(xué)應(yīng)力特性。

濕度對(duì)絕緣應(yīng)力的直接影響:由于室內(nèi)水蒸氣的排放濕度過高 會(huì)直接嚴(yán)重影響絕緣材料的內(nèi)部絕緣應(yīng)力阻抗,加劇了對(duì)材料絕緣 表面的空氣污染,發(fā)生嚴(yán)重的材料腐蝕和其材料外形的塑性變化。 對(duì)于某些絕緣材料,高溫的濕度直接就可能會(huì)大大降低其中的絕緣 體對(duì)抗壓和電擊穿的防御能力。

電壓對(duì)擊穿頻率的影響:固體絕緣介質(zhì)的發(fā)熱及熱不穩(wěn)定性與 擊穿電壓的頻率影響成正比。gb/t1408.1 標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)表明,厚度 3mm 的固體絕緣在 50hz 電壓條件下承受的擊穿電場(chǎng)的強(qiáng)度為大約 10kV/mm~40kV/mm，電壓頻率的升高會(huì)顯著地降低多數(shù)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(jī)金屬化學(xué)品的溶劑或活性的有機(jī)金屬化學(xué)品活性 溶劑中,造成的彈性應(yīng)力縮縫裂紋或彈性應(yīng)力裂縫斷裂。

細(xì)菌、霉菌或菌類的作用。

機(jī)械塑性變形。

在多種工作環(huán)境和不同應(yīng)力的相互影響下,絕緣保護(hù)設(shè)備的靜 電抗壓和抗靜電擊穿的防御能力將來都會(huì)大大程度下降。因此,電 氣元件絕緣測(cè)試強(qiáng)度的模擬試驗(yàn)經(jīng)常嚴(yán)格地按照要求工業(yè)電氣絕 緣測(cè)試試驗(yàn)設(shè)備在其電氣絕緣強(qiáng)度常態(tài)、熱態(tài)、潮態(tài)等多種電氣絕 緣強(qiáng)度條件下必須同時(shí)配合進(jìn)行,以圖準(zhǔn)確地實(shí)時(shí)模擬最嚴(yán)酷的工 業(yè)電氣測(cè)試現(xiàn)實(shí)情況。

4 試驗(yàn)誤判原因

電氣強(qiáng)度的試驗(yàn)主要是使用耐壓儀,施加耐壓試驗(yàn)絕緣電壓在 回路絕緣端間,同時(shí)還要監(jiān)測(cè)耐壓儀回路的絕緣電流。同時(shí)當(dāng)耐壓 儀回路電流的閾值增大并超過耐壓儀設(shè)定的閾值后,耐壓儀自動(dòng)報(bào) 警表示耐壓儀的絕緣回路被擊穿。因此,耐壓儀檢測(cè)器性能的高低 和耐壓儀檢測(cè)員的經(jīng)驗(yàn)多寡,將直接影響電氣強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果的判 定。以下簡(jiǎn)要介紹了幾種常見的電氣強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果誤判案例。

誤判案例1：二次/多次試驗(yàn)電氣絕緣強(qiáng)度判定二次試驗(yàn)是一種 高壓絕緣強(qiáng)度試驗(yàn),對(duì)電氣絕緣設(shè)備有很大的損傷。如果再次使用 過高的電壓進(jìn)行二次試驗(yàn)后,再次將電壓降低到正確的電壓進(jìn)行考 核,即使二次試驗(yàn)的結(jié)果再次失敗也不一定可以繼續(xù)進(jìn)行絕緣強(qiáng)度 判定。因?yàn)殡姎饨^緣已經(jīng)嚴(yán)重受損,不可以再次繼續(xù)進(jìn)行考核,應(yīng) 當(dāng)及時(shí)更換全新的設(shè)備重新進(jìn)行二次試驗(yàn)。

誤判原因案例 2:放電強(qiáng)度保護(hù)等壓敏器件短路響應(yīng)防雷放電 保護(hù)等壓敏器件在設(shè)備進(jìn)行有關(guān)電氣響應(yīng)強(qiáng)度的試驗(yàn)工作時(shí)會(huì)經(jīng) 常出現(xiàn)主動(dòng)短路放電,使得設(shè)備后級(jí)的電路wan全不受過壓敏器件的 沖擊。由于壓敏器件短路響應(yīng)防雷放電的現(xiàn)象與傳統(tǒng)的靜電擊穿 非常相似,容易產(chǎn)生誤判。當(dāng)壓敏器件遇到響應(yīng)擊穿的電壓始終保 持是固定的數(shù)值時(shí)(也就是壓敏保護(hù)器件遇到響應(yīng)擊穿電壓的數(shù)值 是否大于固定值),應(yīng)充分引起用戶的注意,拆機(jī)前應(yīng)先檢查壓敏器 件是否安裝有響應(yīng)壓敏保護(hù)器件,如有則開路它們?cè)龠M(jìn)行電氣強(qiáng)度 試驗(yàn)。

誤判原因案例 3:耐壓儀短路輸出電流容量的不足導(dǎo)致耐壓儀 的回路輸出電流小,無法及時(shí)達(dá)到報(bào)警的閾值,容易產(chǎn)生誤判。因 此,許多家用電子產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)都明確規(guī)定了耐壓儀進(jìn)行短路報(bào)警時(shí) 輸出的電流至少必須要能夠達(dá)到200ma,保證其短路輸出電流容量 的足夠才能進(jìn)行報(bào)警試驗(yàn)。

電氣強(qiáng)度|電氣擊穿電壓試驗(yàn)儀—關(guān)于擊穿強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的一般說明：

（1）使用計(jì)算機(jī)控制，并采集所有信號(hào)；

（2）通過無級(jí)調(diào)壓控制箱生成需要的波形并且輸出0-200V電壓，通過外部觸發(fā)按鍵切換50Hz正弦波和100Hz方波；

（3）通過高壓變壓器生成需要的0-100kV電壓，并且通過機(jī)械機(jī)構(gòu)切換交直流；

（4）在試樣架正負(fù)極預(yù)留外部電源輸入接口；

（5）直流電壓通過0.5uF高壓采樣電容濾波，使紋波系數(shù)≤2%；

（6）高壓采樣部分采集電壓和電流，通過AD轉(zhuǎn)換傳遞給計(jì)算機(jī)，同時(shí)預(yù)留出外部取樣接口；

（7）在直流試驗(yàn)時(shí)，通過電感限制電容放電，防止放電電流過大造成干擾；

（8）整機(jī)接線如下圖所示，包含計(jì)算機(jī)和放電、照明等系統(tǒng)的接線方式。

圖 6 擊穿強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)平臺(tái)整機(jī)接線圖