前　　言：

耐压(Withstanding)、绝缘(Insulation Resistor)、接地电阻(Ground Bond)是电气安规测试仪的测试功能，其中的耐压测试是用电设备出厂前的必测项目，虽然这些测试应用广泛，但是许多工程师还是存在着一些知其然却不知其所以然的问题，在这份应用白皮书中我们整理了十个最常见的问题，从基本面来探讨这些问题的解答。

这十个问题分别是：

1、耐压测试的电压要设置多少? 为何耐压测试的电压比工作电压高那么多?

2、为何有三种测试波形?

3、测试时间要设定多久?

4、耐压仪器的容量如何选择?

5、绝缘体及绝缘崩溃的定义?

6、按照绝缘崩溃的定义，如何避免误判?

7、发现电弧ARC、闪络(Flashover)是否意味绝缘已崩溃?

8、绝缘电阻与耐压的测试顺序，通过绝缘电阻测试后可以不测耐压吗?

9、高压的耐压测试是否会损坏电路中昂贵的芯片?

10、接地与导通性量测的差别?

除了这十个常见的问题外，因为高压仪器(用于绝缘电阻量测或耐压测试的仪器)的安全隐患，所以IEC制定了对于高压仪器的最新规范IEC-61010-2-034来确保工程师使用仪器的安全，本文也将探讨这些安全隐患以及仪器厂商的因应对策，让您在分析绝缘材料或产测时得以安全地完成测试任务，最后我们将从研发到产测的测试计划及设备选购提供有效的建议。

电气安规测试的十个为什么?

四、安规耐压仪器的容量如何选择?

图四为待测物的等效电路，接下来我们来讨论在问题二中留下的议题，为何需要直流耐压的测试与交流耐压测试泄漏电流量测误差大的原因。

图四：待测物的等效电路

IR是流过绝缘电阻的电流；IC是流过等效电容(包含杂散电容与滤波电容)的电流，IT是耐压机量到的泄漏电流，IC=VTest/XC，XC=1/2πfC，在交流耐压测试时，频率f为60Hz，当电容C越大时，XC便越小、IC就越大，造成的泄漏电流IT的误差就越大。

如果改采直流呢? 频率f为0Hz，XC为无穷大，IC为0，所以量到的IT泄漏电流=IR，不会造成误差。

在绝缘电阻上要建立足够的测试电压，用直流的波形测试所需的电流较小，相对交流而言便较为安全。

从等效电路解释完交/直流耐压在准确度上的议题后，接下来回到主题，耐压机的容量如何选择？目前市面上的耐压机有100VA/200VA/250VA/500VA等可选择，以5000V为例，500VA可提供100mA，200VA可提供40mA，要用多少容量其实是取决于要有多大的电流来维持测试电压，我们期待在待测的绝缘电阻上建立足够的测试电压来确认绝缘是否良好，但是当绝缘崩溃时，绝缘电阻会下降，此时的电流如果不足(容量不足)便无法在这个电阻值下降的电阻上建立足够的电压。这个现象类似直流电源供应器从CV模式转到CC模式，当绝缘电阻很大时(负载电流小)，当绝缘崩溃时，绝缘电阻变小(负载电流变大)，此时便需要容量来支撑，所以在研发单位或第三方实验室需要做材料的破坏性实验会需要500VA的容量，而产测的例行测试最常选择100VA的机种，其原因在于到了大量生产时产品的良率是很高的，以绝缘电阻100MΩ为例，建立5000V的测试电压，负载电流不过50uA；建立1500V的测试电压，负载电流不过15uA，以100VA的容量来看绰绰有余，当然如果是交流耐压还需考虑等效电容的影响。

在此我们总结一下交流耐压与直流耐压测试的优缺点：

交流耐压

优点

1、与真实环境波形相同，因此受标准青睐

2、正半周、负半周都测试

3、对待测物的等效电容没有充放电时间的议题

缺点

1、因为等效电容的电流造成泄漏电流的量测误差

2、整体的测试电流较大，可能需要购买更大的容量，如果工程师误触输出端相对而言较为危险。

直流耐压

优点

1、泄漏电流的量测准确度高

2、整体的测试电流较小，购买时可能降低容量的成本，如果工程师误触输出端，相对于交流而言较为安全。

缺点

1、仅测试半周

2、须对电容充电、放电，会增加测试的时间

五、绝缘体及绝缘崩溃的定义？

在电学的教科书中，常以电阻率来定义导体(低于10-5Ω˙m)、半导体(电阻率介于导体与绝缘体之间)、绝缘体(高于108Ω˙m)，在此定义下铜是导体，空气是绝缘体，但从自然界中的闪电/雷击现象，可得知绝缘是有条件的，只要电压够高，绝缘体也能变成导体，再从微观的角度观察，铜是导体，奈米铜却是绝缘体；碳是绝缘体，奈米碳却是导体，由此可见宏观与微观的物理特性可能改变，以下是维基百科对绝缘体的定义：绝缘体（英语：Insulator），又称介电质或绝缘子，是一种阻碍电荷流动的材料。在绝缘体中，价带电子被紧密的束缚在其原子周围。这种材料在电气设备中用作绝缘体，或称起绝缘作用。其作用是支撑或分离各个电导体，不让电流流过，这段描述可简化为放诸四海皆准的最佳定义：绝缘体不让电流流过。

了解绝缘体的定义后，接着说明绝缘崩溃的定义，以下是UL/IEC 60950-1章节5.2.2对于绝缘崩溃的原文叙述如下：

Insulation breakdown is considered to have occurred when the current that flows as a result of the application of the test voltage rapidly increases in an uncontrolled manner, that is the insulation does not restrict the flow of the current.

绝缘崩溃的认定是：待测绝缘所流经之电流已经可以随测试电压的上升而产生对应的电流（失控地陡升），也就是说，待测绝缘已经无法有效地于测试电场强度下限制电流的增长。气态与液态的绝缘物质具备绝缘崩溃的可逆性，当造成绝缘崩溃的高压消失后可恢复到绝缘的状态，而固态绝缘则不具备此可逆性，一旦绝缘崩溃对其绝缘能力便造成永久性的伤害。

六、按照绝缘崩溃的定义，如何避免误判?

大多数的标准在耐压测试的允收标准上仅说明测试的电压，在此电压及测试时间内不能造成绝缘崩溃，仅有少数的产测标准是定义泄漏电流不能超过多少电流。绝缘及绝缘崩溃的简要口诀为：绝缘体不让电流流过，当绝缘体上的跨压越来越大时，导致电流失控的陡升称为绝缘崩溃，所以这个叙述的V-I特性曲线如图五。

图五：绝缘崩溃的V-I特性曲线（来源：固纬电子）

传统采用绝对值泄漏电流可能的误判影响：产线的泄漏电流允收标准如何决定?有些公司是采用平均值法，透过样品的测试，计算平均值后加上25%作为允收上限，或以对人体会产生危害的30mA泄漏电流值作为管制上限(配电上的漏电断路器一般也以30mA作为动作电流)，人体感知电流的影响，请见表二。

如果您的待测物价值不斐，采用绝对值泄漏电流的方式可能造成假失败，因为绝缘崩溃的定义是要看到电流失控的陡升，所以能够看到测试结果的V-I特性曲线对于研发阶段的材料验证与单价昂贵产品的产线测试非常重要，目前固纬电子的GPT-9900系列、GPT-12000/15000系列电气安规分析仪皆具备V-I特性曲线扫描功能，不会造成误判的损失，实测结果请见图七。

人体感知电流的影响

图六：假失败的影响

图七：GWInstek GPT-12000/15000系列电气安规分析仪的V-I绝缘崩溃案例

敬请期待，未完待续！

关键词:耐压测试仪 安全 电气安规测试

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来 源：固纬电子

编辑：仪器仪表WXF

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