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。

电气安规测试的十个为什么?

七、发现电弧ARC、闪络(Flashover)是否意味绝缘已崩溃?

UL/IEC 60950-1章节5.2.2对于绝缘崩溃的原文还有一段关于ARC与Flashover的叙述，原文如下：Corona discharge or a single momentary flashover is not regarded as insulation breakdown. 电晕放电（Corona Discharge）与单一瞬间的闪络（Flashover）并不会被认定为绝缘崩溃。

各位一定要有正确的观念，ARC的测试其实是一种行业标准，并非国际法规，侦测到ARC与绝缘崩溃是两回事。

过去的耐压机无法显示V-I特性曲线来判断绝缘崩溃时，传统的做法是看与听，看看有没有电弧发生，认为绝缘损坏与电弧为因果关系，由于室内的采光与照明会影响电弧的观测，甚至会特别打造一间暗室来观察电弧；或是听听看有没有电弧吱吱的声响，有些电弧的声响发生在人耳听不到的超音波频段，还会买一个超音波转换器，将它转为人耳听得到的音频。但从标准的定义得知电弧与绝缘崩溃是两件事，我们应该思考为何会产生电弧以及电弧可能造成的危害，电弧的产生是电压与距离的关系，以生活应用为例，打火机上的压电材料，透过压力产生电压进而产生电弧来点燃瓦斯，从这个例子可以得知，电弧可能造成的危害是用电设施附近是否有可燃性气体或粉尘而导致火灾或尘爆。第二个危害是高温，例如：工业用的电焊机，便是特意透过高压产生电弧，以便应用它的高温特性来切割坚硬的金属，此应用的电弧最高温度是太阳表面温度的四倍(摄氏2万度)，电弧闪光产生的弧光能量单位一般以cal/cm2 或J/cm2 表示，Cal/cm2 (每平方公分卡路里）系指一单位面积上的总能量，它是作为电弧量级的单位，1 cal/cm2的能量，相当于一个点燃的烟头在指尖上1秒钟。只要1-2 cal/cm2，就会使人的皮肤造成二级灼伤。

八、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?

许多的标准要求测试的顺序为绝缘电阻(IR)+耐压(ACW或DCW)+绝缘电阻(IR)，首先要思考的是绝缘电阻为什么要测两次？再者是如果绝缘电阻很高，是不是就意味着绝缘没有问题，所以就不用测耐压？

绝缘电阻是以一般的工作电压去量测(非破坏测试)，耐压测试则是以高过数倍工作电压的方式去量测泄漏电流(破坏性测试)。接下来量到很高的绝缘电阻时千万不要高兴得太早!

图八绝缘瑕疵与其等效电路

图八的左图(a)为绝缘材料有瑕疵产生气隙的示意图，这个气隙在绝缘电阻量测时会反应出一个很大的绝缘电阻，但是当我们量完绝缘电阻后执行耐压测试，从图八的右图(b)的等效电路得知，绝缘瑕疵的气隙因为电阻高，串联分压的结果大多数的电压会分压在其上，所以会先被破坏，等到第二次量测绝缘电阻时又会呈现出一个较低的绝缘电阻。

所以测试的顺序为绝缘电阻(IR)+耐压(ACW或DCW)+绝缘电阻(IR)是很有意义的，两次绝缘电阻的差异如果太大，便表示之前有绝缘瑕疵，经过耐压的破坏性测试后有瑕疵的绝缘材料被破坏，所以第二次绝缘电阻与第一次量测结果差异大。

九、高压的耐压测试是否会损坏电路中昂贵的芯片?

如果你的耐压测试是通过的，一定不会造成损坏，因为要损坏芯片要嘛是过电压，要嘛是过电流，当绝缘良好时，这两者都不会发生。

但是在耐压测试的应用中，有一种很特别的测试，称为离子迁移(Ion migration)，离子迁移的测试方式是透过环测设备将环境的相对湿度设为85%，温度通常是80°C或以上，再把高压打在PCB的铜箔上，图九在电子显微镜下所看到两条走线(Trace)间的绝缘层出现树枝状突触造成的短路现象便称为离子迁移。

图九：电子显微镜下的离子迁移现象（本图参考自NTS公司网站）

在PCB关键组件的周遭进行此测试有助于即早发现布局(Layout)上的议题，一旦关键组件周遭发生图九的问题，便可能造成短路进而烧毁关键组件。

十、接地与导通性量测的差别?

绝缘良好是对设备使用者的第一道防线(不漏电、不电到人)，当第一道防线出现问题时，良好的接地便是保护使用者的第二道防线(漏电后，将电导引到地)，当设备出现漏电时，人摸到产品的外壳，对地而言，人体如果相对是一个高电阻时，从等效电路得知，两个电阻并联，大电阻的分流较小，这便是第二道防线的意义。所以用电设备的地线必须正确安装，漏电时可以很快地把电流导到地。

接地电阻(GB)的测试，它是透过25到40安培的大电流，在接地在线产生的压降为4~12伏特，透过奥姆定律的换算得知，此接地电阻为mΩ等级，GB的测试时间有些标准要求要测两分钟，至少也需要测5到10秒。

安规测试有具备交流耐压(ACW)的单一功能机种或交流耐压(ACW)/直流耐压(DCW)的二合一机种，交流耐压(ACW)/直流耐压(DCW)/绝缘电阻(IR)的三合一机种以及交流耐压(ACW)/直流耐压(DCW)/绝缘电阻(IR)/接地电阻(GB)的四合一机种，如果要有接地电阻GB测试功能就要选择四合一的机种，所以价格会比较贵，但是有一些耐压分析仪，例如固纬的GPT-12000/15000系列电气安规分析仪，它的导通性测试(GC)为标配，导通性测试(GC)是用一个小电流去测电阻，与三用电表的导通性测试原理相同，也就是量测接地的路径是不是导通，测试时间快(1秒左右)，但是量测准确度(为Ω等级)就没有GB那么好，当您的设备没有GB功能时，有GC的测试功能至少能对接地的导通性进行评估。

用于绝缘电阻量测或耐压测试的仪器是透过输出高电压，量测小电流，再透过欧姆定律换算电阻，过去的标准未思考到许多客户端的安全隐患，这些隐患包含：

1、原本基本绝缘的要求不足以保证使用者的安全

2、意外输出：操作仪器高电压输出的按钮可能被误触

3、 电力系统断电、电力恢复后仪器可能处于自动输出的危险状态

4、设备未能有效地将测试的残余电压放电至安全电位

5、后面板输出时在后面板并未提供警告

IEC/EN 61010-1:2010 测量，控制和实验室用电器设备的安全要求 - 第1部分：通用要求。仪器本身要符合IEC/EN61010的标准，因为以上的安全隐患，对于绝缘电阻和耐压测试设备于2017年新增了IEC 61010-2-034:2017 测量，控制和实验室用电器设备的安全要求 - 第2-034部分：绝缘电阻测量设备和耐压测试设备的特殊需求，但凡输出电压超过50伏特(交流)或120伏特(直流)的绝缘电阻测量设备和耐压测试设备的仪器须适用此新标准，标准公布后于2021年生效，UL于2019年7月12日参照IEC标准发布UL61010-2-034标准，中国于2020年12月24日国家标准化管理委员会下达2020年第四批推荐性国家标准计划(文件号 国标委发[2020]53号)序号115将IEC61010-2-034编列计划号20204746-T-604，由此可见此安全议题已受到主要国家的重视。

固纬电子于2020年4月16日发表全球第一台符合IEC-61010-2-034标准的GPT-12000系列电气安规分析仪，针对上述的安全隐患提出了完整的对策。

高压继电器、高压变压器改采符合双重绝缘的零件，高压板的走线距离亦符合双重绝缘的要求，量测回路变更设计，加入保护阻抗，隔离高压侧危险电压，以符合双重绝缘要求。

IEC新规范对于意外输出的规定，可采取以下对策的其中之一来因应。

2-1 高压输出开关要长按1秒后才可以有输出 (考虑安全与产测的便利与效率，固纬GPT-12000/15000系列采取此对策)

2-2 输出开关需要钥匙才能启动

2-3 输出开关需在弹簧盖之下，启动时需打开弹簧盖才能按输出开关

2-4 需要使用两只手同时按压两个开关才能输出

设备输入端电源供应失效再回复后，即便输出开关是按下的，设备还是要处在安全的情况(无危害)，固纬的GPT-12000/15000系列在侦测输入电源消失10个周期后便会停止输出。

在放电回路加上56k欧姆的放电电阻，确保直流模式下针对大电容测试完成后的放电机制必须要在10秒内放电至低于30%的安全电压。

IEC的标准要求使用闪烁(50-300次/分钟，亮起的时间至少40%)或恒亮的红色警示灯号。或可采用高对比度色的可见/可变指示器，或采用高音量的声音警示(70 dBA以上/小于5kHz)。固纬电子采用前、后面板皆设置输出警示灯方式处理。

高压仪器使用上的自保之道

即使采用了符合IEC61010-2-034最新安全标准的仪器，如果在使用现场未能依据安全的安装及操作方法，仪器操作人员还是会有安全顾虑。

仪器一定要正确接地，本文的问题十已讨论过接地的重要性，但是建筑物的接地状况如何确定? 看到插座有三孔就是有接地吗?

图十：为Amprobe公司的电源插座检查器(本图参考自Amprobe公司网站)

可用三用电表来检查或是用图十简易的电源检查器，这种检查器可确认接地是否正确接地，火线、水线是否反接等电源配电议题。固纬的GPT-12000/15000系列后面板具备额外的接地连接端子，当电源的三插无正确接地时，可透过此端子另做接地，再者仪器本身具备接地失效侦测功能，当侦测到仪器接地失效时会停止输出以达到保护要求(此功能亦可关闭)。

图十一：固纬GPT-12000系列后面板

绝缘桌垫、绝缘地板、绝缘手套、护目镜等安全措施一个不能少，也由于操作时须戴绝缘手套，所以耐压测试仪器不建议采用触控屏幕的操作接口设计。

从研发到产测的测试计划及设备布建

研发阶段：透过破坏性实验，了解绝缘材料余裕度。安规分析仪须具备V-I曲线扫描功能，确认绝缘崩溃。接下来透过统计功能，计算平均值，设定产测允收标准。可回顾图七的绝缘崩溃V-I曲线，统计分析请见图十二。GPT-12000/15000系列提供屏幕快拍功能，可储存测试画面，简化您制作测试报告或产测的标准作业流程(SOP)的工作以节省时间，产测的布建：当制程稳定、良率高时，可透过多信道的扫描盒或多信道的安规分析仪(请见图十三)来提高产测的效率，产测的安规分析仪若支持U盘的设定复制功能，则可以节省产线的测试布建时间。

图十二：统计分析

图十三：图左多信道GPT-9500系列

图右GPT-9800系列搭配扫描盒

结　论：

选择符合最新安全标准IEC 61010-2-034:2017的耐压/绝缘测试设备并正确的接地是保障使用安全的第一要务，应用层面的不二法门便是了解测试标准与仪器工作原理，透过这十个问题的释疑希望对安规工程师的工作有所帮助。而根据台北市2017~2019年的统计，电气因素造成的火灾占20.1%(783件/2560件)，电气因素火灾造成的伤亡为受伤29人占46.8%、死亡15人占34.1%，从这些数据我们更期盼安规工程师能为产品的电气安全严格把关，让这些不幸事件可以降到最低。

关键词:耐压测试仪 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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