淺談電子產品的電氣強度試驗

莫院

摘 ?要：電氣強度試驗用于考核電子產品在不同狀態下的絕緣可靠性和在高壓電應力作用下的抗擊穿能力，是保證電氣絕緣系統正常運行的重點安規測試項目之一。該文從試驗原理、方法步驟、準備操作和判定準則等角度介紹電氣強度試驗。分析固體絕緣潛在的失效特性以及受各類應力影響的不利結果。深入討論幾種常見的試驗誤判現象并提出改良方法。為從業人員能夠更好地掌握電氣強度試驗提供理論基礎和實踐經驗。

關鍵詞：電氣強度;固體絕緣;應力影響;試驗誤判

中圖分類號： TQ172 ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

電氣強度試驗在電子產品安規檢測中很常見，主要被用于檢測絕緣的可靠性，特別是排查肉眼不可見縫隙或氣隙時有良好效果。另外，電氣強度試驗也經常被用于環境預處理及破壞性試驗后的設備絕緣可靠性復核。

電氣強度試驗在一定程度上無視設備的結構，且在某些條件下可以代替絕緣電阻試驗，使用場合非常廣泛。

1 電氣強度試驗

電氣強度試驗使用耐壓儀在絕緣端間施加高壓（具體試驗電壓和時間根據不同產品標準有不同規定），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在電應力作用下發生絕緣失效，電極間電壓降至零，形成絕緣短路，存在極大的觸電危險。

電氣強度試驗原理如圖1所示。

如圖1所示，I=Vi/（Ri+Re）。由于實際情況中Ri<

因此，電氣強度試驗合格與否，就看絕緣是否會因加上試驗電壓后引起電流以失控方式迅速增大。當絕緣無法限制電流時，認為發生電擊穿。因此在電氣強度試驗中，耐壓儀輸出電壓應當從0 V逐漸上升至規定電壓，期間出現電擊穿時記錄擊穿電壓，用于缺陷分析和整改。電暈放電或單次瞬間閃絡中電流未失控，不認為是絕緣擊穿。

電氣強度試驗常用交流電壓和直流電壓進行試驗。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行電氣強度試驗的部件并聯時，如果充電電流超過耐壓儀容量，要進行交流電壓的電氣強度試驗是非常困難的。針對這種情況，可以將并聯電容器全部斷路，或者用直流電壓進行試驗。

電氣強度試驗電壓施加在設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（非導電部分應當覆蓋金屬箔模擬人手）。在電氣強度試驗前，設備要先做以下準備。

外部的接線端子（同一極）連接在一起。

任何開關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。

斷開壓敏器件（象壓敏電阻、氣體放電管等）。

交流電壓試驗時斷開射頻干擾濾波器等容性器件。

2 固體絕緣特性

如今電子產品體積越做越小，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高于空氣，在設計絕緣系統時反而很容易被設計者忽略。在絕緣系統中，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，仍可能發生局部放電，影響固體絕緣壽命。

固體絕緣是一種不可恢復的絕緣介質。在固體絕緣被電擊穿后，其抗電擊穿能力會顯著下降。因此，同一絕緣材料被電擊穿后，再進行電氣強度試驗的任何結果均不認可。

象電應力、熱應力等許多不利因素，會在固體絕緣上逐漸累積，最終導致絕緣老化，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失效機理存在復雜關聯性，當絕緣厚度減小或電場強度增加，失效風險也隨之上升，很難計算固體絕緣的厚度要求。最終，只能通過電氣強度試驗來驗證固體絕緣的可靠性。

3 各種應力影響

絕緣的電氣間隙直接影響電氣強度試驗結果，而電氣間隙受應力影響程度很大，容易造成安規距離減小產生電擊穿。

電應力影響：設備長期運行時，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，二者逐漸混合出現導電路徑（俗稱漏電起痕）。

熱應力影響：所有物質都具有熱脹冷縮的特性。過冷會使防水防塵件萎縮，水分和灰塵進入設備。而長期熱應力影響更深遠，象內應力消除造成機械變形、熱塑性材料軟化、塑化劑遷移造成材料脆裂、超過材料玻璃化轉變溫度從而軟化交聯材料、介電損耗增大造成熱不穩定和損壞、高溫梯度造成機械故障等。

機械應力影響：設備不具備足夠的抗機械沖擊強度能力，造成絕緣材料脫層、斷裂、損壞。

化學應力影響：化學物質會改變介質原有結構和化學特性。

濕度應力影響：水蒸氣會影響絕緣阻抗，加劇表面污染，發生腐蝕和外形變化。對于某些材料，高濕度直接降低其抗電擊穿能力。

電壓頻率影響：介質發熱及熱不穩定性與電壓頻率成正比。GB/T 1408.1標準表明，厚度3 mm的固體絕緣在50 Hz條件下擊穿電場強度約（10 kV/mm～40 kV/mm，電壓頻率升高會顯著降低多數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劑中，造成的應力裂紋或應力斷裂。

細菌、霉菌或菌類的作用。

機械塑性變形。

在多種應力影響下，絕緣抗電擊穿能力將會下降。因此，電氣強度試驗經常要求設備在其常態、熱態、潮態等多種條件下進行，以圖模擬最嚴酷的現實情況。

4 試驗誤判原因

電氣強度試驗使用耐壓儀，施加試驗電壓在絕緣端間，同時監測回路電流。當回路電流增大并超過設定閾值后，耐壓儀報警表示絕緣擊穿。因此，耐壓儀性能高低和檢測員經驗多寡，將影響試驗結果判定。以下介紹幾種常見的試驗誤判案例。

誤判案例1：二次/多次試驗

電氣強度試驗是一種高壓試驗，對絕緣有損傷。如果使用過高電壓試驗后，再降低到正確電壓考核，即使二次試驗結果失敗也不可以進行判定。因為絕緣已經受損，不可以繼續考核，應當更換全新設備重新試驗。

誤判案例2：報警閾值過小

電流不受控地急劇增加是判定電氣強度試驗結果的關鍵指標，而不是單純依賴耐壓儀的報警提示。假設耐壓儀設定閾值是10 mA，試驗中回路電流高于10 mA時耐壓儀報警，此時不能盲目地判定。應該考慮提高閾值，象提高到50 mA或更高進行試驗，觀察回路電流是否會不受控地增加。設備內如有大量電容，其產生的高漏電流可能會觸發交流電壓試驗閾值報警，如果能夠確認是電容影響，允許更換直流電壓試驗。

誤判案例3：放電保護器件響應

防雷保護等壓敏器件在進行電氣強度試驗時會出現主動短路放電，使設備后級電路不受過壓沖擊。由于短路放電現象與電擊穿非常相似，容易誤判。當遇到擊穿電壓始終是固定數值時（壓敏器件響應電壓是定值），應引起注意，拆機檢查是否有壓敏器件，如有則開路它們再進行試驗。

誤判案例4：耐壓儀輸出容量不足導致回路電流小，無法達到報警閾值，容易誤判。因此，許多電子產品標準都規定了耐壓儀短路輸出電流至少要達到200 mA，保證其輸出容量足夠進行試驗。

5 結語

電氣強度試驗主要考核絕緣的抗電擊穿能力，是電子產品安規測試中的重要試驗項目之一。熟練掌握其試驗原理和判定方法，是保證測試結果準確性的根本。

參考文獻

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