濕熱試驗(yàn)周期數(shù)對(duì)檢驗(yàn)絕緣電阻誤差探討

趙建新 寧夏計(jì)量質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)研究院

1 引言

在大多數(shù)炎熱條件下，絕緣電阻退化是由于絕緣材料吸附外界的水蒸氣和水膜，發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生了電流的變化。同時(shí)在潮濕和電應(yīng)力的共同作用下，會(huì)引起電化學(xué)反應(yīng)或金屬腐蝕，導(dǎo)致了絕緣設(shè)備的電阻減小，甚至出現(xiàn)了漏電現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)可能出現(xiàn)擊穿、電路損壞等重大安全問(wèn)題。工作人員設(shè)計(jì)濕熱實(shí)驗(yàn)周期時(shí)，可以通過(guò)模擬實(shí)際情況中的外界條件，提高電子元件材料在惡劣環(huán)境下的應(yīng)變能力，以增強(qiáng)電子產(chǎn)品的耐受力。

2 電子產(chǎn)品絕緣電阻檢驗(yàn)的必要性

電子產(chǎn)品性能的發(fā)揮依賴(lài)于電子設(shè)備中各個(gè)元件的配合，如果電子產(chǎn)品中的各個(gè)元件都可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，那就可以保證電子產(chǎn)品正常工作，但是當(dāng)電子產(chǎn)品各個(gè)元件之間存在運(yùn)行故障時(shí)，那就可能會(huì)導(dǎo)致電子產(chǎn)品性能的下降。而電子產(chǎn)品中的絕緣電阻是保證各個(gè)元件正常運(yùn)轉(zhuǎn)的一個(gè)重要部件，其是電氣設(shè)備和電氣線(xiàn)路最基本的絕緣指標(biāo)，對(duì)于低壓電氣裝置的交接試驗(yàn)，常溫下電動(dòng)機(jī)、配電設(shè)備和配電線(xiàn)路的絕緣電阻不應(yīng)低于0.5MΩ。低壓電器及其連接電纜和二次回路的絕緣電阻一般不應(yīng)低于1MΩ；在比較潮濕的環(huán)境不應(yīng)低于0.5MΩ；二次回路小母線(xiàn)的絕緣電阻不應(yīng)低于10MΩ。I類(lèi)手持電動(dòng)工具的絕緣電阻不應(yīng)低于2MΩ，如果電子產(chǎn)品的絕緣電阻在檢測(cè)中出現(xiàn)了電阻值低于規(guī)定值得現(xiàn)象，就會(huì)降低電子產(chǎn)品的運(yùn)轉(zhuǎn)性能。而在當(dāng)前電子產(chǎn)品生產(chǎn)運(yùn)輸使用過(guò)程中一旦出現(xiàn)產(chǎn)品絕緣電阻性能不合格的情況那就會(huì)產(chǎn)生六大類(lèi)有毒物質(zhì)，即鉛Pb，鎘Cd，汞Hg，六價(jià)鉻Cr6+，多溴聯(lián)苯PBB和多溴二苯醚PBDE，這些有毒物質(zhì)都會(huì)對(duì)人體、環(huán)境以及電子產(chǎn)品的性能產(chǎn)生影響。以鉛對(duì)環(huán)境的影響為例來(lái)講，鉛作為重金屬物質(zhì)，其如果揮發(fā)到空氣中就會(huì)與潮濕空氣相結(jié)合，形成酸雨對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響。并且鉛由于其特殊的性質(zhì)即使長(zhǎng)期存在于土壤中也不會(huì)對(duì)分解。因此在電子產(chǎn)品生產(chǎn)運(yùn)用中對(duì)其進(jìn)行電阻檢驗(yàn)是十分有必要的。

3 檢驗(yàn)項(xiàng)目分析

3.1 項(xiàng)目檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)的確定

在恒定濕熱環(huán)境中實(shí)驗(yàn)人員應(yīng)當(dāng)保證整個(gè)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)都是在（40±2）℃的溫度以及（93±3）%RH的相對(duì)濕度環(huán)境內(nèi)進(jìn)行，而且應(yīng)當(dāng)保證實(shí)驗(yàn)時(shí)間要達(dá)到96h。在這種實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，檢測(cè)人員需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行工頻耐壓實(shí)驗(yàn)，其中檢驗(yàn)中所施加的電壓需要滿(mǎn)足2U+1000V、時(shí)間5s的標(biāo)準(zhǔn)。如果在這種實(shí)驗(yàn)中不閃爍無(wú)擊穿，那實(shí)驗(yàn)設(shè)備的絕緣電阻就符合要求。但對(duì)于處于交變濕熱實(shí)驗(yàn)中的設(shè)備來(lái)講，檢驗(yàn)人員應(yīng)當(dāng)保證高溫溫度為40℃、周期數(shù)為6天的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

3.2 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定以及相應(yīng)指標(biāo)

對(duì)于恒定濕熱環(huán)境中的電子產(chǎn)品來(lái)講，其在經(jīng)過(guò)特點(diǎn)環(huán)境的處理后檢測(cè)應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足經(jīng)過(guò)30min～60min,施加500V直流電壓5s后依次測(cè)量各部位的絕緣電阻，應(yīng)符合不小于2MΩ～5MΩ的要求；再進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，對(duì)樣品施加2kV～2.5kV試驗(yàn)電壓1min，應(yīng)滿(mǎn)足不閃爍無(wú)擊穿的要求。而對(duì)于交變濕熱環(huán)境來(lái)講，其應(yīng)當(dāng)在實(shí)驗(yàn)檢定過(guò)程中滿(mǎn)足在結(jié)束前1h～2h，按2Ue值不小于1000V，進(jìn)行1min的工頻耐壓試驗(yàn)，應(yīng)無(wú)絕緣擊穿閃絡(luò)現(xiàn)象的要求標(biāo)準(zhǔn)。

4 降低檢驗(yàn)絕緣電阻誤差的主要措施

濕熱試驗(yàn)室檢驗(yàn)是電阻產(chǎn)品質(zhì)量的一項(xiàng)重要手段，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)定型驗(yàn)收時(shí)都起到了重要作用。電子產(chǎn)品需要多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，其周期長(zhǎng)，成本高，涉及范圍廣。相關(guān)人員要合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟、嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和安全守則，在極端情況下測(cè)量真實(shí)值，以維持實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性、有效性，按照大數(shù)據(jù)對(duì)比，提高絕緣電阻的利用率。

4.1 增加中斷測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

在濕熱周期性實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)常會(huì)遇到電火花或者漏電等原因，相關(guān)人員在實(shí)驗(yàn)中要確保安全性原則，在被迫中斷的過(guò)程中要按照合理方式進(jìn)行操作，最大程度上保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確。如果中斷過(guò)程中箱內(nèi)條件與外界條件一致，且在誤差允許的范圍之內(nèi)，此時(shí)中斷時(shí)間也應(yīng)該作為總時(shí)間的一部分。而一旦中斷期間的實(shí)驗(yàn)條件濕熱試驗(yàn)的條件不符時(shí)，應(yīng)該立刻終止時(shí)間，等到重新達(dá)到要求的實(shí)驗(yàn)環(huán)境在次實(shí)驗(yàn)，并踢出誤差范圍以外的測(cè)試時(shí)間，繼續(xù)實(shí)驗(yàn)完成到規(guī)定的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)的技術(shù)檢驗(yàn)對(duì)檢查樣品的電阻變化。確定實(shí)驗(yàn)循環(huán)次數(shù)的排列組合，保證濕熱試驗(yàn)周期數(shù)實(shí)驗(yàn)根據(jù)GB/T 2423.4—2008《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第2部分：試驗(yàn)方法》推薦的40℃或者50℃進(jìn)行不同組別的循環(huán)。

例如，設(shè)定濕熱試驗(yàn)周期數(shù)要進(jìn)行不斷的比較和檢驗(yàn)，最好包含兩套獨(dú)立的CPU系統(tǒng)和AD采樣保護(hù)計(jì)算，通過(guò)邏輯輸出各個(gè)環(huán)節(jié)的運(yùn)送結(jié)果。在獨(dú)立的環(huán)節(jié)中，任何一個(gè)絕緣電阻發(fā)生故障，整個(gè)裝置就會(huì)閉鎖并報(bào)警，避免了引發(fā)更大的事故。同時(shí)也要設(shè)定合理的濕熱試驗(yàn)周期保護(hù)閾值，簡(jiǎn)化保護(hù)的整體設(shè)定，通過(guò)裝置在線(xiàn)調(diào)試和是離線(xiàn)整定，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)對(duì)接，動(dòng)態(tài)跟蹤，變量開(kāi)端和恢復(fù)，跳閘等各個(gè)環(huán)節(jié)，來(lái)適應(yīng)不同電壓的接入功率電流變化，使絕緣電阻的利用區(qū)域更加靈活穩(wěn)定。

4.2 以大數(shù)據(jù)的方式進(jìn)行絕緣檢測(cè)

在絕緣抽查時(shí)，實(shí)驗(yàn)人員要對(duì)絕緣電阻進(jìn)行相應(yīng)的絕緣測(cè)試，確保在合理周期變化之內(nèi)絕緣電阻可以具有良好的阻斷性，保證絕緣具有一定的完整性，在一旦出現(xiàn)故障時(shí)要對(duì)設(shè)備維修，利用歐姆表連接儀器分組對(duì)其短路區(qū)域進(jìn)行測(cè)量。在測(cè)試時(shí)及時(shí)停電處理，避免設(shè)備在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中發(fā)生電故障，并做好相應(yīng)的平行實(shí)驗(yàn)，保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果真實(shí)可靠。

例如在濕熱試驗(yàn)周期實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，要將歐姆表的數(shù)值設(shè)置為500V，在此基礎(chǔ)上就地電阻進(jìn)行測(cè)量，連接時(shí)間維持在1min以?xún)?nèi)，數(shù)據(jù)穩(wěn)定后讀取并將測(cè)試的電阻值記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中，在對(duì)所有的絕緣電阻數(shù)據(jù)，測(cè)試完畢后，選取電阻值最小的進(jìn)行重新測(cè)試，通過(guò)大數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比查驗(yàn)，保證每一組數(shù)據(jù)的變化在安全的動(dòng)態(tài)范圍之內(nèi)。進(jìn)行電阻的加壓變化，如果絕緣電阻的阻值沒(méi)有發(fā)生變化，就說(shuō)明電阻層情況良好，如果隨著電壓升高電阻值持續(xù)降低，代表絕緣層存在膠皮老化的問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)人員需要馬上上報(bào)進(jìn)行處理，以保證整體設(shè)備的安全運(yùn)行。

4.3 提高絕緣電阻抗逆性

實(shí)驗(yàn)人員要以電子配件的功能為準(zhǔn)，盡可能的減少電源接地，減少電線(xiàn)亂接耦合路徑，絕緣電阻串聯(lián)并聯(lián)阻尼裝置，避免大量電磁雜波干擾，選取合理位置安裝并聯(lián)電容，保證絕緣電阻具有一定的抗干擾性。在易產(chǎn)生雜波的部件引入金屬屏蔽外殼或者將干擾信號(hào)以熱能電能等形式安全導(dǎo)出，保證電子設(shè)備在各種環(huán)境維持穩(wěn)定的抗干擾能力，給與電子設(shè)備足夠的散熱空間，防止熱量催化，從而產(chǎn)生更大的電阻干擾能力。有效的降低了由于絕緣電阻短路、斷路導(dǎo)致的電流運(yùn)行失誤的問(wèn)題，規(guī)避也許多風(fēng)險(xiǎn)后續(xù)既使電流流出，保護(hù)系統(tǒng)能很快感應(yīng)到流出的電流時(shí)，實(shí)施馬上封鎖技術(shù)。

例如，實(shí)驗(yàn)人員在絕緣電阻系統(tǒng)整改升級(jí)時(shí)，要加強(qiáng)解決問(wèn)題的效率，盡量減少整修的絕緣電阻范圍和時(shí)間，可以通過(guò)增加副線(xiàn)路，修改絕緣電阻的邏輯失誤，重視在檢查維修中質(zhì)量問(wèn)題，對(duì)待出現(xiàn)故障的線(xiàn)路，及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)，不要等到時(shí)態(tài)繼續(xù)惡化。操作人員要正確應(yīng)用保護(hù)系統(tǒng)的操作過(guò)程，明確操作步驟，不斷學(xué)習(xí)系統(tǒng)的理論電力學(xué)知識(shí)。對(duì)于不同類(lèi)型的絕緣電阻采取特定的管理方法，使其發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)待可疑數(shù)據(jù)要保持高度的警惕性，不斷轉(zhuǎn)換思維，學(xué)會(huì)利用值域和特殊值去快速檢驗(yàn)其供電過(guò)程中發(fā)生的問(wèn)題。

4.4 合理設(shè)置實(shí)驗(yàn)梯度

實(shí)驗(yàn)人員要通過(guò)濕熱環(huán)境的周期，確定電子產(chǎn)品在高濕度的條件下運(yùn)輸儲(chǔ)藏時(shí)的適用性，利用吸附和擴(kuò)散作用的數(shù)值，綜合物質(zhì)的表面性能，檢驗(yàn)強(qiáng)度降低幅度及主要機(jī)械性。按照國(guó)標(biāo)GB/T 2423.4—2008合理設(shè)置溫度梯度，將溫度設(shè)置為30℃、40℃，將濕度劃分為85%和95%，按照恒定的濕熱等級(jí)，以正交實(shí)驗(yàn)為標(biāo)準(zhǔn)分為四組。在濕熱的環(huán)境下預(yù)處理24h，根據(jù)具體情況進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)的調(diào)整，然后將樣品放入到實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)，維持整體電子元件均勻受熱。設(shè)置濕度在平衡范圍內(nèi)變化，以避免冷凝現(xiàn)象的發(fā)生，嚴(yán)格按照相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)整箱內(nèi)溫度達(dá)到實(shí)驗(yàn)等級(jí)開(kāi)始計(jì)算電子元件的穩(wěn)定維持時(shí)間在實(shí)驗(yàn)后應(yīng)將常溫放置0.5h。

5 總結(jié)

恒定濕熱周期對(duì)絕緣電阻的有較大的影響，實(shí)驗(yàn)人員應(yīng)該先減低濕度再降溫避免產(chǎn)生凝露效應(yīng)，通過(guò)樣品的水汽吸附和擴(kuò)散作用，分析絕緣電阻的失效率。按照統(tǒng)一的參考標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)腐蝕過(guò)程中的加速效率，通過(guò)安全準(zhǔn)則避免實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)危險(xiǎn)，在保證絕緣電阻質(zhì)量的同時(shí)，提高企業(yè)在生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中的經(jīng)濟(jì)效益。