淺談電氣設備的耐壓試驗

萬艷 崔東寧 徐小林 邱心濤 趙龍濤

摘 要：為分析耐壓試驗中相關參數對試驗結果的影響，本文主要從耐壓試驗的分類和特點，以及不同應用領域的電子電氣產品耐壓試驗的試驗電壓的確定、試驗時間的設置等方面，進行了一定的對比分析。分析表明在耐壓試驗過程中，試驗的電壓類型、試驗電壓的值確定、試驗電壓上升時間、試驗電壓持續時間以及跳閘電流等對試驗結果的準確性都有著重要的影響。不僅便于消費者對電子電氣設備的耐壓試驗有更深入的了解，而且有利于相關產品的檢測人員更好地開展檢測工作。

關鍵詞： 電子電氣設備，耐壓試驗，試驗時間，擊穿

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.17.027

Discussion on Withstand Voltage Test of Electrical Equipment

WAN Yan1* CUI Dong-ning1 XU Xiao-lin2 QIU Xin-tao2 ZHAO Long-tao1

（1.Qingdao Product Quality Inspection Technology Research Institute； 2.Qingdao Product Quality Testing Research Institute）

Abstract： In order to analyze the infl uence of relevant parameters on the results in voltage withstand test， the paper mainly compares and analyzes aspects including the classification and characteristics of withstand voltage tests， as well as the determination of test voltage and the setting of test time for electronic and electrical products in different application fi elds. The paper shows that factors such as the test voltage type， test voltage value determination， test voltage rise time， test voltage duration and the trip current， have important effects on the accuracy of the test results. The paper not only facilitates the consumer to have a better understanding of withstand voltage test of electrical and electronic equipment， but also helps inspectors to better carry out tests of relevant products.

Keywords： electrical and electronic equipment， withstand voltage test， test time， breakdown

0 引 言

電氣設備作為人們日常生活中不可或缺的一部分，被應用于各行各業，這些產品的安全問題也日益受到人們的關注。由于使用場所的溫度、電場、機械環境等因素的影響，用電設備在長時間運行后，其絕緣性能會產生一定的劣化，從而產生人身傷害、經濟損失的隱患。耐壓試驗是檢驗用電設備，如家用電器、醫用電氣設備、電機、供電設備等承受過電壓能力的主要方法。通過此試驗能夠發現用電設備絕緣的局部缺陷、受潮及老化，以便及時排除安全隱患，保護使用者的安全。

1 耐壓試驗的分類及特點

耐壓試驗按試驗電壓類型不同，可分為以下兩種：

一種是給被試設備施加工頻電壓，簡稱為交流耐壓試驗。從介質損失的角度看，交流電壓試驗更容易發生熱擊穿，可以分散絕緣缺陷及絕緣老化的弱點，同時，對絕緣的破壞性要大一些。基于交流電壓的特點，交流電壓試驗可以從兩個極性分別施加電壓，這對于交流電源供電的設備來說更接近于實際使用狀態。不足之處，試驗設備的容量比較大，體積也相對較大。

另一種是給被試設備施加直流電壓，簡稱為直流耐壓試驗。其試驗電壓高，不僅能高效地發現絕緣的整體缺陷，還能通過伏安特性曲線發現端部絕緣缺陷。由于絕緣在直流電壓下產生的介質損耗可以忽略不計，所以直流電壓試驗對絕緣的破壞性相對較小。另外，較之交流耐壓試驗設備，直流耐壓試驗設備具有容量小、體積小、便于攜帶的優點。

不同產品標準對試驗電壓類型的規定有所不同。GB 4706.1-2005[1]中明確規定須采用50 Hz或60 Hz的正弦波電壓進行試驗。GB 4793.1-2007[2]中規定可以選擇交流電壓試驗，或為了避免容性電流，可以選擇直流電壓試驗。GB/T 12350-2022[3]中要求采用50 Hz的正弦波電壓試驗，特別說明針對帶控制器的電動機和被試絕緣上跨接有電容器的情況下，也可采用等于交流電壓值的1.414倍的直流電壓進行試驗。在軌道交通領域的電氣設備，常用的標準GB/T 25119-2021[4]和GB/T 21413.1-2018[5]中優先采用50 Hz的交流電壓進行試驗，在某些特殊情況下也可采用直流電壓試驗，但是電壓值要等于交流電壓峰值。

2 試驗電壓值的確定

從我國發布的相關標準來看，耐壓試驗的試驗電壓值大多是根據產品的絕緣防護類型，即我們常說的基本絕緣、附加絕緣、加強絕緣來確定。但是不同的產品其試驗電壓值的確定方法又存在著不同。比如：針對家用電器產品的標準GB 4706.1-2005中規定，耐壓試驗的試驗電壓值直接由設備額定電壓和工作電壓以及防護絕緣類型來確定。針對測量、控制設備的通用標準GB 4793.1-2007確定試驗電壓值的方法相對比較復雜。步驟如下：第1步，確定基本絕緣的電氣間隙限值。由被試設備的額定工作電壓、污染等級、材料組別CTI，查表4確定該設備基本絕緣的電氣間隙限值。第2步，計算修正后的電氣間隙限值，依據被試設備明示的工作海拔高度查表3，得知對應電氣間隙的倍增系數，計算得出修正后的電氣間隙限值。第3步，查找基本絕緣試驗電壓，由第2步得到的修正后的電氣間隙值在GB 4793.1-2007表9中可以直接查到基本絕緣對應的試驗電壓值。第4步，計算加強絕緣試驗電壓，即加強絕緣試驗電壓為第3步得到的基本絕緣試驗電壓的1.6倍。

而廣泛應用于軌道交通領域的標準有兩個，分別為GB/T 25119-2021和GB/T 21413.1-2018，這兩個標準對耐壓試驗的電壓值的確定也有著不同方法。其中GB/T 25119是針對安裝于軌道交通車輛上的控制、供電等的電子設備的要求，標準中試驗電壓的決定性因素卻不是絕緣防護類型，而是被試設備的標稱輸入電壓的大小。標準中將標稱輸入電壓分為三段，每一段對應一個固定的試驗電壓值。而GB/T 21413.1-2018主要是針對軌道交通機車的主、輔電路及控制電路等要求，它規定耐壓試驗的試驗電壓取決于制造商規定的額定沖擊電壓值或額定絕緣電壓值。

由此可見，不同的電氣設備，由于應用的領域不同、使用條件不同、絕緣介質的結構等不同，耐壓試驗電壓值的確定方法也各不相同。即使相同應用領域，不同的規模的產品電壓值的確定方法也不同。

3 試驗時間的設定

3.1 試驗電壓上升時間

試驗電壓的施加過程也是保證試驗結果的關鍵參數，這個電壓的上升時間，不能過快，過快會產生過大的沖擊電壓，出現過電壓現象；當然也不能太慢，過慢會延長被試驗設備承受高電壓的時間。因此，規定一個合理的試驗電壓上升時間是非常必要的。不同的標準對此參數的描述又存在差異。

針對家用電器產品，GB 4706.1-2005中只要求按GB/T 17627.1規定進行試驗，對試驗電壓上升時間并未作詳細的規定。而IECEE秘書處針對IEC標準發布了通用的CTL決議，明確了耐壓試驗電壓的上升速度。決議規定必須采用以下測試程序：“以不超過規定電壓的一半作為試驗初始電壓，然后迅速升高到最大值。”。這一規定實際上是對標準GB/T 17627.1中規定的“防止過電壓的影響，應從相當低的數值開始，緩慢升高電壓。施加超過75%試驗電壓后，以每秒約5%的試驗電壓的速率升壓”進行了一定的補充，但也未明確從初始電壓到規定試驗電壓的上升時間。對測量、控制和實驗室用電氣設備，GB 4793.1-2007則要求在5 s或5 s內逐漸升高至試驗電壓值。《小功率電動機的安全要求》標準要求相對完善，不僅規定了初始試驗電壓，還明示了試驗電壓的上升時間應不少于10 s。而GB/T 21413.1-2018中則要求，試驗電壓要在10 s內達到規定值。

3.2 試驗電壓的持續時間

由于設備的使用環境和結構等因素的影響，試驗電壓的持續時間也不相同。油浸板電工板的擊穿電壓與電壓持續時間的關系如圖1所示。

耐壓試驗造成的擊穿形式主要分三種：電擊穿、熱擊穿和電化學擊穿。其中，電擊穿與電壓的作用時間基本無關。而熱擊穿作用時間相對較長，從幾分鐘至幾十小時不等。而電化學擊穿則需要幾十小時甚至數年。而本研究為了提高耐壓試驗效率，選取了一個最合理的試驗時間。由圖1可見，加壓1 min時，即可發現大多數的擊穿現象。因此大多數的設備的試驗電壓持續時間均規定為1 min。而也有部分標準中對此時間有特殊的要求，如GB 4793.1-2007標準中就規定試驗電壓保持5 s。

需要說明的是，試驗電壓上升時間是不包含在試驗電壓持續時間中的，而往往有些檢驗人員將升壓時間算在試驗電壓持續時間內，這明顯縮短了試驗電壓對絕緣介質的作用時間，從而影響了試驗結果準確性。當然，有些標準中，未明確規定耐壓試驗電壓的上升時間，如GB/T 25119-2021要求試驗人員有一定的經驗合理設置試驗電壓的上升時間，并在試驗過程中詳細準確地記錄試驗的初始電壓、試驗電壓的上升時間和持續時間，確保試驗結果的可追溯性。

4 跳閘電流的設置及要求

當絕緣承受耐壓試驗過程中，經過絕緣的電流和施加在絕緣上的電壓值大致呈線性遞增關系。隨著電壓的增大和加壓時間的增加，絕緣介質性能的逐漸劣化，通過介質的電流與電壓值將不再滿足歐姆定律，直至絕緣性能完全失效，此時漏電流值會突然增大，會對試驗設備造成過流沖擊，保險絲燒斷。IEC標準體系中規定了試驗設備電流的最大限值，如等同采用IEC標準的GB 4706.1-2015就要求試驗設備跳閘電流不小于100 mA， 短路電流至少為200 mA；GB 12350-2022中明確要求跳閘電流不大于10 mA，這樣可以對試驗設備起到一定的保護作用。但是，標準中卻未對耐壓試驗的漏電流值作出明確的量化值要求，因此無法從漏電流的量值上考核被試設備的絕緣是否失效，發生擊穿。只能通過在試驗中絕緣失效瞬時產生很大的漏電流（此電流遠遠大于100 mA），這個漏電流觸發過流裝置動作，試驗設備報警，此時就認為絕緣介質發生了擊穿現象。

由此可見，這個跳閘電流的設置還是對結果有一定影響的。其設置過大，損壞樣品和試驗設備；設置過小，過流裝置會過早動作，造成誤判。因此，在采用軌道交通領域常用標準GB/T 25119-2021和GB/T 21413.1-2018這些未明示試驗設備跳閘電流的標準時，就需要檢驗人員根據產品的特點、使用環境等條件綜合考慮，設置合理的跳閘電流值，以得到更為真實有效的結果。

5 結 語

綜上所述，在電氣設備的耐壓試驗過程中，試驗的電壓類型、試驗電壓的值確定、試驗電壓上升時間以及試驗電壓持續時間對試驗結果的準確性都有著重要的影響。因此，在試驗中應充分考慮被試設備的產品特點、性能，以及使用環境、實際使用狀態等因素準確選擇試驗方法，才能保證試驗結果的有效性和準確性。

參考文獻

[1]全國家用電器標準化技術委員會.家用和類似用途電器的安全 第1部分：通用要求：GB 4706.1-2005 [S].北京：中國標準出版社，2005

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[5]全國牽引電氣設備與系統標準化技術委員會.軌道交通 機車車輛電氣設備 第1部分：一般使用條件和通用規則：GB/T 21413.1-2018[S] .北京：中國標準出版社，2018.

作者簡介

萬艷，本科，工程師，研究方向為軌道交通產品、電子電氣產品的檢測及認證管理。

崔東寧，碩士，工程師，研究方向為充電樁產品、電子電氣產品的檢測。

徐小林，碩士，工程師，研究方向為軌道交通、電子電氣產品的檢測。

邱心濤，碩士，高級工程師，研究方向為動力電池及電子電氣產品的檢測。

趙龍濤，碩士，高級工程師，研究方向為動力電池及電子電氣產品的檢測。

（責任編輯：袁文靜）