電氣安全性能的測(cè)量?jī)x器

隨著當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，各種電器、電子設(shè)備全面進(jìn)入社會(huì)生活各個(gè)領(lǐng)域，成為社會(huì)文明進(jìn)步的重要標(biāo)志。在我國，人民生活水平不斷提高，對(duì)家用電器的需求量越來越大。各類電器、電子設(shè)備在全國城鄉(xiāng)和到迅速普及，給生產(chǎn)帶來極大方便。但各類電器、電子設(shè)備的廣泛使用，由此帶來的人身事故也大為增加。給生命財(cái)產(chǎn)帶來危害，觸電傷亡和電氣火災(zāi)是常見例子。因此，電器、電子設(shè)備的使用安全性這一重要問題，成為決定產(chǎn)品質(zhì)量的各要素中躍居首要地位，安全標(biāo)準(zhǔn)成為最重要的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一。

防觸電氣是所有安全標(biāo)準(zhǔn)中最基本也是最重要的內(nèi)容，通常列為產(chǎn)品安全的首項(xiàng)。電氣安全性能試驗(yàn)項(xiàng)目包括：耐電壓試驗(yàn)、泄漏電流試驗(yàn)、絕緣電阻、和接地電阻試驗(yàn)。70年代末期起，各種專用于各類電子、電氣器產(chǎn)品電氣安全性能試驗(yàn)的儀器迅速發(fā)展，形成了一個(gè)嶄新的電子儀器門類。

電氣安全性能試驗(yàn)儀器的發(fā)展是貫徹國際國內(nèi)安全標(biāo)準(zhǔn)的必然結(jié)果。自IEC65號(hào)公告《電網(wǎng)電源供電的家用和類似一般用途的電子及有關(guān)設(shè)備的安全要求》于1952年首次頒布并經(jīng)五版、七次修訂以來，全球范圍內(nèi)已形成IEC安全標(biāo)準(zhǔn)和美國UL安全標(biāo)準(zhǔn)兩大體系。我國自70年代末期開始制訂各類安全標(biāo)準(zhǔn)。80年代迅速形成了采用或等效采用IEC安全標(biāo)準(zhǔn)的國家標(biāo)準(zhǔn)體系。電氣安全性能試驗(yàn)在電子測(cè)量?jī)x器、廣播收音機(jī)、電視機(jī)、各種音頻、視頻設(shè)備及家電產(chǎn)品、低壓電器等電子、電器產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、定型、質(zhì)量認(rèn)證、創(chuàng)優(yōu)及進(jìn)出口等各項(xiàng)工作中，首先成為必須、大量、經(jīng)常進(jìn)行的重要項(xiàng)目，隨之產(chǎn)生的專用測(cè)試儀器的需求，使得電氣安全性能試驗(yàn)儀器具有深厚的展基礎(chǔ)和廣闊的市場(chǎng)。

電氣安全性能試驗(yàn)儀器技術(shù)指標(biāo)完全取決于安全標(biāo)準(zhǔn)的要求和規(guī)定，測(cè)試對(duì)象除各類電子產(chǎn)品外，遍及一切電網(wǎng)供電或由指定的額定交直流供電的低壓電器設(shè)備，這是電氣安全性能試驗(yàn)儀器區(qū)別所有各類電子測(cè)量?jī)x器的特點(diǎn)。因此，儀器的發(fā)展依賴于安全標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展

下面，簡(jiǎn)單地介紹一下電氣安全性能試驗(yàn)儀器---耐電壓測(cè)試儀、泄漏電流測(cè)試儀、絕緣電阻測(cè)試儀、和接地電阻測(cè)試儀。

一. 耐壓測(cè)試儀

耐電壓強(qiáng)度也可稱耐壓強(qiáng)度、介電強(qiáng)度、介質(zhì)強(qiáng)度。絕緣物質(zhì)所能承受而不致遭到破壞的最高電場(chǎng)強(qiáng)度稱耐電壓強(qiáng)度。在試驗(yàn)中，被測(cè)樣品在要求的試驗(yàn)電壓作用之下達(dá)到規(guī)定的時(shí)間時(shí)，耐壓測(cè)試儀自動(dòng)或被動(dòng)切斷試驗(yàn)電壓。一旦出現(xiàn)擊穿電流超過設(shè)定的擊穿（保護(hù)）電流，能夠自動(dòng)切斷試驗(yàn)電壓并發(fā)出聲光報(bào)警。以確保被測(cè)樣品不致?lián)p壞。它主要達(dá)到如下目的：

i. 檢測(cè)絕緣耐壓受工作電壓或過電壓的能力。

ii. 檢查電氣設(shè)備絕緣制造或檢修質(zhì)量。

iii. 排除因原材料、加工或運(yùn)輸對(duì)絕緣的損傷，降低產(chǎn)品早期失效率。

iv. 檢驗(yàn)絕緣的電氣間隙和爬電距離。

耐壓測(cè)試儀是測(cè)量各種電器裝置、絕緣材料和絕緣結(jié)構(gòu)的耐電壓能力的儀器，該儀器能調(diào)整輸出需要的交流（或直流）試驗(yàn)電壓和設(shè)定擊穿（保護(hù)）電流。在試驗(yàn)中，樣品在要求的試驗(yàn)電壓作用之下達(dá)到規(guī)定時(shí)間時(shí)，耐電壓測(cè)試儀自動(dòng)或被動(dòng)切斷試驗(yàn)電壓；一旦出現(xiàn)擊穿，電流超過設(shè)定擊穿（保護(hù)）電流，能夠自動(dòng)切斷輸出并同時(shí)報(bào)警，以確定樣品能否承受規(guī)定的絕緣強(qiáng)度試驗(yàn)。它可以直觀、準(zhǔn)確、快速、可靠地測(cè)試各種被測(cè)對(duì)象的受電壓、擊穿電壓、漏電流等電氣安全性能指標(biāo)，并能在IEC或國家安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試條件下，進(jìn)行工頻和直流以及電涌、沖擊波等不同形式的介電性能試驗(yàn)。在國內(nèi)外，此類儀器還有耐壓測(cè)試儀、介質(zhì)擊穿裝置、耐壓試驗(yàn)器、電涌絕緣測(cè)試儀、高壓試驗(yàn)器等不同的名稱。

耐壓測(cè)試儀的雛形---高壓試驗(yàn)器的歷史可以追溯到很久以前，但真正形成專門的基本安全試驗(yàn)儀器門類則是70年代后期，世界范圍內(nèi)大力推廣安全標(biāo)準(zhǔn)之后。50年代中期，初具定時(shí)控制及漏電流測(cè)試功能的典型產(chǎn)品如前蘇聯(lián)的UPU-1型介質(zhì)擊穿試驗(yàn)器，為全電子管電路，且量程單一，主要用于測(cè)試電工絕緣材料的抗電強(qiáng)度。70年代后期，隨著IEC65號(hào)公告的發(fā)布，日本菊水(KIKUSUI)公司發(fā)展了TOS8000系列耐壓測(cè)試儀，采用晶體管及集成電路，技術(shù)文件明確表明其產(chǎn)品以滿足IEC、JIS、UL等安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為目的。80年代初，IEC664(1980)號(hào)公告首次頒布進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)脈沖波耐壓試驗(yàn)的新規(guī)定，瑞士HAEFELY公司立即發(fā)展了P12型沖擊`波耐壓測(cè)試儀。由此可見，基本安全試驗(yàn)儀器的發(fā)展與安全標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展同步且不可分割。

整個(gè)60年代是我國耐壓測(cè)試儀的初創(chuàng)時(shí)期。由于受技術(shù)、工藝、元器件等各種因素的限制，產(chǎn)品品種少，精度低，自身安全性能差，從廠家自我武裝用以進(jìn)行產(chǎn)品或零部件耐壓試驗(yàn)的簡(jiǎn)易試驗(yàn)器起步，少數(shù)品種經(jīng)進(jìn)一步完善后形成了商品。代表產(chǎn)品是JC-4介質(zhì)擊穿裝置，但70年代耐壓測(cè)試儀的研制和生產(chǎn)一直停滯不前，1970年JC-4竟成為市場(chǎng)上唯一的耐壓儀型號(hào)。

我國耐壓測(cè)試儀轉(zhuǎn)入大批量生產(chǎn)而形成安全試驗(yàn)儀器新門類始于80年代初。在各類國家安全標(biāo)準(zhǔn)全面制訂并強(qiáng)制執(zhí)行的大背景下，生產(chǎn)廠家迅速推出大批型號(hào)各異的新產(chǎn)品。現(xiàn)在，我國已形成的安全耐壓試驗(yàn)儀器技術(shù)指標(biāo)基本與國外相當(dāng)。

二、絕緣電阻測(cè)試儀

絕緣電阻測(cè)試儀是用來測(cè)量絕緣電阻大小的儀器。

絕緣電阻是指用絕緣材料隔開的兩部分導(dǎo)體之間的電阻稱絕緣電阻。

為了保證電氣設(shè)備運(yùn)行的安全，應(yīng)對(duì)其不同極性（不同相）的導(dǎo)電體之間，或?qū)щ婓w與外殼之間的絕緣電阻提出一個(gè)最低要求。例如，家用和類似用途電器規(guī)定：基本絕緣為2MW；加強(qiáng)絕緣為7MW。

影響絕緣電阻測(cè)量值的因素有：溫度、濕度、測(cè)量電壓及作用時(shí)間、繞組中殘存電荷和絕緣的表面狀況等。

通過測(cè)量電氣設(shè)備的絕緣電阻，可以達(dá)到如下目的：

a. 了解絕緣結(jié)構(gòu)的絕緣性能。由優(yōu)質(zhì)絕緣材料組成的合理的絕緣結(jié)構(gòu)（或用絕緣系統(tǒng)）應(yīng)具有良好的絕緣性能和較高的絕緣電阻；

b. 了解電器產(chǎn)品絕緣處理質(zhì)量。電器產(chǎn)品絕緣處理不佳，其絕緣性能將明顯下降；

c. 了解絕緣受潮及受污染情況，當(dāng)電氣設(shè)備的絕緣受潮及受污染后，其絕緣電阻通常會(huì)明顯下降；

d. 檢驗(yàn)絕緣是否承受耐電壓試驗(yàn)。若在電氣設(shè)備的絕緣電阻低于某一限值時(shí)進(jìn)行耐電壓測(cè)試，將會(huì)產(chǎn)生較大的試驗(yàn)電流，造成熱擊穿而損壞電氣設(shè)備的絕緣。因此，通常各式各樣試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)均規(guī)定在耐電壓試驗(yàn)前，先測(cè)量絕緣電阻。

三、泄漏電流測(cè)試儀

泄漏電流是指在沒有故障施加電壓的情況下，電氣中帶相互絕緣的金屬零件之間，或帶電零件與接地零件之間，通過其周圍介質(zhì)或絕緣表面所形成的電流稱為泄漏電流。按照美國UL標(biāo)準(zhǔn)，泄漏電流是包括電容耦合電流在內(nèi)的，能從家用電器可觸及部分傳導(dǎo)的電流。泄漏電流包括兩部分，一部分是通過絕緣電阻的傳導(dǎo)電流I1；另一部分是通過分布電容的位移電流I2，后者容抗為XC=1/2pfc與電源頻率成反比，分布電容電流隨頻率升高而增加，所以泄漏電流隨電源頻率升高而增加。例如：用可控硅供電，其諧波分量使泄漏電流增大。

若考核的是一個(gè)電路或一個(gè)系統(tǒng)的絕緣性能，則這個(gè)電流除了包括所有通過絕緣物質(zhì)而流入大地（或電路外可導(dǎo)電部分）的電流外，還應(yīng)包括通過電路或系統(tǒng)中的電容性器件（分布電容可視為電容性器件）而流入大地的電流。較長(zhǎng)布線會(huì)形成較大的分布容量，增大泄漏電流，這一點(diǎn)在不接地的系統(tǒng)中應(yīng)特別引起注意。

測(cè)量泄漏電流的原理測(cè)量與絕緣電阻基本相同，測(cè)量絕緣電阻實(shí)際上也是一種泄漏電流，只不過是以電阻形式表示出來的。不過正規(guī)測(cè)量泄漏電流施加的是交流電壓，因而，在泄漏電流的成分中包含了容性分量的電流。

在進(jìn)行耐壓測(cè)試時(shí)，為了保護(hù)試驗(yàn)設(shè)備和按規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)測(cè)試，也需要確定一個(gè)在不破壞被測(cè)設(shè)備（絕緣材料）的最高電場(chǎng)強(qiáng)度下允許流經(jīng)被測(cè)設(shè)備（絕緣材料）最大電流值，這個(gè)電流通常也稱為泄漏電流，但這個(gè)要領(lǐng)只是在上述特定場(chǎng)合下使用。請(qǐng)注意區(qū)別。

泄漏電流實(shí)際上就是電氣線路或設(shè)備在沒有故障和施加電壓的作用下，流經(jīng)絕緣部分的電流。因此，它是衡量電器絕緣性好壞的重要標(biāo)志之一，敢是產(chǎn)品安全性能的主要指標(biāo)。

將泄漏電流限制在一個(gè)很小值，這對(duì)提高產(chǎn)品安全性能具有重要作用。

泄漏電流測(cè)試儀用于測(cè)量電器的工作電源（或其他電源）通過絕緣或分布參數(shù)阻抗產(chǎn)生的與工作無關(guān)的泄漏電流，其輸入阻抗模擬人體的阻抗。

泄漏電流測(cè)試儀主要由阻抗變換、量程轉(zhuǎn)換、交直流變換、放大、指示裝置等組成。有的還具有過流保護(hù)、聲光報(bào)警電路和試驗(yàn)電壓調(diào)節(jié)裝置，其指示裝置分模擬式和數(shù)字式兩種。

四、接地電阻

"接地電阻"這個(gè)名詞是個(gè)定義并不十分明確的詞。在有些標(biāo)準(zhǔn)中（如家用電器的安全標(biāo)準(zhǔn)中），它是指設(shè)備內(nèi)部的接地電阻，而在有些標(biāo)準(zhǔn)中（如接地設(shè)計(jì)規(guī)范中），它是指整個(gè)接地裝置的電阻。我們所講的是指設(shè)備內(nèi)部的接地電阻，也就是一般產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)中所說的接地電阻（也有叫做接地阻抗的），它所反映的是設(shè)備的各處外露可導(dǎo)電部分與設(shè)備的總接地端子之間的電阻。一般標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定這個(gè)電阻不得大于0.1W。

接地電阻是指用電器的絕緣一旦失效時(shí)，電器外殼等易觸及金屬部件可能帶電，需要有可靠的接地保護(hù)電器的使用者的安全，接地電阻是衡量電器接地保護(hù)可靠的重要指標(biāo)。

接地電阻測(cè)試儀接地電阻可用接地電阻測(cè)試儀來測(cè)量。由于接地電阻很小，正常一般在幾十毫歐姆，因此，必須采用四端測(cè)量才能消除接觸電阻，得到準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。接地電阻測(cè)試儀是由測(cè)試電源、測(cè)試電路、指示器和報(bào)警電路組成。測(cè)試電源產(chǎn)生25A（或10A）的交流測(cè)試電流，測(cè)試電路將被測(cè)電器取得的電壓訊號(hào)通過放大、轉(zhuǎn)換，由指示器顯示，若所測(cè)接地電阻大于報(bào)警值（0.1W或0.2W），儀器發(fā)出聲光報(bào)警。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種安全標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善。電氣安全測(cè)試儀器門類也隨著發(fā)展更新，耐壓測(cè)試儀從工頻交流，直流，發(fā)展到標(biāo)準(zhǔn)波沖擊耐壓儀；泄漏電流測(cè)試儀從平均值整流發(fā)展到真有效值整流……等，使電氣安全測(cè)試技術(shù)發(fā)展一個(gè)新水平，更好地提高人民生活水平。