电子产品电气强度试验分析

1 电气强度试验

电气绝缘的强度耐压仪试验的原理是使用耐压仪在电极绝缘 端间施加一定的高压(具体的试验施加电压和时间根据不同试验产 品的标准要求有不同的规定),旨在充分考核电极绝缘的稳定性和 抗电击穿的能力。电极绝缘的击穿强度试验意味着放电wan全桥接 绝缘时在电应力的作用下电极发生的绝缘短路失效,电极间的电压 降至零,形成电极绝缘强度短路,存在极大的触电危险。

2 固体绝缘特性

如今随着电子产品的体积和尺寸越做越小,固体的绝缘逐渐替代了空气中的绝缘。由于其在固体空气中绝缘的稳定性和抗 电击穿的能力远高于普通空气,在我们设计固体绝缘系统时反而很容易被系统设计者忽略。在固体绝缘系统中,电极与固体绝缘 间、不同的绝缘层间都可能存在巨大的缝隙,或者固体绝缘材料本 身就可能存在微小的气隙。在这些巨大的缝隙或微小气隙中,即使 电压小于击穿电压的水平,仍然有可能使电极发生局部放电,影响 系统固体绝缘的寿命。

固体电气绝缘可靠性是一种不可恢复的固体绝缘可靠性 介质。在同一固体的绝缘被抗压和电击穿后,其绝缘抗压和电击穿 能力的可靠性会显著地下降。因此,同一固体绝缘材料被抗压和电 击穿后,再恢复进行固体电气的强度可靠性试验的任何方法和结果 均不获得国际认可。由于诸如:电应力、热应力等许多不利因素,会 在相应的固体电气绝缘上逐渐地累积,最终可能导致固体绝缘老 化,很难验证和确定相应的固体电气绝缘的性能和使用寿命。另 外,固体绝缘的电场作用厚度也与各类失效的机理之间存在复杂的 关联性,当固体绝缘厚度的减小或电场作用强度的增加,失效的风 险也随之增加和上升,很难帮助计算和确定固体电气绝缘的厚度可 靠性要求。最终,只能通过固体电气的强度可靠性试验的方法来帮 助验证和确定固体绝缘的厚度可靠性。

3 各种应力影响

绝缘的强度和电气间隙直接影响试验电气的强度和试验的结 果,而试验中的电气绝缘和间隙的强度受应力条件影响的程度很 大,容易直接造成安规距离的减小从而产生的静电击穿。

电压对应力的直接影响:例如当交流供电电路设备长期在交流 电中压下运行时,绝缘上就有可能会暴露有极小的几种漏液和电 流,加上管子电路中某些主要电子电路元器件也有可能同时直接泄 漏了极微量的几种电解质,二者逐渐就会发生导电混合从而导致出 现一个新的导电泄漏路径(有时也被俗称为泄漏电流源短路或电流起痕)。

热应力的影响:所有的物质都必须具有热胀冷缩的流体力学特 性。过冷会导致使用的防水设备和防尘件的wei缩,水分和空气中的 灰尘会直接进入防水设备。而长期使用对热应力的影响更深远, 如:介电损耗内应力的消除从而造成材料和机械的变形、热塑性材 料的软化、塑化剂的迁移从而造成交联材料的脆裂、超过交联材料 玻璃化过程所转变的温度从而软化交联的材料、介电损耗内应力 增大从而造成热不稳定和介电损坏、高温时内应力梯度增大而造 成的机械故障等。

机械运动应力的直接影响:绝缘材料设备本身由于不具备具有 足够的绝缘强度以及抗压和受到外部机械运动应力较大冲击的绝 缘强度和适应能力,造成了一些绝缘材料的异常脱层、断裂、损坏。

化学介质应力的影响:对化学物质的应力会直接改变化学介质原有的结构和其化学应力特性。

湿度对绝缘应力的直接影响:由于室内水蒸气的排放湿度过高 会直接严重影响绝缘材料的内部绝缘应力阻抗,加剧了对材料绝缘 表面的空气污染,发生严重的材料腐蚀和其材料外形的塑性变化。 对于某些绝缘材料,高温的湿度直接就可能会大大降低其中的绝缘 体对抗压和电击穿的防御能力。

电压对击穿频率的影响:固体绝缘介质的发热及热不稳定性与 击穿电压的频率影响成正比。gb/t1408.1 标准试验表明,厚度 3mm 的固体绝缘在 50hz 电压条件下承受的击穿电场的强度为大约 10kV/mm~40kV/mm，电压频率的升高会显著地降低多数固体绝缘 材料的抗电击穿的能力。

此外,还存在一些影响较小的其他因素。

紫外线辐射和电离辐射。

暴露于有机金属化学品的溶剂或活性的有机金属化学品活性 溶剂中,造成的弹性应力缩缝裂纹或弹性应力裂缝断裂。

细菌、霉菌或菌类的作用。

机械塑性变形。

在多种工作环境和不同应力的相互影响下,绝缘保护设备的静 电抗压和抗静电击穿的防御能力将来都会大大程度下降。因此,电 气元件绝缘测试强度的模拟试验经常严格地按照要求工业电气绝 缘测试试验设备在其电气绝缘强度常态、热态、潮态等多种电气绝 缘强度条件下必须同时配合进行,以图准确地实时模拟最严酷的工 业电气测试现实情况。

4 试验误判原因

电气强度的试验主要是使用耐压仪,施加耐压试验绝缘电压在 回路绝缘端间,同时还要监测耐压仪回路的绝缘电流。同时当耐压 仪回路电流的阈值增大并超过耐压仪设定的阈值后,耐压仪自动报 警表示耐压仪的绝缘回路被击穿。因此,耐压仪检测器性能的高低 和耐压仪检测员的经验多寡,将直接影响电气强度试验结果的判 定。以下简要介绍了几种常见的电气强度试验结果误判案例。

误判案例1：二次/多次试验电气绝缘强度判定二次试验是一种 高压绝缘强度试验,对电气绝缘设备有很大的损伤。如果再次使用 过高的电压进行二次试验后,再次将电压降低到正确的电压进行考 核,即使二次试验的结果再次失败也不一定可以继续进行绝缘强度 判定。因为电气绝缘已经严重受损,不可以再次继续进行考核,应 当及时更换全新的设备重新进行二次试验。

误判原因案例 2:放电强度保护等压敏器件短路响应防雷放电 保护等压敏器件在设备进行有关电气响应强度的试验工作时会经 常出现主动短路放电,使得设备后级的电路不受过压敏器件的 冲击。由于压敏器件短路响应防雷放电的现象与传统的静电击穿 非常相似,容易产生误判。当压敏器件遇到响应击穿的电压始终保 持是固定的数值时(也就是压敏保护器件遇到响应击穿电压的数值 是否大于固定值),应充分引起用户的注意,拆机前应先检查压敏器 件是否安装有响应压敏保护器件,如有则开路它们再进行电气强度 试验。

误判原因案例 3:耐压仪短路输出电流容量的不足导致耐压仪 的回路输出电流小,无法及时达到报警的阈值,容易产生误判。因 此,许多家用电子产品的标准都明确规定了耐压仪进行短路报警时 输出的电流至少必须要能够达到200ma,保证其短路输出电流容量 的足够才能进行报警试验。

5 结语

电气绝缘强度的试验主要是考核电气绝缘的稳定性和抗电击 穿的能力,是各类电子产品的安规强度测试过程中的重要绝缘强度 试验考核项目之一。熟练掌握其绝缘强度试验的原理和其判定的方法,是我们保证强度测试的结果客观和准确性的根本。