您的耐压测试仪(Hipot)安全吗? 电气安规测试的十个为什么?（1）

　　耐压(Withstanding)、绝缘(Insulation Resistor)、接地电阻(Ground Bond)是电气安规测试仪的测试功能，其中的耐压测试是用电设备出厂前的必测项目，虽然这些测试应用广泛，但是许多工程师还是存在着一些知其然却不知其所以然的问题，在这份应用白皮书中我们整理了十个最常见的问题，从基本面来探讨这些问题的解答。这十个问题分别是：

　　1、耐压测试的电压要设置多少? 为何耐压测试的电压比工作电压高那么多?

　　2、为何有三种测试波形?

　　3、测试时间要设定多久?

　　4、耐压仪器的容量如何选择?

　　5、绝缘体及绝缘崩溃的定义?

　　6、按照绝缘崩溃的定义，如何避免误判?

　　7、发现电弧ARC、闪络(Flashover)是否意味绝缘已崩溃?

　　8、绝缘电阻与耐压的测试顺序，通过绝缘电阻测试后可以不测耐压吗?

　　9、高压的耐压测试是否会损坏电路中昂贵的芯片?

　　10、接地与导通性量测的差别?

解答：

　1、耐压测试的电压要设置多少? 为何耐压测试的电压比工作电压高那么多?

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　　图一输配电系统示意图

　　(图片授权方式如图下说明)

　　红色是发电设施(包含电厂的发电机组及升压变压器);蓝色是输电设施(采取765、500、345、230及135kV高压传输的目的是为了减少输电线路上的损失);绿色是配电设施;黑色是客户端(大型工厂为特高压用电138、161或230kV;中型工厂为超高压用电26、69kV;小型工厂为高压用电4、11、13、22kV;住家、商家用电为110、120、220、240V)。

　　图二 家用、商用的配电示意图

　　绝缘材料的耐压测试是以材料所处的输配电线位置可能产生的最大瞬变电压为依据，瞬变电压的来源包含雷击、线路中电感性负载切换的感应电压、接地不良、静电放电(ESD)、市电故障排除等，输配电系统每一段的最大瞬变电压皆不相同，以住家、商家的110~240V为例，瞬变电压会达1000伏特(图三)，GE公司在住宅电力在线纪录24小时的瞬变电压结果。

　　图三 瞬变电压

　　我们常见的耐压测试公式：1000V+两倍的工作电压，便是基于图三的研究，绝缘材料须可承受配电位置可能的瞬变电压1000V，而两倍的工作电压是工作电压再加上一个工作电压当余裕度(Margin)以确保用电设施的绝缘是安全无虞的。

　　另一个瞬变电压的线索可以从EN61010-2-030标准的量测类别得知，仪器的量测类别分为CAT II(插座到用电设备一次侧)突波峰值电压2500伏、CAT III(插座到配电盘的无熔丝开关)突波峰值电压4000伏、CAT IV(配电盘到低压配电装置) 突波峰值电压6000伏。

　2、为何有三种测试波形?

　　耐压测试的波形有三种：分别是交流，直流、还有冲击波(Impulse)。

　　使用交流波形测试最为标准单位接受，原因在于交流波形与我们实际的用电环境相同，正半周、负半周皆有测试，对于待测物(DUT)的杂散电容，交流波形没有充放电的议题，这些都是交流波形的优点，但交流波形也有缺点，缺点的部分我们会在第四题中以测试的等效电路来说明，产测时通常以泄漏电流作为合格(Pass)/不合格(Fail)的判断准则，使用直流波形的目的是为了解决交流波形测试的泄漏电流量测误差较大的问题。

　　最后一种波形是冲击波(Impulse)，冲击波(Impulse)是模拟输配电线路上的实际波形样貌，瞬变电压分为脉冲型与震荡型，冲击波(Impulse)模拟雷击等脉冲型瞬变电压，变电、输配电系统中使用的装置，例如：断路器、隔离器，绝缘碍子等便需要用这种波形来测试。

　　总而言之：测试波形是为了还原真实使用环境的波形样貌或解决测试上的议题。

三、测试时间要设定多久?

　　耐压测试分为研发阶段的型式测试(Type test)与量产时的例行性测试(Routine test)， 型式测试在研发阶段从绝缘材料的选用、组成模块到雏型机等阶段都要进行测试，雏型机型式测试的测试时间是60秒，如果是对材料或模块进行余裕度验证(Margin verification)则会进行破坏性实验，测试电压与测试时间皆以实验到材料或模块发生绝缘崩溃为止。

　　例行测试(Routine test)因为考虑产能与测试成本，所以测试时间多半为1~3秒，为了弥补测试时间变短可能无法检出不良品的议题，通常会将测试电压提高10~20%。对于一些不容出错的应用或是对自身质量要求高的厂商，还是会用形式测试的60秒作为例行测试的时间。

　　注意事项：以上的测试时间是指在待测物(DUT)上已建立足够的测试电压为前提。

　　建立足够的测试电压：交流耐压必须考虑从零点启动到建立设定的测试电压所需的时间;直流耐压必须考虑杂散电容与滤波电容的充电时间，电容器的特性是时变的电压会产生电流，电容不允许电压瞬间变化。

　　电容不允许电压瞬间变化，电压的变化从上式(2)中可以看出受到两个变量的影响，第一个变量是充电电流(I charge)、第二个变数是电容值(C)。

　　假设一个线路中充电电流是1uA、杂散电容是0.0025uF，如果我们要在这个电容上建立1500V的电压，带入(2)式后计算得知每1秒的上升电压为400V，要建立一个1500伏特的时间需要花3.75秒，这是物理特性上的限制。

　　所以在测试前最好用LCR表量测一下待测物的等效电容，这样有助于精准的确认所需的上升时间，从这个说明也可以理解到直流耐压测试的一个缺点，就是电容的充电与放电时间会影响产测的测试产能。

　　敬请期待，未完待续!