安規(guī)測試儀器簡介

安規(guī)系列測試儀主要是用來檢測電器產(chǎn)品是否漏電、是否接地良好、會(huì)不會(huì)傷害人身安全的專用測量儀器，主要檢測項(xiàng)目有耐電壓、泄漏電流、絕緣電阻和接地電阻。

一、耐壓測試儀的原理和使用

耐壓測試又稱作高壓測試或介電強(qiáng)度測試，是在產(chǎn)品流程安全測試中用的最多的。它實(shí)際上在每一個(gè)安全標(biāo)準(zhǔn)中都被引用，這一點(diǎn)表明了它的重要性。

1、測試目的

耐壓測試是一種無破壞性的測試，它用來檢測經(jīng)常發(fā)生的瞬態(tài)高壓下產(chǎn)品的絕緣能力是否合格。它在一定時(shí)間內(nèi)施加高壓到被測試設(shè)備以確保設(shè)備的絕緣性能足夠強(qiáng)。進(jìn)行這項(xiàng)測試的另一個(gè)原因是它也可以檢測出儀器的一些缺陷，例如制造過程中出現(xiàn)的爬電距離不足和電氣間隙不夠等問題。

2、儀器原理

最初的耐壓測試儀僅僅是一個(gè)簡單的變壓器和調(diào)壓器，它把市電變?yōu)樗枰臏y試電壓，施加到被測試樣品上。由于市電的波動(dòng)性，人們有時(shí)不得不把輸出電壓調(diào)節(jié)到大于實(shí)際需要值的 20% 的程度，以防止輸入電壓可能的波動(dòng)。同時(shí)，在很多安全標(biāo)準(zhǔn)中都特別要求所使用的耐壓測試儀有 500VA 以上的容量，這是為了保證在樣品有較大的漏電流時(shí)，耐壓測試儀仍然有足夠大的輸出電壓。新型的耐壓測試儀都具有足夠的源電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率，只有一些老的安全標(biāo)準(zhǔn)仍然有這方面的要求。實(shí)際上很多的新標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不再將 500VA 容量列入對(duì)耐壓測試儀的要求。從使用人員的角度來看，耐壓測試儀 500VA 的容量反而是一種對(duì)操作員的威脅。

由于各種測試標(biāo)準(zhǔn)不同、流水線大批量測試及人們對(duì)電器安全性能的認(rèn)識(shí)不斷提高，要求耐壓測試裝置的功能相應(yīng)提高，調(diào)壓器式的耐壓測試儀器的功能有限，采用全電子程控技術(shù)和功率電子技術(shù)的新型耐壓測試儀正在普及。目前，這類耐壓測試儀器主要分為兩種：一種采用單片機(jī)作為監(jiān)控中心、數(shù)字波形合成技術(shù)＋線性功率放大器作為測試源；另一種采用單片機(jī)作為監(jiān)控中心、 SPWM( 正   弦脈寬調(diào)制 ) 脈沖發(fā)生器＋ IGBT( 絕緣柵雙極晶體管 ) 脈沖功率放大器作為測試源。 這種耐壓測試儀的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，抗干擾能力和可靠性取決于整機(jī)的設(shè)計(jì)和電子元件的質(zhì)量，輸出波形失真小，輸出頻率可變 (50Hz/60Hz)'' 輸出電壓調(diào)整范圍寬、控制精度高，在功率范圍內(nèi)的輸出電壓穩(wěn)定，不受負(fù)載變化的影響，測試源輸出功率一般可達(dá)到 500W ，超功率輸出時(shí)儀器能自動(dòng)保護(hù)，輸出電壓設(shè)置在無電壓輸出的情況下進(jìn)行，安全性好，對(duì)被試品有電弧、爬電、閃絡(luò)等絕緣性能方面的潛在隱患的檢測容易實(shí)現(xiàn)，電壓輸出方式可通過軟件滿足多種標(biāo)準(zhǔn)要求，如分段升壓、定時(shí)升壓、定速升壓等，能進(jìn)行擊穿點(diǎn)分析，擊穿保護(hù)速度快，漏電流顯示分辨率可達(dá)納安級(jí)，非常適用于高標(biāo)準(zhǔn)的電器或元器件測試。工作時(shí)對(duì)電網(wǎng)干擾小，儀器的校準(zhǔn)通過按鍵或通信接口進(jìn)行，便于和計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)完成測試統(tǒng)計(jì)、分選工作，可對(duì)被試品連續(xù)進(jìn)行測試。

耐壓測試儀主要是由交（直）流高壓電源，定時(shí)控制器，檢測電路，指示電路和報(bào)警電路組成，基本工作原理是：將被測儀器在耐壓測試儀輸出的試驗(yàn)高電壓下產(chǎn)生的漏電流與預(yù)置的判定電流比較，若檢出的漏電流小于預(yù)設(shè)定值，則儀器通過測試，當(dāng)檢出的漏電電流大于判定電流時(shí)，試驗(yàn)電壓瞬時(shí)切斷并發(fā)出聲光報(bào)警，從而確定被測件的耐壓強(qiáng)度。

耐壓測試儀的技術(shù)指標(biāo)主要包括其輸出交直流電壓和預(yù)設(shè)定切斷電流。模擬指示型的耐壓測試儀通常采用引用誤差的形式表征其電壓最大允許誤差，比如 3 級(jí)的電壓表，表示電壓表的指示值誤差應(yīng)小于其滿量程值的 3% 。對(duì)于數(shù)字式的耐壓測試儀則采用不同的方式進(jìn)行確定。

3、耐壓測試方法

3.1 基本方法

測試的連線方法，一般情況下高電壓將施加在被測絕緣體之間，例如加在電源初級(jí)回路和被測儀器的金屬外殼之間。如果其間的絕緣性足夠好，加在上面的電壓差就只會(huì)產(chǎn)生很小的漏電流。另一個(gè)情況是測試電源初級(jí)和次級(jí)回路之間的絕緣性。在這種情況下，將所有的輸出端都短接，并與耐壓測試儀的低端線路連接，然后將被測儀器電源初級(jí)端的 L 線和 N 線短接，并與耐壓測試儀的高壓輸出端連接。在測試時(shí)一定要記住，被測儀器并不接工作電源，處于不工作狀態(tài)，但必須將其電源開關(guān)打開。實(shí)踐表明，在不打開電源開關(guān)的情況下，耐壓測試非常容易通過測試，但儀器本身可能是不合格的。

測試電壓的確定應(yīng)參考不同的安全標(biāo)準(zhǔn)。如果測試電壓太低，絕緣材料就會(huì)因?yàn)闆]有施加足夠的電壓而導(dǎo)致不合格的絕緣通過測試；如果電壓過高，測試時(shí)會(huì)對(duì)絕緣材料造成損害。但是，有一個(gè)通用的規(guī)則，就是采用經(jīng)驗(yàn)公式：試驗(yàn)電壓 = 電源電壓 × 2+1000V 。例如：試驗(yàn)產(chǎn)品的電源電壓為 120V ，則試驗(yàn)電壓 =120V × 2+1000V=1240V 。實(shí)踐上這種方法也正是大多數(shù)安全標(biāo)準(zhǔn)化采用的方法。用 1000V 作為基礎(chǔ)公式一部份的原因就在于任何產(chǎn)品的絕緣性能每天都在受到瞬態(tài)高壓的沖擊，實(shí)驗(yàn)室和研究表明，這一高壓最高可以達(dá)到 1000V 。

通常耐壓測試時(shí)間為一分鐘。由于在生產(chǎn)線上要進(jìn)行大量的產(chǎn)品耐電測試，測試時(shí)間通常降低到只有幾秒鐘。有一個(gè)典型實(shí)用的原則，當(dāng)測試時(shí)間降到只有 1~2 秒的情況下，測試電壓必須增加 10~20% ，以保證短時(shí)間測試時(shí)絕緣的可靠性。

報(bào)警電流的設(shè)定應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的產(chǎn)品來確定。方法是預(yù)先對(duì)一批樣品做漏電流試驗(yàn)，得到一個(gè)平均值，然后確定一個(gè)略高于此平均數(shù)的值為設(shè)定電流。由于被測試儀器不可避免存在著一定的泄漏電流，因此應(yīng)該保證所設(shè)定的報(bào)警電流足夠大，以免被泄漏電流誤觸發(fā)，同時(shí)應(yīng)足夠小以避免放過不合格的樣品。在某些情況下，還可以通過設(shè)定所謂的下限報(bào)警電流來判斷樣品是否與耐壓測試儀的輸出端有接觸。

3.2 交直流測試的選擇

測試電壓，大部分的安全標(biāo)準(zhǔn)允許在耐壓測試中使用交流或直流電壓。若使用交流測試電壓，當(dāng)達(dá)到電壓峰值時(shí)，無論是正極性還是負(fù)極性峰值時(shí)，待測絕緣體都承受最大壓力。因此，如果決定選擇使用直流電壓測試，就必須確保直流測試電壓是交流測試電壓的√2倍，這樣直流電壓才可以與交流電壓峰值等值。例如： 1500V 交流電壓，對(duì)于直流電壓若要產(chǎn)生相同數(shù)量的電應(yīng)力必須為 1500 × 1.414 即 2121V 直流電壓。

   使用直流測試電壓的其中一個(gè)好處在于在直流模式下，流過耐壓測試儀報(bào)警電流測量裝置的是真正的流過樣品的電流。采用直流測試的另一個(gè)好處在于可以逐漸的施加電壓。在電壓增加時(shí)通過監(jiān)視流過樣品的電流，操作者可以在擊穿發(fā)生前察覺到。需要注意的是當(dāng)使用直流耐壓測試儀時(shí)，由于電路中的電容充電，必須在測試完成后對(duì)樣品進(jìn)行放電。事實(shí)上，無論是測試電壓是多少、其產(chǎn)品特點(diǎn)如何，在操作產(chǎn)品前對(duì)其放電都是有好處的。

直流耐壓測試的不足在于它只能在一個(gè)方向施加測試電壓，不能像交流測試那樣可以在兩個(gè)極性上施加電應(yīng)力，而多數(shù)電子產(chǎn)品正是在交流電源下進(jìn)行工作的。另外，由于直流測試電壓較難產(chǎn)生，因此直流測試比交流測試成本要高。

   交流耐壓測試的優(yōu)點(diǎn)在于 '' 它可以檢測所有的電壓極性，這更接近與實(shí)際的實(shí)用情況。另外，由于交流電壓不會(huì)對(duì)電容充電，因此大多數(shù)情況下，無需逐漸升壓，直接輸出相應(yīng)的電壓就可以得到穩(wěn)定的電流值。并且，交流測試完成后，無需進(jìn)行樣品放電。

交流耐壓測試的不足在于，如果測試中的線路中有大的 Y 電容，在某些情況下，交流測試將會(huì)誤判。大部分安全標(biāo)準(zhǔn)允許使用者在測試前不連接 Y 電容，或者改為使用直流測試。直流耐壓測試在加高電壓于 Y 電容時(shí)，不會(huì)誤判，因?yàn)榇藭r(shí)電容不會(huì)允許任何電流通過。  

3.3 耐壓儀最大允許誤差的考慮

由于耐壓測試儀的輸出電壓不會(huì) 100% 準(zhǔn)確，在確定測試電壓的同時(shí)，應(yīng)考慮儀器輸出電壓的誤差，可以采用耐壓儀本身的技術(shù)指標(biāo)或上級(jí)機(jī)構(gòu)的校準(zhǔn)證書。例如在交流 3000V 下進(jìn)行耐壓測試，耐壓測試儀在此上的最大允許誤差為 3% ，即 90V ，那么為了保證足夠的測試電壓，應(yīng)將輸出測試電壓調(diào)節(jié)到 3090V 才足夠。當(dāng)然，如果耐壓測試儀本身輸出偏高，則這樣做存在電壓偏高的風(fēng)險(xiǎn)，測試者應(yīng)充分考慮。

3.4 交流小電流測試

有些儀器生產(chǎn)商宣稱他們的耐壓測試儀可以達(dá)到納安級(jí)別的漏電流分辨率。然而，實(shí)際的交流測量使得人們很難真正進(jìn)行這樣小電流的測試。在任何電路中都有一定量的電容存在，即使是一個(gè)簡單的變壓器也在其繞線和鐵芯間有電容。電容不但會(huì)因?yàn)橛幸欢ǖ碾娮瓒a(chǎn)生漏電流，在交流電壓下電容本身也是一個(gè)阻抗器件。這些電流是獨(dú)立于用戶所希望測試的電流之外的，其大小取決于電容值、頻率和施加電壓。

大多數(shù)的耐壓測試儀往往在電壓回路端接地，有時(shí)被測試的樣品也會(huì)在低端接地，因此在這種情況下，耐壓測試儀所測量到的漏電流必然是通過被測樣品的漏電流和耐壓測試儀本身漏電流的總和。耐壓測試儀本身漏電流通常是非常小的，然而在測量納安級(jí)的漏電流時(shí)，它將是一個(gè)主要的問題。

二、泄漏電流測試

絕緣體不導(dǎo)電只是相對(duì)的。隨著外圍環(huán)境條件的變化，實(shí)際上沒有一種絕緣材料是絕對(duì)不導(dǎo)電的。任何一種絕緣材料，在其兩端施加電壓，總會(huì)有一定電流通過，這種電流的有功分量叫做泄漏電流，而這種現(xiàn)象也叫做絕緣體的泄漏。

泄漏電流實(shí)際上就是電氣線路或設(shè)備在沒有問題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，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。

對(duì)于電器的測試，泄漏電流是指在沒有問題和施加電壓的情況下，電氣中相互絕緣的金屬器件之間，或帶電器件與接地器件之間，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。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；另一部分是通過分布電容的位移電流，其容抗為 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。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)中的電容性器件而流入大地的電流。較長布線會(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。

泄漏電流測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。

測量泄漏電流的原理測量與絕緣電阻基本相同，測量絕緣電阻實(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。泄漏電流測試儀用于測量電器的工作電源（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。

三、絕緣電阻測試試驗(yàn)的類型和特點(diǎn)

絕緣電阻測試是為了了解，評(píng)估電氣設(shè)備的絕緣性能而經(jīng)常使用的一種比較常規(guī)的試驗(yàn)類型。通常技術(shù)人員通過對(duì)導(dǎo)體、電氣零件、電路和器件進(jìn)行絕緣電阻測試來達(dá)到以下目的：

驗(yàn)證生產(chǎn)的電氣設(shè)備的質(zhì)量

確保電氣設(shè)備滿足規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)（安全符合性）

確定電氣設(shè)備性能隨時(shí)間的變化（預(yù)防性維護(hù)）

確定故障原因（排障）

一般而言，對(duì)于絕緣測試有以下類型： 設(shè)計(jì)測試、生產(chǎn)測試、交接驗(yàn)收測試、預(yù)防性維護(hù)測試以及故障定位測試。不同的測試類型取決于不同的測試目的和應(yīng)用領(lǐng)域，并且不同絕緣的測試過程也具有不同的特點(diǎn)。

設(shè)計(jì)測試

設(shè)計(jì)測試一般用于在實(shí)驗(yàn)室中確定電氣器件的性能。設(shè)計(jì)測試通常是由制造商對(duì)新設(shè)計(jì)的器件或是從其它公司外購的、用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)之中的器件進(jìn)行測試。設(shè)計(jì)測試檢查的是器件是否有故障。在制造任何產(chǎn)品之前都要進(jìn)行絕緣電阻測試。

在測試絕緣時(shí)，對(duì)每一器件施加高壓，直到器件的絕緣發(fā)生故障，產(chǎn)生的漏泄電流高于可接受的電流。不僅在第一次設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)要進(jìn)行設(shè)計(jì)測試，而且只要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行修改，都要進(jìn)行測試。對(duì)于不同的器件，根據(jù)其不同的工作電壓，工作狀況以及性能要求，需要對(duì)其進(jìn)行不同的電壓的測試來測量，這就需要測試儀器應(yīng)該具有不同的測試電壓。

生產(chǎn)測試

為了確保在實(shí)驗(yàn)室工作正常的產(chǎn)品在生產(chǎn)之后仍然工作正常，就必須對(duì)每個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn)測試。生產(chǎn)測試由制造商進(jìn)行，以滿足規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求，并保證質(zhì)量的控制。在新產(chǎn)品和設(shè)備投入使用之前，對(duì)其進(jìn)行絕緣電阻測試。在生產(chǎn)測試中，產(chǎn)品缺陷一般就會(huì)顯露出來。生產(chǎn)測試通常是非破壞性。由于必須對(duì)生產(chǎn)線上的準(zhǔn)備安裝的元器件的性能進(jìn)行是否滿足絕緣要求的試驗(yàn)。由于這種測試的目的只是驗(yàn)證元器件是否有足夠的絕緣強(qiáng)度，而不是整體設(shè)備的出廠驗(yàn)收試驗(yàn)，因此不需要具體的參數(shù)，只是需要驗(yàn)證合格與否。事先選定比較值，在進(jìn)行絕緣電阻測試時(shí)，如果測量值超過比較值，那么 “通過”的指示燈會(huì)被點(diǎn)亮。表明元器件合格，反之則返回失敗顯示，不必對(duì)具體檢測的數(shù)值進(jìn)行判斷。

交接驗(yàn)收測試

驗(yàn)收測試由安裝者在完成安裝之后，但是在系統(tǒng)投入使用之前進(jìn)行。驗(yàn)收測試包括絕緣電阻測試，以檢查是否有設(shè)備損壞、電纜損傷，電氣器件之間的間距是否合適和牢固性，以及儲(chǔ)存、運(yùn)輸和安裝是否導(dǎo)致產(chǎn)品損壞。那么在現(xiàn)場的安裝驗(yàn)收試驗(yàn)當(dāng)中，需要進(jìn)行絕緣電阻、吸收比（ DAR ）或吸收比（ PI ）的測量。

預(yù)防性測試

許多工廠都把對(duì)設(shè)備進(jìn)行絕緣電阻和導(dǎo)線測試做為其整體預(yù)防性維護(hù)程序的一部分。導(dǎo)線絕緣層的狀況是設(shè)備和電氣系統(tǒng)總體狀況的一個(gè)很好的指示。一般而言，所有的系統(tǒng)在長時(shí)間工作后，其導(dǎo)線的絕緣層質(zhì)量都會(huì)以可預(yù)測的速率退化。通過定期進(jìn)行絕緣電阻測量，即可避免導(dǎo)線絕緣層故障（或預(yù)期壽命）。

5 、排除故障時(shí)進(jìn)行的絕緣測試

即使制造的設(shè)備是高指標(biāo)的、安裝合適、規(guī)格正確，并進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)測試，但仍然需要故障定位測試，因?yàn)樵O(shè)備依然會(huì)發(fā)生故障。故障通常是由某個(gè)故障電路中脆弱或損壞的零件引起的。當(dāng)一個(gè)器件、設(shè)備、電路或系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，就會(huì)利用絕緣電阻測試來定位故障。

日常的維護(hù)

通常所有的電氣設(shè)備都是需要日常的維護(hù)的，日常性的維護(hù)試驗(yàn)的要求和交接驗(yàn)收試驗(yàn)的要求非常接近。維護(hù)的目的是發(fā)現(xiàn)可能存在的故障隱患或微小的故障。早一點(diǎn)發(fā)現(xiàn)這些隱患或微小的故障，可以在沒有形成損失（停工，設(shè)備損傷或人身傷害）或損失非常小的事后消除這些隱患或故障。日常維護(hù)通?？梢苑譃槎ㄆ诰S護(hù)和不定期維護(hù)，或根據(jù)為維護(hù)測試的目的分為預(yù)防性維護(hù)和預(yù)測性維護(hù)等等。

四、接地電阻測試

所謂接地電阻是指接地裝置對(duì)地電壓和流入地中電流的比值。 接地電阻包括接地線電阻、接地體電阻、接地體與土壤間的接觸電阻，以及土壤中的散流電阻。由于其中接地線電阻、接地體電阻、接觸電阻相對(duì)較小，故通常近似以散流電阻作為接地電阻。設(shè)備的良好接地是設(shè)備正常運(yùn)行的重要保證。

設(shè)備使用地線通常分為工作地 ( 電源地 ) ，保護(hù)地，防雷地，有些設(shè)備還有單獨(dú)的信號(hào)地，以將強(qiáng)，弱電地隔離，保證數(shù)字弱信號(hào)免受強(qiáng)電地線浪涌的沖擊，這些地線的主要作用是：提供電源回路，保護(hù)人體免受電擊，此處，還可屏蔽設(shè)備內(nèi)部電路免受外界電磁干擾或防止干擾其他設(shè)備。

設(shè)備接地的方式通常是埋設(shè)金屬地樁，金屬網(wǎng)等導(dǎo)體，導(dǎo)體再通過電纜線與設(shè)備內(nèi)的地線排或機(jī)殼相連，當(dāng)多個(gè)設(shè)備連接于同一接地導(dǎo)體時(shí)，通常需安裝接地排，接地排的位置應(yīng)盡可能靠近接地樁，不同設(shè)備的地線分開接在地線排上，以減少相互影響。隨著科技的發(fā)展而出現(xiàn)的鉗形地阻表是一種新穎的測量工具，它方便，快捷，外形酷似鉗形電流表，測試時(shí)不需要輔助測試樁，只需往被測地線上一夾，幾秒鐘即可獲得測量結(jié)果，極大地方便了地阻測量工作，鉗形地阻表另一優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)在用設(shè)備的地阻進(jìn)行在線測量，而不需切斷設(shè)備電源或斷開地線。

影響接地電阻的因素很多，接地樁的大小 ( 長度，粗細(xì) ) ，形狀，數(shù)量，埋設(shè)深度，周圍地理環(huán)境 ( 如平地，溝渠，坡地 ) 土壤濕度，質(zhì)地等，為了保證設(shè)備的良好接地，利用儀表對(duì)地電阻進(jìn)行測量。

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