電氣安全性能的測量儀器

隨著當代科學技術的迅速發(fā)展，各種電器、電子設備全面進入社會生活各個領域，成為社會文明進步的重要標志。在我國，人民生活水平不斷提高，對家用電器的需求量越來越大。各類電器、電子設備在全國城鄉(xiāng)和到迅速普及，給生產帶來極大方便。但各類電器、電子設備的廣泛使用，由此帶來的人身事故也大為增加。給生命財產帶來危害，觸電傷亡和電氣火災是常見例子。因此，電器、電子設備的使用安全性這一重要問題，成為決定產品質量的各要素中躍居首要地位，安全標準成為最重要的技術標準之一。

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

電氣安全性能試驗儀器的發(fā)展是貫徹國際國內安全標準的必然結果。自IEC65號公告《電網電源供電的家用和類似一般用途的電子及有關設備的安全要求》于1952年首次頒布并經五版、七次修訂以來，全球范圍內已形成IEC安全標準和美國UL安全標準兩大體系。我國自70年代末期開始制訂各類安全標準。80年代迅速形成了采用或等效采用IEC安全標準的國家標準體系。電氣安全性能試驗在電子測量儀器、廣播收音機、電視機、各種音頻、視頻設備及家電產品、低壓電器等電子、電器產品設計、制造、檢驗、定型、質量認證、創(chuàng)優(yōu)及進出口等各項工作中，首先成為必須、大量、經常進行的重要項目，隨之產生的專用測試儀器的需求，使得電氣安全性能試驗儀器具有深厚的展基礎和廣闊的市場。

電氣安全性能試驗儀器技術指標完全取決于安全標準的要求和規(guī)定，測試對象除各類電子產品外，遍及一切電網供電或由指定的額定交直流供電的低壓電器設備，這是電氣安全性能試驗儀器區(qū)別所有各類電子測量儀器的特點。因此，儀器的發(fā)展依賴于安全標準的發(fā)展

下面，簡單地介紹一下電氣安全性能試驗儀器---耐電壓測試儀、泄漏電流測試儀、絕緣電阻測試儀、和接地電阻測試儀。

一. 耐壓測試儀

耐電壓強度也可稱耐壓強度、介電強度、介質強度。絕緣物質所能承受而不致遭到破壞的最高電場強度稱耐電壓強度。在試驗中，被測樣品在要求的試驗電壓作用之下達到規(guī)定的時間時，耐壓測試儀自動或被動切斷試驗電壓。一旦出現(xiàn)擊穿電流超過設定的擊穿（保護）電流，能夠自動切斷試驗電壓并發(fā)出聲光報警。以確保被測樣品不致?lián)p壞。它主要達到如下目的：

i. 檢測絕緣耐壓受工作電壓或過電壓的能力。

ii. 檢查電氣設備絕緣制造或檢修質量。

iii. 排除因原材料、加工或運輸對絕緣的損傷，降低產品早期失效率。

iv. 檢驗絕緣的電氣間隙和爬電距離。

耐壓測試儀是測量各種電器裝置、絕緣材料和絕緣結構的耐電壓能力的儀器，該儀器能調整輸出需要的交流（或直流）試驗電壓和設定擊穿（保護）電流。在試驗中，樣品在要求的試驗電壓作用之下達到規(guī)定時間時，耐電壓測試儀自動或被動切斷試驗電壓；一旦出現(xiàn)擊穿，電流超過設定擊穿（保護）電流，能夠自動切斷輸出并同時報警，以確定樣品能否承受規(guī)定的絕緣強度試驗。它可以直觀、準確、快速、可靠地測試各種被測對象的受電壓、擊穿電壓、漏電流等電氣安全性能指標，并能在IEC或國家安全標準規(guī)定的測試條件下，進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。在國內外，此類儀器還有耐壓測試儀、介質擊穿裝置、耐壓試驗器、電涌絕緣測試儀、高壓試驗器等不同的名稱。

耐壓測試儀的雛形---高壓試驗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儀器門類則是70年代后期，世界范圍內大力推廣安全標準之后。50年代中期，初具定時控制及漏電流測試功能的典型產品如前蘇聯(lián)的UPU-1型介質擊穿試驗器，為全電子管電路，且量程單一，主要用于測試電工絕緣材料的抗電強度。70年代后期，隨著IEC65號公告的發(fā)布，日本菊水(KIKUSUI)公司發(fā)展了TOS8000系列耐壓測試儀，采用晶體管及集成電路，技術文件明確表明其產品以滿足IEC、JIS、UL等安全標準規(guī)定為目的。80年代初，IEC664(1980)號公告首次頒布進行標準脈沖波耐壓試驗的新規(guī)定，瑞士HAEFELY公司立即發(fā)展了P12型沖擊`波耐壓測試儀。由此可見，基本安全試驗儀器的發(fā)展與安全標準的發(fā)展同步且不可分割。

整個60年代是我國耐壓測試儀的初創(chuàng)時期。由于受技術、工藝、元器件等各種因素的限制，產品品種少，精度低，自身安全性能差，從廠家自我武裝用以進行產品或零部件耐壓試驗的簡易試驗器起步，少數(shù)品種經進一步完善后形成了商品。代表產品是JC-4介質擊穿裝置，但70年代耐壓測試儀的研制和生產一直停滯不前，1970年JC-4竟成為市場上唯一的耐壓儀型號。

我國耐壓測試儀轉入大批量生產而形成安全試驗儀器新門類始于80年代初。在各類國家安全標準全面制訂并強制執(zhí)行的大背景下，生產廠家迅速推出大批型號各異的新產品?，F(xiàn)在，我國已形成的安全耐壓試驗儀器技術指標基本與國外相當。

二、絕緣電阻測試儀

絕緣電阻測試儀是用來測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體之間的電阻稱絕緣電阻。

為了保證電氣設備運行的安全，應對其不同極性（不同相）的導電體之間，或導電體與外殼之間的絕緣電阻提出一個最低要求。例如，家用和類似用途電器規(guī)定：基本絕緣為2MW；加強絕緣為7MW。

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

通過測量電氣設備的絕緣電阻，可以達到如下目的：

a. 了解絕緣結構的絕緣性能。由優(yōu)質絕緣材料組成的合理的絕緣結構（或用絕緣系統(tǒng)）應具有良好的絕緣性能和較高的絕緣電阻；

b. 了解電器產品絕緣處理質量。電器產品絕緣處理不佳，其絕緣性能將明顯下降；

c. 了解絕緣受潮及受污染情況，當電氣設備的絕緣受潮及受污染后，其絕緣電阻通常會明顯下降；

d. 檢驗絕緣是否承受耐電壓試驗。若在電氣設備的絕緣電阻低于某一限值時進行耐電壓測試，將會產生較大的試驗電流，造成熱擊穿而損壞電氣設備的絕緣。因此，通常各式各樣試驗標準均規(guī)定在耐電壓試驗前，先測量絕緣電阻。

三、泄漏電流測試儀

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，通過其周圍介質或絕緣表面所形成的電流稱為泄漏電流。按照美國UL標準，泄漏電流是包括電容耦合電流在內的，能從家用電器可觸及部分傳導的電流。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。

若考核的是一個電路或一個系統(tǒng)的絕緣性能，則這個電流除了包括所有通過絕緣物質而流入大地（或電路外可導電部分）的電流外，還應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。較長布線會形成較大的分布容量，增大泄漏電流，這一點在不接地的系統(tǒng)中應特別引起注意。

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。

在進行耐壓測試時，為了保護試驗設備和按規(guī)定的技術指標測試，也需要確定一個在不破壞被測設備（絕緣材料）的最高電場強度下允許流經被測設備（絕緣材料）最大電流值，這個電流通常也稱為泄漏電流，但這個要領只是在上述特定場合下使用。請注意區(qū)別。

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

將泄漏電流限制在一個很小值，這對提高產品安全性能具有重要作用。

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)阻抗產生的與工作無關的泄漏電流，其輸入阻抗模擬人體的阻抗。

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

四、接地電阻

接地電阻這個名詞是個定義并不十分明確的詞。在有些標準中（如家用電器的安全標準中），它是指設備內部的接地電阻，而在有些標準中（如接地設計規(guī)范中），它是指整個接地裝置的電阻。我們所講的是指設備內部的接地電阻，也就是一般產品安全標準中所說的接地電阻（也有叫做接地阻抗的），它所反映的是設備的各處外露可導電部分與設備的總接地端子之間的電阻。一般標準中規(guī)定這個電阻不得大于0.1W。

接地電阻是指用電器的絕緣一旦失效時，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電器的使用者的安全，接地電阻是衡量電器接地保護可靠的重要指標。

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

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