电器耐压测试标准.doc

耐压测试标准
1.进行耐压测试的原因         
     正常情況下,电力系统中的电压波形是正弦波.电力系统在运行中由于雷击，操作，故障或电气设备的参数配合不当等原因，引起系统中某些部分的电压突然升高，大大超过其额定电压，这就是过电压。过电压按其发生的原因可分为两大类，一类是由于直接雷击或雷电感应而引起的过电压，称为外部过电压。雷电冲击电流和冲击电压的幅值都很大，而且持续时间很短，破坏性极大。另一类是因为电力系统内部的能量转换或参数变化引起的，例如切合空载线路，切断空载变压器，系统内发生单相弧光接地等，称为内部过电压。内部过电压是确定电力系统中各种电气设备正常绝缘水平的主要依据。也就是说，产品的绝缘结构的设计不但要考虑额定电压而且要考虑产品使用环境的内部过电压。耐压测试就是检测产品绝缘结构是否能够承受电力系统的内部过电压。                 
   2．测试点和测试电压依据具体产品的相关标准来定。北美標準的耐壓測試的特点可以由下面两个标准体现：
&&&Motor-Operated Appliances (Household and Commercial：  CAN/CSA-C22.2 No.68-92
要求：    产品的带电部分与可能接地的非带电导电体间须施加适当频率的交流电压达1分钟。具体测试电压如下：
(a)额定电压为31~250 V的设备，测试电压为1000 V。
(b) 额定电压为251~600 V的设备，测试电压为1000 V + 两倍额定电压。
(c) 额定电压为31~250 V，无接地而且可被人体触及的设备，测试电压为2500 V。
(d) 对于30伏或以下的低电压电路，测试电压为500 V。
双重绝缘的产品：
测试电压施加点    交流绝缘强度测试电压（V）
带电部件与不可触及的带基本绝缘的非带电导电体之间    按上述1的测试要求。
不可触及的带基本绝缘的非带电导电体与可触及的导电体之间    2500
不可触及的带基本绝缘的非带电导电体与贴在外部非导电体表面上的金属箔之间    2500
加强绝缘的带电体与可触及的非带电导电体之间    4000
加强绝缘的带电体与贴在外部非导电体表面上的金属箔之间    4000
可触及的非带电导电体（或贴在外部非导电体表面上的金属箔）与外壳入口处电源线的金属裹层（或与电源线直径相等的金属插杆）之间    2500

&&&Portable Electrical Motor-Oerated and Heating Appliances: General Requirements：
C 222 No. 1335.1-93
电压施加点    测试电压（V）
    带变压器的器具    额定功率超过0.5匹马力的带电机器具    额定功率不超过0.5匹马力的带电机器具和加热器具
1.带电部分和可触及的部分以及在印刷电路板上*近的不同极性的线路    ――    1000 V+两倍额定电压    1000
2.隔离型或自藕型变压器
(a) 次级电压 < 50 V
(b)次级电压为 51-125 V    500
1000    ――    

生產線耐壓測試UL標準:
UL 758 增加了 45A 章節─生產線耐壓測試 (Product-Line Dielectric).製造商須對有金屬遮罩的絕緣導體進行 100％ 的生產線耐壓測試.
成品中的單一線材之絕緣，應能承受如 28.1 表格所標明當電壓施加在導體和遮罩之間時的室溫下之電壓負載 (可見表二)。其變壓器容量至少應 2 kVA，測試電壓則從零遞增至所要求電壓，每一測試電壓值須持續 1 分鐘。
表二耐壓測試電壓表
電壓率 (V AC)    導體面積(AWG)    耐電壓值 (V AC)
30    所有    500
60,90    所有    1000
125,150    所有    1500
250A    所有    2000
300, 未標電壓a    所有    2000
600    2 或更小    2000
600    1-4/0    2500
600    250-500 kcmil    3000
600    500-1000 kcmil    3500
600    1100-2000 kcmil    4000
1000-10000    所有    2 倍電壓率
+ 1000 V AC 或 V DC
3 kV DC 及更高    所有    2 倍電壓率
+ 1000 V DC
a表符合 3.4 表格的 250 V 及 300 V 的線材於 1500 V 的電壓下測試

变压器感应耐压测试仪技术原理及应用

  摘 要：文章简单介绍了变压器感应耐压测试仪的组成原理及特点，并对其应用范围和应用方法作了详细的说明，最后结合5W小型变压器的测试实例介绍功率判定变压器匝间短路的方法。

   变压器感应耐压测试仪检测原理
   相对于变压器的主绝缘即绕组与绕组之间以及绕组与铁芯之间的绝缘而言，变压器还有另外一项重要的绝缘性能指标――纵绝缘。纵绝缘是指变压器绕组具有不同电位的不同点和不同部位之间的绝缘，主要包括绕组匝间、层间和段间的绝缘性能，而国家标准和国际电工委员会（IEC）标准中规定的“感应耐压试验”则是专门用于检验变压器纵绝缘性能的测试方法之一。
   变压器的纵绝缘主要依赖于绕组内的绝缘介质——漆包线本身的绝缘漆、变压器油、绝缘纸、浸渍漆和绝缘胶等等（不同种类的变压器可能包含其中一种或多种绝缘介质）；纵绝缘电介质很难保证100%的纯净度，难免混含固体杂质、气泡或水份等，生产过程中也会受到不同程度的损伤；变压器工作时的最高场强集中在这些缺陷处，长期负载运作的温升又降低绝缘介质的击穿电压，造成局部放电，电介质通过外施交变电场吸收的功率即介质损耗会显著增加，导致电介质发热严重，介质电导增大，该部位的大电流也会产生热量，就会使电介质的温度继续升高，而温度的升高反过来又使电介质的电导增加。如此长期恶性循环下去，最后导致电介质的热击穿和整个变压器的毁坏。这一故障表现在变压器的特性上就是空载电流和空载功耗显著增加，并且绕组有灼热、飞弧、振动和啸叫等不良现象。可见利用感应耐压试验检测出变压器是否含有纵绝缘缺陷是极其必要的。
   感应耐压试验原理
   变压器刚出产时，没有经过恶劣环境长时间的考验，外施其额定电压和频率的电源作试验，绕组匝间、层间和段间的电压不足以达到电介质缺陷处的击穿电压难以造成这些绝缘缺陷处的放电和击穿，这种存在绝缘故障隐患的变压器与绝缘性能良好的同类变压器的空载电流和空载功耗没有太大的差别，故而难以发现这些隐患；
   而感应耐压试验给变压器施加２倍额定电压以上的电压，可在纵绝缘缺陷处建立更高更集中的场强，绕组匝间、层间和段间的电压达到并超过电介质缺陷处的击穿电压；感应耐压试验给变压器施加频率在２倍的额定频率以上，较高的频率又可以大大降低固体电介质的击穿电压，使得绝缘缺陷更容易被击穿；感应耐压试验所规定的外施电压的作用时间亦可保证绝缘缺陷的击穿；故感应耐压试验可以可靠地检测出变压器纵绝缘性能的好坏。
   感应耐压试验给变压器施加电源的频率之所以在２倍的额定频率以上，是因为：变压器的激磁电流i――主磁通振幅Фm的特性曲线一般设计在额定频率和额定电压下接近弯曲饱和部分，又因在电源频率不变的情况下，主磁通Фm决定于外施电压U:
   U ――外施电源电压，
   V △Фm E ――加电绕组的感应电动势，
   V f ――外施电源频率，
   Hz W――加电绕组的匝数，
   n 所以给变压器加２倍额定电压以上的电压 △i i 必然会导致铁芯严重饱和，主磁通Фm增大△Фm， 图 1 由图1可知激磁电流i会急剧增加，致使变压器发 热烧毁；为使变压器在加２倍压以上铁芯仍不饱和，则需要提高电源的频率至２倍频以上。 感应耐压试验给变压器原边加２倍压以上，２倍频以上的电源，变压器的主磁通会使原边和副边同时感应出感应电动势E1和E2，且分别是其额定工作状态下的２倍以上，所以感应耐压试验可以同时对主、副绕组进行纵绝缘性能的测试。当然，我们也完全可以根据需要从变压器的副边进行测试，不过所施加的电压应当是变压器额定工作状态下空载电压的２倍以上，频率同样是额定频率的２倍以上。
电气安全性能测试耐压测试系统研究

   摘要：为了配合仪器设备电气安全性能检测新国标的制定和实施，设计了符合IEC61010标准的耐压测试系统。测试系统包括程控电源、测试回路、信号采集、调理电路和单片机数据采集接口电路等部分。试验数据表明系统工作稳定，测试精度高。在0~20mA的测试范围内，测试精度达到±（1.5%mA±0.05mA）。
    一、引言
     电气安全性能参数是国家强制性认证的指标之一，也是反映电子产品和设备安全性能重要的参数。2001年，IEC1010标准——《测量、控制及试验室用电气设备的安全》重新修订为IEC61010。为了更好地与国际接轨，我国将要重新制订符合IEC61010标准的新国家标准。电气安全主要测试指标包括交/直流耐压、绝缘电阻、泄漏电流、接地电阻等。交/直流耐压试验用于检验产品在实际工作状态下的电气安全性能，是检验设备电气安全性能的重要指标之一。目前市场上所见的耐压测试仪采用GB4706（等同IEC1010）标准，使用较多的是台式结构的单项测试指标测试仪器，不能满足用户需要多指标综合测试的需求；而且目前市场上的耐压测试仪多采用的是传统的测试方法，测试精度不高，采用的技术和主要性能指标与国外先进水平有一定的差距，不能完全满足目前发展的电气安全性能测试工作的需要。因此研究符合最新国际标准的采用先进技术和具有更好性能指标的耐压测试系统具有重要意义。
     二、耐压测试的原理　
     耐压测试是指对各种电器装置、绝缘材料和绝缘结构的耐受电压能力进行的测试。在不破坏绝缘材料性能的情况下，对绝缘材料或绝缘结构施加高电压的过程称为耐压试验。一般来讲，耐压测试主要目的是检查绝缘耐受工作电压或过电压的能力，进而检验产品设备的绝缘性能是否符合安全标准。　 耐压测试的基本原理：把一个高于正常工作的电压加在被测设备的绝缘体上，并持续一段规定的时间，如果其间的绝缘性足够好，加在上面的电压就只会产生很小的漏电流。如果一个被测设备绝缘体在规定的时间内，其漏电电流保持在规定的范围内，就可以确定这个被测设备可以在正常的运行条件下安全运行。进行耐压测试时（如图1），技术规格不同被测试品，测量标准也就不同。对一般被测设备，耐压测试是测量火线与机壳之间的漏电流值，基本规定是：以两倍于被测物的工作电压再加1000V作为测试的标准电压。部分产品的测试电压可能高于这一规定值。按照IEC61010的规定，测试电压必须在5s内逐渐地上升到所要求的试验电压值（例如5kV等），保证试验电压值稳定加在被测绝缘体上不少于5s，此时所测回路的漏电流值与标准规定的泄漏电流阈值相比较，就可以判断被测产品的绝缘性能是否符合标准。测试结束后，试验电压必须在规定的时间内逐渐地降至零[1]。
     三、耐压测试系统设计
     测试系统有三大模块：程控电源模块、信号采集调理模块和计算机控制系统。
     程控电源模块由输出位0V~140V的程控电源和高压变压器构成，在单片机ADCm842控制下程控电源输出电压经变压器升压可以得到设定的输出电压值。
     信号采集调理模块包括传感器、信号调理电路和过电流保护电路，测试回路漏电流通过传感器进入信号采集和调理电路，在信号采集和调理电路中对漏电流信号进行I/V转换变成满足A/D输入范围的电压信号。过流保护电路在试品或电路故障时启动。 　
     单片机ADCm842和计算机构成PC计算机控制系统,控制测试过程电压升降、A/D转换、数据的处理和分析。
     1、信号采集和调理模块设计　 耐压测试需要监测的参数是：变压器输出高电压的值和测试回路的漏电流值。测试系统中所使用的升压变压器二　次绕组有0~5000V和0~5V两路电压输出，当变压器二次绕组高压输出从0V到5000V变化时，变压器二次绕组低压输出从0V到5V之间变化，两路输出之间具有良好的线性关系。测试开始在设定的升压时间间隔内，变压器二次绕组低压侧输出的电压经隔离变压器和信号调理电路后进入单片机ADCm842，单片机ADCm842中的12位ADC以每秒42万次转换速度进行高速A/D转换，A/D转换后的数字量传送给计算机并与计算机设定值相比较，直到输出电压符合设定电压值，我们就认为实际输出测试电压满足了我们设定值的要求。
    耐压测试系统漏电流的测试范围是0mA ~20mA测试开始时，被测设备漏电流通过电流互感器，然后经I/V转换电路将采样电流转换成电压在单片机内进行相应的A/D转换和计算，最终得到被测设备在设定电压条件下的泄漏电流值，通过和安全标准规定的泄漏电流值相比较，就可以检验设备耐压测试是否合格。实际测试时，在电流互感器二次侧设计了过流保护电路，当有过流情况出现时，例如被测设备被击穿或者被测设备绝缘缺陷，电源迅速被切断，测试被终止以保护测试系统不被损坏。 　
    常规的信号调理部分采用真有效值的模拟运算，泄漏电流信号的有效值和峰值运算都是由硬件电路完成后输入单片机或计算机的。这种信号调理方式最终只能获得泄漏电流信号的峰值或有效值。这种方法不仅精度不高而且损失了频率信息，不能真实的复现泄漏电流的实际波形。本系统采用了高速的A/D转换将交流电压值直接采集进计算机，按照用户要求计算出峰值和有效值，并且画出实时的漏电流波形使用户能直观的监测漏电流情况。计算机还可以进行软件校正，去除漂移、失调造成的误差。按照实际情况还可以采用数字滤波的方式去除高频干扰，这种信号调理方式简化了硬件电路，成本较低，测试精度高，测试稳定性好。由于耐压测试的试验电压较高，为了保证试验的安全性，在测试过程中要保证测试系统机箱外壳良好的接地。  
    2、程控电源模块的设计 　耐压测试程控电源部分的系统框图
    由于在实际的耐压测试中，对不同产品可能要求施加不同的测试电压，这就要求耐压测试系统输出测试电压是可调的。PWM(Pulse Width Modulation)是控制逆变电源以实现可调电压的输出的主要方法之一。PWM控制的理论基础建立在采样控制理论的一个重要结论上，即：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。SPWM波形就是把正弦波用等幅不等宽的脉冲代替，脉冲中点与正弦等分中点重合，且与相对应的正弦面积相等，各脉冲的宽度按正弦规律变化。SPWM波的产生有很多方法，可以由专用集成芯片或通用电路组合产生，也可以由单片机产生。本系统采用单片机ATMEGA16L产生SPWM波，利用单片机ATMEGA16L的内部的累加器和比较器通调节占空比在PC4口输出SPWM波。　
    程控电压源采用单向220V工频交流电经过桥式整流获得直流电压，经过滤波后为逆变电路提供稳定的直流电。同时由单片机产生的单相SPWM波经过非门产生一路和单片机输出相位互补的SPWM波，这两路互补的SPWM波分别经过单稳电路和隔离驱动电路后就可以产生两路相位互补的门级触发脉冲序列可以控制的通断。最终由IGBT构成的逆变桥输出经低通滤波可得到标准正弦波，正弦电压幅值0V~140V可调。
    3、计算机控制系统及软件设计 　耐压测试以高性能单片机ADCm842为核心组成计算机控制系统。ADCm842内部集成了12位A/D和D/A转换器，具有DMA控制器可完成A/D转换到RAM的高速转换。ADCm842具有优越的8052内核，  峰值效率每秒可执行20兆指令。ADCm842内部有多大62KB的片内程序闪存；4KB的片内数据闪存，可擦写10万次的2.3KB的片内数据RAM。测试系统的单片机采用C51编程对测试进行控制和数据的处理，PC计算机主要提供人机交互的界面。这种测试系统应用起来灵活方便。 　
    测试控制系统包括对电压源的控制、数据的采集、A/D转换、数据分析、数据输出和显示、数据存储等，同时耐压测试系统软件可实现测试前自检，自动消除可能的误差因素和对故障报警等功能。通过软件实现对测试电压的准确控制。当测试电压达到测试要求值时，启动测试。软件按照IEC61010中的测试标准对电压进行控制。计算机采用VC++编程，测试界面直观操作方便。用户可以按照实际测试设置不同的测试时间和泄漏电流阈值，可以监视测试进度并显示测试结果，如果在测试过程中发生被测样品击穿现象或其它可能的过流现象，测试仪的输出电压能迅速降为零，并发出报警信号。四、试验结果及分析　
    实际测试选用0.5级的ZX117A型可调高压电阻箱作为标准被测件，通过单片机控制输出电压升到设定值，用南京长胜的CS1940型数字高压表监视电压输出，输出电压的误差不超过±1.5%。使用美国安捷伦的六位半数字万用表A-34401A测量系统漏电流，以漏电流的计算值为标准评价本系统的测试精度，按照最新国际标准IEC61010，以不同高电压施加在相同电阻上分别进行漏电流测试，测试结果表明，测量数据的重复性较好，漏电流的测试误差为±（1.5%±0.05mA）。漏电流的测试结果见表1。
    五、小结 　本耐压测试系统符合IEC61010标准，采用计算机控制技术；性能稳定，耐压输出交流500V~5kV可调，测试漏电流范围在0mA~20mA；由工业计算机控制，测试参数自主设定，软件界面友好，操作简单；试验数据显示系统稳定，测试精度可达±（1.5%±0.05mA）。

绝缘耐压测试仪
一、上限电流的设定与误判分析
    绝缘耐压测试仪的工作原理就是对施加高压的被测物所产生的漏电流进行判定，此处的漏电流试验电压几倍甚至几十倍额定电压下被测物的漏电流，记为。而在绝缘耐压测试仪上设定的电流即为仪器的跳闸电流，记为。绝缘耐压测试仪一般耐压测试的状况，随测试电压上升而增大，当测试电压升到设定的电压上限，并保持60s时，在这过程中被测物绝缘没被击穿，也就是，绝缘耐压测试仪测试仪器将提示测试合格；反之，如果被测试物绝缘被击穿，此时流经被测物和仪器的电流，绝缘耐压测试仪将发出电流警报，表示测试不合格。绝缘耐压测试仪跳闸电流只是参考值而不是限定值，而的设定是为了判定绝缘是否被击穿，只作为一种指针，测试电压的设定才是限定指针（这一点我们在前面几期的电子报中曾经说明过）。的设定直接影响耐压试验的判定结果。若设定太小时，有可能把合格品误判为不良品；另外一种就是将设定太大，将不良品误判为合格品。
    除了一般测试会出现以外，以下几种情形也会发生：
    上限报警（Hi-Lim/Max-Fail）、短路(Short)、耐压崩溃（Breakdown）。
    上限报警时，指漏电流超过了跳闸电流值（不符合工厂规定的上限电流限值），或者是超出绝缘耐压测试仪量程范围，但这种情况被测物不一定是被高压击穿，只能说明漏电流超过参考值，需对产品做进一步的品质鉴定从而确定产品是否存在严重的安全问题；当仪器提示短路时，则说明远超过绝缘耐压测试仪测量范围，被测物外壳和 L、N 线有短路现象，存在严重的安全问题，需认证检查绝缘耐压测试仪到被测物之间的连接是否出现了短路的现象，再对产品作重新测定；当出现耐压崩溃时，此时绝缘已失效，产品已被高压击穿，必须对产品绝缘材料、品质重新确定。
二、下限电流的设定
    生产线上的绝缘耐压测试仪使用非常频繁，特别是测试线、测试夹具等经常处于活动状态，容易造成内部芯线断裂开路，而且一般不易发现。只要回路中的任何一点有开路，则绝缘耐压测试仪输出的高压就不能真正加到被测物上。这些原因都会造成在进行耐压强度测试时，设定的高压并没有真正加到被测物上，自然此时流过被测物的电流几乎为零，由于没有超出绝缘耐压测试仪上限的设定值，于是仪器就会给出试验合格的提示，认为绝缘是合格的。但这种情况下的测试数据是不真实的。倘若此时的被测物恰好是绝缘性能存在缺陷，那么就会造成严重的误判。
三、如何避免误判的产生
    在耐压测试中，我们都是认为漏电流越小越好，因此很多的操作者都没有对下限电流进行设定（一般出厂值设定为零），如果出现上述的情况，就存在误判的可能，这时合理地设定下限就能解决此种情况的发生。在耐压仪不连接被测物的情况下进行空测，此时有一个很小的虚电流，我们只需将下限电流设定为较空测电流值稍高就可以了。 当测试回路出现开路（如操作人员未能连接好被测物或是测试线短裂等情况），由于漏电流值小于下限设定，此时绝缘耐压测试仪就会出现报警的提示。那么我们就要检查一下是否测试线或是连接上出现开路的情况，从而确保产品测试的有效性。 在作绝缘阻抗测试中，也同样存在这样的问题。对于一般产品而言，总是认为产品绝缘电阻越大越符合要求，但如果同样出现绝缘耐压测试仪与被测物之间开路的现象，那么也会存在同样的误判现象。这时我们就可以通过设定绝缘阻抗上限值来避免这种情况的发生。
四、仪器报警所提示的情况如何判定
    一台功能完善的绝缘耐压测试仪，要提供操作者充分的信息，当仪器报警时，可以快速提供一些接近真实情况的资料给操作者，以提高生产的效率。以下我们以华仪在提供客户相关测试服务的丰富项目经验，如何透过仪器所提供的信息操作者可以充分了解被测物不合格是否因为操作不当所引起。
五、结论：
    现在市场上很多先进的绝缘耐压测试仪都提供多种功能来避免测试中误判情况的发生，对于操作人员也必须提供全面、系统、规范的操作培训，这对减少误判情况发生，提高产品检测效率及产品品质有重要的意义。

耐压测试仪器操作规程
一、 运行检查测试
1、将0.7MΩ标准电阻的一端连接耐压仪的地线。
2、接通电源，将耐压测试仪器、报警漏电流设定在 5 mA。
3、开启耐压测试仪，用测试棒击标准电阻另一端，调整电压在3410V至3590V内仪器发出报警，则判定该仪器处于正常工作状态，若不在3410V至3590V范围内仪器报警的，则仪器工作不正常。
4、当在运行检查时发现设备功能失效，运行检查结果不能满足规定要求时，操作人员需将上一次运行检查合格以来检测过的产品重新进行检测，并将耐压测试仪送去维修。
二、熟悉耐压测试仪的各项性能及操作要求，应由固定岗位人员操作、非本岗位人员严禁操作。
三、操作步骤：
    操作者坐椅和脚下必须垫好橡胶绝缘垫，只有在测试灯熄灭状态下，无高压输出方可进行被测机型连接或拆卸操作。
  1．测试前对仪器进行校准，（方法：漏电电流5mA状态下，用700KΩ陶瓷电阻跨接于地线夹同高压测试棒探头之间至仪器报警为准。
2. 连接被测机型是在确定电压表指定为“0”，测试灯灭状态下将仪器地线夹夹紧被测机散热架，并按下被测机型的电源开关。
3. 设定耐压测试仪测试条件：A、电压：3500V；B、漏电流：5mA；C、测试时间定时为：流水线生产时4秒。
4. 将测试棒探头紧贴电源线头的任一交流输入金属插片。
5. 按下启动键观察测试结果，在设定时间内，超漏灯不亮，测被测机型为合格。
6. 如果被测机型超过设定漏电流值，则仪器自动切断输出电压，同时锋鸣器报警，超漏灯亮，则被测机型为不合格，按下复位键即可清除报警声，再测试时应重新按启动键。
四、使用注意事项：
1. 操作者脚下垫绝缘橡皮垫，戴绝缘手套，以防高压电击造成生命危险；
2. 仪器必须可靠接地；
3. 在连接被测体时，必须保证高压输出“0”及在“复位”状态；
4. 测试时，仪器接地端与被测体要可靠相接，严禁开路；
5. 切勿将输出地线与交流电源线短路，以免外壳带有高压，造成危险；
6. 尽可能避免高压输出端与地线短路，以防发生意外；
7. 测试灯、超漏灯、一旦损坏，必须立即更换，以防造成误判；
8. 排除故障时，必须切断电源；
9. 仪器空载调整高压时，漏电流指示表头有起始电流，均属正常，不影响测试精度。
10.耐压测试仪避免阳光正面直射，不要在高温潮湿多尘的环境中使用或存放。
五、注意耐压测试仪保养，操作人员离开岗位必须断开仪器电源。