浅谈电子产品的电气强度试验

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摘  要：电气强度试验用于考核电子产品在不同状态下的绝缘可靠性和在高压电应力作用下的抗击穿能力，是保证电气绝缘系统正常运行的重点安规测试项目之一。该文从试验原理、方法步骤、准备操作和判定准则等角度介绍电气强度试验。分析固体绝缘潜在的失效特性以及受各类应力影响的不利结果。深入讨论几种常见的试验误判现象并提出改良方法。为从业人员能够更好地掌握电气强度试验提供理论基础和实践经验。

关键词：电气强度;固体绝缘;应力影响;试验误判

中图分类号： TQ172           文献标志码：A

0 引言

电气强度试验在电子产品安规检测中很常见，主要被用于检测绝缘的可靠性，特别是排查肉眼不可见缝隙或气隙时有良好效果。另外，电气强度试验也经常被用于环境预处理及破坏性试验后的设备绝缘可靠性复核。

电气强度试验在一定程度上无视设备的结构，且在某些条件下可以代替绝缘电阻试验，使用场合非常广泛。

1 电气强度试验

电气强度试验使用耐压仪在绝缘端间施加高压（具体试验电压和时间根据不同产品标准有不同规定），旨在考核绝缘的抗电击穿能力。电击穿意味着放电完全桥接绝缘时在电应力作用下发生绝缘失效，电极间电压降至零，形成绝缘短路，存在极大的触电危险。

电气强度试验原理如图1所示。

如图1所示，I=Vi/（Ri+Re）。由于实际情况中Ri<<Re，所以I≈Vi/Re（式中：Vi-耐压仪输出电压;Ri-耐压仪内阻;Re-绝缘材料阻抗）。Re一般为兆欧级，回路电流I很小，绝缘材料呈现欧姆特性，端间电压V≈Vi，I与Vi成正比。当出现电击穿后，Re=0，绝缘材料短路，电流I近乎无穷大。

因此，电气强度试验合格与否，就看绝缘是否会因加上试验电压后引起电流以失控方式迅速增大。當绝缘无法限制电流时，认为发生电击穿。因此在电气强度试验中，耐压仪输出电压应当从0 V逐渐上升至规定电压，期间出现电击穿时记录击穿电压，用于缺陷分析和整改。电晕放电或单次瞬间闪络中电流未失控，不认为是绝缘击穿。

电气强度试验常用交流电压和直流电压进行试验。交流电压基本为50 Hz或60 Hz正弦波，峰值和有效值比约为1.414×（1±3%）;直流电压基本为无纹波，峰值和平均值比约为1.0×（1±3%）。具有高容量的电容器与进行电气强度试验的部件并联时，如果充电电流超过耐压仪容量，要进行交流电压的电气强度试验是非常困难的。针对这种情况，可以将并联电容器全部断路，或者用直流电压进行试验。

电气强度试验电压施加在设备互相分离的电气部分上，象：带电部件、分离部件、接地部件、可触及表面（非导电部分应当覆盖金属箔模拟人手）。在电气强度试验前，设备要先做以下准备。

外部的接线端子（同一极）连接在一起。

任何开关或控制装置处于闭合或被旁路。

电压阻断器件（象整流管）的接线端子连接在一起。

断开压敏器件（象压敏电阻、气体放电管等）。

交流电压试验时断开射频干扰滤波器等容性器件。

2 固体绝缘特性

如今电子产品体积越做越小，固体绝缘逐渐替代空气绝缘。由于固体绝缘的抗电击穿能力远高于空气，在设计绝缘系统时反而很容易被设计者忽略。在绝缘系统中，电极与绝缘间、不同绝缘层间都可能存在缝隙，或绝缘材料本身就存在微小气隙。在这些缝隙或气隙中，即使电压小于击穿水平，仍可能发生局部放电，影响固体绝缘寿命。

固体绝缘是一种不可恢复的绝缘介质。在固体绝缘被电击穿后，其抗电击穿能力会显著下降。因此，同一绝缘材料被电击穿后，再进行电气强度试验的任何结果均不认可。

象电应力、热应力等许多不利因素，会在固体绝缘上逐渐累积，最终导致绝缘老化，很难确定固体绝缘的性能和寿命。另外，固体绝缘的厚度也与各类失效机理存在复杂关联性，当绝缘厚度减小或电场强度增加，失效风险也随之上升，很难计算固体绝缘的厚度要求。最终，只能通过电气强度试验来验证固体绝缘的可靠性。

3 各种应力影响

绝缘的电气间隙直接影响电气强度试验结果，而电气间隙受应力影响程度很大，容易造成安规距离减小产生电击穿。

电应力影响：设备长期运行时，绝缘上有极小的漏电流，加上电路中某些器件可能泄漏微量的电解质，二者逐渐混合出现导电路径（俗称漏电起痕）。

热应力影响：所有物质都具有热胀冷缩的特性。过冷会使防水防尘件萎缩，水分和灰尘进入设备。而长期热应力影响更深远，象内应力消除造成机械变形、热塑性材料软化、塑化剂迁移造成材料脆裂、超过材料玻璃化转变温度从而软化交联材料、介电损耗增大造成热不稳定和损坏、高温梯度造成机械故障等。

机械应力影响：设备不具备足够的抗机械冲击强度能力，造成绝缘材料脱层、断裂、损坏。

化学应力影响：化学物质会改变介质原有结构和化学特性。

湿度应力影响：水蒸气会影响绝缘阻抗，加剧表面污染，发生腐蚀和外形变化。对于某些材料，高湿度直接降低其抗电击穿能力。

电压频率影响：介质发热及热不稳定性与电压频率成正比。GB/T 1408.1标准表明，厚度3 mm的固体绝缘在50 Hz条件下击穿电场强度约（10 kV/mm～40 kV/mm，电压频率升高会显著降低多数绝缘材料的抗电击穿能力。

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。

暴露于溶剂或活性化学剂中，造成的应力裂纹或应力断裂。

细菌、霉菌或菌类的作用。

機械塑性变形。

在多种应力影响下，绝缘抗电击穿能力将会下降。因此，电气强度试验经常要求设备在其常态、热态、潮态等多种条件下进行，以图模拟最严酷的现实情况。

4 试验误判原因

电气强度试验使用耐压仪，施加试验电压在绝缘端间，同时监测回路电流。当回路电流增大并超过设定阈值后，耐压仪报警表示绝缘击穿。因此，耐压仪性能高低和检测员经验多寡，将影响试验结果判定。以下介绍几种常见的试验误判案例。

误判案例1：二次/多次试验

电气强度试验是一种高压试验，对绝缘有损伤。如果使用过高电压试验后，再降低到正确电压考核，即使二次试验结果失败也不可以进行判定。因为绝缘已经受损，不可以继续考核，应当更换全新设备重新试验。

误判案例2：报警阈值过小

电流不受控地急剧增加是判定电气强度试验结果的关键指标，而不是单纯依赖耐压仪的报警提示。假设耐压仪设定阈值是10 mA，试验中回路电流高于10 mA时耐压仪报警，此时不能盲目地判定。应该考虑提高阈值，象提高到50 mA或更高进行试验，观察回路电流是否会不受控地增加。设备内如有大量电容，其产生的高漏电流可能会触发交流电压试验阈值报警，如果能够确认是电容影响，允许更换直流电压试验。

误判案例3：放电保护器件响应

防雷保护等压敏器件在进行电气强度试验时会出现主动短路放电，使设备后级电路不受过压冲击。由于短路放电现象与电击穿非常相似，容易误判。当遇到击穿电压始终是固定数值时（压敏器件响应电压是定值），应引起注意，拆机检查是否有压敏器件，如有则开路它们再进行试验。

误判案例4：耐压仪输出容量不足导致回路电流小，无法达到报警阈值，容易误判。因此，许多电子产品标准都规定了耐压仪短路输出电流至少要达到200 mA，保证其输出容量足够进行试验。

5 结语

电气强度试验主要考核绝缘的抗电击穿能力，是电子产品安规测试中的重要试验项目之一。熟练掌握其试验原理和判定方法，是保证测试结果准确性的根本。

参考文献

[1]GB/T 16935.1—2008，低压系统内设备的绝缘配合 第1部分：原理、要求和试验[S].

[2]施帅，孙仲瑞.抗电强度的测量方法[J].上海计量测试，2015，42（1）：34-36.

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