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电气安全性能的测量仪器


   随着当代科学技术的迅速发展,各种电器、电子设备全面进入社会生活各个领域,成为社会文明进步的重要标志。在我国,人民生活水平不断提高,对家用电器的需求量越来越大。各类电器、电子设备在全国城乡和到迅速普及,给生产带来极大方便。但各类电器、电子设备的广泛使用,由此带来的人身事故也大为增加。给生命财产带来危害,触电伤亡和电气火灾是常见例子。因此,电器、电子设备的使用安全性这一重要问题,成为决定产品质量的各要素中跃居首要地位,安全标准成为最重要的技术标准之一。

  
   防触电气是所有安全标准中最基本也是最重要的内容,通常列为产品安全的首项。电气安全性能试验项目包括:耐电压试验、泄漏电流试验、绝缘电阻、和接地电阻试验。70年代末期起,各种专用于各类电子、电气器产品电气安全性能试验的仪器迅速发展,形成了一个崭新的电子仪器门类。

  
   电气安全性能试验仪器的发展是贯彻国际国内安全标准的必然结果。自IEC65号公告《电网电源供电的家用和类似一般用途的电子及有关设备的安全要求》于1952年首次颁布并经五版、七次修订以来,全球范围内已形成IEC安全标准和美国UL安全标准两大体系。我国自70年代末期开始制订各类安全标准。80年代迅速形成了采用或等效采用IEC安全标准的国家标准体系。电气安全性能试验在电子测量仪器、广播收音机、电视机、各种音频、视频设备及家电产品、低压电器等电子、电器产品设计、制造、检验、定型、质量认证、创优及进出口等各项工作中,首先成为必须、大量、经常进行的重要项目,随之产生的专用测试仪器的需求,使得电气安全性能试验仪器具有深厚的展基础和广阔的市场。

  
   电气安全性能试验仪器技术指标完全取决于安全标准的要求和规定,测试对象除各类电子产品外,遍及一切电网供电或由指定的额定交直流供电的低压电器设备,这是电气安全性能试验仪器区别所有各类电子测量仪器的特点。因此,仪器的发展依赖于安全标准的发展

  
   下面,简单地介绍一下电气安全性能试验仪器---耐电压测试仪、泄漏电流测试仪、绝缘电阻测试仪、和接地电阻测试仪。

一. 耐压测试仪

   耐电压强度也可称耐压强度、介电强度、介质强度。绝缘物质所能承受而不致遭到破坏的最高电场强度称耐电压强度。在试验中,被测样品在要求的试验电压作用之下达到规定的时间时,耐压测试仪自动或被动切断试验电压。一旦出现击穿电流超过设定的击穿(保护)电流,能够自动切断试验电压并发出声光报警。以确保被测样品不致损坏。它主要达到如下目的:

i. 检测绝缘耐压受工作电压或过电压的能力。

ii. 检查电气设备绝缘制造或检修质量。

iii. 排除因原材料、加工或运输对绝缘的损伤,降低产品早期失效率。

iv. 检验绝缘的电气间隙和爬电距离。

  
   耐压测试仪是测量各种电器装置、绝缘材料和绝缘结构的耐电压能力的仪器,该仪器能调整输出需要的交流(或直流)试验电压和设定击穿(保护)电流。在试验中,样品在要求的试验电压作用之下达到规定时间时,耐电压测试仪自动或被动切断试验电压;一旦出现击穿,电流超过设定击穿(保护)电流,能够自动切断输出并同时报警,以确定样品能否承受规定的绝缘强度试验。它可以直观、准确、快速、可靠地测试各种被测对象的受电压、击穿电压、漏电流等电气安全性能指标,并能在IEC或国家安全标准规定的测试条件下,进行工频和直流以及电涌、冲击波等不同形式的介电性能试验。在国内外,此类仪器还有耐压测试仪、介质击穿装置、耐压试验器、电涌绝缘测试仪、高压试验器等不同的名称。

   耐压测试仪的雏形---高压试验器的历史可以追溯到很久以前,但真正形成专门的基本安全试验仪器门类则是70年代后期,世界范围内大力推广安全标准之后。50年代中期,初具定时控制及漏电流测试功能的典型产品如前苏联的UPU-1型介质击穿试验器,为全电子管电路,且量程单一,主要用于测试电工绝缘材料的抗电强度。70年代后期,随着IEC65号公告的发布,日本菊水(KIKUSUI)公司发展了TOS8000系列耐压测试仪,采用晶体管及集成电路,技术文件明确表明其产品以满足IEC、JIS、UL等安全标准规定为目的。80年代初,IEC664(1980)号公告首次颁布进行标准脉冲波耐压试验的新规定,瑞士HAEFELY公司立即发展了P12型冲击`波耐压测试仪。由此可见,基本安全试验仪器的发展与安全标准的发展同步且不可分割。

   整个60年代是我国耐压测试仪的初创时期。由于受技术、工艺、元器件等各种因素的限制,产品品种少,精度低,自身安全性能差,从厂家自我武装用以进行产品或零部件耐压试验的简易试验器起步,少数品种经进一步完善后形成了商品。代表产品是JC-4介质击穿装置,但70年代耐压测试仪的研制和生产一直停滞不前,1970年JC-4竟成为市场上唯一的耐压仪型号。

   我国耐压测试仪转入大批量生产而形成安全试验仪器新门类始于80年代初。在各类国家安全标准全面制订并强制执行的大背景下,生产厂家迅速推出大批型号各异的新产品。现在,我国已形成的安全耐压试验仪器技术指标基本与国外相当。

二、绝缘电阻测试仪

   绝缘电阻测试仪是用来测量绝缘电阻大小的仪器。

绝缘电阻是指用绝缘材料隔开的两部分导体之间的电阻称绝缘电阻。

为了保证电气设备运行的安全,应对其不同极性(不同相)的导电体之间,或导电体与外壳之间的绝缘电阻提出一个最低要求。例如,家用和类似用途电器规定:基本绝缘为2MW;加强绝缘为7MW。

影响绝缘电阻测量值的因素有:温度、湿度、测量电压及作用时间、绕组中残存电荷和绝缘的表面状况等。

通过测量电气设备的绝缘电阻,可以达到如下目的:

a. 了解绝缘结构的绝缘性能。由优质绝缘材料组成的合理的绝缘结构(或用绝缘系统)应具有良好的绝缘性能和较高的绝缘电阻;

b. 了解电器产品绝缘处理质量。电器产品绝缘处理不佳,其绝缘性能将明显下降;
c. 了解绝缘受潮及受污染情况,当电气设备的绝缘受潮及受污染后,其绝缘电阻通常会明显下降;

d. 检验绝缘是否承受耐电压试验。若在电气设备的绝缘电阻低于某一限值时进行耐电压测试,将会产生较大的试验电流,造成热击穿而损坏电气设备的绝缘。因此,通常各式各样试验标准均规定在耐电压试验前,先测量绝缘电阻。

三、泄漏电流测试仪

   泄漏电流是指在没有故障施加电压的情况下,电气中带相互绝缘的金属零件之间,或带电零件与接地零件之间,通过其周围介质或绝缘表面所形成的电流称为泄漏电流。按照美国UL标准,泄漏电流是包括电容耦合电流在内的,能从家用电器可触及部分传导的电流。泄漏电流包括两部分,一部分是通过绝缘电阻的传导电流I1;另一部分是通过分布电容的位移电流I2,后者容抗为XC=1/2pfc与电源频率成反比,分布电容电流随频率升高而增加,所以泄漏电流随电源频率升高而增加。例如:用可控硅供电,其谐波分量使泄漏电流增大。

   若考核的是一个电路或一个系统的绝缘性能,则这个电流除了包括所有通过绝缘物质而流入大地(或电路外可导电部分)的电流外,还应包括通过电路或系统中的电容性器件(分布电容可视为电容性器件)而流入大地的电流。较长布线会形成较大的分布容量,增大泄漏电流,这一点在不接地的系统中应特别引起注意。

   测量泄漏电流的原理测量与绝缘电阻基本相同,测量绝缘电阻实际上也是一种泄漏电流,只不过是以电阻形式表示出来的。不过正规测量泄漏电流施加的是交流电压,因而,在泄漏电流的成分中包含了容性分量的电流。

在进行耐压测试时,为了保护试验设备和按规定的技术指标测试,也需要确定一个在不破坏被测设备(绝缘材料)的最高电场强度下允许流经被测设备(绝缘材料)最大电流值,这个电流通常也称为泄漏电流,但这个要领只是在上述特定场合下使用。请注意区别。

   泄漏电流实际上就是电气线路或设备在没有故障和施加电压的作用下,流经绝缘部分的电流。因此,它是衡量电器绝缘性好坏的重要标志之一,敢是产品安全性能的主要指标。

   将泄漏电流限制在一个很小值,这对提高产品安全性能具有重要作用。

   泄漏电流测试仪用于测量电器的工作电源(或其他电源)通过绝缘或分布参数阻抗产生的与工作无关的泄漏电流,其输入阻抗模拟人体的阻抗。

   泄漏电流测试仪主要由阻抗变换、量程转换、交直流变换、放大、指示装置等组成。有的还具有过流保护、声光报警电路和试验电压调节装置,其指示装置分模拟式和数字式两种。

四、接地电阻

      "接地电阻"这个名词是个定义并不十分明确的词。在有些标准中(如家用电器的安全标准中),它是指设备内部的接地电阻,而在有些标准中(如接地设计规范中),它是指整个接地装置的电阻。我们所讲的是指设备内部的接地电阻,也就是一般产品安全标准中所说的接地电阻(也有叫做接地阻抗的),它所反映的是设备的各处外露可导电部分与设备的总接地端子之间的电阻。一般标准中规定这个电阻不得大于0.1W。

接地电阻是指用电器的绝缘一旦失效时,电器外壳等易触及金属部件可能带电,需要有可靠的接地保护电器的使用者的安全,接地电阻是衡量电器接地保护可靠的重要指标。

   接地电阻测试仪 接地电阻可用接地电阻测试仪来测量。由于接地电阻很小,正常一般在几十毫欧姆,因此,必须采用四端测量才能消除接触电阻,得到准确的测量结果。接地电阻测试仪是由测试电源、测试电路、指示器和报警电路组成。测试电源产生25A(或10A)的交流测试电流,测试电路将被测电器取得的电压讯号通过放大、转换,由指示器显示,若所测接地电阻大于报警值(0.1W或0.2W),仪器发出声光报警。

   随着科学技术的发展,各种安全标准的不断完善。电气安全测试仪器门类也随着发展更新,耐压测试仪从工频交流,直流,发展到标准波冲击耐压仪;泄漏电流测试仪从平均值整流发展到真有效值整流……等,使电气安全测试技术发展一个新水平,更好地提高人民生活水平。
 
2005/07/07
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