绝缘材料电气强度试验仪—电气强度能力验证结果分析

1、概述：

电气强度试验是产品安全测试领域中常见的电气测试项 目之一，所有涉及电气绝缘强度的评估包含“打耐压”测试。因 此，电气强度测试也被称作耐压测试，它是衡量电器的绝缘在 过电压作用下耐击穿的能力，是评价电气产品在正常工作中绝 缘是否符合标准规定的重要试验方法。这也是一种考核该产品 是否保证使用安全的可靠手段，给使用者带来安全的保证。

通过本次验证，提高了实验室对标准的理解和掌握，了解 了国内电气实验室对电气产品电气强度试验的整体测试水平。

2、电气强度能力验证样品简介：

本次样品为一个专门设计自行组装的电气盒，样品上粘 贴有编号，如“001-125”“008-101”，表示“实验室代码-样品编 号”。发放样品前，对样品进行了均匀性检验和稳定性检验，检 验结果符合要求。样品用气泡膜和纸盒封装，运输时采用了妥 善的包装，避免样品在途中变形、受潮和腐蚀。

3、检测要求

3.1 依据标准

GB 4706.1—2005《家用和类似用途电器的安全 第 1 部分: 通用要求》；GB 8898—2011《音频、视频及类似电子设备 安全 要求》；GB 4943.1—2011《信息技术设备全 第 1 部分：通用 要求》；GB 7000.1—2007《灯具 第 1 部分：一般要求与试验》。

能力验证的组织者为中国家用电器研究院，推荐的标准 均 为 民 用 类 的 标 准 ， 实 验 室 主 要 依 据 的 标 准 为 GB/T 14598.3—2006《电气继电器 第 5 部分量度继电器和保护装置 的绝缘配合要求和试验》，此标准适用于量度继电器和保护装 置，及与之相关的辅助装置。

3.2 试验要求

①试验前，将样品及测试装置放置在温度为 20℃±5℃，相 对湿度 45%~75%的环境下进行预处理 24h，使其与环境达到 热平衡；②试验场所的环境条件：保持恒定温度 20℃±5℃，相 对湿度 45%~75%；本次试验选定的环境为密闭的房间，利用 空调来调节温度，将样品远离空调，减少空气对流对试验产生 的影响；③电气强度试验装置的跳闸电流参考 GB 4706.1— 2005 第 13.3 章的表 5，取限值为 100mA 跳闸；④在样品的 1、 2 号测试端之间，施加 2500V 交流电压 1min，试验初始施加的 电压不超过规定电压值的一半，然后平缓地升高到规定值，检 验是否击穿 （本条规定的试验方法与 GB/T 14598.3—2006 6.1.4.4 条的规定吻合）；⑤上述试验完毕后，在 3、4 号加压端 施加 2500V 交流电压，测量 7、8 号测试端的电压值。

4、试验过程

4.1 试验前准

①7451 输出电压验证。GB/T 14598.3—2006 6.4.1.3 条要 求试验电压源对被试继电器施加规定值的一半时，所观察到 的电压应低于 10%，试验电压源的电压值精度应高于 5%。输 出电压如表 1 所示，从表 1 中可以看出经过测量输出电压，其 误差满足标准要求。

②7451 漏电流验证。将试验线接到一个滑线变阻器上，串 接上一个 34410A（测量电流）

推动滑线电阻，可以改变漏电流的大小，7451 漏电流达到 99.99mA 时，34410A 显示为 99.93mA，满足要求

③被测样品测量电压电路分析。用 34410A 测量，被测样 品 3、4 端 的 电 阻 为 12.593MΩ， 样 品 7、8 端 的 电 阻 为 0.5087MΩ，样品 4、8 端相通，样品 3-7 端电阻为 12.09MΩ，假 想电路如图 1 所示。

通过分析，如果 3-4 端施加 2500V 电压，7-8 的测量理论 值为 100.989V。

④测量仪表的选择。先在 3、4 端施加 100V 电压，7、8 测 量结果如表 2 所示。

34410A 测量电压时内阻为 1MΩ，FLUCK 15B 及 FLUCK 289C 内阻均为 10 MΩ。内阻对测量结果影响较大。理论上内 阻越大对结果影响越小。

4.2 电气强度试验

在样品的 1、2 端施加 2500V 交流电压。本次用的测试设 备为 7451 安规综合分析仪，其初始测试电压为 0V，升高到规 定值为 10s，持续时间为 1min，试验连接图如图 2 所示。

7451 测试时间为 60s，测试电压为 2.5kV，漏电流为 99.99mA。点击 TEST 按钮，试验开始，电压升高到 1.99kV 时， 被测样品击穿。

4.3 测量电压值试验

在样品的 3、4 端施加 2500V 交流电压。7451 初始测试电 压为 0V，升高到规定值为 10s，持续时间为 1min，表计连接到 测试样品的 7、8 端子，试验连接图如图 3 所示。

用了 3 个类型的表计对 7、8 端电压进行了测量，施加在 3、4 端电压为 2500V（7451 显示），结果如表 3 所示。

通过表 3 可以看出，内阻越大，越接近理论值。考虑到表 计内阻的影响，最终上报的结果选择的是 98.7V。

5、试验结果分析

本次能力验证分为两部分，两项均为满意结果，则判为“满意 结果”；两项其中任一项为不满意结果，则判为“不满意结果”

本次能力验证共有 178 家实验室参加，经过综合判定，最 终有 146 家实验室结果为满意。其中所有实验室电气强度结 果都为“满意结果”，不满意的原因均为测量电压值超过能力 评定标准差。

不满意的原因主要归结为 3 点：①试验的环境条件。由于 电气盒设计为纯阻性负载，阻性负载本身会受环境温度影响， 同一样品在不同温度下会呈现不同的阻值变化，阻值的变化会 影响电气盒的分压大小，虽然影响比较小，但是也会累加结果 的不确定度。②升压方式。若进行了不规范操作，如瞬间将电压 升至 2500V，瞬间的高压冲击会使产品的绝缘产生泄漏电流， 出现击穿现象，或者将内部部件损坏，这就是错误操作造成的 试验样品不通过或者试验结果不准确。③测量电压用的表计内 阻过小。根据分析，表计内阻对结果影响特别大，如选用表计不 当或忽略了表计内阻的影响，会最终影响测量结果。

绝缘材料电气强度试验仪技术要求

测试原理

固体电介质击穿有3种形式：电击穿、热击穿和电化学击穿。

电击穿

电击穿是因电场使电介质中积聚起足够数量和能量的带电质点而导致电介质失去绝缘性能。热击穿是因在电场作用下，电介质内部热量积累、温度过高而导致失去绝缘能力。电化学击穿是在电场、温度等因素作用下，电介质发生缓慢的化学变化，性能逐渐劣化，最终丧失绝缘能力。固体电介质的化学变化通常使其电导增加，这会使介质的温度上升，因而电化学击穿的最终形式是热击穿。温度和电压作用时间对电击穿的影响小，对热击穿和电化学击穿的影响大；电场局部不均匀性对热击穿的影响小，对其他两种影响大。

热击穿

当固体电介质承受电压作用时，介质损耗是电介质发热、温度升高；而电介质的电阻具有负温度系数，所以电流进一步增大，损耗发热也随之增加。电介质的热击穿是由电介质内部的热不平衡过程造成的。如果发热量大于散热量，电介质温度就会不断上升，形成恶性循环，引起电介质分解、炭化等，电气强度下降，最终导致击穿。

热击穿的特点是：击穿电压随温度的升高而下降，击穿电压与散热条件有关，如电介质厚度大，则散热困难，因此击穿电压并不随电介质厚度成正比增加；当外施电压频率增高时，击穿电压将下降。

电化学击穿

固体电介质受到电、热、化学和机械力的长期作用时，其物理和化学性能会发生不可逆的老化，击穿电压逐渐下降，长时间击穿电压常常只有短时击穿电压的几分之一，这种绝缘击穿成为电化学击穿。当加在某绝缘介质上的电压高于过一定程度（击穿电压）后，这时绝缘介质会发生突崩溃而使其电阻迅速下降，继而使得一部分绝缘介质变为导体。在有效的击穿电压下，电击穿现象可以发生在固体、流体、气体或者真空等不同的介质中。

电树枝（预击穿）

在电气工程中，树化是固体绝缘中的一种电气预击穿现象。这是由于局部放电而造成的破坏性过程，并通过受应力的介电绝缘层，在类似于树枝的路径中进行。固体高压电缆绝缘的树化是地下电力电缆中常见的击穿机制和电气故障来源。当干介电材料在很长一段时间内受到高且发散的电场应力时，首先发生并传播电树。观察到电树化起源于杂质、气孔、机械缺陷或导电突起在电介质的小区域内引起过度电场应力的点。这可以使体电介质内的空隙内的气体电离，从而在空隙的壁之间产生小的放电。杂质或缺陷甚至可能导致固体电介质本身的部分击穿。这些局部放电(PD)产生的紫外线和臭氧随后与附近的电介质发生反应，分解并进一步降低其绝缘能力。随着电介质的降解，气体通常会释放出来，从而产生新的空隙和裂缝。这些缺陷进一步削弱了材料的介电强度，增强了电应力，加速了PD过程。