安规测试仪器简介

安规测试仪器简介

安规系列测试仪主要是用来检测电器产品是否漏电、是否接地良好、会不会伤害人身安全的专用测量仪器，主要检测项目有耐电压、泄漏电流、绝缘电阻和接地电阻。

一、耐压测试仪的原理和使用

耐压测试又称作高压测试或介电强度测试，是在产品流程安全测试中用的最多的。它实际上在每一个安全标准中都被引用，这一点表明了它的重要性。

1、测试目的

耐压测试是一种无破坏性的测试，它用来检测经常发生的瞬态高压下产品的绝缘能力是否合格。它在一定时间内施加高压到被测试设备以确保设备的绝缘性能足够强。进行这项测试的另一个原因是它也可以检测出仪器的一些缺陷，例如制造过程中出现的爬电距离不足和电气间隙不够等问题。

2、仪器原理

最初的耐压测试仪仅仅是一个简单的变压器和调压器，它把市电变为所需要的测试电压，施加到被测试样品上。由于市电的波动性，人们有时不得不把输出电压调节到大于实际需要值的 20% 的程度，以防止输入电压可能的波动。同时，在很多安全标准中都特别要求所使用的耐压测试仪有 500VA 以上的容量，这是为了保证在样品有较大的漏电流时，耐压测试仪仍然有足够大的输出电压。新型的耐压测试仪都具有足够的源电压调整率和负载调整率，只有一些老的安全标准仍然有这方面的要求。实际上很多的新标准已经不再将 500VA 容量列入对耐压测试仪的要求。从使用人员的角度来看，耐压测试仪 500VA 的容量反而是一种对操作员的威胁。

由于各种测试标准不同、流水线大批量测试及人们对电器安全性能的认识不断提高，要求耐压测试装置的功能相应提高，调压器式的耐压测试仪器的功能有限，采用全电子程控技术和功率电子技术的新型耐压测试仪正在普及。目前，这类耐压测试仪器主要分为两种：一种采用单片机作为监控中心、数字波形合成技术＋线性功率放大器作为测试源；另一种采用单片机作为监控中心、 SPWM( 正   弦脉宽调制 ) 脉冲发生器＋ IGBT( 绝缘栅双极晶体管 ) 脉冲功率放大器作为测试源。 这种耐压测试仪的结构较复杂，抗干扰能力和可靠性取决于整机的设计和电子元件的质量，输出波形失真小，输出频率可变 (50Hz/60Hz)'' 输出电压调整范围宽、控制精度高，在功率范围内的输出电压稳定，不受负载变化的影响，测试源输出功率一般可达到 500W ，超功率输出时仪器能自动保护，输出电压设置在无电压输出的情况下进行，安全性好，对被试品有电弧、爬电、闪络等绝缘性能方面的潜在隐患的检测容易实现，电压输出方式可通过软件满足多种标准要求，如分段升压、定时升压、定速升压等，能进行击穿点分析，击穿保护速度快，漏电流显示分辨率可达纳安级，非常适用于高标准的电器或元器件测试。工作时对电网干扰小，仪器的校准通过按键或通信接口进行，便于和计算机联网完成测试统计、分选工作，可对被试品连续进行测试。

耐压测试仪主要是由交（直）流高压电源，定时控制器，检测电路，指示电路和报警电路组成，基本工作原理是：将被测仪器在耐压测试仪输出的试验高电压下产生的漏电流与预置的判定电流比较，若检出的漏电流小于预设定值，则仪器通过测试，当检出的漏电电流大于判定电流时，试验电压瞬时切断并发出声光报警，从而确定被测件的耐压强度。

耐压测试仪的技术指标主要包括其输出交直流电压和预设定切断电流。模拟指示型的耐压测试仪通常采用引用误差的形式表征其电压最大允许误差，比如 3 级的电压表，表示电压表的指示值误差应小于其满量程值的 3% 。对于数字式的耐压测试仪则采用不同的方式进行确定。

3、耐压测试方法

3.1 基本方法

测试的连线方法，一般情况下高电压将施加在被测绝缘体之间，例如加在电源初级回路和被测仪器的金属外壳之间。如果其间的绝缘性足够好，加在上面的电压差就只会产生很小的漏电流。另一个情况是测试电源初级和次级回路之间的绝缘性。在这种情况下，将所有的输出端都短接，并与耐压测试仪的低端线路连接，然后将被测仪器电源初级端的 L 线和 N 线短接，并与耐压测试仪的高压输出端连接。在测试时一定要记住，被测仪器并不接工作电源，处于不工作状态，但必须将其电源开关打开。实践表明，在不打开电源开关的情况下，耐压测试非常容易通过测试，但仪器本身可能是不合格的。

测试电压的确定应参考不同的安全标准。如果测试电压太低，绝缘材料就会因为没有施加足够的电压而导致不合格的绝缘通过测试；如果电压过高，测试时会对绝缘材料造成损害。但是，有一个通用的规则，就是采用经验公式：试验电压 = 电源电压 × 2+1000V 。例如：试验产品的电源电压为 120V ，则试验电压 =120V × 2+1000V=1240V 。实践上这种方法也正是大多数安全标准化采用的方法。用 1000V 作为基础公式一部份的原因就在于任何产品的绝缘性能每天都在受到瞬态高压的冲击，实验室和研究表明，这一高压最高可以达到 1000V 。

通常耐压测试时间为一分钟。由于在生产线上要进行大量的产品耐电测试，测试时间通常降低到只有几秒钟。有一个典型实用的原则，当测试时间降到只有 1~2 秒的情况下，测试电压必须增加 10~20% ，以保证短时间测试时绝缘的可靠性。

报警电流的设定应当根据不同的产品来确定。方法是预先对一批样品做漏电流试验，得到一个平均值，然后确定一个略高于此平均数的值为设定电流。由于被测试仪器不可避免存在着一定的泄漏电流，因此应该保证所设定的报警电流足够大，以免被泄漏电流误触发，同时应足够小以避免放过不合格的样品。在某些情况下，还可以通过设定所谓的下限报警电流来判断样品是否与耐压测试仪的输出端有接触。

3.2 交直流测试的选择

测试电压，大部分的安全标准允许在耐压测试中使用交流或直流电压。若使用交流测试电压，当达到电压峰值时，无论是正极性还是负极性峰值时，待测绝缘体都承受最大压力。因此，如果决定选择使用直流电压测试，就必须确保直流测试电压是交流测试电压的√2倍，这样直流电压才可以与交流电压峰值等值。例如： 1500V 交流电压，对于直流电压若要产生相同数量的电应力必须为 1500 × 1.414 即 2121V 直流电压。

   使用直流测试电压的其中一个好处在于在直流模式下，流过耐压测试仪报警电流测量装置的是真正的流过样品的电流。采用直流测试的另一个好处在于可以逐渐的施加电压。在电压增加时通过监视流过样品的电流，操作者可以在击穿发生前察觉到。需要注意的是当使用直流耐压测试仪时，由于电路中的电容充电，必须在测试完成后对样品进行放电。事实上，无论是测试电压是多少、其产品特点如何，在操作产品前对其放电都是有好处的。

直流耐压测试的不足在于它只能在一个方向施加测试电压，不能像交流测试那样可以在两个极性上施加电应力，而多数电子产品正是在交流电源下进行工作的。另外，由于直流测试电压较难产生，因此直流测试比交流测试成本要高。

   交流耐压测试的优点在于 '' 它可以检测所有的电压极性，这更接近与实际的实用情况。另外，由于交流电压不会对电容充电，因此大多数情况下，无需逐渐升压，直接输出相应的电压就可以得到稳定的电流值。并且，交流测试完成后，无需进行样品放电。

交流耐压测试的不足在于，如果测试中的线路中有大的 Y 电容，在某些情况下，交流测试将会误判。大部分安全标准允许使用者在测试前不连接 Y 电容，或者改为使用直流测试。直流耐压测试在加高电压于 Y 电容时，不会误判，因为此时电容不会允许任何电流通过。  

3.3 耐压仪最大允许误差的考虑

由于耐压测试仪的输出电压不会 100% 准确，在确定测试电压的同时，应考虑仪器输出电压的误差，可以采用耐压仪本身的技术指标或上级机构的校准证书。例如在交流 3000V 下进行耐压测试，耐压测试仪在此上的最大允许误差为 3% ，即 90V ，那么为了保证足够的测试电压，应将输出测试电压调节到 3090V 才足够。当然，如果耐压测试仪本身输出偏高，则这样做存在电压偏高的风险，测试者应充分考虑。

3.4 交流小电流测试

有些仪器生产商宣称他们的耐压测试仪可以达到纳安级别的漏电流分辨率。然而，实际的交流测量使得人们很难真正进行这样小电流的测试。在任何电路中都有一定量的电容存在，即使是一个简单的变压器也在其绕线和铁芯间有电容。电容不但会因为有一定的电阻而产生漏电流，在交流电压下电容本身也是一个阻抗器件。这些电流是独立于用户所希望测试的电流之外的，其大小取决于电容值、频率和施加电压。

大多数的耐压测试仪往往在电压回路端接地，有时被测试的样品也会在低端接地，因此在这种情况下，耐压测试仪所测量到的漏电流必然是通过被测样品的漏电流和耐压测试仪本身漏电流的总和。耐压测试仪本身漏电流通常是非常小的，然而在测量纳安级的漏电流时，它将是一个主要的问题。

二、泄漏电流测试

绝缘体不导电只是相对的。随着外围环境条件的变化，实际上没有一种绝缘材料是绝对不导电的。任何一种绝缘材料，在其两端施加电压，总会有一定电流通过，这种电流的有功分量叫做泄漏电流，而这种现象也叫做绝缘体的泄漏。

泄漏电流实际上就是电气线路或设备在没有问题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，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。

对于电器的测试，泄漏电流是指在没有问题和施加电压的情况下，电气中相互绝缘的金属器件之间，或带电器件与接地器件之间，通过其周围介质或绝缘表面所形成的电流称为泄漏电流。泄漏电流包括两部分：一部分是通过绝缘电阻的传导电流；另一部分是通过分布电容的位移电流，其容抗为 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。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。

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。

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。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。

三、绝缘电阻测试试验的类型和特点

绝缘电阻测试是为了了解，评估电气设备的绝缘性能而经常使用的一种比较常规的试验类型。通常技术人员通过对导体、电气零件、电路和器件进行绝缘电阻测试来达到以下目的：

验证生产的电气设备的质量

确保电气设备满足规程和标准（安全符合性）

确定电气设备性能随时间的变化（预防性维护）

确定故障原因（排障）

一般而言，对于绝缘测试有以下类型： 设计测试、生产测试、交接验收测试、预防性维护测试以及故障定位测试。不同的测试类型取决于不同的测试目的和应用领域，并且不同绝缘的测试过程也具有不同的特点。

设计测试

设计测试一般用于在实验室中确定电气器件的性能。设计测试通常是由制造商对新设计的器件或是从其它公司外购的、用于产品设计之中的器件进行测试。设计测试检查的是器件是否有故障。在制造任何产品之前都要进行绝缘电阻测试。

在测试绝缘时，对每一器件施加高压，直到器件的绝缘发生故障，产生的漏泄电流高于可接受的电流。不仅在第一次设计产品时要进行设计测试，而且只要对产品进行修改，都要进行测试。对于不同的器件，根据其不同的工作电压，工作状况以及性能要求，需要对其进行不同的电压的测试来测量，这就需要测试仪器应该具有不同的测试电压。

生产测试

为了确保在实验室工作正常的产品在生产之后仍然工作正常，就必须对每个产品进行生产测试。生产测试由制造商进行，以满足规范和标准的要求，并保证质量的控制。在新产品和设备投入使用之前，对其进行绝缘电阻测试。在生产测试中，产品缺陷一般就会显露出来。生产测试通常是非破坏性。由于必须对生产线上的准备安装的元器件的性能进行是否满足绝缘要求的试验。由于这种测试的目的只是验证元器件是否有足够的绝缘强度，而不是整体设备的出厂验收试验，因此不需要具体的参数，只是需要验证合格与否。事先选定比较值，在进行绝缘电阻测试时，如果测量值超过比较值，那么 “通过"的指示灯会被点亮。表明元器件合格，反之则返回失败显示，不必对具体检测的数值进行判断。

交接验收测试

验收测试由安装者在完成安装之后，但是在系统投入使用之前进行。验收测试包括绝缘电阻测试，以检查是否有设备损坏、电缆损伤，电气器件之间的间距是否合适和牢固性，以及储存、运输和安装是否导致产品损坏。那么在现场的安装验收试验当中，需要进行绝缘电阻、吸收比（ DAR ）或吸收比（ PI ）的测量。

预防性测试

许多工厂都把对设备进行绝缘电阻和导线测试做为其整体预防性维护程序的一部分。导线绝缘层的状况是设备和电气系统总体状况的一个很好的指示。一般而言，所有的系统在长时间工作后，其导线的绝缘层质量都会以可预测的速率退化。通过定期进行绝缘电阻测量，即可避免导线绝缘层故障（或预期寿命）。

5 、排除故障时进行的绝缘测试

即使制造的设备是高指标的、安装合适、规格正确，并进行预防性维护测试，但仍然需要故障定位测试，因为设备依然会发生故障。故障通常是由某个故障电路中脆弱或损坏的零件引起的。当一个器件、设备、电路或系统发生故障时，就会利用绝缘电阻测试来定位故障。

日常的维护

通常所有的电气设备都是需要日常的维护的，日常性的维护试验的要求和交接验收试验的要求非常接近。维护的目的是发现可能存在的故障隐患或微小的故障。早一点发现这些隐患或微小的故障，可以在没有形成损失（停工，设备损伤或人身伤害）或损失非常小的事后消除这些隐患或故障。日常维护通常可以分为定期维护和不定期维护，或根据为维护测试的目的分为预防性维护和预测性维护等等。

四、接地电阻测试

所谓接地电阻是指接地装置对地电压和流入地中电流的比值。 接地电阻包括接地线电阻、接地体电阻、接地体与土壤间的接触电阻，以及土壤中的散流电阻。由于其中接地线电阻、接地体电阻、接触电阻相对较小，故通常近似以散流电阻作为接地电阻。设备的良好接地是设备正常运行的重要保证。

设备使用地线通常分为工作地 ( 电源地 ) ，保护地，防雷地，有些设备还有单独的信号地，以将强，弱电地隔离，保证数字弱信号免受强电地线浪涌的冲击，这些地线的主要作用是：提供电源回路，保护人体免受电击，此处，还可屏蔽设备内部电路免受外界电磁干扰或防止干扰其他设备。

设备接地的方式通常是埋设金属地桩，金属网等导体，导体再通过电缆线与设备内的地线排或机壳相连，当多个设备连接于同一接地导体时，通常需安装接地排，接地排的位置应尽可能靠近接地桩，不同设备的地线分开接在地线排上，以减少相互影响。随着科技的发展而出现的钳形地阻表是一种新颖的测量工具，它方便，快捷，外形酷似钳形电流表，测试时不需要辅助测试桩，只需往被测地线上一夹，几秒钟即可获得测量结果，极大地方便了地阻测量工作，钳形地阻表另一优点是可以对在用设备的地阻进行在线测量，而不需切断设备电源或断开地线。

影响接地电阻的因素很多，接地桩的大小 ( 长度，粗细 ) ，形状，数量，埋设深度，周围地理环境 ( 如平地，沟渠，坡地 ) 土壤湿度，质地等，为了保证设备的良好接地，利用仪表对地电阻进行测量。

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