第五章 电器产品电气绝缘性能检验

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1、第五章电器产品电气绝缘性能检验第一节概述在日用电器产品中，防触电保护的一项主要措施是采用基本绝缘或双重绝缘，将带电部 件与金属部件及其它可触及的金属表面隔离起来。因此，保证这类绝缘结构的质量，防止它 的失效是至关重要的。衡量这类材料是否失效的主要标志就是它在各种状态下的电气绝缘强 度、绝缘电阻和泄漏电流。这三项参数指标测量时，必须考虑可能出现各种实际情况，标准 中对测量环境等都作了明确的规定。一、绝缘电阻不同物质分子和原子的结构不同，其性能也就不同。导体和绝缘体的根本区别就在于绝 缘体对电荷的束缚力很强，具有很好的绝缘性能。但理想的绝缘体是不存在的，因为绝缘体 中或多或少存在着一些自由电荷，当

2、对绝缘体施加电压后，这些电荷会从电介质中分离出来， 并在电极上中和形成泄漏电流。所加电压越高，分离出来的电荷越多，形成的泄漏电流就越 大。绝缘材料在电压作用下所通过的泄漏电流的大小，能反映其电阻的大小，这个电阻就叫 做绝缘材料的绝缘电阻。它表示绝缘材料对电的绝缘能力，泄漏电流越大，绝缘电阻越小， 即其绝缘性能越差。一般绝缘材料即使在很高的电压下，也只能通过极少的泄漏电流，所以 可用兆欧(MQ)作为测量单位。电器中两个电极之间绝缘结构的电阻，见欧一1，在电极上加直流电压U后，就会在绝 缘材料上产生沿体积泄漏的电流Iv和沿表面泄漏的电流Is，也即绝缘材料存在体积绝缘电阻 Rv和表面绝缘电阻Rs，绝

3、缘结构的绝缘电阻，是外施直流电压U和总泄漏电流1之比，即R.=U/I (5 1)(a)泄漏电流(b)等效电路图51绝缘结构的泄漏电流和等效电路1一电极；2一绝缘材料由于I为I与I之和，所以：R.=RR/(R+R)(5 2)v sj vs vs体积绝缘电阻与绝缘材料内部的情况(如杂质、气泡、组织不匀等)及本身的温度、湿 度有关；表面绝缘电阻则与绝缘材料表面的情况(如粗糙度、清洁情况等)及外界的气候条 件有关。因此绝缘电阻不但与材料和杂质的本性有关，还与外界温度、湿度等条件有关。绝缘电阻随温度与湿度的升高而下降。体积绝缘电阻对温度变化非常敏感，而表面绝缘 电阻则对湿度变化非常敏感。绝缘材料的绝缘电

4、阻是体积电阻和表面绝缘电阻的函数，因此， 对绝缘电阻的测量，必须在规定的温度与湿度范围内进行。应当指出，绝缘电阻的大小并不是在所有情况下都能反映绝缘结构绝缘性能的好坏。如 绝缘结构经烘烤、老化后在不受潮时仍能保持相当高的绝缘电阻，可是在较高的电压作用下 却很容易被击穿。另外，绝缘结构表面在受到潮湿或沾污后，其绝缘电阻值也会显著下降， 但它所能承受的电压却未必降低。因此，为可靠地断定绝缘结构的绝缘性能，还应对绝缘结 构进行电气强度试验。二、电气强度绝缘材料承受电压的能力是有限度的，当外加电压超过某一数值时，绝缘材料发生剧烈 的放电或导电现象，这种现象称为击穿。击穿时，绝缘材料内突然形成了导电通路

5、，由于电 流的剧烈增加，使绝缘材料局部被破坏。固体绝缘材料的击穿电压是很高的，所以通常在发 生击穿现象前，首先出现沿绝缘材料表面的放电现象，称为表面闪络。表面闪络与绝缘结构 的表面尺寸和形状、表面附着物的性质及干湿程度有关。发生表面闪络时，由于放电通道的 高温对绝缘表面有所损伤，所以也是不允许的。绝缘材料所能承受电压的能力用电气强度表示，其值为绝缘材料在击穿时单位厚度所能 承受的电压值，即击穿处的绝缘厚度除以电压，单位V /cm表示。绝缘材料的击穿有各种不同的原因，固体绝缘材料的击穿，可能由两种情况所引起：一 种是在一定程度的电压作用下，由于绝缘体中的自由电荷得到相当大的动能而与其他电子碰 撞

6、，随即出现连锁碰撞，而使分子的组织或本身被破坏，这种现象称之为电击穿；另一种是 在电压作用下，由于绝缘体介质损耗而发热，而使有效电阻减小（固体绝缘材料的电阻温度 系数为负值）引起泄漏电流的增加，导致绝缘体更进一步发热，以致被熔化或烧毁，这种情 况称之为热击穿。固体绝缘材料的电击穿和热击穿是同时存在的，不能把它机械地分开，只 是在不同情况下其中某一种较为显著而已。电器的绝缘结构，一方面应能承受长时间交变电压的作用，另一方面还应承受短时间幅 值大的冲击电压的作用。对电器绝缘结构电气强度的考核是通过耐压试验进行的，它包括工 频电气强度和冲击电气强度试验两种。三、试验环境1. 常态（冷态）试品处于正常

7、环境和冷态的条件称之为常态。常态下的试验是模拟电器未投入使用前的 情况下的绝缘电阻和电气强度试验，因此被测试品必须是新的，并应置于正常的环境条件下。 它适用于日用电器的出厂试验，是检验电器绝缘缺陷的一项基本要求条件。2. 热态在正常环境条件和电器热态情况下的试验条件。这是模拟电器在实际使用中由于通电而 充分发热稳定后的试验，试验时也要求用新的电器进行测量。由于绝缘材料在温度升高后绝 缘性能（绝缘电阻）可能严重下降，其泄漏电流大大增加，因此，该状态下的绝缘性能试验 是新产品试制、型式试验的必检项目。3. 潮态在非正常环境条件，即温度和湿度都很高的环境条件及试品为冷态下的测量。电器绝缘 在该条件下

8、的试验也称“防潮”试验和湿热试验，简称潮态”，是国标中“防水”内容中的一个 试验项目。这项试验是模拟日用电器在实用运行中可能遇到的各种温度和湿度变化情况，考 核电器的电气绝缘性能长期稳定性的测量，同一批生产的电器产品的绝缘性能一般需抽样进 行耐潮试验。耐潮（或湿热试验）是一种等价性试验，一般采取提高温度和湿度的严酷程度的方法来 缩短产品受试时间，其等价性是以电器实际长期运行结果或长期实际试验的结果为依据而确 定的，对于试品的绝缘考核的效果，与电器在实际环境长期运行后结果必须是一致的。这项 试验由于在时间和设备上都有特殊要求，因此，均在新产品试制及型式试验中进行。第二节绝缘电阻测量绝缘电阻测量是

9、为了检查电器在正常工作中属于电隔离的部件之间的绝缘强度，它是设 备简单、测试方便、且对绝缘结构无破坏作用的介电性能测试项目。日用电器产品的绝缘电 阻测量要求在电动器具上进行，一般是在电气强度试验前不通电情况下测量。一、测量条件1. 试验样品测量绝缘电阻时被试电器应按正常工作位置安装，以使电器的绝缘结构符合正常工作条 件。为清除表面条件对测量结果的影响，测量前必须用干燥、清洁的纱布将电器表面的灰尘 污垢擦净。将正常工作中接地的所有外裸部件（金属外壳、金属手柄等）连接到金属支架上；若外 壳、手柄是绝缘材料的，则应包覆一张金属箔，并与金属支架相连接。对于带有绝缘底座的 电器，应按规定位置安装在金属支

10、架上。不带外壳但准备在外壳中使用的电器，应在规定的最小外壳中进行试验，当电器的绝缘 性能与引线、抽头或所用特殊绝缘材料有关时，在试验时应使用这种引线、抽头或特殊材料。2. 环境条件环境温度、湿度等条件的变化对绝缘电阻有显著的影响，在正常的环境条件和试品冷态 下测量绝缘电阻可以衡量电器的绝缘水平，适用于电器的出厂试验。日用电器的有关安全特 殊标准对这种条件下的绝缘最低允许值没有明确规定。其绝缘电阻的确定，只能由生产厂根 据每一具体产品特定工艺、原料等制成品的型式试验中所积累的数据而确定，作为生产厂的 内控指标。在正常的环境条件和试品热态下测量绝缘电阻，适用于电器的型式试验。这个试验往往 与温升试

11、验结合进行。在非正常环境条件下测量绝缘电阻的变化，可进一步评价电器的绝缘性能。某些民用低 压电器产品规定按湿热试验环境条件（即在湿热箱内48h后）进行电器绝缘电阻的测量。二、测量方法绝缘电阻一般是产品的带电体与外露非带电金属部分之间的绝缘结构所反映的电阻值， 通用安全标准中只对电动器具在潮态下器具相应受试部位的绝缘电阻作了规定，具体的受试 部位见表27所示。测量绝缘电阻最根本的依据就是欧姆定aR=u/z。测量绝缘电阻的方法很多，但测量日 j用电器的绝缘电阻，大都采用携带式直流500V兆欧表或数字式兆欧表进行直接测量。用兆 欧表测量绝缘电阻，实质上就是在绝缘电阻的两端加上恒定的直流电压，然后测量

12、通电后的 绝缘体上流过的直流电流，直接在检流计上显示电阻值。图5-2兆欧表的原理电路1,2一动圈；G发电机；Rc，R“一附加电阻；Rj 一待测绝缘电阻图52给出了直流发电机式兆欧表的原理电路。虚线框表示其内部电路，被测电阻接 于表的“线路”和“地线”端钮之间。“线路”外的铜制保护圆环，又叫屏蔽接地端钮，它直接 与发电机的负极相连。从图中可以清楚地看 出，动圈1、内附电阻Rc与被测电阻R.相串联， 组成一回路；动圈2与兆欧表内附电阻R相串 u 联均连接于同一手摇发电机的两端，使其承受 相同的电压。动圈1支路的电流I与被测绝缘电阻Rj的 大小有关，被测绝缘电阻越小，L就越大，磁Rj场与I1相互作用

13、产生力矩M1就越大、使指针向标度尺“0的方向偏转也越大。动圈2所通过 的电流与被测绝缘电阻无关，仅与发电机电压U及兆欧表附加电阻R有关。若把M】看作是u1转动力矩，那么通过2的电流I2产生的力矩M2为反作用力矩。当被测电阻R.的数值改变时， I的大小以及七乌的大小也随着改变，MM2两力矩互相平衡的位置也相应地改变。因此， 兆欧表的指针偏转到不同位置，指示出所测绝缘电阻%的数值。三、测量时的注意事项(1) 绝缘电阻应在试品不通电及与外界无任何电连接的情况下测量；试品自身的带电体 内的开关应全部处于接通状态。(2) 在测量前，兆欧表先不接任何导线，摇动手柄达到额定转速，这时兆欧表指针应指 向“8”

14、，然后用导线将“L”和“E短接，再摇动手柄，这时指针在“0”处，才能说明兆 欧表正常。(3) 兆欧表应平稳放置，以免因晃动而造成读数误差；放置点应远离大电流导体和有外 磁场的场合。(4) 一般被试部位中带电体接到“L”处，壳体接到“E”处；若是补充绝缘间的部位， 则可任意选择。连接兆欧表的导线的绝缘水平应较高。(5) 摇动手柄时应尽量保持匀速，一般为120r/min，摇至定速离合器动作(感觉手摇轻 松)，即为规定速度。(6) 测量中指针若指向零，表明绝缘已经丧失。此时不要再转动手柄，以免烧坏摇表。(7) 测量过程中兆欧表指针在开始时可能有较大偏转，之后才逐渐稳定下来，应以稳定 下来的指针数为准

15、。四、测量结果判定按标准规定，用500V的直流电压施加于受试件1 min后，电器的潮态绝缘电阻应满足 表2 7所示下限值要求。第三节电气强度试验电气强度试验也称耐压试验，它是考核日用电器绝缘性能的重要试验项目，以工频电 气强度试验为例。(一)试验目的及要求日用电器在正常使用中绝缘结构既要耐受电网额定电压的长期作用，又要承受电路中经 常产生的各种可能的短时过电压。电气强度试验的目的就是为了保证电器能在实际电路中长 期地安全使用，而不致发生绝缘被施加的额定电压或过电压所击穿或出现闪络的事故。此外， 电气强度试验也是发现新研制的电器的绝缘是否有缺陷的重要手段之一。电气强度试验有直流电气强度和交流工频

16、电气强度试验两种。由于交流工频电气强度试 验与产品实际运行情况较接近，且电压较高，日用电器产品的检验中较多用交流工频作电气 强度试验。被试电器样品的安装、连接等基本条件与绝缘电阻测量条件相同。当被试电器的电路包 括电动机、测量仪表、微动开关和半导体装置等元件时，若这些元件已按有关规定进行了工 频电气强度试验时，则在试验前应将这些元件拆除。由于水分不论在绝缘体表面或进入内部均能增加导电性能，使其击穿电压降低；而热击 穿又主要取决于绝缘材料的温度的高低，一般固体绝缘材料的温度每升高100G其电气强度约下降75%，因此，电气强度试验对试验环境有特定的要求。在电器产品的型式试验中， 要求试件分别承受常

17、态、热态和潮态几种状态的电气强度试验。这里，在正常环境条件下， 器具不工作的状态为常态，也称冷态；工作温度状态下称之为热态；在温度和湿度都很高的 非正常环境条件称之为潮态。安全标准中规定在其它一般的试验中，电动器具的电气强度试 验在试品为冷态下进行；而电热器具则需增加试品处于热态情况下的试验；对环境有特殊要 求的电器，需做潮态下（湿热试验装置内）的电气强度试验（或湿热试验）。对于使用50或60Hz频率的电器，试验电源应采用4560Hz的工频电压。频率对电气强度 的影响是与温度密切相关的，绝缘体在交变电压作用下，由于交变极化要产生介质损耗使绝 缘发热，如每一周波的介质损耗一定，那么频率增高则介质

18、损耗增加，温度也随之上升，因 而频率越高则击穿电压越低，故对电气强度试验的电源频率必须作出规定。试验电源的电压波形应是正弦波。固体绝缘材料的击穿与电压波形有关，如果电压波 形的峰值是冲击性的，虽然在极短时间电压峰值就已过去，但有时会造成绝缘部分击穿。 部分击穿后的绝缘材料介质损耗增大，电气强度大大降低。为使电压值变化均匀，以避免 由于电压波形的峰值冲击而降低击穿电压，所以要求试验电压为正弦波，或保持电压的峰 值与有效值之比在1.42%1.42x1.05%范围内。试验电源的容量应满足：当其高压输出端短 路时，电流不应小于0.5A。这一规定的目的是保证试验电源部分的阻抗大大小于泄漏电阻， 因而在被

19、试电器电气强度降低时仍能保持一定的试验电压值。热（二）试验方法用于电热器具，图53高氐变压器给出的工频电y试验是翻绝缘的伏。其心次一普调辛程。不嗫压隹否贝变可器例 有留 到1轻易 当燃 近&压T 判酚了弱佻弦泌 区出电大正示 所电器冷态试验的情况相对热态简单。实用中工频电气强度试验的设备包括高压试验变压 器、调压器、测量仪表、控制和保护装置等。图5-4给出了一种利用手动升压的试验装置线 路图。图中M1是装在安全门上的限位开关，只有安全门闭上时M1才闭合。M2是装在调压器 底部的限位开关，只有当调压器降到“零”位时M2才闭合。K1为切断控制回路的分开关，K2 为接通控制回路的开关。继电制带动5个

20、常开触点和1个常闭触点，其中J1、J2起自锁作用， 即当控制回路接通后，即使k2, m2打开，由于J、J2闭合，控制回路也不会被切断。J3、J4 闭合使调压器接通电源，绿灯（GN）亮说明电源有电，红灯（RD）亮说明调压器接通电源， 可以进行升压试验。一旦被试产品发生绝缘击穿，由于回路电流迅速增加，过电流继电器 PM动作，打开常闭触点PM，于是控制回路被切断，J3、J4打开，切断调压器电源。虬可作 意外情况紧急切断电源用T为调压器，此调压器当用电动机驱动时，加上适当的电路，可 以改为自动升压试验装置。（三）试验步骤及结果判定试验的具体步骤如下： 正式试验开始前，应检查试验机高压端短接情况下过流继

21、电器是否动作，有整定电流 调节装置的设备还要检查整定泄漏电流值是否符合要求。当受试器具较多时，需经常重复 此过程。 将试验机的试验棒（或夹子）分别接在规定的测定部位。 合闸通电，试验时升压必须从零开始，不可冲击合闸。电压从零上升到试验电0% 可不受升压速度的限制，而以后升压则应均匀升压，按每秒3 %速度抬高试验电压至规定试 验电压值。 在试验电压下保持一定的耐压时间（15min）。在此期间，不允许有闪络和击穿现象， 否则判为试验不合格。 在5min内将电压逐渐降到试验电压的25%后，方可切断电源，以避免因瞬间电压突变 而把试件误击穿。工频电气强度试验的电压值与被试电器的额定绝缘电压有关，表2

22、6给出了不同类型 电器的试验电压标准值，施加电压的部位应针对不同试品的相应标准执行。对于大批量的 产品，有的标准中还规定，出厂试验可以将表26中的试验电压提高20%，试验时间由lmin 缩短到1s，以节省试验时间。试验中，对样品击穿和闪络的判断相对较复杂。若试验电压保持阶段发生电压下降， 不要轻易判其击穿。这时可用兆欧表测其绝缘电阻，若阻值等于或接近于零，则可判断为 绝缘击穿。当然，也可通过第二次升压试验加以验证。如是击穿，在电压加到一定值时， 可观察到击穿点附近出现持续的火花放电或发热冒烟。若绝缘无大变化或第二次升压后，可持续lmin无击穿发生，则原第一次试验时出现的电 压下降（或击穿）有理

23、由认为是尘埃等介质影响下的空气间隙击穿。这时，第一次试验应 作合格判断。实用中另一类判断闪络和击穿的直观而有效的方法是利用阴极示波器来判断，图5-5给 出了示波器接线原理图。示波器X轴接在与高压变压器输出电压同频率相位差900的正弦波 电源上，Y轴是从串联在被试样品的取值电阻r上取出信号。当被试样品击穿时，在r上有较 大的电压，其波形如图5-6（a）。相应地，被试件没有击穿或闪络时现象时，Y轴是一个光滑 的正弦波，示波器出现的是一个椭圆形的波形，如图5-6（b）所示。当被试样品出现闪络现 象时，示波器出现如图5-6（c）和5-6（d）所示波形。无论是常态、潮态、或热态下进行电气强度试验，其试验

24、步骤是一样的，但试验的环境 是有所区别的。图5-5示波器接线原理图高压变压器(a)击穿波形(c)轻微闪络波形图5-6被试样品判断示波图第四节泄漏电流测量一、泄漏电流泄漏电流一般是指被试品在直流高电压作用下流经绝缘部分的电流。泄漏电流的测量 与绝缘电阻的测量在本质上是相同的，一般而言，泄漏电流测量时施加于试件上的直流电 压比测量绝缘电阻时更高。这样，一方面因泄漏电流较大，不需要放大器就可以直接用微 安表来测量，使测量结果的重复性较好；另一方面因绝缘中的问题而存在的某些缺陷或弱 点在较高的电场下也能得到较好的暴露。日用电器产品的泄漏电流测量相比于其它的被试件又有其特殊性。日用电器泄漏电流 测量方法

25、是以模拟实际使用状态下流经人体的电流量的方式进行的，它不是一种等价方 法。因此，实际试验测量泄露电流时，加的是略高于工作要求的功率或电压量。二、测量方法和设备不同的器具、不同的绝缘有不同的泄漏电流测试方法，蜀一7给出了单相连接的II类 电器和非II类电器在工作温度下测量泄漏电流的原理图。根据图57接线，由毫安表得到的泄 漏电流的大小，显然与被试电器所加的电 压有关。在日用电器的泄漏电流测量中， 对测试输入的电量是有明确规定的。其中 热态(工作温度)下规定：电热器具输入1.15 倍额定功率值；电动器具以及电动电热结 合的器具输入1.06倍的额定电压值；潮态下 电热器具也输入1.06倍的额定电压值

26、。按图57所示的毫安表接入位置，1、 2位测得的电流可能不同，应在尽可能短的 时间内测得两者的电流，并以电流大者为 准。实际电器试件测试部位的选取也有具 体要求：对于口类电器，一般在电源的任一 极与电器基本绝缘外的金属部件之间进 行；其它类电器在电源的任一极与易触及 的金属部件或紧贴在绝缘材料表面的金属 箔之间进行，金属箔面积不超过 20cmx10cm,在工作温度下泄漏电流测试前，试品还 应满足以下条件：对短时工作的器具，按额 定工作时间运行后再进行测试;对断续和连 续工作的器具，都应等待其进入稳定状态后 进行测试。潮态下泄漏电流的测试，应在湿 热箱内通电5s后进行。测试时使用交流电， 对仅适

27、用于直流电的电器则用直流电测试。(a) R类电器1 易触.及的部件i 2-不易触及的金属部件I图5-7单相连接电器在工作温度下测量泄漏电流的原理图测量时如果器具不是通过隔离变压器 供电，则试品必须与大地绝缘，否则将有 部分泄漏电流直接经地面而不经表头，影响测试数据的准确性。图58给出的是标准规定的泄漏电流测量电路，动圈式毫安表上得到的是直流电流。 采用整流的目的是为了能用同一个表头测出较宽频率范围内(205000Hz)的所有泄漏电流 量。这里，为了减小管压降以保证电路有较好的线性，标准推荐用开关型错二极管组成整流 桥。电路的输入等效电阻用以模拟人体电阻，阻值范围为R总=R1+Rv+Rm= (1

28、750士250)Q。 如心 此，泄漏电流测量电路即 的毫安 漏电流。围不能 的测量 的无感可以取代图57中 表位测量实际的泄 整个电路最灵敏范 超过1.0mA，更高 范围由并联仪表上 电阻Rs来获得。电路应具有过流保护，但所选择的方法不能影响电路的特性。可在仪表电流为).5mA 时测量整流器两端的电压，通过计算得到R*,然后调节串联电阻Rv以保证电路每个测 量范围的总电阻等于规定值。电路中并联的电容C，是考虑到人体对电流的感知度随频率而改变的特性，为保证回路 的时间常数为(225士 15)四而设置的，其值大致为0.15吁，这时该电路的截止频率大约为 5000Hz。在正弦波50Hz或60Hz频率

29、时，电流测量的基本标称点是0.25mA，0.5mA，0.75mA。为了防止对仪表的意外损坏，在设计安装开关时最好能使仪器自动地返回到最高电流档 位。不具备此条件的，在使用中，要严格地按测量操作步骤规定进行测量。三、测量结果判断泄漏电流测量一般在电气强度试验之后进行。按GB4706.1家用和类似用途电器的安 全通用要求规定，日用电器在达到稳定温升时的泄漏电流，不得超过表2-8所列规定值。 标准规定的泄漏电流数值有的小于人的感知电流范围(0.71.1mA)，如电风扇的最大允许 泄漏电流为0.3mA，有的则超过人的感知电流范围，如大功率电热器具的允许泄漏电流为 5mA,但所有规定数值都应在人的最小摆脱电流(69mA)以下。针对不同的电器，其产品的特 殊要求中往往给出比通用要求更严格的要求。由于受潮后的电器绝缘性能可能会有较大的变化，有的产品要求经防潮试验以后检测产 品的泄漏电流，并仍要满足表2-8的要求或产品各自的特殊要求。