浅析耐压仪短路电流及200mA验证方法

庞聪 孙妍嫣 王谌凯

松下家电研究开发（杭州）有限公司 浙江杭州 310018

1 引言

家用电器产品的电气安全测试项目中有一项电气强度试验,目的是检验产品的耐压和抗绝缘能力。根据IEC 60335-1的13.3条款要求，其测量设备的终端测试电压时，高压电源应满足对应的短路电流Is和跳闸电流Ir能力，该要求如表1所示。

在我们进行试验时，对设备操作只有跳闸电流Ir设置，并未涉及短路电流Is设置，那么这个短路电流Is究竟代表什么意思，起到什么作用呢？另外根据JJG 795《耐电压检测仪检定规程》，只有Ir检定章程，没有Is检定方法，因此目前第三方计量校准实验室无法在校准证书上提供短路电流Is能力数据。这就导致有些实验室通过采购跳闸能力Ir≥200mA的设备，来确保Is≥200mA，但是这样的设备容量远远大于标准要求，不仅使设备重量变大，不利于操作者维护使用，也使实验室成本上升。那么有没有方法来验证短路电流Is，让实验室准确把握设备短路容量状况，避免不符合标准要求？本文就以上两个问题点开展讨论与分析。

2 短路电流Is和跳闸电流Ir理解

耐压仪工作原理就是将输入电压经过升压变压器，将电压升至所需试验电压，然后施加在被测物两端，通过测量被测物两端产生的微小电流，反馈到耐压仪的控制器，判断是否超过设置的跳闸电流Ir，若超过设置值，则启动电流继电器动作，断开测量回路并输出报警提示，若未超过则输出通过提示。图1为工作原理框图。

耐压仪的高压输出主要是靠升压变压器，能将输入电压升压到几十、几百倍后再输出。升压变压器等效原理图如图2所示：Es和Zs是变压器驱动电源的电动势和输出阻抗；R1和L1是初级线圈的电阻和电感；为了防止意外短路时变压器因过载而损坏，从而存在危害人身安全隐患，在变压器输出次级接一个限流电阻器R0；I1和I2是流过初级和次级线圈的电流，当次级输出短路时，产生的I2电流就是我们所说的短路电流Is。跳闸电流Ir不属于升压模块里，而是设备内置连接控制器的限流继电器模块来实现。

3 短路电流Is 验证方法

3.1 间接验证法

根据市面主流耐压仪参数可知，耐压仪容量分500VA和1000VA，现就菊水的TOS5302（额定容量500VA，短路电流200mA以上）为例说明短路电流＞200mA验证方法。

图1 耐压仪工作原理框图

图2 升压变压器等效原理图

图3 验证短路电流连接图

图4 实际测量布置图

3.1.1 验证方法理论说明

通过设计回路，模拟被测击穿，使110mA跳闸电流动作，观测此时，实际产生的电流大小，若产生电流＞200mA，则说明该设备的短路电流能力＞200mA。

3.1.2 回路接线方式

回路接线方式如图3所示。

3.1.3 测试步骤

（1）验证电路设计合理过程

电阻R1和R2的作用是分压限流，实验室根据现有电阻器可任意设置大小，但是要遵循两个原则：一是当输出4000V时，电路的电流要略大于200mA，个人认为250mA左右即可；二是电阻R1分压到的电压值不能超过电压探头的量程，防止损坏电压探头。以下是根据实验室有的电阻器设置的参数：负载R1和R2分别为1.5kΩ和13kΩ，则示波器测量的电阻R1两端电压：

U=4000×1.5/(13+1.5)=413.8V

故选取1000V的高压探头就可以保证设备安全。

测量各电阻值：R1电阻1.56kΩ，R2电阻13.11kΩ，输出电压为耐压仪显示电压值U。测量布置图如图4所示。

设置TOS5302参数设定：

ACW：500/1000V，Dwell time：60s，Ramp time：0.1s；将耐压仪H.V输出夹R2的一端，Return输出夹R1一端，整个H.V与Return所构成的总电阻为14.67kΩ，接线方式如图3；按下Test键，得到耐压仪显示漏电流和示波器显示电流对应值如表2。

由这两组数据验证可知：①耐压仪显示的电流值和电路计算电流值一致；②通过读取示波器电压值，计算得到电流值与耐压仪流过的电流值一致。得到的结论就是计算流经R1的电流值就是流经耐压仪的电流，那么只要耐压仪输出4000V时，流经R1的电流＞200mA，即耐压仪可承受的流经电流＞200mA。

（2）有了上面准备工作，开始测量各电压值下流经耐压仪的电流。耐压仪参数设定为：

ACW：2000/3000/4000V；Dwell time：60s；Ramp time：0.1s。

因R1电流大于100mA时，耐压仪会切断输出报警，故将耐压仪H.V输出夹暂时不夹电阻，Return输出夹R1电阻，暂不构成电路通路；计算出R1分压电压值，设置示波器触发条件；按下Test键；将高压H.V去触碰电阻R1，模拟输出瞬间短路并撷取波形。

（3）测试结果

耐压仪理论电流值与计算值比较如表3所示，4000V时，触发得到的电压波形如图5所示。

（4）测试结论

实际测得的结果耐压仪面板会显示ACW 4kV，OVER 110mA，示波器测量得到电阻R1两端电压降364.16V（显示峰值515V），所以计算得知对应电流为233.44mA。若将输出直接短路，短路电流会更大，故可以得知升压器的限流电阻所限制的短路电流≥233.44mA，即Is＞200mA得到验证。反之，如果理论计算流经电流远大于200mA，但通过测量R1电压再计算电流，该电流值不能到200mA，则说明耐压仪的升压变压器输出侧使用的限流电阻器将电流限制在200mA以下，即不能满足Is≥200mA要求。

表1 高压电源的特性

表2 耐压仪显示电流值与计算值比较

表3 耐压仪理论电流值与计算值比较

图5 电压截取波形（设置4000V）

3.2 直接测量法

通过用电流探头直接测量短路电流值。因为耐压仪的短路电流值预计在mA级，一般不会超过1A，因此选用电流探头时，只要量程够大，精度足够即可。操作方法为：

（1）将耐压仪输出电压设置到4000V，跳闸电流设置为设备的最大值；

（2）将耐压仪输出H.V和RETUR两端输出线连接；

（3）将示波器电流探头夹在输出线上，并设置好示波器单次触发模式；

（4）按下耐压仪的测试键，此刻耐压仪是会立刻切断输出电压并报警；

（5）读取示波器上截到的电流波形，若电流值＞200mA即短路电流Is＞200mA。

该方法直接了当，免去计算和验证过程，但是直接短路毕竟是模拟一种非正常测量，对设备会造成较大冲击，可能使仪器损坏。

4 结论

本文从耐压仪工作原理角度阐述了短路电流Is和跳闸电流Ir产生因素及实际意义，并介绍间接验证短路电流和直接测量短路电流两种方法的优缺点。只要实验室具备测量仪器设备，且测试人员完全理解短路电流测量验证原理并掌握方法，其实直接测量法和间接验证法均能得出耐压仪的短路电流Is能力，只是从保护设备的角度出发，建议使用间接测量法。最后需要注意整个测量验证过程一定要注意安全，操作者需穿绝缘鞋、使用绝缘手套等劳保用品，防止意外发生。