浅谈电气设备的耐压试验

万艳 崔东宁 徐小林 邱心涛 赵龙涛

摘 要：为分析耐压试验中相关参数对试验结果的影响，本文主要从耐压试验的分类和特点，以及不同应用领域的电子电气产品耐压试验的试验电压的确定、试验时间的设置等方面，进行了一定的对比分析。分析表明在耐压试验过程中，试验的电压类型、试验电压的值确定、试验电压上升时间、试验电压持续时间以及跳闸电流等对试验结果的准确性都有着重要的影响。不仅便于消费者对电子电气设备的耐压试验有更深入的了解，而且有利于相关产品的检测人员更好地开展检测工作。

关键词： 电子电气设备，耐压试验，试验时间，击穿

DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.17.027

Discussion on Withstand Voltage Test of Electrical Equipment

WAN Yan1* CUI Dong-ning1 XU Xiao-lin2 QIU Xin-tao2 ZHAO Long-tao1

（1.Qingdao Product Quality Inspection Technology Research Institute； 2.Qingdao Product Quality Testing Research Institute）

Abstract： In order to analyze the infl uence of relevant parameters on the results in voltage withstand test， the paper mainly compares and analyzes aspects including the classification and characteristics of withstand voltage tests， as well as the determination of test voltage and the setting of test time for electronic and electrical products in different application fi elds. The paper shows that factors such as the test voltage type， test voltage value determination， test voltage rise time， test voltage duration and the trip current， have important effects on the accuracy of the test results. The paper not only facilitates the consumer to have a better understanding of withstand voltage test of electrical and electronic equipment， but also helps inspectors to better carry out tests of relevant products.

Keywords： electrical and electronic equipment， withstand voltage test， test time， breakdown

0 引 言

電气设备作为人们日常生活中不可或缺的一部分，被应用于各行各业，这些产品的安全问题也日益受到人们的关注。由于使用场所的温度、电场、机械环境等因素的影响，用电设备在长时间运行后，其绝缘性能会产生一定的劣化，从而产生人身伤害、经济损失的隐患。耐压试验是检验用电设备，如家用电器、医用电气设备、电机、供电设备等承受过电压能力的主要方法。通过此试验能够发现用电设备绝缘的局部缺陷、受潮及老化，以便及时排除安全隐患，保护使用者的安全。

1 耐压试验的分类及特点

耐压试验按试验电压类型不同，可分为以下两种：

一种是给被试设备施加工频电压，简称为交流耐压试验。从介质损失的角度看，交流电压试验更容易发生热击穿，可以分散绝缘缺陷及绝缘老化的弱点，同时，对绝缘的破坏性要大一些。基于交流电压的特点，交流电压试验可以从两个极性分别施加电压，这对于交流电源供电的设备来说更接近于实际使用状态。不足之处，试验设备的容量比较大，体积也相对较大。

另一种是给被试设备施加直流电压，简称为直流耐压试验。其试验电压高，不仅能高效地发现绝缘的整体缺陷，还能通过伏安特性曲线发现端部绝缘缺陷。由于绝缘在直流电压下产生的介质损耗可以忽略不计，所以直流电压试验对绝缘的破坏性相对较小。另外，较之交流耐压试验设备，直流耐压试验设备具有容量小、体积小、便于携带的优点。

不同产品标准对试验电压类型的规定有所不同。GB 4706.1-2005[1]中明确规定须采用50 Hz或60 Hz的正弦波电压进行试验。GB 4793.1-2007[2]中规定可以选择交流电压试验，或为了避免容性电流，可以选择直流电压试验。GB/T 12350-2022[3]中要求采用50 Hz的正弦波电压试验，特别说明针对带控制器的电动机和被试绝缘上跨接有电容器的情况下，也可采用等于交流电压值的1.414倍的直流电压进行试验。在轨道交通领域的电气设备，常用的标准GB/T 25119-2021[4]和GB/T 21413.1-2018[5]中优先采用50 Hz的交流电压进行试验，在某些特殊情况下也可采用直流电压试验，但是电压值要等于交流电压峰值。

2 试验电压值的确定

从我国发布的相关标准来看，耐压试验的试验电压值大多是根据产品的绝缘防护类型，即我们常说的基本绝缘、附加绝缘、加强绝缘来确定。但是不同的产品其试验电压值的确定方法又存在着不同。比如：针对家用电器产品的标准GB 4706.1-2005中规定，耐压试验的试验电压值直接由设备额定电压和工作电压以及防护绝缘类型来确定。针对测量、控制设备的通用标准GB 4793.1-2007确定试验电压值的方法相对比较复杂。步骤如下：第1步，确定基本绝缘的电气间隙限值。由被试设备的额定工作电压、污染等级、材料组别CTI，查表4确定该设备基本绝缘的电气间隙限值。第2步，计算修正后的电气间隙限值，依据被试设备明示的工作海拔高度查表3，得知对应电气间隙的倍增系数，计算得出修正后的电气间隙限值。第3步，查找基本绝缘试验电压，由第2步得到的修正后的电气间隙值在GB 4793.1-2007表9中可以直接查到基本绝缘对应的试验电压值。第4步，计算加强绝缘试验电压，即加强绝缘试验电压为第3步得到的基本绝缘试验电压的1.6倍。

而广泛应用于轨道交通领域的标准有两个，分别为GB/T 25119-2021和GB/T 21413.1-2018，这两个标准对耐压试验的电压值的确定也有着不同方法。其中GB/T 25119是针对安装于轨道交通车辆上的控制、供电等的电子设备的要求，标准中试验电压的决定性因素却不是绝缘防护类型，而是被试设备的标称输入电压的大小。标准中将标称输入电压分为三段，每一段对应一个固定的试验电压值。而GB/T 21413.1-2018主要是针对轨道交通机车的主、辅电路及控制电路等要求，它规定耐压试验的试验电压取决于制造商规定的额定冲击电压值或额定绝缘电压值。

由此可见，不同的电气设备，由于应用的领域不同、使用条件不同、绝缘介质的结构等不同，耐压试验电压值的确定方法也各不相同。即使相同应用领域，不同的规模的产品电压值的确定方法也不同。

3 试验时间的设定

3.1 试验电压上升时间

试验电压的施加过程也是保证试验结果的关键参数，这个电压的上升时间，不能过快，过快会产生过大的冲击电压，出现过电压现象；当然也不能太慢，过慢会延长被试验设备承受高电压的时间。因此，规定一个合理的试验电压上升时间是非常必要的。不同的标准对此参数的描述又存在差异。

针对家用电器产品，GB 4706.1-2005中只要求按GB/T 17627.1规定进行试验，对试验电压上升时间并未作详细的规定。而IECEE秘书处针对IEC标准发布了通用的CTL决议，明确了耐压试验电压的上升速度。决议规定必须采用以下测试程序：“以不超过规定电压的一半作为试验初始电压，然后迅速升高到最大值。”。这一规定实际上是对标准GB/T 17627.1中规定的“防止过电压的影响，应从相当低的数值开始，缓慢升高电压。施加超过75%试验电压后，以每秒约5%的试验电压的速率升压”进行了一定的补充，但也未明确从初始电压到规定试验电压的上升时间。对测量、控制和实验室用电气设备，GB 4793.1-2007则要求在5 s或5 s内逐渐升高至试验电压值。《小功率电动机的安全要求》标准要求相对完善，不仅规定了初始试验电压，还明示了试验电压的上升时间应不少于10 s。而GB/T 21413.1-2018中则要求，试验电压要在10 s内达到规定值。

3.2 试验电压的持续时间

由于设备的使用环境和结构等因素的影响，试验电压的持续时间也不相同。油浸板电工板的击穿电压与电压持续时间的关系如图1所示。

耐压试验造成的击穿形式主要分三种：电击穿、热击穿和电化学击穿。其中，电击穿与电压的作用时间基本无关。而热击穿作用时间相对较长，从几分钟至几十小时不等。而电化学击穿则需要几十小时甚至数年。而本研究为了提高耐压试验效率，选取了一个最合理的试验时间。由图1可见，加压1 min时，即可发现大多数的击穿现象。因此大多数的设备的试验电压持续时间均规定为1 min。而也有部分标准中对此时间有特殊的要求，如GB 4793.1-2007标准中就规定试验电压保持5 s。

需要说明的是，试验电压上升时间是不包含在试验电压持续时间中的，而往往有些检验人员将升压时间算在试验电压持续时间内，这明显缩短了试验电压对绝缘介质的作用时间，从而影响了试验结果准确性。当然，有些标准中，未明确规定耐压试验电压的上升时间，如GB/T 25119-2021要求试验人员有一定的经验合理设置试验电压的上升时间，并在试验过程中详细准确地记录试验的初始电压、试验电压的上升時间和持续时间，确保试验结果的可追溯性。

4 跳闸电流的设置及要求

当绝缘承受耐压试验过程中，经过绝缘的电流和施加在绝缘上的电压值大致呈线性递增关系。随着电压的增大和加压时间的增加，绝缘介质性能的逐渐劣化，通过介质的电流与电压值将不再满足欧姆定律，直至绝缘性能完全失效，此时漏电流值会突然增大，会对试验设备造成过流冲击，保险丝烧断。IEC标准体系中规定了试验设备电流的最大限值，如等同采用IEC标准的GB 4706.1-2015就要求试验设备跳闸电流不小于100 mA， 短路电流至少为200 mA；GB 12350-2022中明确要求跳闸电流不大于10 mA，这样可以对试验设备起到一定的保护作用。但是，标准中却未对耐压试验的漏电流值作出明确的量化值要求，因此无法从漏电流的量值上考核被试设备的绝缘是否失效，发生击穿。只能通过在试验中绝缘失效瞬时产生很大的漏电流（此电流远远大于100 mA），这个漏电流触发过流装置动作，试验设备报警，此时就认为绝缘介质发生了击穿现象。

由此可见，这个跳闸电流的设置还是对结果有一定影响的。其设置过大，损坏样品和试验设备；设置过小，过流装置会过早动作，造成误判。因此，在采用轨道交通领域常用标准GB/T 25119-2021和GB/T 21413.1-2018这些未明示试验设备跳闸电流的标准时，就需要检验人员根据产品的特点、使用环境等条件综合考虑，设置合理的跳闸电流值，以得到更为真实有效的结果。

5 结 语

综上所述，在电气设备的耐压试验过程中，试验的电压类型、试验电压的值确定、试验电压上升时间以及试验电压持续时间对试验结果的准确性都有着重要的影响。因此，在试验中应充分考虑被试设备的产品特点、性能，以及使用环境、实际使用状态等因素准确选择试验方法，才能保证试验结果的有效性和准确性。

参考文献

[1]全国家用电器标准化技术委员会.家用和类似用途电器的安全 第1部分：通用要求：GB 4706.1-2005 [S].北京：中国标准出版社，2005

[2]中国电子技术标准化研究所.测量、控制和实验室用电子电气设备的安全要求 第1部分：通用要求：GB 4793.1-2007 [S].北京：中国标准出版社，2007

[3]全国旋转电机标准化技术委员会.小功率电动机的安全要求：GB/T 12350-2022[S].北京：中国标准出版社，2022

[4]全国牵引电气设备与系统标准化技术委员会.轨道交通机车车辆电子装置：GB/T 25119-2021[S].北京：中国标准出版社，2021

[5]全国牵引电气设备与系统标准化技术委员会.轨道交通 机车车辆电气设备 第1部分：一般使用条件和通用规则：GB/T 21413.1-2018[S] .北京：中国标准出版社，2018.

作者简介

万艳，本科，工程师，研究方向为轨道交通产品、电子电气产品的检测及认证管理。

崔东宁，硕士，工程师，研究方向为充电桩产品、电子电气产品的检测。

徐小林，硕士，工程师，研究方向为轨道交通、电子电气产品的检测。

邱心涛，硕士，高级工程师，研究方向为动力电池及电子电气产品的检测。

赵龙涛，硕士，高级工程师，研究方向为动力电池及电子电气产品的检测。

（责任编辑：袁文静）