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【摘 要】为了保证电工产品的设计制造质量及电工产品能够安全的工作和使用，需要对其进行绝缘强度试验。通常情况下，对电工产品的绝缘强度试验多采用交流工频耐压试验，而且在常态和潮态条件下分别进行。试验中存在有温度和湿度，空气介质，气压和海拔等外界因数的影响时，要以予消除。
【关键词】电工产品；绝缘强度；温度湿度；空气介质；气压海拔
0.引言
电工产品长期工作不仅要承受额定工作电压的作用，还要承受操作过程中短时间的高于额定工作电压操作过电压的作用。在这些电压的作用下，电器绝缘材料的内部结构将发生变化，当电场强度达到一定值后，就会使绝缘击穿，电器将不能正常运行，操作者就有可能触电而危及人身安全。
1.绝缘强度的原理
绝缘强度的试验是对电工产品的绝缘结构和绝缘材料能否承受电场作用，而不发生击穿现象的能力的一种试验。通常绝缘强度的检测分为耐压试验和击穿试验两种基本形式。
击穿试验是在一定条件下逐渐增高施加于试样的电压，直到试样内部发生击穿现象为止。击穿后的试样中将会出现贯穿小口、开裂及解体等现象，这是判断试样已被击穿的可靠依据。试样在发生击穿前所施加的最高电压值称为击穿电压。电气设备的绝缘强度通常用击穿电压来表示；而绝缘材料的绝缘强度则用平均电场强度表示，即E=U/d，式中U—击穿电压（Kv或Mv）
击穿场强表征绝缘体的固有特性。但由于在直流工频和脉冲电压下电介质击穿的机理各不相同，其相应的击穿场强自然就存在很大的差异。
温度、湿度以及气压等因素都会明显的影响绝缘材料的击穿电场强度，因此试品在试验前也要经过正常的处理，试验环境也保持在规定的标准条件下。若有特殊要求，例如高温、受潮等，则应按产品标准的技术条件规定进行。
若试样所处的电场是不均匀的，或者试样本身是不均匀的，那么击穿就可能发生在电场强度最高的那一点，或者发生在试样本身存在的弱点处。因此电场的的均匀程度和试样弱点都会明显的影响所测试样的击穿场强。在热击穿的情况下，热的积累和传递也会明显的影响测得的击穿场强。为了避免上述因素造成试验结果的分散性，必须对试样、电极的形状和大小，试样在试验时所处的媒介以及升压方式与速度等予以合理的选择和规定。
为了防止表面发生闪络（即沿试样表面击穿），试样的面积要足够大。固体绝缘材料在击穿试验中用的电极必须有良好的导电、导热性能。电极表面要光滑并与试样保持良好的接触，在试验中与试样不会有相互作用。
不论是热击穿还是局部放电导致击穿，其击穿场强都随施加电压时间的增高而下降，在交流或直流电压的击穿试验中，电压作用时间体现在升压方式和升压速度；而在耐压试验中，电压的作用时间除了与升压速度有关，主要还决定于耐压时间。
2.电工产品的耐压试验
2.1试验装置
如图2所示。此测量绕组的电压取100V。1GL和2GL都是瞬时动型过流继电器。1GL串接在B的低电压绕组中，2GL则串接在高压绕组中，在试品的绝缘被击穿瞬间，此两继电器将瞬时动作，使CJ的吸引线圈断电释放，CJ的触头把试验电压切断而停止试验。在试验过程中，1GL还起到当变压器B的绕组发生故障时的保护作用，同时起到当2GL拒绝动作时的后备保护作用。
2.2试验方法
耐压试验的施压过程分为三个阶段：升压、持续加压和降压。试验时对此三个阶段都有些要求。耐压試验与试品的状况有关系，因此在产品的全部形式试验中，耐压试验要进行多次。这就是：（1）常态耐压试验。这是模拟电器在刚投入运行时遇到过电压的试验。（2）热态耐压试验。这是模拟电器投入运行一定时间，发热后遇到过电压情况的试验。（3）湿热（热态试验结束后）耐压试验。这是模拟电器在长期潮湿空气作用下（包括贮存、运输和运行过程中），仍能经受过电压的试验。（4）浸水耐压试验。这是对电线电缆绝缘材料的厚度、裸露和针眼等缺陷进行考核的试验。
3.外界环境因素的影响
3.1空气温度和湿度的影响
空气温湿度不仅可以使试品绝缘表面的温湿度增加或使表面出现凝露，而且也可使绝缘内部的温度和湿度逐渐增加。绝缘表面温湿度增加或出现凝露，容易引起沿绝缘表面的击穿和闪络。
3.2空气介质的影响
在正常的空气下，3mm的空气间隙就可以承受4.5KV的工频而不致击穿，但此空气间隙中的空气若发生游离，则几十伏就有可能导致击穿；同样，空气中若含有金属粉尘，也会严重降低间隙的击穿电压。因此，应避免在空气中含导电游离介质时进行耐压试验。
3.3气压和海拔高度的影响
空气间隙的击穿电压与气压大小的关系，可用公式表示如下：
式中U0—标准气象条件下空气间隙的击穿电压（V）
（标准气象是指：标准气压P0=101325Pa；标准绝对温度T0=273+20℃；标准绝对湿度为11g/㎡）
U—非标准气象条件下的击穿电压（V）
T—非标准绝对温度（℃）
K—非标准绝对湿度的校正系数
从3-1式可知气隙击穿电压不仅与气压有关，而且与温度和绝对湿度有关，但如果温湿度正常，则U和P成正比关系，即击穿电压与气压有关。因此，同一试品在不同地点进行耐压试验时有可能由于两地海拔不同，使气压有明显差异，从而影响试验结果。海拔高度与气压的关系可以用下式表示：
P= P0（1-αH/ T0）5.256 （3-2）
式中H—海拔高度（m）
α—大气温度梯度（℃/m）；α约为0.0065℃/m
海拔高度H与温度也有关系，可用下式表示：
即海拔高度增加，空气温度降低，二者成线性关系。式中T是指海拔高度H处的空气温度（绝对温度）。 把式（3-2）和（3-3）代入式（3-1）可得：
从上式可知，H增大，U下降，即高海拔地点进行耐压试验，比低海拔地点容易发生击穿或闪络。因此必须考虑海拔对耐压的影响。根据国家标准，海拔高度在2000m以下的不考虑其影响，即耐压值不修正，但高度超过此值时应考虑修正。温湿度的影响未规定要进行修正。
4.试验电压的影响
4.1试验电压频率的影响
工频耐压试验的频率是由电压决定的，有50Hz和60Hz两种，这两种频率差别不大，一般可不考虑其影响，即60Hz电器可以用50Hz的电压进行耐压试验。但有些电器，例如1000Hz的中频电器，频率的影响就不可不考虑，一般采用相应的中频电压进行耐压试验。
4.2波形畸变的影响
工频耐压试验的电压波形应是正弦的。如果电压波形有可察觉的畸变（从示波器上观察），则此波形的有效值与幅值之比已不是2，而是随波形畸变程度而变。由于试验电压是按有效值确定的，而试品绝缘的击穿却决定于电压的幅值，如果电压的有效值与幅值之比已不是2，则耐压的结果将是不可靠的。因此，要求试验电压波形应是正弦的，其波形的畸变不得超过5%。
5.击穿和闪络判定
当耐压试验台有示波器时，可以从波形变化来分析判断击穿和闪络程度，也可凭经验判断。一般情况闪络开始于某电压值，当重复试验时，如果施加电压不达到此值，闪络不再发生；但击穿则不然，即使施加電压低于此值，击穿仍会出现。
最后必须注意：由于耐压试验要用比较高的电压，因此必须重视人身安全。当试样被试验电压击穿时，将有很大的电流通过接地线。如果接地电阻较大，就会显著升高接地线的电位而造成危险，因此必须有良好的接地。进行高压试验时，一定要严格执行高压操作规程。
6.结论
（1）绝缘强度试验对电工产品在设计和制造以及使用和人身安全方面都是必不可少的重要项目之一。
（2）在进行绝缘强度试验时，必须严格遵行相关的试验规范及操作规范进行，同时考虑到温度湿度、空气介质、 气压海拔等影响绝缘强度试验结果的因素，降低或消除误差，反映试验数据的真实可靠性。■
【参考文献】
[1]西安交通大学电气绝缘测试技术[M].机械工业出版社.
[2]浙江大学高电压技术（第二版）.中国电力出版社.
[3]陆俭国，张乃宽，李奎编.低压电器的试验与检测中国电力出版社.
【关键词】电工产品；绝缘强度；温度湿度；空气介质；气压海拔
0.引言
电工产品长期工作不仅要承受额定工作电压的作用，还要承受操作过程中短时间的高于额定工作电压操作过电压的作用。在这些电压的作用下，电器绝缘材料的内部结构将发生变化，当电场强度达到一定值后，就会使绝缘击穿，电器将不能正常运行，操作者就有可能触电而危及人身安全。
1.绝缘强度的原理
绝缘强度的试验是对电工产品的绝缘结构和绝缘材料能否承受电场作用，而不发生击穿现象的能力的一种试验。通常绝缘强度的检测分为耐压试验和击穿试验两种基本形式。
击穿试验是在一定条件下逐渐增高施加于试样的电压，直到试样内部发生击穿现象为止。击穿后的试样中将会出现贯穿小口、开裂及解体等现象，这是判断试样已被击穿的可靠依据。试样在发生击穿前所施加的最高电压值称为击穿电压。电气设备的绝缘强度通常用击穿电压来表示；而绝缘材料的绝缘强度则用平均电场强度表示，即E=U/d，式中U—击穿电压（Kv或Mv）
击穿场强表征绝缘体的固有特性。但由于在直流工频和脉冲电压下电介质击穿的机理各不相同，其相应的击穿场强自然就存在很大的差异。
温度、湿度以及气压等因素都会明显的影响绝缘材料的击穿电场强度，因此试品在试验前也要经过正常的处理，试验环境也保持在规定的标准条件下。若有特殊要求，例如高温、受潮等，则应按产品标准的技术条件规定进行。
若试样所处的电场是不均匀的，或者试样本身是不均匀的，那么击穿就可能发生在电场强度最高的那一点，或者发生在试样本身存在的弱点处。因此电场的的均匀程度和试样弱点都会明显的影响所测试样的击穿场强。在热击穿的情况下，热的积累和传递也会明显的影响测得的击穿场强。为了避免上述因素造成试验结果的分散性，必须对试样、电极的形状和大小，试样在试验时所处的媒介以及升压方式与速度等予以合理的选择和规定。
为了防止表面发生闪络（即沿试样表面击穿），试样的面积要足够大。固体绝缘材料在击穿试验中用的电极必须有良好的导电、导热性能。电极表面要光滑并与试样保持良好的接触，在试验中与试样不会有相互作用。
不论是热击穿还是局部放电导致击穿，其击穿场强都随施加电压时间的增高而下降，在交流或直流电压的击穿试验中，电压作用时间体现在升压方式和升压速度；而在耐压试验中，电压的作用时间除了与升压速度有关，主要还决定于耐压时间。
2.电工产品的耐压试验
2.1试验装置
如图2所示。此测量绕组的电压取100V。1GL和2GL都是瞬时动型过流继电器。1GL串接在B的低电压绕组中，2GL则串接在高压绕组中，在试品的绝缘被击穿瞬间，此两继电器将瞬时动作，使CJ的吸引线圈断电释放，CJ的触头把试验电压切断而停止试验。在试验过程中，1GL还起到当变压器B的绕组发生故障时的保护作用，同时起到当2GL拒绝动作时的后备保护作用。
2.2试验方法
耐压试验的施压过程分为三个阶段：升压、持续加压和降压。试验时对此三个阶段都有些要求。耐压試验与试品的状况有关系，因此在产品的全部形式试验中，耐压试验要进行多次。这就是：（1）常态耐压试验。这是模拟电器在刚投入运行时遇到过电压的试验。（2）热态耐压试验。这是模拟电器投入运行一定时间，发热后遇到过电压情况的试验。（3）湿热（热态试验结束后）耐压试验。这是模拟电器在长期潮湿空气作用下（包括贮存、运输和运行过程中），仍能经受过电压的试验。（4）浸水耐压试验。这是对电线电缆绝缘材料的厚度、裸露和针眼等缺陷进行考核的试验。
3.外界环境因素的影响
3.1空气温度和湿度的影响
空气温湿度不仅可以使试品绝缘表面的温湿度增加或使表面出现凝露，而且也可使绝缘内部的温度和湿度逐渐增加。绝缘表面温湿度增加或出现凝露，容易引起沿绝缘表面的击穿和闪络。
3.2空气介质的影响
在正常的空气下，3mm的空气间隙就可以承受4.5KV的工频而不致击穿，但此空气间隙中的空气若发生游离，则几十伏就有可能导致击穿；同样，空气中若含有金属粉尘，也会严重降低间隙的击穿电压。因此，应避免在空气中含导电游离介质时进行耐压试验。
3.3气压和海拔高度的影响
空气间隙的击穿电压与气压大小的关系，可用公式表示如下：
式中U0—标准气象条件下空气间隙的击穿电压（V）
（标准气象是指：标准气压P0=101325Pa；标准绝对温度T0=273+20℃；标准绝对湿度为11g/㎡）
U—非标准气象条件下的击穿电压（V）
T—非标准绝对温度（℃）
K—非标准绝对湿度的校正系数
从3-1式可知气隙击穿电压不仅与气压有关，而且与温度和绝对湿度有关，但如果温湿度正常，则U和P成正比关系，即击穿电压与气压有关。因此，同一试品在不同地点进行耐压试验时有可能由于两地海拔不同，使气压有明显差异，从而影响试验结果。海拔高度与气压的关系可以用下式表示：
P= P0（1-αH/ T0）5.256 （3-2）
式中H—海拔高度（m）
α—大气温度梯度（℃/m）；α约为0.0065℃/m
海拔高度H与温度也有关系，可用下式表示：
即海拔高度增加，空气温度降低，二者成线性关系。式中T是指海拔高度H处的空气温度（绝对温度）。 把式（3-2）和（3-3）代入式（3-1）可得：
从上式可知，H增大，U下降，即高海拔地点进行耐压试验，比低海拔地点容易发生击穿或闪络。因此必须考虑海拔对耐压的影响。根据国家标准，海拔高度在2000m以下的不考虑其影响，即耐压值不修正，但高度超过此值时应考虑修正。温湿度的影响未规定要进行修正。
4.试验电压的影响
4.1试验电压频率的影响
工频耐压试验的频率是由电压决定的，有50Hz和60Hz两种，这两种频率差别不大，一般可不考虑其影响，即60Hz电器可以用50Hz的电压进行耐压试验。但有些电器，例如1000Hz的中频电器，频率的影响就不可不考虑，一般采用相应的中频电压进行耐压试验。
4.2波形畸变的影响
工频耐压试验的电压波形应是正弦的。如果电压波形有可察觉的畸变（从示波器上观察），则此波形的有效值与幅值之比已不是2，而是随波形畸变程度而变。由于试验电压是按有效值确定的，而试品绝缘的击穿却决定于电压的幅值，如果电压的有效值与幅值之比已不是2，则耐压的结果将是不可靠的。因此，要求试验电压波形应是正弦的，其波形的畸变不得超过5%。
5.击穿和闪络判定
当耐压试验台有示波器时，可以从波形变化来分析判断击穿和闪络程度，也可凭经验判断。一般情况闪络开始于某电压值，当重复试验时，如果施加电压不达到此值，闪络不再发生；但击穿则不然，即使施加電压低于此值，击穿仍会出现。
最后必须注意：由于耐压试验要用比较高的电压，因此必须重视人身安全。当试样被试验电压击穿时，将有很大的电流通过接地线。如果接地电阻较大，就会显著升高接地线的电位而造成危险，因此必须有良好的接地。进行高压试验时，一定要严格执行高压操作规程。
6.结论
（1）绝缘强度试验对电工产品在设计和制造以及使用和人身安全方面都是必不可少的重要项目之一。
（2）在进行绝缘强度试验时，必须严格遵行相关的试验规范及操作规范进行，同时考虑到温度湿度、空气介质、 气压海拔等影响绝缘强度试验结果的因素，降低或消除误差，反映试验数据的真实可靠性。■
【参考文献】
[1]西安交通大学电气绝缘测试技术[M].机械工业出版社.
[2]浙江大学高电压技术（第二版）.中国电力出版社.
[3]陆俭国，张乃宽，李奎编.低压电器的试验与检测中国电力出版社.