接地、耐压、泄露测试

为什么要进行接地电阻测试
亦称接地连续性测试, 接地测试必须对所有一类产品（Class I）进行。 测试的目的是保证产品上的所有在单一绝缘失效的情形下会变成带电体，并且可以被使用者接触到的导电性部件被可靠连接到电源输入的接地点。 换句话说, 一个接地测试使用大电流的低电压源加到接地回路来核实接地路径的完整性。
通过测量连接在保护接地连接端子或接地触点和零件之间的阻抗来判断是否符合标准要求, 阻抗不超出产品安全标准确定的某个值则认为是符合要求的。 一定要记住, 从结构和设计观点来看, 用做保护接地的导体不应该包含任何的开关或保险丝。
测试要求：
大多数标准对于进行接地测试提出下列的参数要求：
• 被测设备（EUT）必须承受高一定时间的直流或交流电流但是电压要很低。
• 在保护接地连接端子或接地触点和被接地零件之间的电压降必须被测量。
• 电阻必须使用通过的电流和产生的电压降来进行计算（欧姆定律）。
阻抗不应该超出某个值，不同的的安全标准可能要求不同的值。 例如, IEC 60950-1 要求测试电压不超出12 V 。 电流可能是交流或直流，产品额定电流的1.5 倍或25 A（二者选择比较大的）。 测试持续时间必须是1 分钟, 并且连接在保护接地端子或接地触点和必需被接地的零件之间的阻抗不能超出0.1欧姆 ，不包括电缆的阻抗。 一些标准, 譬如CAN/CSA-C22.2 No. 60950-1 或UL 60950-1 （含加拿大国家差异），如果设备的额定电流不超过16A，则要求测试电流为40 A ，持续时间为2 分钟。
除加拿大标准外, 多数标准要求在25 A下测试并且维持1 分钟，这代表过流保护设备能承受的最大的电流和最久的操作时期。 最大值25 A大约是为多数额定点流不超过16 A的线连接可插入A型设备安装开关的额定值的1.5 倍。 加拿大国家接线法规（Canadian National Wiring Code）的要求与这些要求感觉是非常相似的, 他们假设, 保险丝在两倍额定值的电流下动作时间不超过1 分钟。 UL标准则认为，由于多数电源电路使用20 A线路开关保护, 故障电流将会是40 A 并且不超过2 分钟。
为什么要进行耐电压测试（一）
电介质强度测试, 亦称hipot 测试, 大概是最多人知道的和经常执行的生产线安全测试。实际上，表明它的重要性是每个标准的一部分。 hipot 测试是确定电子绝缘材料足以抵抗瞬间高电压的一个非破坏性的测试。 这是适用于所有设备为保证绝缘材料是足够的的一个高压测试。 进行hipot 测试的其它原因是, 它可以查出可能的瑕疵譬如在制造过程期间造成的漏电距离和电气间隙不够。
进行型式测试的时候, hipot 测试是在某些测试（譬如失效, 潮态及振动测试）之后进行来确定是否因为这些测试造成绝缘的退化。但是，日常生产进行的hipot 测试, 是制造过程中的测试来确定是否所生产的产品的结构是与型式测试所用产品的结构相同。 一些由生产流程造成的缺陷可以通过在线hipot 测试检查出来，例如, 变压器绕组电气间隙和爬电距离减小。 这样的故障可能起因于绕线部门的一名新操作员。 其它例子包括检查绝缘材料的针孔瑕疵或发现一个过大的焊点。
大多数安全标准使用2xU + 1000 V 的惯例作为基本的绝缘材料测试的依据, 这里的U 是操作电压（rms值）。 这个惯例仅仅作为一个指导, 对于个别标准特别是IEC 60950 提供了一个具体的表格来定义根据测量到的实际工作电压来确定确切的测试电压1.至于使用1000 V 作为基本惯例的原因是产品的绝缘材料在日常使用中可能承受瞬间过电压 。 实验和研究表示, 这些过电压通常高达1000 V 。
测试方法：
高压通常是应用的在横跨被测试绝缘材料的二个部件之间, 譬如测试设备（EUT）的一次侧电路（Primary Circuit）和金属外壳。 如果绝缘材料在两个部件之间是足够的, 那么加在两个由绝缘体分离的导体之间的大电压只能产生非常小的电流流过绝缘体。 虽然这个小电流是可接受的, 但是空气绝缘或固体绝缘不应该发生击穿。 因此, 需要注意这个电流是因为局部放电或击穿的结果, 而不是由于电容联结引起的。
另外一个例子是对介于电源的一次（Primary）和二次（Secondary）电路之间的绝缘材料进行测试。 这时所有输出短接在一起。 耐压测试仪的接地探针与短接在一起的输出相连, 同时高压探针与L 和N连接（L和N短接） (参见图1) 。在hipot 测试期间EUT 不工作。 必须注意, 在进行型式测试期间, 理想的情况是先加低于规定的电压的1/2, 然后逐渐上升，并且在10 秒中达到规定电压，并且维护1 分钟。 然而，大多数测试仪器, 直接输出规定电压或使用一个电子控制线路来实现电压的爬升。
图片如下：

图片 1. 典型形式测试连接图.
测试持续时间：
如果测试是代表认证过程的一部分, 那么测试持续时间必须是所使用的安全标准相符合。 例如,多数标准, 包括IEC 60950 , 测试持续时间是1 分钟。 但是, 当在生产线对产品进行测试, 通常对每个产品进行1 分钟hipot 测试是不实际的, 制造商通常会缩短测试时间, 譬如几秒钟, 但是使用更高的电压。 一个典型的经验法则是110-120% （2xU + 1000 V）, 1-2 秒。 测试持续时间和程序应该得到相关测试机构的同意。 值得注意的是, 虽然被减少的时间和增加的电压是近似, 实验和制造商的'数据表明, 每种绝缘材料有它自己的具体电压时间特征

为什么要进行绝缘电阻测试？
绝缘电阻测试是亦称Megger（高阻） 测试。 目的是将测量任何由绝缘材料分隔的二点之间总电阻。因此，测试确定绝缘材料在抵抗电流流过的时候具备多么效用。测试时使用的典雅通常是500~1000Vdc，因此，电流非常低。由于电流很低, 这个测试为检查绝缘材料的质量是有用的，不仅是在产品制造的时候, 而且在产品使用的时候同样适用。
测试程序：EUT
连接到测试仪, 测试电压从零逐渐上升到最大值（通常情况下是500 V dc）。 一旦电压到达最大值, 保持一个时间 (通常是5 秒) ，然后记录电阻值。测量值应该是非常高的(通常在兆欧级) 。绝缘电阻的测量在某些标准中是强制要求的，如IEC60950-1 和UL6500。
为什么要进行耐电压测试（二）
电流设定：
现在大多数hi-pot 测试仪允许用户自行设定电流的限值。 但是, 如果产品的实际漏电流是已知的, 那么hi-pot 测试电流是可以预测的。限值的选择实际要依靠被测试的产品。 最好的选择限值的方式是测试一些产品样品并得到平均hipot 电流，然后泄漏电流的限制值被设定为一个稍高出平均值的值。另外一个设定电流限值的方法是使用以下数学公式:
图片如下：

使用2作为因数的原因是, 线路泄漏电流通过一个Y 电容产生, 但是hipot 测试产生的泄漏电流通有各条线路的电容同时产生。 推导出I (hipot)的等式, 你可以预测hipot 测试电流。 所以, hipot 测试仪电流限值应该被设置足够高以避免因为泄露电流的存在而导致的误判, 同时不能太高而导致无法检测出真实的绝缘材料击穿。
多数安全标准允许使用交流或直流电压进行hipot 测试。 当使用交流电压进行测试时, 被测试的绝缘材料承受的电压是峰值。 所以, 如果你决定使用直流电压进行测试, 你必须保证, dc 测试电压是交流测试电压Ö2 (或1.414) 倍, 这样直流电压的值与交流电压峰值是相等的。 例如, 对于1500 Vac, 用做绝缘测试的等效直流电压应该是1500 x 1.414 或2121 Vdc 。
使用直流测试电压的一个好处是, 泄漏电流限值与使用交流测试电压相比，可以被设置为更低的值。 这样制造者有更大的机会检查处处于绝缘材料失效边缘的产品, 这些产品在使用交流电压进行测试是可能会通过。 必须注意到, 当使用直流hipot 测试仪,电路中的电容器会被高度充电, 因此, 一个安全放电设备或设定是必需的。 但是, 不管测试电压怎样, 在产品被人接触之前进行放电处理都是很好的做法。
直流 hipot 测试仪的另一个好处是其电压逐渐上升。 由监测当电压增加时电流的变化, 操作员能在故障发生之前看出潜在的绝缘材料失效。 使用直流 hipot 测试仪的一个小缺点是因为直流测试电压比较难产生, 直流 hipot 测试仪的成本也许稍微高出交流测试仪。
交流hipot 测试仪存在一个小弊端，那就是如果被测试的电路中有大容量的 Y 电容, 可能会因为hipot 测试器的电流限值设置, 可能造成ac 测试仪显示测试失败而实际上绝缘并没有击穿。 多数安全标准允许用户断开Y 电容器进行测试, 或者选择使用直流 hipot 测试仪。 直流hipot 测试仪不会因为大容量Y电容的存在而显示失效，因为Y 电容器对于直流电压不会有电流通过其本身。
为什么要进行泄漏电流测试
某些标准，包括IEC60950-1，把泄漏电流（Leakage Current）命名为接触电流（Touch Current）。就是说，当一个人或者动物接触到设备的可接触部分的时候，流过人体或者动物体的电流。有另一个概念，就是“保护导体电流”，这相当于流过保护导体的电流。因此, 保护导体电流从来不是造成电击的原因, 因为依照定义, 保护导体一直被连接到大地。
如果接触电流过大，那么操作者将会遭受电击，可能导致严重的伤害，这和人的体重有关系。通常的，超过1.0mA的电流流过人体，就能够造成电击伤害。伤害的严重性和电流的大小及人的体重有关。

和其他测试相似，泄漏电流的测试也是安全测试中非常重要的一项，大多说安全标准要求在不同的条件下进行测试，例如正常操作条件下，开关打开及关闭，电源线极性对调等。测量到的对地泄漏电流在任何条件下都不可以超过限制。表I列出了部分通常的限值。（IEC60950-1, Table 5A）
图片如下：

造成泄漏电流的最大一个贡献者就是跨接在火线和地之间的电容，如Y电容。这些Y电容通常是为了控制EMI而加入到线路中的。需要指出的是，在某些标准中，如IEC60950-1，仅对一类驻立式设备允许对地泄漏电流超过3.5mA，同时需要满足IEC60950-1，章节5.1.7的条件。
当进行IT设备的漏电流测试时，必须注意测试仪器需要符合 IEC60950-1, 附录D的要求。该测试网络模拟了人体电阻的最恶劣的情形。强烈建议使用一个隔离变压器来进行测试（见图2）。
图片如下：

必须考虑变压器中的任何容性泄漏电流。如果因为某种原因，使用隔离变压器是不可能的，那么被测设备（EUT）必须被安装在绝缘的台子上，同时加上适当的安全警告。这样的测量是弥补被测设备（EUT）带有危险电压的可能。
测试方法
大多说标准，特别是IEC60950，要求测试设备（EUT）是上电的状态。测试设备的供电电压是额定值的上限的110%，同时频率为最高的额定频率。如前面提到的，为了安全的因素，强烈要求使用隔离变压器来进行测试。
这些测试对一类（Class I）和二类（Class II）设备同样适用。对于二类设备，对可接触的导电部件和外壳（使用10x20cm的金属膜来接触外壳表面）进行测试。这个金属膜模拟人的手。
这个测试同样需要在任何条件下进行，如正常，开关开或者关，电源极性对调等。设计有多电源输入的设备，在一次只要求接一个电源的时候（如后备电源），必须在仅连接一个电源的情况下测试。虽然大多数标准不要求生产线进行100%的泄漏电流测试，但是还是有些标准，如医疗器械，还是要求100%测试。