击穿
击穿是指电压越过或通过绝缘体放电并产生过量电流的状态。传统上,高压测试仪被用于监测和测量这类灾难性绝缘故障形成的电流。高压测试仪如侦测到超出了其电流跳闸点,将指示故障并立即关闭高电压。
在电介质击穿之前,导体周围可形成电晕或高阻抗电弧放电。在某些情形下,电晕可定义为空气电离引起的发光放电。电晕是电应力在电场的电极边缘集中而产生的一种部分击穿现象。高阻抗电弧与电晕产生的高频脉冲,其频率可在低于30千赫至高于1兆赫范围内变动,而且持续时间可能很短。这些脉冲常常持续不足10微秒(见图1)。这些短时脉冲或尖峰信号不一定会立即导致击穿放电,从而引起电流增大或输出电压减弱。IEC601-1医用电子设备的规定如下:“测试期间不得出现飞弧或击穿现象。轻微的电晕放电可忽略不计,但前提是测试电压暂时降至较低数值时放电应当停止,而且该数值必须高于参考电压,同时这类放电不得引起测试电压降低。”请注意,尽管某家机构会允许有电晕的被测物通过高压测试,但这种电晕可能就是绝缘系统中潜在问题的迹象。
电弧检测
电弧的几何形状并非一个常量。例如,间隙相同的两个圆形表面或两个尖头之间的击穿电压可能差别很大。电弧产生点与检测器之间电路的阻抗与分布电容,也可能影响电弧检测器所监测的电流波形的di/dt(电流对时间的变化率)。电压量、上升率、极性与波形都会影响电晕和电弧放电条件的形成速度。温度、湿度与大气压力也都会影响电晕起始电压和击穿电压的水平。
电弧检测系统含有一个高通滤波器电路,它仅对高于10千赫的高频信号发生响应。这些高频信号被馈入一台比较器,并与用户在设置中选定的灵敏度水平调节进行核对。如超出这一水平,则向CPU馈入一个中断信号,从而使CPU在400微秒内关闭高压测试仪(见图2)。漏电与过载检测电路总是带电的,某些仪器还允许用户关闭电弧检测电路。我们发现,很多制造商将电弧检测用于诊断或研发用途,但是在生产在线最好不要使用电弧检测。
很多器具,例如电动工具和真空吸尘器等,都具有低水平电弧放电的条件,但仍构成其正常操作一部分。很多情况下,安全机构承认低水平电弧放电并不存在并允许在生产测试中出现。因此当产品确实优良时,这类生产环境中采用的电弧检测电路会显示故障状态。在其它产品类型中(例如医用电子设备,特别是与病人相连的装置),出于安全考虑而需要检测低水平电弧放电条件,那这些应用中的电弧检测可带来真正的好处。
由于测试条件的多变性以及缺乏确定电弧放电和漏电流最大限值的安全机构标准,EEC在其仪器设计中引入了一种灵活方法。在仪器中同时具有设置漏电流上限跳闸限值和电弧跳闸限值的功能,我们认为,用户必须具备设置可变限值以符合特定测试要求的能力。我们还为用户提供了启动和关闭电弧检测器电路的可选功能。这个检测是与高压测试仪的上限电流跳闸电路无关的。电弧检测如能在正确的条件下适当采用,可提供关于产品设计与安全的有价值信息。但制造商必须首先确定电弧检测是否适用于其产品,以免将实际上具有电气安全性的产品判定不合格。