前　　言：

耐壓(Withstanding)、絕緣(Insulation Resistor)、接地電阻(Ground Bond)是電氣安規(guī)測試儀的測試功能，其中的耐壓測試是用電設(shè)備出廠前的必測項目，雖然這些測試應(yīng)用廣泛，但是許多工程師還是存在著一些知其然卻不知其所以然的問題，在這份應(yīng)用白皮書中我們整理了十個最常見的問題，從基本面來探討這些問題的解答。

電氣安規(guī)測試的十個為什么?

七、發(fā)現(xiàn)電弧ARC、閃絡(luò)(Flashover)是否意味絕緣已崩潰?

UL/IEC 60950-1章節(jié)5.2.2對于絕緣崩潰的原文還有一段關(guān)于ARC與Flashover的敘述，原文如下：Corona discharge or a single momentary flashover is not regarded as insulation breakdown. 電暈放電（Corona Discharge）與單一瞬間的閃絡(luò)（Flashover）并不會被認定為絕緣崩潰。

各位一定要有正確的觀念，ARC的測試其實是一種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并非國際法規(guī)，偵測到ARC與絕緣崩潰是兩回事。

過去的耐壓機無法顯示V-I特性曲線來判斷絕緣崩潰時，傳統(tǒng)的做法是看與聽，看看有沒有電弧發(fā)生，認為絕緣損壞與電弧為因果關(guān)系，由于室內(nèi)的采光與照明會影響電弧的觀測，甚至?xí)貏e打造一間暗室來觀察電?。换蚴锹犅牽从袥]有電弧吱吱的聲響，有些電弧的聲響發(fā)生在人耳聽不到的超音波頻段，還會買一個超音波轉(zhuǎn)換器，將它轉(zhuǎn)為人耳聽得到的音頻。但從標(biāo)準(zhǔn)的定義得知電弧與絕緣崩潰是兩件事，我們應(yīng)該思考為何會產(chǎn)生電弧以及電弧可能造成的危害，電弧的產(chǎn)生是電壓與距離的關(guān)系，以生活應(yīng)用為例，打火機上的壓電材料，透過壓力產(chǎn)生電壓進而產(chǎn)生電弧來點燃瓦斯，從這個例子可以得知，電弧可能造成的危害是用電設(shè)施附近是否有可燃性氣體或粉塵而導(dǎo)致火災(zāi)或塵爆。第二個危害是高溫，例如：工業(yè)用的電焊機，便是特意透過高壓產(chǎn)生電弧，以便應(yīng)用它的高溫特性來切割堅硬的金屬，此應(yīng)用的電弧最高溫度是太陽表面溫度的四倍(攝氏2萬度)，電弧閃光產(chǎn)生的弧光能量單位一般以cal/cm2 或J/cm2 表示，Cal/cm2 (每平方公分卡路里）系指一單位面積上的總能量，它是作為電弧量級的單位，1 cal/cm2的能量，相當(dāng)于一個點燃的煙頭在指尖上1秒鐘。只要1-2 cal/cm2，就會使人的皮膚造成二級灼傷。

八、絕緣電阻與耐壓的測試順序，通過絕緣電阻測試后可以不測耐壓嗎?

許多的標(biāo)準(zhǔn)要求測試的順序為絕緣電阻(IR)+耐壓(ACW或DCW)+絕緣電阻(IR)，首先要思考的是絕緣電阻為什么要測兩次？再者是如果絕緣電阻很高，是不是就意味著絕緣沒有問題，所以就不用測耐壓？

絕緣電阻是以一般的工作電壓去量測(非破壞測試)，耐壓測試則是以高過數(shù)倍工作電壓的方式去量測泄漏電流(破壞性測試)。接下來量到很高的絕緣電阻時千萬不要高興得太早!

圖八絕緣瑕疵與其等效電路

圖八的左圖(a)為絕緣材料有瑕疵產(chǎn)生氣隙的示意圖，這個氣隙在絕緣電阻量測時會反應(yīng)出一個很大的絕緣電阻，但是當(dāng)我們量完絕緣電阻后執(zhí)行耐壓測試，從圖八的右圖(b)的等效電路得知，絕緣瑕疵的氣隙因為電阻高，串聯(lián)分壓的結(jié)果大多數(shù)的電壓會分壓在其上，所以會先被破壞，等到第二次量測絕緣電阻時又會呈現(xiàn)出一個較低的絕緣電阻。

所以測試的順序為絕緣電阻(IR)+耐壓(ACW或DCW)+絕緣電阻(IR)是很有意義的，兩次絕緣電阻的差異如果太大，便表示之前有絕緣瑕疵，經(jīng)過耐壓的破壞性測試后有瑕疵的絕緣材料被破壞，所以第二次絕緣電阻與第一次量測結(jié)果差異大。

九、高壓的耐壓測試是否會損壞電路中昂貴的芯片?

如果你的耐壓測試是通過的，一定不會造成損壞，因為要損壞芯片要嘛是過電壓，要嘛是過電流，當(dāng)絕緣良好時，這兩者都不會發(fā)生。

但是在耐壓測試的應(yīng)用中，有一種很特別的測試，稱為離子遷移(Ion migration)，離子遷移的測試方式是透過環(huán)測設(shè)備將環(huán)境的相對濕度設(shè)為85%，溫度通常是80°C或以上，再把高壓打在PCB的銅箔上，圖九在電子顯微鏡下所看到兩條走線(Trace)間的絕緣層出現(xiàn)樹枝狀突觸造成的短路現(xiàn)象便稱為離子遷移。

圖九：電子顯微鏡下的離子遷移現(xiàn)象（本圖參考自NTS公司網(wǎng)站）

在PCB關(guān)鍵組件的周遭進行此測試有助于即早發(fā)現(xiàn)布局(Layout)上的議題，一旦關(guān)鍵組件周遭發(fā)生圖九的問題，便可能造成短路進而燒毀關(guān)鍵組件。

十、接地與導(dǎo)通性量測的差別?

絕緣良好是對設(shè)備使用者的第一道防線(不漏電、不電到人)，當(dāng)?shù)谝坏婪谰€出現(xiàn)問題時，良好的接地便是保護使用者的第二道防線(漏電后，將電導(dǎo)引到地)，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)漏電時，人摸到產(chǎn)品的外殼，對地而言，人體如果相對是一個高電阻時，從等效電路得知，兩個電阻并聯(lián)，大電阻的分流較小，這便是第二道防線的意義。所以用電設(shè)備的地線必須正確安裝，漏電時可以很快地把電流導(dǎo)到地。

接地電阻(GB)的測試，它是透過25到40安培的大電流，在接地在線產(chǎn)生的壓降為4~12伏特，透過奧姆定律的換算得知，此接地電阻為mΩ等級，GB的測試時間有些標(biāo)準(zhǔn)要求要測兩分鐘，至少也需要測5到10秒。

安規(guī)測試有具備交流耐壓(ACW)的單一功能機種或交流耐壓(ACW)/直流耐壓(DCW)的二合一機種，交流耐壓(ACW)/直流耐壓(DCW)/絕緣電阻(IR)的三合一機種以及交流耐壓(ACW)/直流耐壓(DCW)/絕緣電阻(IR)/接地電阻(GB)的四合一機種，如果要有接地電阻GB測試功能就要選擇四合一的機種，所以價格會比較貴，但是有一些耐壓分析儀，例如固緯的GPT-12000/15000系列電氣安規(guī)分析儀，它的導(dǎo)通性測試(GC)為標(biāo)配，導(dǎo)通性測試(GC)是用一個小電流去測電阻，與三用電表的導(dǎo)通性測試原理相同，也就是量測接地的路徑是不是導(dǎo)通，測試時間快(1秒左右)，但是量測準(zhǔn)確度(為Ω等級)就沒有GB那么好，當(dāng)您的設(shè)備沒有GB功能時，有GC的測試功能至少能對接地的導(dǎo)通性進行評估。

用于絕緣電阻量測或耐壓測試的儀器是透過輸出高電壓，量測小電流，再透過歐姆定律換算電阻，過去的標(biāo)準(zhǔn)未思考到許多客戶端的安全隱患，這些隱患包含：

1、原本基本絕緣的要求不足以保證使用者的安全

2、意外輸出：操作儀器高電壓輸出的按鈕可能被誤觸

3、 電力系統(tǒng)斷電、電力恢復(fù)后儀器可能處于自動輸出的危險狀態(tài)

4、設(shè)備未能有效地將測試的殘余電壓放電至安全電位

5、后面板輸出時在后面板并未提供警告

IEC/EN 61010-1:2010 測量，控制和實驗室用電器設(shè)備的安全要求 - 第1部分：通用要求。儀器本身要符合IEC/EN61010的標(biāo)準(zhǔn)，因為以上的安全隱患，對于絕緣電阻和耐壓測試設(shè)備于2017年新增了IEC 61010-2-034:2017 測量，控制和實驗室用電器設(shè)備的安全要求 - 第2-034部分：絕緣電阻測量設(shè)備和耐壓測試設(shè)備的特殊需求，但凡輸出電壓超過50伏特(交流)或120伏特(直流)的絕緣電阻測量設(shè)備和耐壓測試設(shè)備的儀器須適用此新標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)公布后于2021年生效，UL于2019年7月12日參照IEC標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布UL61010-2-034標(biāo)準(zhǔn)，中國于2020年12月24日國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會下達2020年第四批推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)計劃(文件號 國標(biāo)委發(fā)[2020]53號)序號115將IEC61010-2-034編列計劃號20204746-T-604，由此可見此安全議題已受到主要國家的重視。

固緯電子于2020年4月16日發(fā)表全球第一臺符合IEC-61010-2-034標(biāo)準(zhǔn)的GPT-12000系列電氣安規(guī)分析儀，針對上述的安全隱患提出了完整的對策。

高壓繼電器、高壓變壓器改采符合雙重絕緣的零件，高壓板的走線距離亦符合雙重絕緣的要求，量測回路變更設(shè)計，加入保護阻抗，隔離高壓側(cè)危險電壓，以符合雙重絕緣要求。

IEC新規(guī)范對于意外輸出的規(guī)定，可采取以下對策的其中之一來因應(yīng)。

2-1 高壓輸出開關(guān)要長按1秒后才可以有輸出 (考慮安全與產(chǎn)測的便利與效率，固緯GPT-12000/15000系列采取此對策)

2-2 輸出開關(guān)需要鑰匙才能啟動

2-3 輸出開關(guān)需在彈簧蓋之下，啟動時需打開彈簧蓋才能按輸出開關(guān)

2-4 需要使用兩只手同時按壓兩個開關(guān)才能輸出

設(shè)備輸入端電源供應(yīng)失效再回復(fù)后，即便輸出開關(guān)是按下的，設(shè)備還是要處在安全的情況(無危害)，固緯的GPT-12000/15000系列在偵測輸入電源消失10個周期后便會停止輸出。

在放電回路加上56k歐姆的放電電阻，確保直流模式下針對大電容測試完成后的放電機制必須要在10秒內(nèi)放電至低于30%的安全電壓。

IEC的標(biāo)準(zhǔn)要求使用閃爍(50-300次/分鐘，亮起的時間至少40%)或恒亮的紅色警示燈號?；蚩刹捎酶邔Ρ榷壬目梢?可變指示器，或采用高音量的聲音警示(70 dBA以上/小于5kHz)。固緯電子采用前、后面板皆設(shè)置輸出警示燈方式處理。

高壓儀器使用上的自保之道

即使采用了符合IEC61010-2-034最新安全標(biāo)準(zhǔn)的儀器，如果在使用現(xiàn)場未能依據(jù)安全的安裝及操作方法，儀器操作人員還是會有安全顧慮。

儀器一定要正確接地，本文的問題十已討論過接地的重要性，但是建筑物的接地狀況如何確定? 看到插座有三孔就是有接地嗎?

圖十：為Amprobe公司的電源插座檢查器(本圖參考自Amprobe公司網(wǎng)站)

可用三用電表來檢查或是用圖十簡易的電源檢查器，這種檢查器可確認接地是否正確接地，火線、水線是否反接等電源配電議題。固緯的GPT-12000/15000系列后面板具備額外的接地連接端子，當(dāng)電源的三插無正確接地時，可透過此端子另做接地，再者儀器本身具備接地失效偵測功能，當(dāng)偵測到儀器接地失效時會停止輸出以達到保護要求(此功能亦可關(guān)閉)。

圖十一：固緯GPT-12000系列后面板

絕緣桌墊、絕緣地板、絕緣手套、護目鏡等安全措施一個不能少，也由于操作時須戴絕緣手套，所以耐壓測試儀器不建議采用觸控屏幕的操作接口設(shè)計。

從研發(fā)到產(chǎn)測的測試計劃及設(shè)備布建

研發(fā)階段：透過破壞性實驗，了解絕緣材料余裕度。安規(guī)分析儀須具備V-I曲線掃描功能，確認絕緣崩潰。接下來透過統(tǒng)計功能，計算平均值，設(shè)定產(chǎn)測允收標(biāo)準(zhǔn)。可回顧圖七的絕緣崩潰V-I曲線，統(tǒng)計分析請見圖十二。GPT-12000/15000系列提供屏幕快拍功能，可儲存測試畫面，簡化您制作測試報告或產(chǎn)測的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程(SOP)的工作以節(jié)省時間，產(chǎn)測的布建：當(dāng)制程穩(wěn)定、良率高時，可透過多信道的掃描盒或多信道的安規(guī)分析儀(請見圖十三)來提高產(chǎn)測的效率，產(chǎn)測的安規(guī)分析儀若支持U盤的設(shè)定復(fù)制功能，則可以節(jié)省產(chǎn)線的測試布建時間。

圖十二：統(tǒng)計分析

圖十三：圖左多信道GPT-9500系列

圖右GPT-9800系列搭配掃描盒

結(jié)　論：

選擇符合最新安全標(biāo)準(zhǔn)IEC 61010-2-034:2017的耐壓/絕緣測試設(shè)備并正確的接地是保障使用安全的第一要務(wù)，應(yīng)用層面的不二法門便是了解測試標(biāo)準(zhǔn)與儀器工作原理，透過這十個問題的釋疑希望對安規(guī)工程師的工作有所幫助。而根據(jù)臺北市2017~2019年的統(tǒng)計，電氣因素造成的火災(zāi)占20.1%(783件/2560件)，電氣因素火災(zāi)造成的傷亡為受傷29人占46.8%、死亡15人占34.1%，從這些數(shù)據(jù)我們更期盼安規(guī)工程師能為產(chǎn)品的電氣安全嚴格把關(guān)，讓這些不幸事件可以降到最低。