灯具产品的耐压测试方法

耐压测试也称为高压测试,是将设定的高电压施加在绝缘体(绝缘系统、绝缘结构)两端并维持一定时间,通过检测绝缘体中流过的电流大小来评估绝缘性能好坏的一种检测方法。

1. 为什么要进行耐压测试?

由于电网切换操作、设备故障等原因会导致电力系统的内部过电压,此时用电设备的绝缘体不仅要承受额定电压而且还要够承受一定的过电压。另外,在电子产品的生命周期内,由于材料老化等因素也可能出现绝缘退化的情形。耐压测试可以用来验证产品的绝缘性能以及设计余量,是确保产品品质的重要手段。另一方面,通过耐压测试,可以发现制造过程中出现的爬电距离不足或电气间隙不够等缺陷,及时剔除不良品,保障消费者的人身和财产安全。

作为最基础的安全检测项目之一,各类灯具标准几乎都纳入了耐压测试的要求,其主要应用在以下几个方面:

  • 在来料检测阶段,可以用来检查绝缘材料或元器件的制造不良或缺陷,例如变压器绕组击穿、薄膜电容耐压不足等情况。
  • 在生产线例行检测中,可以用来检查制程造成的电气间隙或爬电距离缺陷,例如PCBA引脚刺穿绝缘材料、导线破损、焊点不良等。
  • 在验证检测阶段,可以用来检查灯具产品在经历某些测试之后的绝缘退化情况,例如潮态或振动测试之后的绝缘变化。

2. 测量系统

耐压能力依靠绝缘等级实现, 耐压测试仪就是一种用来检验绝缘完整性的测试仪器。常用的耐压测试仪内部由交(直)流高压电源、定时控制器、电流检测电路、指示电路和报警电路等部分组成,当仪器输出的高电压施加到绝缘体时,输出回路中检测到的漏电流将与预设的判定值进行比较,若检出的漏电流小于预设值,则通过测试;当检出的漏电流大于预设值时,输出电压将被瞬间切断并发出声光报警,从而判定耐压测试失败。

3. 样品连接

在照明行业,耐压测试主要应用于两个方面,一是检测驱动电源初次级之间以及初级与金属外壳之间的绝缘性能,二是检测灯具的带电部件和可触及的非带电金属部件之间的绝缘性能。

在对驱动电源进行测试时,将样品输入和输出端的引线分别短接后接入耐压测试仪的两端,通过施加高压,可以用来检查电源内部隔离变压器的绝缘性能。另外,对电源输入端和金属外壳之间施加高压,可以用来检查Y电容或绝缘纸是否符合电气绝缘的要求。需要注意的是,非隔离的驱动电源不能在初次级之间施加高压测试,以避免造成产品损坏。

灯具在进行耐压测试时,不能连接电源。若灯具上带有电源开关,应将开关置于接通状态,以确保测试电压施加到所有带电部件。 通常的做法是,将被测样品输入端的电源线全部短接后接入耐压测试仪的一端,样品的地线或可触及的金属部件与耐压测试仪的另一端连接。

4. 交流或直流电压的选择

在大部分安规标准中,都允许选择使用交流(AC)或直流(DC)电压进行耐压测试,制造商可以根据实际情况自行决定。但是,在灯具产品中,耐压测试实际是针对包含了不同介质串联组合后的一个绝缘系统。使用AC测试时,测试电压可以按介电常数分配到不同材料的两端,更符合产品的实际使用状况,更容易被各方认可。需要注意的是,有些第三方验货公司完全不接受DC测试的结果。

当采用AC测试时,如果被测样品呈电容性、存在杂散电容或对地接有电容器,测试过程中会存在一个持续的充电电流,测量仪器显示的是充电电流和漏电流的叠加值,无法读取真实的漏电流值,这容易造成误判。同样的样品采用DC测量时,在启动测试后,充电电流会逐渐减小,一旦电容充满,仪器的显示值就是流过样品的实际漏电流,因此不会造成误判。

由于AC测试不存在电容储能效应,测试完成后无需对样品进行放电处理。而DC测试会对电路中的电容充电,在测试完成后必须对样品进行放电,以避免操作人员被电击的风险。

采用AC测量时,多数测试仪输出电压的频率都同步于市电,即50Hz或60Hz,这是大部分安规标准所允许的,二者的差异不会对测量结果产生明显影响。

5. 测试电压的设定

测试电压值应遵循相应的安规标准,不同类别的产品通常存在差异。 一般来讲,电压太低就不容易发现样品的瑕疵,电压过高又可能造成绝缘材料的永久损害。在照明行业通行的最低测试电压是2U+1000V,即1000V加上两倍的工作电压,具体设定值应查阅相应的安规标准。

使用AC测试时,绝缘体在电压峰值时将承受最大电压力。因此,如果使用DC测试,应提高测试电压使DC电压等于AC电压的峰值。例如,AC测试使用1240Vac,对应的DC测试电压应为1753Vdc。

6. 报警电流的设定

任何绝缘体在高压下都会产生漏电流,其值越小,电气绝缘性越好。在耐压测试时,报警电流设置得太小就会被正常的漏电流误触发,太大又会漏掉不良品。多数安规标准都没有直接规定报警电流的设定值,实际测试中应根据产品的电路设计来确定。通常是对一批样品进行预测试,取略高于平均数的值为设定电流。

容易忽略的一个问题是,多数测量设备都没有设置下限报警电流的功能,当仪器的输出端与样品接触不良时,可能会导致无效测试,存在误判的风险。

在灯具产品中,驱动电源的隔离变压器两端以及电源线与金属外壳之间往往跨接有Y电容器,在AC测试时会存在一个持续的充电电流,设置报警电流时应充分考虑这一影响。

7. 升压速率的设定

使用AC测试时,交流电压会直接通过容性负载,不会出现开机冲击电流。除非产品对冲击电压比较敏感,否则在测试时可以直接施加高压,得到稳定的漏电流值。虽然漏电流测量值会偏大,但在测试期间会保持不变。

而采用DC测试时,直流电压会给容性负载充电,在加电瞬间会出现浪涌电流。测试时必须从零开始缓慢增加电压,以避免充电电流过大造成仪器报警,从而带来误判。对于灯具产品,升压速率通常控制在0.1Ut/s即可。

8. 测试时间的设定

在各类安规标准中,对不同的测试情形都规定了相应的耐压持续时间。通常型式试验的测试时间为1分钟,例行试验为数秒。

在实际的生产线测试中,可用的测试时间较短,业内的常规做法是将测试电压提高1.2倍,以保证测量结果的可靠性。

9. 试验结果的判定

在灯具产品中,耐压测试的结果呈现多种形式,归纳起来主要有以下三种情况:

9.1 绝缘击穿

指试验电压穿越绝缘系统,沿绝缘体内部形成放电回路,导致电流以失控的方式急剧增加,绝缘无法限制电流的现象。出现绝缘击穿后,测量仪器会立即断开输出并报警。在灯具产品中,通常是导线破损、驱动器内部隔离变压器短路、铝基板绝缘层破裂、焊点与接地螺丝短路等原因导致。

9.2 电晕

电晕是空气被高电压电离后,电荷沿绝缘体表面发生的从一个电极发展到另一个电极的气体放电现象。电晕发生时,在电离处会出现淡蓝色辉光和“滋滋”的放电声,同时伴随臭氧气味,严重时会观察到冒烟现象。出现电晕时的电压比绝缘材料本身的击穿电压低很多,不会发生气体击穿,漏电流也几乎不会增加或增加不多,需要带电晕放电检测功能的耐压测试仪才能测量和记录。

在灯具产品中,电晕放电通常是电源的金属外壳或铝基板与灯体接触不良、部件之间爬电距离不够、样品潮湿等原因导致。虽然电晕放电不认为是绝缘击穿,但电晕会使放电途径中的绝缘表面过热和碳化,导致绝缘性能退化,应高度关注这种潜在的绝缘崩溃对产品的影响。

9.3 闪络

闪络也称为打火,是导体边缘的电荷积累使电应力增大至空气被击穿的现象。单次打火可能由绝缘之间的杂质引起,打火将杂质烧毁后,绝缘性能可能会更高,所以单次的瞬间打火不认为是绝缘击穿。连续多次打火会导致漏电流迅速超过设定值,测量仪器会立即断开输出并报警。

在灯具产品中,打火通常是焊点拉尖、焊点与接地金属部件的空气间隙过小、导电杂质或污垢导致。

10. 仪器校正和点检

耐压测试仪必须定期校准,依据使用频率可半年或一年校准一次。同时,在实际作业中,应制定点检作业规范,确保仪器随时处于正常工作状态。

11. 作业防护

耐压测试设备应妥善接地,测试工位应设置合理的绝缘防护,以免操作人员触电。测试开始后,作业人员不能随意触摸或移动测试仪、被测物和高压连接线。仪器出现故障后应交专业人员维修,重新校准后才能投入使用。

耐压测试属于高风险工位,操作人员必须经过专业培训,具备作业资格才能上岗。测试工位应有明显的警告标语,以防止其他人员进入危险区域。

12. LED灯具的测试要求

目前灯具行业已经普遍使用LED光源,因为LED模组与灯具紧密结合,在整灯测试时LED必定处于高压环境。常见的一个困扰是,LED灯具经历耐压测试后,如果测试失败,经常会发生LED模组击穿损坏的情况,维修成本巨大。即使测试合格,如果有电晕或打火等情形,仍然会出现偶发性的LED颗粒失效现象,如果没有及时发现,则会使产品带病出货。

从电路原理以及实际的失效分析来看,LED灯具的耐压测试失败往往都是其它电气或结构缺陷导致,LED只是连带损坏。对于来料检验或验证测试等环节,LED损坏带来的维修成本并不明显,但从生产制造的角度来看,则是无法承受的。

针对LED灯具的特殊性,在生产线例行检测阶段,业内通常采用绝缘电阻测试来代替耐压测试。绝缘电阻测试使用专门的绝缘电阻测试仪(也称为兆欧表),其测试的基本原理、测试方法和测试结果与耐压测试完全相同,区别只是使用电阻值来判定绝缘性能而已。绝缘电阻测试方法在欧规和中国的安规标准中已经广泛使用,近期修订的美规灯具标准UL1598也纳入了此测试方法。

采用绝缘电阻测试时,施加的测试电压比耐压测试时低很多,对灯具几乎没有破坏性,即使出现测试失败,也不会损坏LED。需要明确的一个问题是,LED灯具改用绝缘电阻测试并不意味着耐压测试方法是错误的,这种变通方法主要是为了降低制造成本,排除不良隐患,同时使测试作业更加安全和规范。而耐压测试方法更能准确定位故障点,在设计验证测试中仍然具有不可替代的作用。

评论已关闭。