介質耐壓檢驗又稱抗電強度檢驗。它在聯結器接觸件與接觸件之間、接觸件與殼體之間,在規定時間內施加規定的電壓,以此來確定聯結器在額定電壓下能否安全工作,能否耐受由於開關浪湧及其它類似現象所導致的過電位的能力,從而評定電聯結器絕緣材料或絕緣間隙是否合適。 如果絕緣體內有缺陷,則在施加試驗電壓後,必然產生擊穿放電或損壞。擊穿放電錶現為飛弧(表面放電)、火花放電(空氣放電)或擊穿(擊穿放電)現象。過大漏電流可能引起電數或物理效能的改變。由於過電位,即使是在低於擊穿電壓時也可能有損於絕緣或降低其安全係數。所以應當慎重地進行介質耐壓檢驗。在例行試驗中如果需要連續施加試驗電壓時,最好在進行隨後的試驗時降低電位。 影響因素 主要受絕緣材料、潔淨度、溼度、大氣壓力、接觸件間距,爬電距離和耐壓持續時間等因素影響。 1) 絕緣材料 設計必須選用恰當的工程塑膠製作絕緣體,才能滿足預定的耐壓效能指標要求。如選用擊穿電壓為16KV/mm的PEJ(聚苯醚礬)特種工程塑膠,能滿足GJB598耐環境快速分離圓形電聯結器YB系列Ⅱ產品標準大氣壓下耐壓為1500V的要求。氟塑膠(F4)具有比其它材料更高的介質耐壓和絕緣電阻,廣泛用於製作同軸射頻電聯結器絕緣體。 2) 潔淨度 絕緣體內部和表面潔淨度對介質耐壓影響很大。作者在圓形聯結器補充篩選時發現有一產品要求耐壓1500V,實際測試施加電壓至400V,即在二個接觸件之間發生擊穿現象。經與生產廠共同進行解剖分析後認為;擊穿發生於絕緣體上、下兩個絕緣安裝板的膠接介面,是由於膠粘劑中混有雜質所致。 3) 溼度 增加溼度會降低介質耐壓。如J36A矩形電聯結器技術條件規定;正常條件下耐壓為1000V,而經過40±2℃、93±3%,48h溼熱試驗後耐壓降為500V。 4) 低氣壓 空氣稀簿的高空,絕緣體材料會放出氣體汙染接觸件,並使電量產生的趨勢增加,耐壓效能下降,使電路產生短路故障。故高空使用的非密封電聯結器都必須降額使用。如Y27A圖形電聯結器技術條件規定;正常條件下耐壓為1300V,而1。33Pa低氣壓條件下耐壓降為200V。 5) 接觸件間距 聯結器的小型化和高密度的發展,具體體現在矩形電聯結器和印製電路電聯結器上,要求間距能達到0.635mm,甚至0.3mm,外形尺寸最關鍵的高度尺寸已減小到1~1.5mm,表面貼裝技術(SMT)與小型化的發展有著密切的關係。就要求我們選用耐壓效能更高的絕緣材料,才能滿足設計尺寸小型化的要求。 6) 爬電距離 它是指接觸件與接觸件之間,或接觸件與殼體之間沿絕緣體表面量得的最短距離。爬電距離短容易引起表面放電(飛弧)。故有部分聯結器的絕緣安裝板表面插針(孔)安裝孔設計成帶凹凸臺階形狀,增加爬電距離,以提高抵抗表面放電的能力。 7) 耐壓持續時間 一般電聯結器技術條件均規定為電壓施加到規定值後持續1分鐘應無擊穿、飛弧、放電現象。但許多電聯結器生產廠在做成品交收試驗時,為提高檢測速度往往採用提高試驗電壓20%,縮短耐壓持續時間為5秒或10秒的方法。作者認為,它們之間不存在某種函式關係。從交流耐壓擊穿機理來分析,擊穿主要洩漏引起擊穿,即洩漏電流大於規定值就認為擊穿。另一種是熱擊穿,提高試驗電壓強加洩漏,是否易擊穿與時間短有關。如軍標GJB1217-91電聯結器試驗方法規定;試驗電壓加至規定值後應持續1分種。當有規定時,廠內質量一致性試驗時的保持時間可降至最少5秒。作者在實踐中發現按此規定檢驗合格出廠的產品,使用者在進行100%補充篩選時,仍發現有個別產品因絕緣體內部存在缺陷而被擊穿。造成上述現象的原因很可能是由於耐壓持續時間縮短為5秒,在極短時間內對絕緣體電容充電,還不足以使洩漏電流大於規定值而引起擊穿。 問題研討 1) 測量方法的研究 為保證能在接觸件之間或接觸件與殼體間施加高電壓保持1分種,故和測量絕緣電阻一樣,必須採用相應的測試工裝(頭孔配座針或頭針配座孔),測試工裝可以和測量絕緣電阻的工裝通用。 對一般接點點距較大的電聯結器可採用兩步測量法,即第一步將偶數排所有接點並聯,將奇數排所有接點並聯,然後測量兩並聯接點組之間的介質耐壓。第二步將全部接點並聯後測量並聯點與“地”之間的介質耐壓。如某矩形電聯結器接點按正等邊三角形排列,同排點距為2.8mm,排距為2.5mm,鄰排點距為2.87mm。雖然兩步測量法沒有測量最小點距2.8mm,而是測量的2.87mm,但由於介質耐壓很高為1000V左右,且裕度大,0.07mm的壁厚所增加的介質耐壓微不足道。但兩步測量法雖經濟仍有不可靠的因素,它無法剔除同排接點間由於存在內部缺陷所引起的擊穿隱患。故對於高密度、超小型電聯結器而言,由於介質耐壓規定值小,裕度也小,儘管接點是按正等邊三角形排列,但由於其接點間距小,相鄰兩點之間的絕緣體壁厚很小,只要存在很微小的氣泡、疏鬆、雜質等缺陷都將嚴重影響介質耐壓,因此,必須採用三步測量法;即在前述二步測量法基礎上再增加一步,將所有排的偶數點並聯,然後測量兩並聯接點組之間的介質耐壓。對於可靠性要求高,特別是接點間距≤1.5mm,接點間絕緣體壁厚≤0.4mm的電聯結器應採用三步測量法,全部測量出每個接點與其所有相鄰接點之間的介質耐壓,才能確保安全可靠。 近年來,行動式的電子裝置,如手機、膝上型電腦、電子記事本、數碼相機及攝像機的日益普及。為適應這些電子裝置小型化的趨勢,聯結器、線束及電路板等作為配套器材也必須朝小型化方向發展,新產品中將出現窄間距軟質扁帶電纜、柔性印刷電纜聯結器等,電聯結器間距降至0.3mm,甚至更小,最低高度將降至1.5mm以下。而且生產是高度自動化的生產流水線。上述這些傳統的手工檢測絕緣和耐壓方法,無論是檢測速度與效率,還是測試精度和可靠性等方面都根本無法滿足這些器件的線上檢測要求。於是一種新型的專用於線上檢測的高效率、智慧化儀器誕生了, 現在,美國CIRRIS公司T0UCH1系列儀器、日本Nac公司30X系列儀器等已在中國某些生產聯結器、線束及電路板的專業廠或個別重點軍工企業獲得了成功應用。這類儀器的特點是:快速、準確,一次插合即可完成導通、耐壓、絕緣等常規電效能引數的自動檢測。徹底改變了如上所述採用單引數測試儀(耐壓測試儀、絕緣電阻測試儀和接觸電阻測試儀等),需多次插拔變換儀器和需多次變換二至三副測試工裝的傳統操作方法。大大提高了工作效率,特別適用於線上檢測。 儀器能在測試前進行自檢和環境檢測,判斷儀器和環境條件是否正常。儀器用於器件品質檢驗的可靠性高。 能將被檢的聯結器、線束及電路板等互連器件與儀器的記憶記憶體(樣線)資訊進行比較後自動作出合格與否的判斷。便於操作員掌握,不易出現差錯。 儀器有內建電腦,能自動將檢測結果列印輸出,以便查詢記錄,使用十分方便。 儀器的液晶顯示屏能直觀顯示各種設定引數條件和檢測結果。美國CIRRIS公司的TOUCHI儀器用圖形觸控顯示屏作為操作面板,簡單的選單提示操作者進行各項設定。從電阻到電壓的設定,到檔案的命名,只需用手指輕輕一觸。 儀器備有聲光報警,用顯示屏上出現醒目的綠色或紅色符號,配上相應的聲音提示合格與否。為方便操作,有的儀器後面有外接端子,可接腳踏控制開關。儀器可透過微帶(排線)與探針檢測臺配套使用。如日本JSP彈簧探針株式會社生產各種形狀探頭的彈簧探針,其最小直徑達0.2mm,最小間距達0.3mm,用其製作探針檢測臺與儀器配套使用,可十分有效地解決小型化、高密度的互連器件線上檢測問題。有部分型號儀器不但能測絕緣高電阻,還能測低的導通阻抗,用四線模式可以把轉接線的電阻歸零,檢查導通迴路中有否工藝不良等因素引起的高電阻接點,電阻測量精度可達0.001Ω。 2) 漏電流的設定 在使用耐壓測試儀進行介質耐壓檢驗時,漏電流的設定很重要,應嚴格按產品技術條件所引用的試驗方法設定漏電流閾值。如某矩形電聯結器技術條件規定,耐壓試驗時漏電流不應超過1mA,而作者在實際儀器操作時將漏電流設定得太低為0.5 mA,結果造成儀器報警的“假擊穿”現象。由於極大的洩漏電流對聯結器或同軸接觸件的電引數或物理特性會產生有害的影響,故試驗時洩漏電流的最大值應限制在5 mA以內。通常產品技術條件規定耐壓試驗時的漏電流不應超過1 mA,也有部分聯結器技術條件,如GB101-86小圓形快速分離耐環境電聯結器總規範規定,耐壓試驗的最大漏電流不應超過2 mA。 3) 檢驗工裝的影響 介質耐壓檢驗工裝和絕緣電阻檢驗工裝是通用的,以保證在所有接觸件之間和接觸件與殼體間施加規定電壓持續1分鐘,檢測有否放電、飛弧和擊穿等現象。但目前有相當多的電聯結器生產廠沒有采用上述檢驗工裝,而是用連線儀器的兩根表棒隨機進行點與點、點與殼體間的耐壓檢驗,這種檢驗方法可靠性較差,極易產生錯、漏檢。 4)絕緣電阻檢驗不能替代介質耐壓檢驗 有些人認為,絕緣電阻足夠高的聯結器再進行耐壓檢驗是多此一舉。而且耐壓檢驗時電壓很高,操作人員也較危險,對被檢聯結器也沒好處。因此,有不少人不太願意進行耐壓試驗。事實上,測量絕緣電阻與耐壓檢驗之間的區別在於,測量絕緣電阻的電壓是直流,而耐壓檢驗是用交流電壓。另外,測量絕緣電阻用的電源功率大大低於交流耐壓檢驗的電源功率。因此,絕緣電阻高的聯結器,不一定能承受較高的交流電壓。因為目前測量絕緣電阻用的兆歐表,雖然測量電壓很高,有的達幾仟伏,但輸出功率不大,即使測量端短路,也僅僅是10mA左右,不可能因使用兆歐表不當而引起觸電死亡事故。而交流耐壓檢驗功率往往高得多,必須重視人身及裝置的安全,聯結器絕緣體內部缺陷,只有在大功率、高電壓情況下才能發現。絕緣和耐壓是不能等同的。清潔乾燥的絕緣體儘管有高的絕緣電阻,但能發生不能經受介質耐壓檢驗的故障。反之,一個髒的損傷的絕緣體其絕緣電阻雖然低,但在高電壓下也可能不會被擊穿。
介質耐壓檢驗又稱抗電強度檢驗。它在聯結器接觸件與接觸件之間、接觸件與殼體之間,在規定時間內施加規定的電壓,以此來確定聯結器在額定電壓下能否安全工作,能否耐受由於開關浪湧及其它類似現象所導致的過電位的能力,從而評定電聯結器絕緣材料或絕緣間隙是否合適。 如果絕緣體內有缺陷,則在施加試驗電壓後,必然產生擊穿放電或損壞。擊穿放電錶現為飛弧(表面放電)、火花放電(空氣放電)或擊穿(擊穿放電)現象。過大漏電流可能引起電數或物理效能的改變。由於過電位,即使是在低於擊穿電壓時也可能有損於絕緣或降低其安全係數。所以應當慎重地進行介質耐壓檢驗。在例行試驗中如果需要連續施加試驗電壓時,最好在進行隨後的試驗時降低電位。 影響因素 主要受絕緣材料、潔淨度、溼度、大氣壓力、接觸件間距,爬電距離和耐壓持續時間等因素影響。 1) 絕緣材料 設計必須選用恰當的工程塑膠製作絕緣體,才能滿足預定的耐壓效能指標要求。如選用擊穿電壓為16KV/mm的PEJ(聚苯醚礬)特種工程塑膠,能滿足GJB598耐環境快速分離圓形電聯結器YB系列Ⅱ產品標準大氣壓下耐壓為1500V的要求。氟塑膠(F4)具有比其它材料更高的介質耐壓和絕緣電阻,廣泛用於製作同軸射頻電聯結器絕緣體。 2) 潔淨度 絕緣體內部和表面潔淨度對介質耐壓影響很大。作者在圓形聯結器補充篩選時發現有一產品要求耐壓1500V,實際測試施加電壓至400V,即在二個接觸件之間發生擊穿現象。經與生產廠共同進行解剖分析後認為;擊穿發生於絕緣體上、下兩個絕緣安裝板的膠接介面,是由於膠粘劑中混有雜質所致。 3) 溼度 增加溼度會降低介質耐壓。如J36A矩形電聯結器技術條件規定;正常條件下耐壓為1000V,而經過40±2℃、93±3%,48h溼熱試驗後耐壓降為500V。 4) 低氣壓 空氣稀簿的高空,絕緣體材料會放出氣體汙染接觸件,並使電量產生的趨勢增加,耐壓效能下降,使電路產生短路故障。故高空使用的非密封電聯結器都必須降額使用。如Y27A圖形電聯結器技術條件規定;正常條件下耐壓為1300V,而1。33Pa低氣壓條件下耐壓降為200V。 5) 接觸件間距 聯結器的小型化和高密度的發展,具體體現在矩形電聯結器和印製電路電聯結器上,要求間距能達到0.635mm,甚至0.3mm,外形尺寸最關鍵的高度尺寸已減小到1~1.5mm,表面貼裝技術(SMT)與小型化的發展有著密切的關係。就要求我們選用耐壓效能更高的絕緣材料,才能滿足設計尺寸小型化的要求。 6) 爬電距離 它是指接觸件與接觸件之間,或接觸件與殼體之間沿絕緣體表面量得的最短距離。爬電距離短容易引起表面放電(飛弧)。故有部分聯結器的絕緣安裝板表面插針(孔)安裝孔設計成帶凹凸臺階形狀,增加爬電距離,以提高抵抗表面放電的能力。 7) 耐壓持續時間 一般電聯結器技術條件均規定為電壓施加到規定值後持續1分鐘應無擊穿、飛弧、放電現象。但許多電聯結器生產廠在做成品交收試驗時,為提高檢測速度往往採用提高試驗電壓20%,縮短耐壓持續時間為5秒或10秒的方法。作者認為,它們之間不存在某種函式關係。從交流耐壓擊穿機理來分析,擊穿主要洩漏引起擊穿,即洩漏電流大於規定值就認為擊穿。另一種是熱擊穿,提高試驗電壓強加洩漏,是否易擊穿與時間短有關。如軍標GJB1217-91電聯結器試驗方法規定;試驗電壓加至規定值後應持續1分種。當有規定時,廠內質量一致性試驗時的保持時間可降至最少5秒。作者在實踐中發現按此規定檢驗合格出廠的產品,使用者在進行100%補充篩選時,仍發現有個別產品因絕緣體內部存在缺陷而被擊穿。造成上述現象的原因很可能是由於耐壓持續時間縮短為5秒,在極短時間內對絕緣體電容充電,還不足以使洩漏電流大於規定值而引起擊穿。 問題研討 1) 測量方法的研究 為保證能在接觸件之間或接觸件與殼體間施加高電壓保持1分種,故和測量絕緣電阻一樣,必須採用相應的測試工裝(頭孔配座針或頭針配座孔),測試工裝可以和測量絕緣電阻的工裝通用。 對一般接點點距較大的電聯結器可採用兩步測量法,即第一步將偶數排所有接點並聯,將奇數排所有接點並聯,然後測量兩並聯接點組之間的介質耐壓。第二步將全部接點並聯後測量並聯點與“地”之間的介質耐壓。如某矩形電聯結器接點按正等邊三角形排列,同排點距為2.8mm,排距為2.5mm,鄰排點距為2.87mm。雖然兩步測量法沒有測量最小點距2.8mm,而是測量的2.87mm,但由於介質耐壓很高為1000V左右,且裕度大,0.07mm的壁厚所增加的介質耐壓微不足道。但兩步測量法雖經濟仍有不可靠的因素,它無法剔除同排接點間由於存在內部缺陷所引起的擊穿隱患。故對於高密度、超小型電聯結器而言,由於介質耐壓規定值小,裕度也小,儘管接點是按正等邊三角形排列,但由於其接點間距小,相鄰兩點之間的絕緣體壁厚很小,只要存在很微小的氣泡、疏鬆、雜質等缺陷都將嚴重影響介質耐壓,因此,必須採用三步測量法;即在前述二步測量法基礎上再增加一步,將所有排的偶數點並聯,然後測量兩並聯接點組之間的介質耐壓。對於可靠性要求高,特別是接點間距≤1.5mm,接點間絕緣體壁厚≤0.4mm的電聯結器應採用三步測量法,全部測量出每個接點與其所有相鄰接點之間的介質耐壓,才能確保安全可靠。 近年來,行動式的電子裝置,如手機、膝上型電腦、電子記事本、數碼相機及攝像機的日益普及。為適應這些電子裝置小型化的趨勢,聯結器、線束及電路板等作為配套器材也必須朝小型化方向發展,新產品中將出現窄間距軟質扁帶電纜、柔性印刷電纜聯結器等,電聯結器間距降至0.3mm,甚至更小,最低高度將降至1.5mm以下。而且生產是高度自動化的生產流水線。上述這些傳統的手工檢測絕緣和耐壓方法,無論是檢測速度與效率,還是測試精度和可靠性等方面都根本無法滿足這些器件的線上檢測要求。於是一種新型的專用於線上檢測的高效率、智慧化儀器誕生了, 現在,美國CIRRIS公司T0UCH1系列儀器、日本Nac公司30X系列儀器等已在中國某些生產聯結器、線束及電路板的專業廠或個別重點軍工企業獲得了成功應用。這類儀器的特點是:快速、準確,一次插合即可完成導通、耐壓、絕緣等常規電效能引數的自動檢測。徹底改變了如上所述採用單引數測試儀(耐壓測試儀、絕緣電阻測試儀和接觸電阻測試儀等),需多次插拔變換儀器和需多次變換二至三副測試工裝的傳統操作方法。大大提高了工作效率,特別適用於線上檢測。 儀器能在測試前進行自檢和環境檢測,判斷儀器和環境條件是否正常。儀器用於器件品質檢驗的可靠性高。 能將被檢的聯結器、線束及電路板等互連器件與儀器的記憶記憶體(樣線)資訊進行比較後自動作出合格與否的判斷。便於操作員掌握,不易出現差錯。 儀器有內建電腦,能自動將檢測結果列印輸出,以便查詢記錄,使用十分方便。 儀器的液晶顯示屏能直觀顯示各種設定引數條件和檢測結果。美國CIRRIS公司的TOUCHI儀器用圖形觸控顯示屏作為操作面板,簡單的選單提示操作者進行各項設定。從電阻到電壓的設定,到檔案的命名,只需用手指輕輕一觸。 儀器備有聲光報警,用顯示屏上出現醒目的綠色或紅色符號,配上相應的聲音提示合格與否。為方便操作,有的儀器後面有外接端子,可接腳踏控制開關。儀器可透過微帶(排線)與探針檢測臺配套使用。如日本JSP彈簧探針株式會社生產各種形狀探頭的彈簧探針,其最小直徑達0.2mm,最小間距達0.3mm,用其製作探針檢測臺與儀器配套使用,可十分有效地解決小型化、高密度的互連器件線上檢測問題。有部分型號儀器不但能測絕緣高電阻,還能測低的導通阻抗,用四線模式可以把轉接線的電阻歸零,檢查導通迴路中有否工藝不良等因素引起的高電阻接點,電阻測量精度可達0.001Ω。 2) 漏電流的設定 在使用耐壓測試儀進行介質耐壓檢驗時,漏電流的設定很重要,應嚴格按產品技術條件所引用的試驗方法設定漏電流閾值。如某矩形電聯結器技術條件規定,耐壓試驗時漏電流不應超過1mA,而作者在實際儀器操作時將漏電流設定得太低為0.5 mA,結果造成儀器報警的“假擊穿”現象。由於極大的洩漏電流對聯結器或同軸接觸件的電引數或物理特性會產生有害的影響,故試驗時洩漏電流的最大值應限制在5 mA以內。通常產品技術條件規定耐壓試驗時的漏電流不應超過1 mA,也有部分聯結器技術條件,如GB101-86小圓形快速分離耐環境電聯結器總規範規定,耐壓試驗的最大漏電流不應超過2 mA。 3) 檢驗工裝的影響 介質耐壓檢驗工裝和絕緣電阻檢驗工裝是通用的,以保證在所有接觸件之間和接觸件與殼體間施加規定電壓持續1分鐘,檢測有否放電、飛弧和擊穿等現象。但目前有相當多的電聯結器生產廠沒有采用上述檢驗工裝,而是用連線儀器的兩根表棒隨機進行點與點、點與殼體間的耐壓檢驗,這種檢驗方法可靠性較差,極易產生錯、漏檢。 4)絕緣電阻檢驗不能替代介質耐壓檢驗 有些人認為,絕緣電阻足夠高的聯結器再進行耐壓檢驗是多此一舉。而且耐壓檢驗時電壓很高,操作人員也較危險,對被檢聯結器也沒好處。因此,有不少人不太願意進行耐壓試驗。事實上,測量絕緣電阻與耐壓檢驗之間的區別在於,測量絕緣電阻的電壓是直流,而耐壓檢驗是用交流電壓。另外,測量絕緣電阻用的電源功率大大低於交流耐壓檢驗的電源功率。因此,絕緣電阻高的聯結器,不一定能承受較高的交流電壓。因為目前測量絕緣電阻用的兆歐表,雖然測量電壓很高,有的達幾仟伏,但輸出功率不大,即使測量端短路,也僅僅是10mA左右,不可能因使用兆歐表不當而引起觸電死亡事故。而交流耐壓檢驗功率往往高得多,必須重視人身及裝置的安全,聯結器絕緣體內部缺陷,只有在大功率、高電壓情況下才能發現。絕緣和耐壓是不能等同的。清潔乾燥的絕緣體儘管有高的絕緣電阻,但能發生不能經受介質耐壓檢驗的故障。反之,一個髒的損傷的絕緣體其絕緣電阻雖然低,但在高電壓下也可能不會被擊穿。