在電學的教科書中,常以電阻率來定義導體(低于10-5Ω˙m)、半導體(電阻率介于導體與絕緣體之間)、絕緣體(高于108Ω˙m),在此定義下銅是導體,空氣是絕緣體,但從自然界中的閃電/雷擊現(xiàn)象,可得知絕緣是有條件的,只要電壓夠高,絕緣體也能變成導體,再從微觀的角度觀察,銅是導體,奈米銅卻是絕緣體;碳是絕緣體,奈米碳卻是導體,由此可見宏觀與微觀的物理特性可能改變,以下是維基百科對絕緣體的定義:絕緣體(英語:Insulator),又稱介電質或絕緣子,是一種阻礙電荷流動的材料。在絕緣體中,價帶電子被緊密的束縛在其原子周圍。這種材料在電氣設備中用作絕緣體,或稱起絕緣作用。其作用是支撐或分離各個電導體,不讓電流流過,這段描述可簡化為放諸四海皆準的最佳定義:絕緣體不讓電流流過。
了解絕緣體的定義后,接著說明絕緣崩潰的定義,以下是UL/IEC 60950-1章節(jié)5.2.2對于絕緣崩潰的原文敘述如下:
Insulation breakdown is considered to have occurred when the current that flows as a result of the application of the test voltage rapidly increases in an uncontrolled manner, that is the insulation does not restrict the flow of the current.
絕緣崩潰的認定是:待測絕緣所流經(jīng)之電流已經(jīng)可以隨測試電壓的上升而產生對應的電流(失控地陡升),也就是說,待測絕緣已經(jīng)無法有效地于測試電場強度下限制電流的增長。氣態(tài)與液態(tài)的絕緣物質具備絕緣崩潰的可逆性,當造成絕緣崩潰的高壓消失后可恢復到絕緣的狀態(tài),而固態(tài)絕緣則不具備此可逆性,一旦絕緣崩潰對其絕緣能力便造成永久性的傷害。
六、按照絕緣崩潰的定義,如何避免誤判?
大多數(shù)的標準在耐壓測試的允收標準上僅說明測試的電壓,在此電壓及測試時間內不能造成絕緣崩潰,僅有少數(shù)的產測標準是定義泄漏電流不能超過多少電流。絕緣及絕緣崩潰的簡要口訣為:絕緣體不讓電流流過,當絕緣體上的跨壓越來越大時,導致電流失控的陡升稱為絕緣崩潰,所以這個敘述的V-I特性曲線如圖五。
圖五:絕緣崩潰的V-I特性曲線(來源:固緯電子)
傳統(tǒng)采用絕對值泄漏電流可能的誤判影響:產線的泄漏電流允收標準如何決定?有些公司是采用平均值法,透過樣品的測試,計算平均值后加上25%作為允收上限,或以對人體會產生危害的30mA泄漏電流值作為管制上限(配電上的漏電斷路器一般也以30mA作為動作電流),人體感知電流的影響,請見表二。
如果您的待測物價值不斐,采用絕對值泄漏電流的方式可能造成假失敗,因為絕緣崩潰的定義是要看到電流失控的陡升,所以能夠看到測試結果的V-I特性曲線對于研發(fā)階段的材料驗證與單價昂貴產品的產線測試非常重要,目前固緯電子的GPT-9900系列、GPT-12000/15000系列電氣安規(guī)分析儀皆具備V-I特性曲線掃描功能,不會造成誤判的損失,實測結果請見圖七。
人體感知電流的影響
圖六:假失敗的影響
圖七:GWInstek GPT-12000/15000系列電氣安規(guī)分析儀的V-I絕緣崩潰案例
敬請期待,未完待續(xù)!