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絕緣阻抗測試 – 直流耐壓測試的雙胞胎

有聽過絕緣阻抗測試嗎? 英文簡寫是IR,Insulation Resistance。主要的目的在量測物體的絕緣是否夠好,在使用上消費者才不會被電到。判定的標準是根據電阻值的大小,來判斷物體或產品的絕緣品質是否夠好。

絕緣測試是使用直流高電壓輸出,量測電流並換算為電阻值。簡單來說,就是電阻計的一種。這種電阻計,現在常常被放到安規儀器裡,成為標準測試項目。一般而言,所有安規儀器的綜合機,最常見的三個之一,就是絕緣阻抗測試。當然,絕緣阻抗也有專門的測試機器,通常會是量程範圍更廣、或是在精準度上有更好的調校。

一台專門的絕緣阻抗測試儀

絕緣阻抗的測試條件

絕緣阻抗測試的單位是歐姆(Ω, Ohm),量測的等級大約在50千歐姆到50吉歐姆。其實用中文寫我也不太習慣,英文的話就是50kΩ到50GΩ。甚至某些專門的機器可以到200GΩ,換算電流就接近pA的等級(pico Ampere, 10的負12次方)。使用者可以設定產品需要達到的標準,假設100MΩ,若量測到100MΩ以上,就是測試通過PASS。如果低於100MΩ,機器會跳FAIL,代表絕緣品質不良。這樣的設定行業術語叫做”Low Limit”,不能低於這個限制的意思。

絕緣阻抗的輸出

絕緣阻抗和直流耐壓測試相同,都是輸出直流電壓。馬上問題就來了,為什麼不用交流電壓來測試呢?因為通常,絕緣物體都是”一層”材料覆蓋在金屬材質上,隔絕電的外洩。因此,”層”的概念和電容的概念就銜接起來了。也就是說,絕緣阻抗在測試的時候,除了電阻外,通常也有並聯電容的產生。電容對交流免疫,因此用直流電測試是最洽當的。

電壓輸出的部分,絕緣阻抗測試一般會設定500V-1000V左右的直流電壓進行測試。並不需要太高的電壓,因為目標並不是進行破壞或極限測試,而是在較高的電壓環境下量測阻抗大小。

絕緣阻抗的應用範圍

絕緣阻抗測試運用在很多地方,舉凡電容、線材、電動機車、充電站都有。舉例來說,如果你買了一台電動機車,廠商會測試絕緣阻抗的地方,就在電池與機車外殼之間。應該沒有人希望騎機車的時候碰到機車頭或坐墊下的殼就被電到。在幫Tesla充電的時候,需要拿著充電槍插進充電口,當然要確保消費者不會被電到。既然說到絕緣,就不能不提絕緣材料。什麼東西才是絕緣材料?一般手機充電的電線,外面都有一層橡膠材質,就是負責絕緣啦!隔絕銅線與使用者,避免觸電發生。絕緣的材質有很多,有塑膠、橡膠、只要是不導電的材質,就有一定的絕緣效果。而絕緣阻抗測試,就是要檢測這些不同的材質,是否符合法規或行業的需求,確保使用者的安全。

絕緣法規的要求

在IEC 60950、IEC 60598、IEC 60065等法規中,可能都有提到不同的絕緣方式。絕緣要求的強度也逐漸提高,可以參考下面表格。

基本絕緣Basic Insulation2MΩ
附加絕緣Supplementary Insulation2MΩ
雙重絕緣Double Insulation4MΩ
加強絕緣Reinforced Insulation4MΩ

直流耐壓與絕緣阻抗的差異

絕緣阻抗和直流耐壓的差別

  1. 測試電壓較低。直流耐壓測試更偏向耐電壓測試,而絕緣阻抗測試則更像阻抗量測。絕緣阻抗較常以500V-1000V為測試範圍。
  2. 偵測下限(Low Limit)為主。廠商會希望絕緣度越高越好,所以會設定至少要”高於”多少阻抗才算合格。這個待測物需要高於的門檻,就是阻抗量測下限。
  3. 電流需要更小。絕緣阻抗測試為了量到Mega Ohm甚至到幾百Giga Ohm,因此,電流較直流耐壓測試來的小。
  直流阻抗測試 絕緣阻抗測試
電壓形式 DC DC
電壓大小 較高 較低
判定條件 電流上限 電阻下限

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延伸閱讀2:電氣安規的代名詞 – 耐壓測試HIPOT TEST
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