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绝缘电阻能力验证样品制备与技术分析

绝缘电阻试验是电气产品安全性能的重要测试之一，产品的 绝缘电阻值是产品绝缘性能参数的考核指标，故掌握电气产品绝 缘电阻测试方法并对测试绝缘电阻值进行正确的分析判定是至关 重要的。

电气领域类的绝缘电阻试验主要是针对零部件类产品绝缘性 的考核，例如电机、电缆、插头插座、开关和控制器等等，它们安全 正常运行的条件之一就是其绝缘程度。该试验是通过测试产品不同 极性之间或者极性与本体之间的绝缘电阻值，通常都具有多组绝缘 电阻值。根据相关测试标准要求，合格产品的绝缘电阻值是不得小 于最小限值，故是从多组测试值中选择最小测试值与标准要求的限值作比较，小于标准中的限值，判定其产品的绝缘电阻试验合格，反 之，不合格。

已经实施开展的CHEARI-PT089和CHEARI-PT157绝缘电阻 试验能力验证计划，共有200多家实验室参加，取得了理想效果。所依据的测试标准有：GB/T 15092.1-2020《器具开关 第1部分：通用 要求》、GB/T 2099.1-2021《家用和类似用途插头插座 第1部分： 通用要求》、GB/T 17465.1-2009《家用和类似用途器具耦合器 第 1部分：通用要求》、GB/T 16915.1-2014《家用和类似用途固定式 电气装置的开关 第1部分：通用要求》、GB/T 14536.1-2008《家用 和类似用途电自动控制器 第1部分：通用要求》[5]、GB/T 17466.1- 2019《家用和类似用途固定式电气装置电器附件安装盒和外壳 第1部分：通用要求》、GB/T 13140.1-2008《家用和类似用途低压电路 用的连接器件 第1部分：通用要求》等其他适用标准。测试标准较 多，为了满足所有参加实验室的测试能力，故需设计制备一个通用 的测试样品。本文以开展的两次电气产品绝缘电阻能力验证项目为例，重点论述样品制备步骤，明确绝缘电阻的技术要点，以便为能 力验证提供者对该项目的实施提供一些参考，以及参加实验室能准 确掌握关键技术点从而获得满意结果。

1 样品制备

能力验证测试样品的制备主要有方案策划、关键元器件的选 型、样品外观设计、可行性验证以及均匀性稳定性测试。

1.1 方案策划

由于绝缘电阻试验的广泛性，电气领域类测试样品众多，所 依据测试标准较多，故样品制备的方案策划需考虑测试样品的通 用性。

首先，对所依据的测试标准的具体测试方法进行分析。能力验 证计划选用了电气领域类检测机构获认可较多的7个通用测试标 准，并对其测试方法进行了比较分析，如表1所示。从表1可以看出： 测试要求都是施加500 V直流电压，试验时间都是1 min，测试方法 无差异，仅绝缘电阻限值不同。

再者，对所依据的测试标准的测试过程进行分析。在实验室日 常的测试中，绝缘电阻试验是一个定性的试验，测试人员只需把绝 缘电阻测试值与标准中要求的限值作比较进行判定即可。该试验测 试过程的关键点有：

（1）测试值的确定。一个零部件样品的绝缘电阻试验，通常需 要测试多组的绝缘电阻值，即需要测试人员根据测试标准和样品的 具体特性，测试不同极性之间或者极性和本体之间的绝缘电阻值。如：GB/T 2099.1-2008《家用类似用途插头插座 第1部分：通用要 求》17.1.2中规定要求测试4种测试工况。

（2）限值的确定。测试限值主要根据被测试绝缘性或测试部 位确定。如：GB/T 14536.1-2008《家用和类似用途电自动控制器 第 1部分：通用要求》表13.1中规定基本绝缘、附加绝缘和加强绝缘的 限值分别为2 MΩ、5 MΩ和7 MΩ。测试样品的被测绝缘性不同，绝 缘电阻限值不同。如：GB/T 16915.1-2014《家用和类似用途固定式 电气装置的开关 第1部分：通用要求》16章节表15规定了待测绝缘 部位不同，绝缘电阻限值也不同。

（3）测试结果的判定。测试样品是否通过绝缘电阻试验的判 定是从多组绝缘电阻测试值中选择最小值与标准规定要求的限值 作比较判定，大于限值则通过，小于即反之。

综上所述，绝缘电阻试验最后的测试结果是电阻值，被测试样 品的测试部分是呈阻性，试验过程并不复杂，操作简单。因此，从能 力验证计划对检测机构的考核点和该试验的测试标准综合考虑，能 力验证样品采用外形小巧，测试方便的端子电气盒，内部元件采用高 精度的阻性元件组成，测试样品的绝缘电阻限值选在2 MΩ～7 MΩ 之间。已实施的绝缘电阻能力验证计划测试样品都按照此思路进行了设计。

1.2 外形设计

外形需考虑到能力验证项目运输的便利性和稳定性，测试样 品的外形需轻便和可靠。两次能力验证计划的测试样品外形都 采用了使用频次最高的耐高压端子电气盒，样品表面贴有测试标 识，标识出每个测试端，如图1和图2所示两次能力验证计划的测 试样品外观。

次实施的CHEARI-PT089样品共8个测试端，实际该项目只需上报1-2测试端的绝缘电阻值，故只使用到1-2测试端，其余都为空端，从外形整体看显得不协调。

2021年实施的CHEARI-PT157的样品共6个测试端，减少了2 个测试端，该项目需参加实验室测试1-2端和3-4端的两组绝缘电阻 值，样品中间端标识为该项目名称，从外形整体看，就更加小巧美 观了。

1.3 元件选择

考虑到绝缘电阻试验实质是测试样品阻性值的测试，故测试样 品内部元件主要是由电阻元件组成。为了测试样品适合能力验证的 数据统计以及样品的均匀性和稳定性，故两次能力验证计划都选用 了老化小、温漂小、高精度0.1%的精密电阻。

由于CHEARI-PT089绝缘电阻试验能力验证计划有近200家参 加实验室，为了防止实验室之间串数，测试样品设计为A样和B样， 限值都设计为2 MΩ。A样品内部设计为一个电阻元件，设计值为不 通过限值；B样品内部设计为三个电阻串联组成，设计值为通过限 值。A样品和B样品的内部测试电路都较简单，主要是考核参加实验 室根据测试结果如何判定测试样品是否通过绝缘电阻试验。

CHEARI-PT157绝缘电阻试验能力验证项目对测试样品内部测 试电路进行了优化，为了防止参加实验室测试前直接采用兆欧表测 试样品的电阻值，故在内部电路中增加了稳压二极管。该项目内部设 计了两组测试电路，要求上报两组测试绝缘电阻值。根据参加实验室 数量，重新设计制样35个，设计值确定在2 MΩ～7 MΩ之间。

1.4 可行性

新设计的能力验证测试样品在批量生产制备前，需进行样品的 可行性验证。根据测试项目的性质即是否可重复性测试、测试成本 以及均匀性稳定性的要求，该项目的测试样品试样数量为6～10个。 若试样的绝缘电阻测试值在策划方案设计值的偏差范围内，那么该 试样通过可行性测试，可以进行批量制备生产。若试样的绝缘电阻 测试值超出可接受的偏差范围，就需要对试样的内部设计电路、关 键元件选型、安装等进行修改，直到达到可接受的设计偏差范围要求。偏差范围可以参考所选内部电阻元件的精度偏差范围。还需保 证测试样品的均匀性和稳定性，确保最后的不满意结果不归咎于样 品之间或样品本身的差异性。批量制备的测试样品需进行均匀性稳 定性测试。

（1）均匀性检验：由于绝缘电阻试验是可以进行重复性测试， 故采用全检方式进行。每组样品测试两次，采用CNAS-GL003《能 力验证样品均匀性和稳定性评价指南》中4.2节单因子方差分析（F 检验）准则进行均匀性判定。回样后，使用Ss≤0.3σ进行核验，核验 结果，证明样品的均匀性。

（2）稳定性检验：均匀性检测后，从均匀性测试样品中随机抽 检至少6个测试样品在发样前进行稳定性检测。依据CNAS-GL003 《能力验证样品均匀性和稳定性评价指南》中5.2.2二个平均值之间 的一致性（t检验）进行稳定性检验，证明样品的稳定性。

总之，绝缘电阻试验测试样品的设计并不复杂，主要是从绝 缘电阻试验的性质考虑。测试样品还需不断的优化改进，更加贴 切实际的测试样品，使测试人员更加容易理解和掌握测试方法。 如：设计为多个测试端，模拟实际测试样品的L极、N极、E极和B 极（本体）。

2 技术分析

在能力验证实施中，要求参加实验室反馈测试数据过程、测 试过程的照片以及测试设备使用情况，并对关键步骤进行调查和 统计。总结了影响测试结果的重要因素及注意事项，分析了以后测 试需要改进的措施，以减少测试结果的差异，提升实验室的检测 能力[8]。主要相关因素有以下几种。

2.1 测试环境因素

通常情况下，材料的绝缘性受周围环境的温湿度影响。温湿 度升高，一般的绝缘材料绝缘值减小。因此，在进行绝缘电阻试验 时，要求测试样品进行预处理与测试环境的温湿度达到一致。引用 标准都规定要求在潮湿箱或者在已使样品达到规定温度的房间里 进行，为了减小各实验室之间的温湿度差异，作业指导书中统一规 定了预处理环节，要求测试样品在环境温度20ºC±5ºC，相对湿度 45%～75%的环境下进行预处理24 h，使其和环境达到热平衡。环 境温湿度的控制方法通常有两种，一种是直接放置恒温恒湿箱中， 另一种是用温湿度监控环境温湿度，目前大部分实验室还是采用第 二种预处理方法。

从实验室返回的调查表看，参加实验室温度范围控制在 17ºC～25ºC之间，相对湿度控制在45%～74%之间，温湿度都符合 要求。特别是测试样品放置在潮湿箱中进行测试，全不受周围气流的影响，环境温湿度控制较好，故建议有条件的实验室尽量采用 第一种方法进行预处理。

2.2 测试设备因素

目前绝缘电阻试验的测试设备有耐压绝缘电阻测试仪、安规综 合分析测试仪和数字兆欧表等。从绝缘电阻试验的判定方式看，目 前测试设备共有两种类型。

一种是测试人员判定。即测试设备仅显示绝缘电阻值，测试人 员通过测试值与标准要求的限值作比较，判定测试样品是否通过。 如数字式电阻测试仪表、数字兆欧表和绝缘表等。

另一种是设备自动判定。即在测试设备上设置上下限值，设备 自动把绝缘电阻值与限值比较，以“PASS”或“FAIL”形式显示结 果。如安规综合测试仪、绝缘耐压测试仪、绝缘电阻测试仪、绝缘耐 压测试仪等，这是实验室比较普遍使用的测试设备。

能力验证项目要求参加实验室最后需上报具体的绝缘电阻测 试值。从参加实验室调查表看，直接影响测试结果的是测试设备精 度和试验电压，若试验电压或阻值测量精度低，则会引起测试结果 的偏差。有绝缘电阻测试仪测试电压是旋钮分档式的，当旋钮调至 测试档时，其实际开路电压有可能误差较大，导致测试结果的偏 离。故建议对绝缘电阻测试设备进行计量，同时为保证一个计量周 期内测试设备的稳定性，需定期进行期间核查。因为部分实验室的 测试设备经常用于大型设备的测试，会经常移动或是便携式，所以 试验设备的期间核查是不可少的，从而确保测试结果的有效性和 准确性。