高頻絕緣測試（HF）必須非常小心地被執(zhí)行。
擊穿的機制不同于一般的電源頻率電介質(zhì)強度測試 － 它主要是利用熱，而不是單純從原子中剝離電子。此外，對于大部分的電源頻率測試，測試所求和絕緣體能承受的范圍往往有很大差距，這使得測試方法中的錯誤并不總是重要的。相比之下，HF 的誤差是微小的，此種測試方法能忠實呈現(xiàn)測試結(jié)果。
往往因為絕緣失效而導(dǎo)致的 HF 燒毀事件持續(xù)成為最常引起su訟的爭端。特別值得注意的是，這種常被忽視而造成的意外燒傷有很高的致死率。
對于那些參與 HF 絕緣設(shè)計或測試的人來說，了解 HF 絕緣背后的理論以及導(dǎo)致故障的原因絕對是至關(guān)重要的。
[理論]
所有絕緣材料都像電容器一樣，在施加交流電壓后會有一些電流流過。當在 230V 50 / 60Hz 時的電流量非常小，每 2m 的導(dǎo)體僅有 20uA 電流通過。但是在 300-400kHz 時，電流量幾乎高出 10,000 倍，短短 10 公分的電纜內(nèi)便有高達 500Vrms 的 10mA 電流。
由于有交流電場，所有絕緣材料都會升溫。這被稱為介電加熱或偶極子加熱。其原理為在電場中時，分子運動的摩擦能使物體加熱。而這種特性也被應(yīng)用在微波爐加熱食物以及工業(yè)上，像是焊接塑料等。這些應(yīng)用皆是利用高頻，范圍通常在 MHz 或 GHz 內(nèi)。
在 50-60Hz 時，加熱量很小，只能到達一定程度。但當調(diào)至 300-400kHz 時，加熱量足以熔化絕緣體。
溫度升高的幅度可以利用以下公式估算：dT = 2π V2 f ε0εrd t / H D d2 (K or °C)
雖然這個公式看似復(fù)雜，但它主要由特定的材料參數(shù)組成，這些參數(shù)都可從一些研究得到（下面提供了更多細節(jié)）。在頻率為 400kHz 的狀況下，以電壓和厚度為變量，預(yù)估兩種常見材料：聚氯乙烯（PVC）和鐵氟龍（Teflon）的溫度變化量，可得以下表格：
400kHz 下之預(yù)測絕緣體溫度
（表1）
由于相當高的損耗因子（d = 0.016），一般常見厚度的 PVC 皆可以熔化。 建議常見應(yīng)用在 HF 手術(shù)上 PVC 的厚度至少要 0.8mm 以上。
（表2）
Teflon 具有低得多的損耗因子（小于 0.0002），因此即使只有 0.1mm 也足以應(yīng)用于廣泛的 HF 手術(shù)。
但是，由于鐵氟龍的高質(zhì)量和高成本，絕緣體厚度往往減少到 0.1mm 左右。
至于 PVC，經(jīng)由小規(guī)格熱電偶作為負電極的實驗測試中，分別在測試期間和之后監(jiān)測溫度，發(fā)現(xiàn)預(yù)測值與實驗測試的結(jié)果非常相近。在 900Vrms 300kHz 的電壓下，厚度在 0.3mm 和 0.5mm 之間的絕緣體的溫度已超過 80°C。而當電壓增加到 1100Vrms 時，絕緣體已經(jīng)分解。
實際測試
如公式所示，溫度上升量和電壓平方的函數(shù)（溫度上升量和電壓平方成正比／正相關(guān)），并且是厚度的平方反函數(shù)（且和溫度上升量和厚度平方的倒數(shù)成正比／正相關(guān)）。舉例而言，當電壓加倍，或厚度減半時，溫度變化量將上升四倍。因為溫度對電壓及厚度的平方關(guān)系，使得即使是 10-20％ 這種微小的改變也會對結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。
因為在正常接線中的絕緣厚度變化很大，所以可能有一個樣品通過，而另一個可能沒有。雖然 IEC 60601-2-2 和 IEC 60601-2-18 不需要多個測試樣品，因為良好的測試設(shè)計能充分為樣品背書，但這亦取決于設(shè)定差異。例如，如果您的額定電壓僅為 400Vrms，而厚度是 0.8 +/- 0.2mm，如此利潤意味著測試只是一種形式。另一方面，如果是 1200Vrms，厚度同樣為 0.8 +/- 0.2mm，也許需要 10 個樣本才足夠。
測試實驗室需要注意所施加的電壓是否準確和穩(wěn)定，而這不是一件容易的事。大多數(shù)的測試使用 HF 手術(shù)設(shè)備作為輸出源，然而，這些通常不夠穩(wěn)定。再者，HF 的電壓測量是一個未被充分理解的領(lǐng)域。一般建議不要使用無源 HV 探測器（例如 1000 : 1 探測器），因為在 400kHz 時，這些探測器所執(zhí)行的電容區(qū)域中的校準不一定有效且往往有大誤差出現(xiàn)。建議使用經(jīng)過特殊選擇的有源探頭或定制分頻器，這些分頻器已在 400kHz（或其他頻率）下進行了驗證。
也許對測試結(jié)果的最大影響是散熱，因為上述的公式僅適用于絕熱系統(tǒng)。然而，IEC 60601 -2-2 和 IEC 60601-2-18 中描述的測試方法不要求測試樣品是隔熱的。也就是說，部分熱量可能會被絕緣體兩側(cè)的金屬導(dǎo)體、被開放空間中的空氣對流、甚至被浸泡在液體中或用鹽水浸濕的布裹住的樣品旁的液體吸走。
熱能散失的程度隨著測試設(shè)置的不同而有所差異。IEC 60601-2-2（繞線測試）中的測試也許是受影響的，即使是像測試方向（水平或垂直）這種簡單的改變也會大大地影響測試結(jié)果。
由于這三個因素（絕緣厚度、施加電壓、散熱程度），HF 絕緣的臺架測試僅能用來支持計算的設(shè)計。測試實驗室應(yīng)該詢問制造商材料的屬性，然后計算材料是否為在額定電壓和頻率下維持熱穩(wěn)定。
這里再次重復(fù)上述公式，并由下表提供估算溫度變化量所需參數(shù)的更多細節(jié)。溫度升高量應(yīng)與環(huán)境溫度（例如人體可能為 35°C）綜合考慮，然后與絕緣溫度限制進行比較。
dT = 2π V2f ε0εrd t / H D d2 (K or °C)
電介質(zhì)同樣會出現(xiàn)在雙極的應(yīng)用上，但因為明顯較低的電壓，其影響相對較小。
服務(wù)熱線：021-64097989
更新時間：2023-09-13 
瀏覽次數(shù)：1515
您的位置：
在線咨詢
851168355
返回頂部