1 电气强度试验的目的和标准要求

考核产品绝缘性能的试验一般有绝缘电阻试验和电 气强度试验。绝缘电阻试验可以发现产品的一部分绝缘 缺陷，如产品材料吸水率过高等。但绝缘电阻试验的测 试电压较低（一般为 500 V），对产品的某些缺陷检测 不出来，而这些缺陷往往在产品的使用过程中会逐渐发 展为影响质量安全的隐患。如开关触头之间的局部放电 缺陷，在过电压作用下产品绝缘遭受破坏时，可能会引 发开关触头在断开位置意外接通的事故。因此，为了更有效地检测出产品的这些缺陷，考验绝缘材料对过电压 的承受能力，就必须对被测试产品进行电气强度试验。

国家标准 GB/T 16915.1 《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》所要求的电气强度试验也称交流耐压试验。以规格 10 A 250 V 为例，根据标准的要求开关需进行两次的电气强度试验。第一次在正常操作试验前，向绝缘施加基本正弦波形的频率为 50 Hz 或 60 Hz 的 2 000 V 电压 1 min；第二次在正常操作试验后，电气强度的试验电压减小为 1 500 V。

2 问题的产生

根据标准的要求， 开关以额定电压和额定电流（cosφ=0.6±0.05）的交流电进行正常操作试验，额定电流不超过 10 A 的开关，每分钟 30 次操作；额定电流超过 10 A 但小于 25 A 的开关，每分钟 15 次操作。

正常操作试验前，开关的各个部件绝缘良好，动、 静触头完好无损伤，开关底座的内部内壁干净、光滑。 因此对于正常间隙和小间隙结构的开关，在对开关处于 “通”位置时电气上连接在一起的端子之间进行电气强度试验（这时开关要处于“断”位置），一般不会出现闪络或击穿现象。而在进行完 40 000 次的正常操作试验后，对上述部位的端子进行电气强度试验时，开关产品出现击穿现象的情况屡见不鲜。通过观察，往往是由于开关底座里放置带电部件的内壁空间过于狭窄，而开关内部带电部件又与内壁的距离过近。在开关进行正常操作试验过程中，开关触头分断负载电流所产生的电弧火花会造成内壁绝缘材料的碳化现象，即形成了可导电的 路径，因此在试验电压的作用下分开的触头之间便通过内壁上的碳化层击穿了。

3 碳化形成原因的分析

所谓“碳化” 指的是绝缘材料被烧焦后变成木炭一 样的物质 , 这种物质的主要成分是碳 , 故称“碳化”。而开关底座材料碳化是由于开关触头在分断电流的过程中产生了电弧，电弧作用在底座材料上形成了可导电的碳， 并最终在试验电压的作用下绝缘失效。

3.1 电弧产生的机理

电弧是电流在通过一些绝缘介质（例如空气）所产 生的气体放电现象。当用开关电器断开电流时，如果电 路电压不低于 10~20 V，电流不小于 80~100 mA，电器的 触头间便会产生电弧。

开关动、静触头刚分离的瞬间由于接触压力被突然 解除，阴极触头表面会出现高温炽热点，并产生热电子 发射；而且由于触头分离瞬间的间隙很小，使得触头间 的电压强度很高，因而产生强烈的电场发射。从阴极触 头表面逸出的电子在该强电场的作用下，加速向阳极触 头运动并发生碰撞游离，导致分离的触头间隙中带电质 点急剧增加，温度骤然升高产生热游离，此时在外加电 压作用下，触头间隙被击穿而形成电弧。

3.2 材料绝缘失效的原因

底座一般采用的聚碳酸酯材料，其耐电弧性一般为 120 S。耐电弧性是指绝缘材料在高压电弧的作用下抵抗 引起变质的能力。在电弧的作用下绝缘材料表面会产生 游离的碳而形成导电的通路，通常用标准电弧焰在材料表面引起碳化至表面导电而电弧消失所需的时间来表示， 单位是秒。

耐电弧性的测试方法：在被测试材料上安装两个分 开特定距离的金属电极，根据测试要求在电极之间施加 工频高压小电流或低压大电流并产生电弧。开始时电弧 产生的间歇时间逐渐缩短，到最后形成连续的电弧并逐 渐加大试验电流，这样材料的耐电弧性能在经受逐渐苛 刻的电弧条件下最终遭到破坏。耐电弧性对选用开关产 品的绝缘材料有重要意义，因为在开关启闭时常会受到电弧作用， 只有耐电弧性好的材料才能被选用。

以规格 10 A 250 V 的开关为例，根据标准要求需进 行每分钟 30 次操作，共 40 000 次的满载试验，试验结 束所需的理论时间为 80 000 s。由此可见，如果试验过程 中所产生的电弧都作用到绝缘材料上，其破坏程度将大 大超过了材料所具有的耐电弧性能。

4 解决的办法

要解决上述由于电弧使绝缘材料碳化而使得开关电 气强度降低的问题，可从三个方面考虑：

1）增大开关舱室的空间，使得开关动、静触头及其它带电部件远离舱壁绝缘材料，这样一方面可以减少开关分断电流时所产生的电弧对舱壁绝缘材料的碳化现象； 另一方面也使得开关带电部件远离绝缘材料的碳化层， 这样避免了碳化层在开关带电部件之间形成导电通路。

2）从减少电弧的方面思考，常用的灭弧法有：速拉 灭弧法、冷却灭弧法、吹弧灭弧法、长弧切短灭弧法、 狭沟或狭缝灭弧法、真空灭弧法和六氟化硫灭弧法。而 家用墙壁开关由于结构简单、体积小等因素的限制，使 得开关内部很难装设灭弧装置。方法上可以考虑在开关 的跷板上安装弹性稍强的弹簧来提高分断速度，限制电 弧的产生或加快电弧的熄灭；也可以适当增加开关动、 静触头之间的距离来减弱电弧。

3）采用特殊金属材料作为灭弧触头。电弧中的去游 离强度很大强度上取决于触头材料。若采用熔点高，导 热系数和热容量大的耐高温金属作触头材料，可以减少 热电子发射和电弧中的金属蒸气，抑制游离作用。同时 触头材料还要求有较高的抗电弧、抗熔焊能力。常用的 触头材料有：铜钨合金、银钨合金。