1. 电气安规简介

如何限制危险电压，保护使用者的安全？产品设计需要保证使用安全，电气安规测试可以验证产品安规的设计。
方案一：绝缘隔离。在电路板与外壳之间进行绝缘处理，当使用者接触外壳时（例如控制面板等），人体电阻与绝缘电阻一起串联在回路中，如图 1 所示。因为人体电阻为几 kΩ，绝缘电阻一般为 MΩ级别，故只有非常小的电流通过人体。安全测试规范中针对此类保护措施，采用绝缘耐压和绝缘电阻测试来验证设计。

图 1  绝缘隔离示意图

方案二：接地放电。将产品外壳与地低电阻连接。当人体接触外壳时，人体电阻与接地电阻形成并联，由于接地电阻为 mΩ级别，故只有很小电流通过人体。安全测试规范中针对此类保护措施，采用接地电阻测试来验证设计。

图 2  接地放电示意图

如果我们在实际使用中受到触电冲击，其电流会是多少量级？如何测量？泄漏电流：当人体或动物接触一个或多个装置的或设备的可触及零部件时，流过他们身体的电流。从中可以看出泄漏电流不是将电流表串入回路即可，而是需要将人体的阻抗模型串联进行测试。安全测试规范中针对此情况，采用泄漏电流测试来验证设计。

图 3  泄漏电流测试示意图

IEC60990首先介绍了电流对于人体的影响（主要来自IEC60479-1 及其它一些出版物，其中IEC60479-1 对应于GB/T 13870.1）。随着电流的增加。电流对人体的作用分为4 个不同的反应等级。

1) 感知（Perception）：即感知阈，通过人体能引起任何感觉的最小电流值，大约几个μA。

2) 反应（Startle reaction）：这个级别的电流，会让人感觉不舒服，导致推离或反抗。通常
认为这个阈值在低频时为0.5mA，并且随着频率的升高，人的神经系统的敏感性下降， 阈值相应的升高。
3) 摆脱（Muscle tetanization、Ventricular fibrillation）：这个等级的电流会使受到电击的人由于神经功能的破坏而失去摆脱电源
的能力。摆脱阈的平均值为10mA，同样摆 脱阈也随频率的升高而升高。心室颤动≥
20mA。
4) 电烧伤（Electrical burns）：在这个等级，皮肤或组织会被破坏，与其他的影响不同，电烧伤对电流而不是频率敏感，电烧伤的阈
值被认为是电流密度达到3 0 0 m A / c m 2 到400mA/cm2。一般电流值≥70mA。

图 4  泄漏电流 IEC、UL 各级别限制

2  产品电气安规测试方法

2.1  设备等级介绍
I 类设备（Class I）保护措施为基本绝缘+接地。基本绝缘防护危险电压由电路板直接加至外壳，当基本绝缘失效时，危险电流经过接地线，保护人体不受伤害。当然附
加绝缘也经常应用在 I 类设备中，例如图 5中的电机轴或者一些电路板电源外部输出端需要进行附加绝缘。只要设备为接地保护
连接，即为 I 类设备。

图 5  I 类设备示意图

Ⅱ类设备（Class II）保护措施为基本绝缘+附加绝缘，为双重绝缘。如图 6 所示，在Ⅱ类设备中一些部件采用加强绝缘，例如电机的输出轴。加强绝缘是指对带电件所加的单独绝缘系统，其防触电等级相当于双重绝缘。

图 6  Ⅱ类设备示意图

2.2  接地电阻测试
目的：亦称接地连续性测试, 接地测试必须对所有一类产品（Class I）进行。 测试的目的是保证产品上的所有在单一绝缘失效的情形下会变成带电体，并且可以被使用者接触到的导电性部件被可靠连接到电源输入的接地点。 换句话说, 一个接地测试使用大电流的低电压源加到接地回路来核实接地路径的完整性。
通过测量连接在保护接地连接端子或接地触点和零件之间的阻抗来判断是否符合标准要求, 阻抗不超出产品安全标准确定的某个值则认为是符合要求的。 一定要记住, 从结构和设计观点来看, 用做保护接地的导体不应该包含任何的开关或保险丝。一般我们认为危险电压暴露终端为产品金属外壳及固定螺栓。按照此定义将会有很多测试点，一般按照厂家规定的几个易出现接地故障的测试点进行测试。

图 7  接地电阻测试示意图

测试要求：大多数标准对于进行接地测试提出下列的参数要求：

1） 被测设备（EUT）必须承受高一定时间的直流或交流电流但是电压要很低。
2） 在保护接地连接端子或接地触点和被接地零件之间的电压降必须被测量。
3） 电阻必须使用通过的电流和产生的电压降来进行计算（欧姆定律）。
阻抗不应该超出某个值，不同的的安全标准可能要求不同的值。 例如 , IEC 60950-1 要 求测试 电 压不超 出12 V 。 电流可能是交流或直流，产品额定电流的 1.5 倍或 25 A（二者选择比较大的）。 测试持续时间必须是 1 分钟, 并且连接在保护接地端子或接地触点和必需被接地的零件之间的阻抗不能超出 0.1Ω ，不包括电缆的阻抗。多数标准要求在 25 A 下测试并且维持 1 分钟，这代表过流保护设备能承受的最大的电流和最久的操作时期。 最大值25 A 大约是为多数额定点流不超过 16 A 的线连接可插入 A 型设备安装保险的额定值的 1.5 倍。
2.3  绝缘耐压测试
目的：电介质强度测试, 亦称 hipot 测试, 大概是最多人知道的和经常执行的生产线安全测试。实际上，表明它的重要性是每个标准的一部分。 hipot 测试是确定电子绝缘材料足以抵抗瞬间高电压的一个非破坏性的测试。 这是适用于所有设备为保证绝缘材料是足够的的一个高压测试。 进行hipot 测试的其它原因是, 它可以查出可能的瑕疵譬如在制造过程期间造成的漏电距离和电气间隙不够。
进行型式测试的时候, hipot 测试是在某些测试（譬如失效, 潮态及振动测试）之后进行来确定是否因为这些测试造成绝缘的退化。但是，日常生产进行的 hipot 测试, 是制造过程中的测试来确定是否所生产的产品的结构是与型式测试所用产品的结构相同。 一些由生产流程造成的缺陷可以通过在线 hipot 测试检查出来，例如, 变压器绕组电气间隙和爬电距离减小。 这样的故障可能起因于绕线部门的一名新操作员。 其它例子包括检查绝缘材料的针孔瑕疵或发现一个过大的焊点。
一起。 耐压测试仪测试要求：高压通常是应用的在横跨被测试绝缘材料的二个部件之间, 譬如测试设备（EUT）的一次侧电路（Primary Circuit）和金属外壳。 如果绝缘材料在两个部件之间是足够的, 那么加在两个由绝缘体分离的导体之间的大电压只能产生非常小的电流流过绝缘体。 虽然这个小电流是可接受的, 但是空气绝缘或固体绝缘不应该发生击穿。 因此, 需要注意这个电流是因为局部放电或击穿的结果, 而不是由于电容联结引起的。交流 hipot 测试仪存在一个小弊端，那就是如果被测试的电路中有大容量的 Y 电容, 可能会因为 hipot 测试器的电流限值设置, 可能造成 ac 测试仪显示测试失败而实际上绝缘并没有击穿。 多数安全标准允许用户断开Y 电容器进行测试, 或者选择使用直流 hipot 测试仪。 直流 hipot 测试仪不会因为大容量 Y 电容的存在而显示失效，因为Y 电容器对于直流电压不会有电流通过其

另外一个例子是对介于电源的一次（Primary）和二次（Secondary）电路之间的绝缘材料进行测试。 这时所有输出短接在的接地探针与短接在一起的输出相连, 同时高压探针与L 和N 连接（L和 N 短接） (参见图 8) 。在 hipot 测试期间EUT 不工作。 必须注意, 在进行型式测试期间, 理想的情况是先加低于规定的电压的1/2, 然后逐渐上升，并且在 10 秒中达到规定电压，并且维护 1 分钟。 然而，大多数测试仪器, 直接输出规定电压或使用一个电子控制线路来实现电压的爬升。

图8  典型耐压测试连接图

测试持续时间：如果测试是代表认证过程的一部分, 那么测试持续时间必须是所使用的安全标准相符合。 例如,多数标准, 包括IEC 60950 , 测试持续时间是 1 分钟。 但是, 当在生产线对产品进行测试, 通常对每个产品进行 1 分钟 hipot 测试是不实际的, 制造商通常会缩短测试时间, 譬如几秒钟, 但是使用更高的电压。 一个典型的经验为 110-120% （2xU + 1000 V）, 1-2 秒。 测试持续时间和程序应该得到相关测试机构的同意。
2.4  绝缘电阻测试
目的：绝缘电阻测试是亦称 Megger（高阻） 测试。 目的是将测量任何由绝缘材料分隔的二点之间总电阻。因此，测试确定绝缘材料在抵抗电流流过的时候具备多少效用。测 试时使 用的电 压通常是500~1000Vdc，因此，电流非常低。由于电流很低, 这个测试为检查绝缘材料的质量是有用的，不仅是在产品制造的时候, 而且在产品使用的时候同样适用。
测试要求：连接到测试仪, 测试电压从零逐渐上升到最大值（通常情况下是
500 V dc）。 一旦电压到达最大值, 保持一个时间 (通常是 5 秒) ，然后记录电阻值。测量值应该是非常高的(通常在兆欧级) 。绝缘电阻的测量在某些标准中是强制要求的，如IEC60950-1 和 UL6500。
绝缘电阻及绝缘耐压测试为验证基本绝缘、附加绝缘、加强绝缘及双重绝缘的绝缘性能。主要的测试点如下，见图9：

1） 在电源供给线与接地外壳之间。此主要是检验 I 类设备的基本绝缘性能。
2） 在电源供给线与非接地外壳之间。此主要是测试 I 类设备中为非接地的部分，以及Ⅱ类设备的外壳绝缘性能。I 类设备中为非接地部分需设计为附加绝缘或加强绝缘，Ⅱ 类设备的外壳为双重绝缘。故此项考察设备的附加绝缘、加强绝缘、双重绝缘性能。
3）在外壳与绝缘部分。验证基本绝缘部分的绝缘性能。

图9  绝缘耐压、绝缘电阻测试点示意图 2.5  泄漏电流测试：
目的：某些标准，包括 IEC60950-1，把泄漏电流（Leakage Current）命名为接触电流（Touch Current）。就是说，当一个人或者动物接触到设备的可接触部分的时候，流过人体或者动物体的电流。如果接触电流过大，那么操作者将会遭受电击，可能导致严重的伤害，这和人的体重有关系。通常的，超过 1.0mA 的电流流过人体，就能够造成电击伤害。伤害的严重性和电流的大小及人的体重有关。
和其他测试相似，泄漏电流的测试也是安全测试中非常重要的一项，大多数安全标准要求在不同的条件下进行测试，例如正常操作条件下，开关打开及关闭，电源线极性对调等。测量到的对地泄漏电流在任何条件下都不可以超过限制。IEC 60335‐2005中，I类便携式器具的泄漏电流的限值是0.75mA。 IEC 60335‐2005中，II类器具的泄漏电流的限值是0.25mA。
造成泄漏电流的最大一个贡献者就是跨接在火线和地之间的电容，如Y电容。这些Y电容通常是为了控制EMI而加入到线路中的。需要指出的是，在某些标准中，如IEC60950-1，仅对一类驻立式设备允许对地泄漏电流超过3.5mA，同时需要满足IEC60950-1，章节5.1.7的条件。必须考虑变压器中的任何容性泄漏电流。如果因为某种原因，使用隔离变压器是不可能的，那么被测设备（EUT）必须被安装在绝缘的台子上，同时加上适当的安全警告。这样的测量是弥补被测设备（EUT）带有危险电压的可能。  测试要求：大多数标准，特别是IEC60950，要求测试设备（EUT）是上电的状态。测试设备的供电电压是额定值的上限的110%，同时频率为最高的额定频率。如前面提到的，为了安全的因素，强烈要求使用隔离变压器来进行测试。这些测试对一类（Class I）和二类（Class II）设备同样适用。对于二类设备，对可接触的导电部件和外壳（使用10x20cm的金属膜来接触外壳表面）进行测试。这个金属膜模拟人的手。表1、图10为IEC60990对灯具的测试方法。

表 1  泄漏电流测试程序

e 为接地保护开关，其断开时模拟接地保护回路异常断开；n 为中性线开关，其断开时模拟中性线故障断开；P 中 1、2 分别为极性互换。

图 10  泄漏电流测试示意图

3  电动车电气安规测试方法
3.1  绝缘电阻
GB/T  18384.1  主要规范的是动力电池的绝缘电阻，要求>100Ω/V。GB/T  18384.3中规定的是动力系统、车辆电底盘、辅助电路的绝缘电阻和绝缘耐压：应在整个测量阶段定时测量绝缘电阻。在下列带电部件之间使用适当的测量仪器(例如:兆欧计)进行测量:—  动力系统和车辆电底盘;

—  动力系统和辅助电路。

使用一个至少为动力系统标称电压1.5 倍的试验电压或500V (DC)电压.两者取较高值施加电压的时间应足够长，以便获得稳定的读数。动力蓄电池和辅助蓄电池应断开，辅助电路的两端应与车辆电底盘相连。动力系统的绝缘电阻值应符合表2的要求。

其中动力系统为动力电池的正、负极缆线，车辆电底盘为车载低压蓄电池的负极；辅助电路为车用电器的外壳。
3.2  绝缘耐压
耐压试验：试验前应断开动力电池，并把其他电路与电底盘连接在电路的不同区段和外露可导电部件之间施加频率为 50‐60  Hz 的交流电压，历时 1 min。如果电底盘和带电部件之间，有的电子元件不能承受试验电压，见表 3，则可以将他们从试验电路中取下。试验期间不能发生绝缘材料的击穿或跳火。

表3   绝缘耐压的要求

其中其他电路为12V电路的正负极，将蓄电池的正负极接线端子一起与电底盘连接；电路的不同区段（带电部件）为动力电池的正负极配电通道、充电口火线、零线通道。测试这些通道不同区段与电底盘之间的绝缘性能。
3.3  接地电阻
GB/T 18487.2  中规定，所有外露导电部分和接地回路间的电阻不应超过0.1Ω，使用电源电压不低于12V，16A的直流来检验。测试点应为接地线与车身所有外露部分，建议车型定义关注点进行测试。
另，在GB/T 18384.3  中电位均衡试验：用一个不超过60v (DC)的无负载电压，动力电路最大电流的1.5倍或25A  的电流(取其较大值)通过任何两个外露可导电部件，至少5s，测量其电压降。根据电流和电压降计算得到的电阻值不超过0.1Ω。
3.4  泄漏电流
GB/T  18487.2  中规定，如图 11 测试，泄漏电流不应超过 3.5mA。该图针对的是 II类设备，且示意图有一定误解。

图 11   泄漏电流测试示意图
针对车型充电模式，II 类设备的泄漏电流测试应该在非充电状态下进行，其分为三类模式：1、动力线缆破损，人体接触破损处；2、动力缆线破损处与电底盘接触，人体接触电底盘相关部位（例如车身、产品外壳）；3、人体一端接触动力缆线破损处，一端接触电底盘（此时电底盘与动力缆线应为绝缘状态）。
针对此项测试，我们认为还需增加几个状态：1、人体接触车身两处（可分动力缆线正常、异常状态）；2、单根动力缆线断开。

4  总结
电气安规测试项目，针对零部件产品有四类试验：接地电阻（仅针对 I 类）、绝缘耐压、绝缘电阻、泄漏电流。而用在我们电动车中，也应该有此四类试验，才能保证用户使用安全，故一些国标针对接地电阻规定了动力系统导电性、外露部分与接地回路的接地电阻；针对绝缘电阻及绝缘耐压规定了动力电池的绝缘电阻及动力系统的绝缘电阻和绝缘耐压；针对泄漏电流国标的推荐测试项目定义不清，建议考虑公司产品实际情况进行测试。
电气安规测试分为零部件及整车类，零部件的测试要求值一般高于整车测试要求，  电动车整车安规测试分为充电系统的安全要求及非充电状态的安全要求。只有各类电气安规都满足要求，才能保证用户的使用安全。