开关插座绝缘材料试验要求的分析比较

　　开关插座产品作为连接供电电源与电器之间的“桥梁”，其安全性直接关系到使用者的人身和财产安全。绝缘材料在开关插座产品中起到将带电部件安全隔离等重要作用。绝缘材料的基本性能包括：耐老化性、耐潮湿性、绝缘性、耐热性、阻燃性以及耐电痕化性等。开关插座标准对绝缘材料安全性能指标的要求，直接决定了制造商选用绝缘材料应达到的性能。
一、国内外主要开关插座标准介绍
cvc目前，世界各国都制定了各自国家的家用开关插座标准，标准数量众多，技术要求不尽相同，主要包括：
插座标准： 中国的GB 2099，德国的DIN VDE 0620-1，法国的NF C61-314，意大利的CEI 23-50，英国的BS 1363-2，美国的UL498、UL1363、UL1449，日本的JIS C 8303、 JIS C 8306、JIS C 8282，澳大利亚新西兰的AS/NZS 3112，国际电工委员会的IEC 60884-1等。
固定式开关标准：
中国的GB 16915，英国的BS EN 60669-1（BS 3676-1），德国的DIN EN 60669-1（DIN 0632 Teil 1 ），澳大利亚新西兰的AS/NZS 3133、AS/NZS 3100，美国的UL 20，以色列的SI 33，国际电工委员会的IEC 60669-1等。

二、国内外开关插座标准对绝缘材料的要求

国内外开关插座标准都对产品的安全性能有着全面、系统的技术要求。目前，开关插座标准对绝缘材料的要求主要有两种方式：一种是通过对产品进行试验测试来考核绝缘材料的性能；另一种是通过检查相关证书的方法来证明绝缘材料是否符合要求。为了便于理解，下面分别以我国家用插座标准（GB 2099.1-2008《家用和类似用途插头插座 第1部分：通用要求》）以及美国UL标准为例进行分析。开关的绝缘材料的测试要求与插座标准相同，因此不再赘述。 
1、我国家用插座标准对绝缘材料的要求 
我国家用插座标准主要采用试验测试的方法来考核绝缘材料性能，GB 2099.1-2008标准中直接与绝缘材料相关的测试要求有： 
（1）第16章：耐老化、由外壳提供的防护和防潮 
 本章中与绝缘材料性能相关的主要是耐老化和防潮测试，主要考核绝缘材料耐老化、耐潮湿性能等。 
在电场、机械应力以及使用环境等因素的长期作用下，绝缘材料在使用过程中会逐渐出现结构损坏、绝缘性能和强度下降的老化现象。绝缘材料的老化速度与绝缘材料、制造工艺、运行环境等有密切关系，其中电和热是最主要的两个因素。开关插座产品的可靠性以及使用寿命很大程度上取决于绝缘材料的耐老化性。因此，对开关插座产品进行耐老化试验测试显得十分重要。GB2099.1中规定，插头插座要在（70±2）℃的加热箱中保持168h，绝缘材料如无肉眼可见裂纹,并且不发黏变滑，则认为符合标准要求。 
绝缘材料在微观上存在有毛细孔和一定的裂纹。当绝缘材料的外部环境比较潮湿时，水分子可能会通过这些细纹或者细孔渗透进入绝缘材料内部。绝缘材料在受潮以后，不仅绝缘性能会受到影响，而且材料本身也会逐渐腐蚀。所以，开关插座产品的绝缘材料必须具有足够的耐湿性能，以保持其良好的电气性能，提供安全保护。GB2099.1中耐潮湿试验是模拟开关插座产品在贮存、运输以及使用等过程中，绝缘材料受潮湿后出现的性能变化。开关插座产品受潮后，电气间隙和爬电距离将受到影响，其泄漏电流和电气强度性能也将受到考验。因此，在潮湿试验后须立即进行绝缘电阻和电气强度试验的检查。 
（2）第17章：绝缘电阻和电气强度
绝缘电阻是指在规定条件下，处于两导体之间的绝缘材料的电阻，它反映了绝缘结构对电流的绝缘能力。绝缘电阻阻值易受温度 湿度、绝缘材料的结构以及机械震动等外界诸多因素的影响而发生变化，阻值的大小在一定程度上能反映出电器附件产品的绝缘状态。为防止触电事故的发生，要求开关插座产品必须具有足够大的绝缘电阻。GB2099.1中规定在检测部位之间施加约500V直流电压，持续1min，绝缘电阻不得小于5MΩ。 
电气强度，又称耐压，是指电气产品承受高电压的能力。由于自身材料的密度或是外部电压的集中等问题，绝缘材料在高电压的工作环境下会受到一定的损害。当外部的电压增加到一个极限值时，绝缘材料将会被击穿、破坏，起不到防触电保护作用。因此，开关插座产品要求有一定的电气强度，耐压测试对考核产品的绝缘设计、材料选择等方面也有着重要的意义。GB2099.1中要求在规定的部件之间施加基本上是正弦波形的、频率为50Hz的电压并持续1min，试验期间不得出现闪络或击穿现象。 
（4）第24章：机械强度 
开关插座产品在运输、安装及实际使用过程中，可能受到粗鲁操作的危害，致使产品本身造成损坏，包括：外壳破裂、产品结构变化、爬电距离和电气间隙的改变等，容易导致产品安全性能下降。因此，要求开关插座产品的绝缘材料具有足够的机械强度，从而能够保护使用者的人身安全。本章中的测试包括：摆锤冲击试验、圆筒安装试验、跌落试验、盖板脱出试验等。 
（5）第25章：耐热 
开关插座产品在使用过程中，由于电流的持续性流通，长时间的不间断使用会导致绝缘材料部件温度升高。在高温条件下，绝缘材料的主要性能会发生变化，电导率会升高,同时绝缘性能就会显著下降。若绝缘材料的耐热性能较差，当温度升高至超过其所能承受的限值时，绝缘材料会逐渐变软或融化，机械强度急剧下降，绝缘失效，可能引起火灾、触电事故。所以绝缘材料须具备在高温下耐热的性能。绝缘材料的耐热性能可以通过高温试验、球压试验、热压缩试验等进行评估。（图1为球压试验装置、图2为热压缩试验装置） 
 
（6）第28章：绝缘材料的耐非正常热、耐燃和耐电痕化 
绝缘材料的阻燃性就是指在绝缘材料受到外部高温的影响以后不会导致材料自身发生起火的现象。开关插座产品在使用过程中，经常会由于受到过热而存在着火的危险。所以，开关插座相关标准要求产品的绝缘材料要有较高的阻燃性能。GB2099.1规定开关插座产品应通过灼热丝试验，即在试验中应无可见的火焰又无持续的辉光，或在灼热丝移去后30s内，试样上的火焰熄灭或辉光消失。同时，绢纸不得起火，松木板不得烧焦。（图3为灼热丝试验装置） 
耐电痕化是指绝缘材料要具有在一定时间内阻止电痕化产生，不形成漏电通道的能力。对高于IP X0的开关插座产品，其使用环境可能会使绝缘材料表面受到污染，在电应力和电解质对材料表面的联合作用下，材料表面会产生表面漏电或局部放电，形成导电通道，导致绝缘性能损坏。因此，GB2099.1规定对高于IP X0的电器附件，绝缘材料部件需要进行相应的耐电痕化试验。（图4为耐电痕化试验装置）

此外，GB 2099.1-2008标准中的其它章节对绝缘材料也有间接的考核，例如：第19章“温升”。温升试验模拟开关插座实际使用情况，检测产品在一段时间内通电发热后累积的热量是否超标，从而探究造成事故的可能性。 

2、UL开关插座标准对绝缘材料的要求 
美国UL标准主要采用查询证书或黄卡的方法来证明绝缘材料是否符合要求。对于开关插座的证书，UL标准设计了众多的材料参数，主要有：阻燃等级（根据UL 94《电器部件用塑料材料的燃烧性能试验》，从低到高依次为HB、V-2、V-1、V-0、5VA等）、电气性能（包括CTI、HWI和HAI 指数要求）、热性能（电气、冲击机械和无冲击机械3 个RTI 指数）等。

三、对插线板的耐燃试验要求的建议

插线板，或称延长线插座、排插、拖线板等，一种可移动式的电源插座产品。插座在正常使用过程中会出现明火，例如，在插拔插头以及通断插座开关时，都会出现明火，即打火现象，专业上称为闪弧。这种现象在插座老化后以及一些非正常的情况下（例如：瞬时的短路，绝缘电阻降低后的击穿，触点的虚接等）更为严重。鉴于插线板使用环境的特殊性，如果出现打火现象而绝缘材料的耐燃性无法达到要求时，容易导致安全事故的发生。因此，对插线板的耐燃试验提出更加合适的试验要求十分重要。 
目前，各类标准对产品保持带电部件在位的绝缘材料部件的耐燃试验要求主要以灼热丝试验为主。（如表1）

表1 各类标准对产品的耐燃试验要求

我国移动式插座标准与固定式开关插座标准分别采用750℃灼热丝试验与850℃灼热丝试验来考核产品绝缘材料的阻燃性能；美国UL标准是通过查询证书或黄卡来证明其阻燃等级是否符合要求，UL1363：2007移动电源插座标准对绝缘材料外壳要求参考UL 746C，即对“无人照管、连续工作、便携式设备”的要求；家用断路器产品与家用开关插座的使用环境类似，GB 16916.1《家用和类似用途的不带过电流保护的剩余电流动作断路器(RCCB) 第1部分: 一般规则》、GB 16917.1《家用和类似用途的带过电流保护的剩余电流动作断路器(RCBO) 第1部分: 一般规则》规定绝缘材料制成的外部部件需要在960℃±15℃的温度下进行灼热丝试验；而作为家用插线板连接负载的家用电器等整机产品，其标准GB 4706.1-2005《家用和类似用途电器的安全 第1部分：通用要求》对绝缘材料的耐燃要求，既包括了灼热丝试验，也增加了针焰试验。 
针焰试验是依据GB/T 5169.5-2008《电工电子产品着火危险试验 第5部分：试验火焰 针焰试验方法 装置、确认试验方法和导则》等标准来考核产品绝缘材料的耐燃性能的试验。针焰试验仪采用规定尺寸（Φ=0.9mm）的针状燃烧器，通以特定燃气（丁烷），以45°角定时定向施燃试品，视试品是否引燃及持燃时间和燃烧长度来评定设备内部因故障条件造成的小火焰的着火危险性。（如图5）根据我国用户的使用习惯，长期将插线板与供电电源相连接，而不是仅仅供临时、短时用电的电器使用，建议参考家电标准，对插线板的绝缘材料，增加针焰试验。