单芯屏蔽线束耐压测试漏电流的大小的计算

陈霆 练生才

1.广东林一新能源科技有限公司 广州市广东省 511400 2.广州鸿海海洋专用设备有限公司 广州市广东省 510000

在新能源汽车高压线束领域，产品的安全性能必须放在首位考虑，以确保线束产品在使用以及维护保养过程中不会对整车或者使用者造成安全威胁。与传统燃油汽车相比，新能源汽车的动力改为电能，高压线束作为电力的传输通道，电压工况往往在数百伏特以上。所以在众多安全因素中，线束的绝缘耐压性能尤为关键。

在高压动力线束生产过程中，为了确保每一条线束都符合耐压要求，需要对线束成品进行耐压测试。参考GB/T25085-2010《道路车辆60V和600V单芯电线》6.2耐电压中要求，针对高压单芯线缆的耐电压测试方法为：将线缆泡在质量比为3%的氯化钠溶液中，线缆试样端头露出溶液表面，在线缆试样的端头导体以及溶液间施加频率为50或者60赫兹的交流电，不发生击穿即为合格。然而该方法只是针对线缆的检测，对于高压线束尤其是屏蔽型高压线束的生产过程检测并不合适。而参考GB/T18384.3《电动汽车安全要求第三部分—人员触电防护》6.2.3耐压试验中要求：在电路中的不同区段和外露的可导电部件间施加频率为50或者60赫兹的交流电压，历时1分钟不发生击穿即为通过。详见表1：

针对线束成品而言，GB/T18384.3的要求更加符合产品特性。然而国标中要求判别标准是不发生击穿和跳火。事实上在线束的生产过程中，用于测试线束成品耐压是否达标往往使用的是耐压测试仪。这种测试设备在产品测试时提供测试所需的高电压，同时记录两极间的漏电流①。当漏电流小于设定的数值时，测试通过，反之测试失败。

①漏电流：即泄漏电流。对于电器的测试，泄漏电流是指在没有故障的情况下施加电压，电气中相互绝缘的金属零件之间，或带电零件与接地零件之间，通过其周围介质或绝缘表面所形成的电流。

然而，在新能源汽车动力线束生产过程中的产品检测，漏电流的设定值应该设为多少合适，目前没有标准进行明确。根据漏电流的定义，漏电流的大小取决于施加的测试电压以及绝缘材质的绝缘性能。当对新能源汽车单芯屏蔽动力线束进行绝缘阻值测试时，使用绝缘耐压测试仪，在接通线缆屏蔽层的连接器外壳（或屏蔽件）与压接了线缆的连接器端子间施加测试电压，当漏电流的值小于限定值时可判定该线束的绝缘阻值合格。

1 在直流电压工况中单芯屏蔽线束绝缘电阻检测的漏电流值的推导

根据欧姆定律I=U/R可知，漏电流等于测试电压与绝缘电阻的比值。

线束的理论绝缘电阻可以通过计算得到：绝缘电阻R与沿漏电流方向的绝缘材料长度dl成正比，与垂直于漏电流方向的导电面积s成反比，与绝缘材料的电导率γ成反比。即：

所以，对于单位长度绝缘层外径为D1内径为D2的同轴线缆线束（默认两端连接器绝缘效果等同线缆）的绝缘电阻为：

表1 试验电压

综上，在直流电压工况的绝缘电阻测试中，长度L的线束设定的漏电流参考值为：

上式中：IR——通过介质电阻泄漏的漏电流，

γ——线束绝缘材料的电导率，

U——测试电压，

D1——线束线缆的绝缘层外径，D2——线束线缆的绝缘层内径，

L——线束长度。

在测试中，当漏电流大于由上式推导的理论参考值时，说明线束的绝缘性能没有达到设计值。然而，以上推导仅适用于直流电压的测试工况。对于交流测试工况，在测试过程中往往发现，即便是在直流测试中已经合格的线束，在转换成交流电压测试时，漏电流也会远大于上述的推导值。原因是在交流电压测试工况中，探测到的漏电流不仅仅是绝缘材料泄漏的微量电流。因为屏蔽线束本身的屏蔽层与线芯导体间形成了一个长直圆柱形电容器，根据电容器件“隔直流通交流”的物理特性，该电容器在交流电压测试中不断充放电，导致绝缘测试仪探测到的漏电流出现增大的现象，在线束较长、交流电压频率较高的测试中尤为明显。

2 在交流电压工况中单芯屏蔽线束绝缘电阻检测的漏电流值的计算

在上述计算中，推导的是直流检测工况中的泄漏电流的计算。在交流工况中，由于屏蔽电缆本身形成一个电容器，所以在泄漏电流计算中要加上电容器通交流的特性。

2.1 单芯屏蔽电缆电容的推导

单芯屏蔽电缆结构组成为中心导体、绝缘层，屏蔽层及护套。其中绝缘层作为中心导体及屏蔽层间的介质，该介质中的任意一点的电场均沿半径方向分布。根据高斯定理，在单位长度中，均匀介质中任意闭合面的电场强度矢量的通量恒等于闭合面内所包围的电荷的代数和与介质介电常数ε的比值。

由此针对单位长度该介质侧面上的电场通量有：

上式中：E——场强

q——单位长度内线芯所带的电荷

εi——介质的介电常数

计算相电压：

计算单位长度电缆的电容：

上式中：C——线缆电容

ε0——真空介电常数，ε0为8.86×10-12

ε——绝缘材料的相对介电常数（详见表3）；

2.2 单芯屏蔽线束容抗的推导

上式中：XC——线缆容抗

ω——角频率

f——电压频率

在单芯屏蔽线束中，因两端连接器结构较为复杂，间隙较多，且连接器长度较短，影响较少，在计算中默认连接器容抗效果等同线束。

综上，长度为L的单芯屏蔽线束的容抗计算为：

上式中：L——线缆长度，单位米；

f——电压频率，取f =50Hz

2.3 单芯屏蔽线束交流测试工况下漏电流的计算

根据上述推导，容易得出在交流电压的测试工况中，泄漏电流包含了，即：

I＝IR＋IC

式中：I——总泄漏电流

IR——通过绝缘电阻的泄漏电流

IC——通过容抗的泄漏电流

其中，IR可以通过直流测试工况中漏电流的推导过程得到，但此处IR为交流电流。而IC可以通过以下方法得出（默认交流电压的频率为50Hz）：

表2 广东林一新能源科技有限公司常用线缆几何因数表

表3 部分绝缘材料相对介电常数

表4 部分绝缘材料电阻率

综上所述，在交流电压工况中单芯屏蔽线束绝缘电阻检测的漏电流值的计算表达为：

根据广东林一新能源科技有限公司企业标准，可以推算出常用线缆的交流测试工况漏电流参考值如表5：

表5 广东林一700-005系列线缆交流5000VAC工况测试泄漏电流参考值，单位长度1m