Tests Hi-Pot pour transformateurs
Une explication des tests de sécurité haute tension AC et DC et des réponses à quelques questions fréquemment posées
1) Test Hi-Pot – Comment et pourquoi ?
Pratiquement tous les transformateurs fonctionnent sur le principe de l'inductance où une tension primaire est induite dans un secondaire totalement isolé en raison de la liaison du flux à travers le noyau.
Bien qu'il s'agisse d'une technologie mature, les transformateurs sont encore largement utilisés, en raison de la combinaison unique de trois propriétés :
1) transformation précise de la tension.
2) Aucune pièce active ou solide – facile à fabriquer.
3) Excellente isolation grâce à la séparation physique des enroulements.
Il est évidemment essentiel que chaque enroulement soit bien isolé pour qu'il fonctionne dans des conditions normales et garantisse la sécurité et la fiabilité à long terme.
Une cause fréquente de panne de transformateur est la mauvaise isolation des pièces à l'intérieur de la construction en raison de vides accidentels ou de ruptures dans l'isolation ou de fissures dans l'émail du fil d'enroulement.
De tels défauts mécaniques peuvent survenir à tout moment pendant la fabrication, le transport et la manutention.
Ils sont également impossibles à détecter visuellement, ni même à détecter à l'aide de la caractérisation traditionnelle basse tension (0-240 V) du fonctionnement d'un transformateur.
Par conséquent, les tests d'isolation sont devenus une nécessité et sont en outre toujours testés à 100 % sur chaque pièce, jamais supposés à partir des spécifications de conception ou par un échantillonnage de test de production.
2) Facteurs influençant la tension de test Hi-Pot.
Pour résoudre et détecter les occurrences de ce problème, les tests HIPOT sont effectués à la fois
En phase de conception , confirmer l'adéquation du choix des matériaux et de la conception avant la fabrication en série. et,
En phase de production , pour confirmer la répétabilité continue des processus
Pour garantir la sécurité de fonctionnement au moment de la fabrication, ainsi que pendant toute la durée de vie du transformateur, les conceptions sont toujours testées bien au-delà de leurs tensions de fonctionnement normales.
La tension de fonctionnement est généralement définie comme la tension maximale qui peut être présente dans des conditions normales pour le fonctionnement continu des pièces.
Il est de pratique courante dans l'industrie de tester ensuite l'isolement à deux fois la tension de fonctionnement, plus 1 000 V supplémentaires pour une grande marge de sécurité.
Ces 1 000 V supplémentaires couvrent la contrainte supplémentaire causée par les transitoires d'appel et de force électromagnétique inverse observés à la mise sous tension et hors tension.
La marge supplémentaire couvre également le vieillissement du transformateur au fil du temps et toute modification possible des conditions environnementales dans lesquelles il fonctionne (la température et l'humidité peuvent toutes deux affecter l'isolation au fil du temps).
Par exemple, un transformateur de 240 V serait testé du primaire au secondaire à 2 x 240 V + 1 000 V = 1 480 V (généralement 1,5 Kv).
Bien entendu, le principal facteur déterminant de l'isolation nécessaire, et donc de la tension de test nécessaire, sera toujours l'application finale et toute norme industrielle UL/IEC à laquelle vous essayez de vous conformer.
Cela éclaire ensuite les choix de conception effectués et le protocole de test développé.
Historiquement, les normes CEI ou UL étaient distinctes pour les équipements informatiques et audio/AV.
C'étaient ;
CEI 60950 Équipements informatiques – Sécurité
CEI 60065 Appareils audio, vidéo et électroniques similaires - Sécurité
Cependant, celles-ci ont été remplacées en 2020 par une nouvelle norme combinée, car les progrès technologiques ont rendu la division entre ces deux moins significative.
Cette nouvelle norme est :
62368 Matériel audio/vidéo, technologies de l’information et des communications.
Cette nouvelle norme combinée se concentre davantage sur la sécurité en tant que sujet général et a étendu son champ d'application pour inclure les sous-ensembles achetés (tels que les transformateurs), ce qui rend la nécessité de tests hipot encore plus critique dans toutes les parties de la chaîne d'approvisionnement. .
3) Comment se déroule un test Hi-Pot ?
Un test HIPOT est effectué en appliquant un signal haute tension entre un côté HI court-circuité choisi et un côté LO court-circuité du transformateur, comme indiqué dans le schéma ci-dessous.
En règle générale, et au strict minimum, on testerait toutes les primaires par rapport à toutes les secondaires, comme indiqué.
Cependant, des tests supplémentaires pour le primaire et les secondaires du noyau, ou un primaire contre un autre primaire, peuvent également être souhaitables dans le cas de conceptions plus complexes.
Le niveau de tension appliqué pour le test est basé sur l'isolation de conception attendue de la pièce qui, à son tour, dépend du fil de bobinage utilisé et de la séparation physique des enroulements.
Après avoir appliqué la haute tension sur une période de montée en puissance spécifiée, l'équipement de test mesurera le courant entre le haut et le bas sur une période de temps définie (appelée temps DWELL).
Si pendant ce temps le courant mesuré circulant dépasse une limite définie, la pièce est classée comme panne.
Cet échec pourrait provenir soit
1) Une défaillance catastrophique soudaine où l'isolation s'est effondrée de façon permanente, entraînant une forte pointe de courant instantanée (« flashover »)
ou
2) Une mesure de courant stable, mais toujours supérieure à la limite de test choisie (par exemple, lecture de 2,2 mA lorsque la limite d'acceptabilité est de 1 mA)
Il est également important de noter que tout type de test Hi-Pot est potentiellement destructeur pour la pièce.
La seule façon de détecter les zones faibles dans l'émail du fil (ou dans toute barrière d'isolation) est de tester à une tension suffisamment élevée pour garantir que l'isolation peut résister à toutes les pointes de tension ou aux transitoires qu'elle peut rencontrer au cours de sa durée de vie.
Des normes externes vous guideront sur le niveau de tension requis pour répondre à cette norme spécifique. Votre conception peut être capable de résister à des tensions encore plus élevées, mais des précautions doivent être prises si vous augmentez votre niveau de tension de test, car vous finirez par atteindre la limite naturelle de conception des pièces utilisées.
4) Types de mode de défaillance Hi-Pot
Comme indiqué précédemment, un transformateur peut échouer à un test Hi-Pot de deux manières possibles.
L'AT5600 + l'AT3600 disposent tous deux de deux méthodes distinctes pour les détecter.
4.1) Flash-over.
Un flash over soudain est détecté par un circuit de déclenchement matériel indépendant des circuits de mesure AT et du micrologiciel.
Cela entraîne un code d’erreur 3400 indiquant un flashover dur.
Dans ces cas, toute lecture de mesure n’est pas valide car les conditions stables n’ont pas été remplies, ce qui rend toute lecture invalide.
En fonction du temps nécessaire au déclenchement, l'AT peut signaler cela comme une lecture de 0,00 mA ou une lecture importante de 30 mA+.
Dans tous les cas, un code de déclenchement 3400 s'affichera et le test échouera.
Ces causes se traduisent également généralement par un éclair visible ou une fissure audible par étincelles lorsque la pièce tombe en panne.
4.2) Échec de mesure
La deuxième raison d'échec est si la mesure actuelle est supérieure aux limites d'acceptation que vous avez choisies.
Dans ces cas, la tension demandée est atteinte et maintenue pendant toute la durée du test, et le courant le plus élevé mesuré pendant cette période est renvoyé comme résultat numérique.
Dans ces cas, le code d'erreur est renvoyé sous la forme « 0000 », indiquant que des conditions stables ont été remplies, mais le test peut toujours échouer si le flux de courant le plus important (par exemple 2,2 mA) dépasse le maximum spécifié pour le test (par exemple 1,0 mA). .
5) Dois-je effectuer un test hipot avec AC ou DC ?
Le choix des tests AC ou DC dépend en grande partie de la norme selon laquelle vous testez et des demandes spécifiques des clients.
Le courant alternatif est généralement la méthode préférée dans la plupart des cas, sauf dans le cas où vous testez un assemblage fini (par exemple des filtres CEM) sur lequel de vrais condensateurs peuvent être installés.
5.1) Test HPAC - AC hipot (0-5 KV AC, 50-1000 Hz)
Avec les tests AC, un long temps de montée en puissance n'est généralement pas nécessaire et la décroissance de toute charge une fois le test terminé est généralement beaucoup plus rapide car la capacité naturelle du transformateur n'est pas chargée.
Cependant, le courant mesuré inclura à la fois l’effet de la caractéristique résistive réelle (très élevée) du transformateur et l’effet de la réactance capacitive entre enroulements.
Tant que cela est compris et que l'effet du courant capacitif est inférieur à votre limite de test de courant total, cela peut toujours être préféré en raison du gain de temps sur le temps de montée en puissance.
5.2) Test HPDC - DC hipot (0-7 KV DC)
Avec un signal hipot CC, le temps de montée en puissance devra peut-être être augmenté pour permettre à la capacité intrinsèque naturelle du transformateur de se stabiliser.
S'il est trop rapide, cela peut entraîner un flux de courant excessif et indiquer une fausse panne.
Cependant, cette méthode donne une indication claire du véritable flux de courant résistif lorsque les effets CA sont supprimés.
Les tests HPAC et HPDC sur le Voltech AT5600 activent automatiquement une résistance de purge après chaque test Hi-pot pour éliminer toute charge laissée dans l'UUT, pour des raisons de sécurité.
Ce processus est intelligent, vous pouvez donc ajouter du temps de test supplémentaire dans le cas des tests HIPOT DC avec des transformateurs plus grands et plus capacitifs.
6) Meilleures pratiques de test AT5600 HIPOT
Il existe différents problèmes qui pourraient entraîner l'échec des tests HIPOT, en dehors des raisons évidentes d'une isolation et d'un assemblage défectueux.
L'une des raisons potentielles pourrait être la manière dont les tests HIPOT ont été conçus et exécutés.
Toute mesure nécessite des conditions stables et contrôlées pour que les résultats mesurés soient reproductibles, stables et donc une indication significative des performances.
6.1) Temps de montée en puissance
La vitesse à laquelle la tension d'essai élevée est appliquée doit être prise en compte de manière à ce que le maximum soit atteint sous un contrôle stable.
Cela est particulièrement vrai pour les pièces de test plus grandes (par exemple les transformateurs toroïdaux ou les stratifiés à noyau E), pour lesquels un temps de montée en puissance de 0,5 à 2,0 secondes peut être nécessaire en fonction de la taille et de la capacité du transformateur.
6.2) Évitez les nœuds flottants non connectés pendant les tests Hi-Pot.
Pour de meilleures pratiques, toutes les bornes du composant doivent être sélectionnées comme ÉLEVÉES ou FAIBLES pour éviter que les enroulements ne flottent.
Les terminaux ou nœuds non connectés auront tendance à flotter jusqu'à un potentiel incontrôlé, quelque part entre le 0 V bas et la haute tension sous tension.
Ceci n'est pas souhaitable du point de vue de la mesure, car cet enroulement non contrôlé peut affecter la stabilité de la mesure de courant déjà très faible effectuée entre les bornes choisies.
Cela n'est pas non plus souhaitable du point de vue de la sécurité du test et de la protection de l'unité, car les enroulements flottants peuvent rester chargés une fois le test terminé. Encore une fois, cela est particulièrement vrai pour les transformateurs physiquement plus grands.
Cette charge pourrait alors éventuellement affecter les tests basse tension ultérieurs sur ces enroulements flottants ou, dans le pire des cas, provoquer une décharge accidentelle dans le testeur AT lorsqu'il tente de connecter l'enroulement pour un test ultérieur.
7) Générateur AT5600 HIPOT et norme CEI
L'AT5600 est conçu pour répondre aux exigences de test des transformateurs des normes CEI 62368-1 et CEI 61010-1 et leurs équivalents UL.
Ces normes n'exigent pas d'alimentation électrique pour les tests de production des transformateurs, mais spécifient uniquement la tension d'essai et la durée du test (également appelée « temps de séjour »).
Les normes CEI permettent de réduire la durée du test à 1 à 2 secondes si la tension de test est augmentée de 20 % au-dessus des exigences.
Cela améliore évidemment considérablement le débit des tests pour les fabricants, à condition que chacune des conceptions spécifiques puisse résister aux 20 % supplémentaires de tension de test.
Cela nécessiterait évidemment une vérification par des tests préalables par lots pour confirmer l'adéquation, avant la mise en œuvre complète.
La norme CEI contient des graphiques de déclassement qui expliquent plus en détail la réduction autorisée du temps de test, par rapport à l'augmentation correspondante de la tension de test nécessaire.
Le générateur AT5600 HIPOT a une puissance nominale de 250 VA.
Même avec une capacité d'enroulement aussi élevée que 10 nF, le courant requis à 5 kV 60 Hz n'est que de 19,1 mA, ce qui correspond à un besoin en VA de seulement 96 VA, de sorte que le 250 VA a suffisamment de capacité excédentaire pour générer les tensions requises même pour les plus gros transformateurs. .
8) FAQ – Foire aux questions.
8.1) J'ai testé la même pièce avec deux AT5600, les deux unités lisent différemment pour le HPAC/HPDC
Unité 1 - 3,2 uA
Unité 2 - 10,0 uA
Les AT5600 ne lisent pas le même petit courant, que dois-je faire ?
Répondre:
Comme pour toute mesure électrique, à mesure que le signal tend vers zéro, l’erreur possible dans la lecture augmentera.
Les mesures HI-pot, de par leur nature même, mesurent de très petits courants.
Un transformateur idéal donnerait une lecture de courant HIPOT de zéro.
C'est une idée fausse courante de considérer ces mesures comme une lecture DCR plus typique de, disons, 2 ohms, où l'on s'attend à une stabilité et une répétabilité.
Cependant, comme le courant est très faible, vous devez vous attendre à ce que des lectures aussi petites soient sensibles au bruit de fond inhérent à l'unité.
Cela pourrait vous donner une gamme de lectures pour différents équipements de test, mais cela devrait toujours être bien inférieur aux exigences ou aux limites spécifiées.
Une mauvaise isolation (par exemple, un court-circuit, un émail faible entre les enroulements, etc.) vous donnerait des lectures de courant excessives supérieures à vos limites ou même un flash dur / déclenchement 3400 pour de véritables pièces défectueuses.
Certains fabricants d'équipements de test choisissent de renvoyer les résultats inférieurs à un nombre défini (par exemple 20 µA) sous la forme d'un « 0,00 » strict, mais nous avons choisi de toujours signaler un nombre comme preuve de mesure, même si des résultats aussi petits peuvent être soumis à un grand (par exemple). +/- 100%) tolérance d'erreur.
Il est donc normal d'obtenir des HPAC/HPDC légèrement différents sur différentes unités AT dans les cas où la pièce testée est un bon isolateur et où la mesure de courant est intrinsèquement très faible.
8.2) Mon AT5600 donne 3400 codes d'erreur même si je réduis la tension demandée par HIPOT.
Quelles sont les étapes de dépannage pour résoudre ce problème ?
Répondre:
Certaines choses pourraient provoquer le 3400 TRIP sur l'AT5600.
1, plaque de montage utilisée - le luminaire lui-même pourrait être contaminé ou n'a pas suffisamment d'espace libre pour la tension requise. (une bonne règle empirique est d'au moins 1 mm minimum par impasse de 1 000 V)
2, une véritable mauvaise pièce.
3, Grande capacité naturelle de la pièce (pour les transformateurs plus grands - dans ces cas, augmentez le temps RAMP UP).
Le mécanisme de déclenchement de l'AT5600 pendant le test HIPOT s'enclenche lorsqu'un court-circuit ou un courant excessif a été mesuré.
Si le voyage se déroule en plusieurs parties, que vous soupçonnez être réellement « bonnes », alors vous devez vérifier le luminaire utilisé.
Vous pouvez rapidement tester le luminaire et l'unité en effectuant les deux tests suivants.
1, Exécuter le programme (idéalement 4 à 5 fois) et directement depuis l'AT Editor, avec le luminaire installé mais AUCUN UUT installé.
Vous vous attendez à un échec lors des tests de mesure (par exemple, R, LS, RLS, Z, MAGI, etc.) car aucune pièce n'est présente.
Cependant, un test HPAC ou HPDC que vous avez programmé devrait réussir
Si les tests HPAC/HPDC échouent sans aucun UUT installé, alors le luminaire n'isole pas correctement les nœuds.
Examinez le luminaire pour
A, signes de contamination sur la surface supérieure.
B, la séparation du câblage à l'intérieur du luminaire - les fils ne doivent pas se croiser, car cela peut entraîner une « interférence »
2, exécutez le programme sur l'unité sans appareil et sans UTT connecté.
Comme ci-dessus, cela testera l'intégrité hipot de l'unité.
Vous vous attendez à un échec lors des tests de mesure (par exemple, R, LS, RLS, Z, MAGI, etc.) car aucune pièce n'est présente.
Cependant, les tests HPAC ou HPDC que vous avez programmés devraient réussir.
Si vous rencontrez une panne HPAC ou HPDC sans aucun appareil connecté, veuillez nous contacter.
8.3) Mon écran AT5600 scintille soudainement pendant le test HIPOT, mon appareil est-il défectueux ?
Répondre:
Tout test haute tension (en particulier avec des signaux plus importants pouvant atteindre 3 à 5 kV) peut entraîner des émissions EMI dans l'air.
En raison de la proximité relative de votre UUT avec l'écran de l'AT5600, le grand écran de l'AT5600 pourrait capter cette énergie.
Cela peut provoquer un scintillement de l'écran pendant ces tests, mais il ne s'agit que d'un effet visuel et n'a aucun effet sur le fonctionnement numérique de l'appareil.
Tant que le test est toujours contrôlé, maintenu et que l'AT5600 est capable de terminer le test, il s'agit d'un comportement attendu et ne devrait pas être préoccupant.