Testowanie Hi-Pot dla transformatorów
Wyjaśnienie testów bezpieczeństwa wysokiego napięcia prądu przemiennego i stałego oraz odpowiedzi na niektóre często zadawane pytania
1) Testowanie Hi-Pot – jak i dlaczego?
Praktycznie wszystkie transformatory działają na zasadzie indukcyjności, gdzie napięcie pierwotne jest indukowane w całkowicie izolowanym uzwojeniu wtórnym ze względu na połączenie strumienia w rdzeniu.
Pomimo dojrzałej technologii, transformatory są nadal szeroko stosowane ze względu na unikalne połączenie trzech właściwości;
1) Dokładna transformacja napięcia.
2) Brak części aktywnych lub półprzewodnikowych - łatwe w produkcji.
3) Doskonała izolacja dzięki fizycznemu oddzieleniu uzwojeń.
Oczywiście bardzo ważne jest, aby każde uzwojenie było dobrze izolowane, aby działało w normalnych warunkach i gwarantowało długoterminowe bezpieczeństwo i niezawodność.
Częstą przyczyną awarii transformatora jest słaba izolacja części w konstrukcji z powodu przypadkowych pustek lub pęknięć w izolacji lub pęknięć emalii drutu uzwojenia
Tego typu usterki mechaniczne mogą wystąpić w dowolnym momencie podczas produkcji, transportu i obsługi.
Nie da się ich również wykryć wizualnie, ani nawet wykryć za pomocą tradycyjnej charakterystyki pracy transformatora niskonapięciowej (0-240 V).
Dlatego testowanie izolacji stało się koniecznością, a ponadto jest zawsze w 100% testowane w każdej części, czego nigdy nie zakłada się na podstawie specyfikacji projektowych lub testowych próbek produkcyjnych.
2) Czynniki wpływające na napięcie testowe Hi-Pot.
Aby rozwiązać ten problem i wykryć jego występowanie, przeprowadza się oba testy HIPOT
W fazie projektowania , w celu potwierdzenia przydatności doboru materiałów i projektu przed masową produkcją. I,
W fazie produkcyjnej , aby potwierdzić ciągłą powtarzalność procesów
Aby zagwarantować bezpieczeństwo pracy w momencie produkcji, a także przez cały okres użytkowania transformatora, konstrukcje są zawsze testowane przy znacznie przekraczającym normalne napięcia robocze.
Napięcie robocze jest zwykle definiowane jako maksymalne napięcie, jakie może wystąpić w normalnych warunkach podczas ciągłej pracy części.
Ogólną standardową praktyką branżową jest następnie testowanie izolacji przy napięciu dwukrotnie wyższym od napięcia roboczego plus dodatkowe 1000 V dla dużego marginesu bezpieczeństwa.
To dodatkowe 1000 V pokrywa dodatkowe naprężenia spowodowane rozruchem i stanami przejściowymi wstecznego pola elektromagnetycznego obserwowanymi przy włączaniu i wyłączaniu zasilania.
Dodatkowy margines obejmuje również starzenie się transformatora w czasie i wszelkie możliwe zmiany warunków środowiskowych, w których jest on eksploatowany (zarówno temperatura, jak i wilgotność mogą z czasem wpływać na izolację).
Na przykład transformator 240 V będzie testowany od strony pierwotnej do wtórnej przy napięciu 2 x 240 V +1000 V = 1480 V (zwykle 1,5 Kv).
Oczywiście głównym czynnikiem wpływającym na wymaganą izolację, a co za tym idzie potrzebne napięcie testowe, zawsze będzie zastosowanie końcowe i dowolna norma branżowa UL/IEC, z którą próbujesz się dostosować.
Dane te wpływają następnie na dokonane wybory projektowe i opracowany protokół testowania.
Historycznie rzecz biorąc, standardy IEC i UL były odrębne dla sprzętu IT i audio/AV
One były ;
IEC 60950 Sprzęt informatyczny – Bezpieczeństwo
IEC 60065 Urządzenia elektroniczne audio, wideo i podobne – Bezpieczeństwo
Zostały one jednak zastąpione w 2020 r. nowym połączonym standardem, ponieważ postęp technologiczny sprawił, że podział między nimi stał się mniej znaczący.
Ten nowy standard to;
62368 Sprzęt audio/wideo, technologii informacyjnych i komunikacyjnych.
Ta nowa, połączona norma w większym stopniu koncentruje się na bezpieczeństwie jako temacie ogólnym, a także rozszerzyła zakres na podzespoły zakupione na miejscu (takie jak transformatory), co sprawia, że potrzeba wykonywania testów wysokiego napięcia we wszystkich częściach łańcucha dostaw staje się jeszcze bardziej krytyczna .
3) Jak przeprowadzany jest test Hi-Pot?
Test HIPOT przeprowadza się poprzez przyłożenie sygnału wysokiego napięcia pomiędzy wybraną zwartą stroną HI a zwartą stroną LO transformatora, jak pokazano na poniższym schemacie.
Zwykle i jako absolutne minimum testuje się wszystkie kolory podstawowe względem wszystkich wtórnych, jak pokazano.
Jednakże w przypadku bardziej złożonych projektów pożądane mogą być również dodatkowe testy pierwotnego i wtórnego rdzenia lub jednego pierwotnego względem drugiego pierwotnego.
Poziom napięcia zastosowany do testu opiera się na oczekiwanej izolacji projektowej części, która z kolei jest funkcją zastosowanego drutu uzwojenia i fizycznego oddzielenia uzwojeń.
Po przyłożeniu wysokiego napięcia przez określony czas narastania, sprzęt testowy będzie mierzyć prąd pomiędzy wysokim i niskim napięciem w określonym przedziale czasu (określanym jako czas DWELL).
Jeżeli w tym czasie zmierzony prąd przepływający przekracza określoną granicę, część jest klasyfikowana jako awaria.
Ta awaria może wynikać z jednego i drugiego
1) Nagła, katastrofalna awaria, w wyniku której izolacja uległa trwałemu uszkodzeniu, co spowodowało duży chwilowy skok prądu („przeskok”)
Lub
2) Pomiar prądu, który jest stabilny, ale nadal przekracza wybrany limit testowy (np. odczyt 2,2 mA, gdy granica akceptowalności wynosi 1 mA)
Należy również pamiętać, że każdy rodzaj testów Hi-Pot jest potencjalnie destrukcyjny dla części.
Jedynym sposobem znalezienia słabych obszarów w emalii drutu (lub dowolnej barierze izolacyjnej) jest wykonanie testu przy wystarczająco wysokim napięciu, aby mieć pewność, że izolacja wytrzyma wszelkie skoki napięcia lub stany nieustalone, jakie może napotkać w okresie użytkowania.
Zewnętrzne standardy wskażą wymagany poziom napięcia, aby spełnić ten konkretny standard. Twój projekt może wytrzymać nawet wyższe napięcia, ale należy zachować ostrożność przy zwiększaniu poziomu napięcia testowego, ponieważ w końcu osiągniesz naturalny limit projektowy zastosowanych części.
4) Rodzaje trybu awarii Hi-Pot
Jak stwierdzono wcześniej, transformator może nie przejść testu wysokiego napięcia na jeden z dwóch możliwych sposobów.
Obydwa modele AT5600 i AT3600 mają dwie różne metody ich wykrywania
4.1) Przeskok.
Nagłe przeskok jest wykrywany przez sprzętowy obwód wyłączający, niezależny od obwodów pomiarowych AT i oprogramowania sprzętowego.
Powoduje to wyświetlenie kodu błędu 3400 wskazującego twarde przeskok.
W takich przypadkach jakikolwiek odczyt pomiaru jest nieważny, ponieważ nie zostały spełnione stabilne warunki, co powoduje, że dowolny odczyt jest nieważny.
W zależności od czasu potrzebnego do wyłączenia, AT może zgłosić to jako dowolny odczyt 0,00 mA lub duży odczyt 30 mA+.
We wszystkich przypadkach wyświetli się kod wyłączenia 3400 i test zakończy się niepowodzeniem.
Przyczyny te zwykle skutkują także widocznym przeskokiem lub słyszalnym iskrzącym pęknięciem, gdy część się psuje.
4.2) Błąd pomiaru
Drugim powodem niepowodzenia jest sytuacja, gdy bieżący pomiar przekracza wybrane limity akceptacji.
W takich przypadkach żądane napięcie zostaje osiągnięte i utrzymane przez cały czas testu, a jako wynik liczbowy zwracany jest największy prąd zmierzony w tym okresie.
W takich przypadkach zwracany jest kod błędu jako „0000”, wskazując, że spełnione zostały stabilne warunki, ale test może nadal zakończyć się niepowodzeniem, jeśli największy przepływ prądu (powiedzmy 2,2 mA) przekroczył maksimum określone dla testu (powiedzmy 1,0 mA) .
5) Czy powinienem testować napięciem AC czy DC?
Wybór testu prądu przemiennego lub stałego zależy w dużej mierze od standardu, według którego przeprowadzasz test, oraz od wszelkich konkretnych życzeń klientów.
W większości przypadków preferowaną metodą jest prąd przemienny, z wyjątkiem przypadku, gdy testujesz gotowy zespół (np. filtry EMC), w którym mogą być zamontowane prawdziwe kondensatory.
5.1) HPAC - testowanie napięcia AC (0-5 KV AC, 50-1000 Hz)
W przypadku testów AC zwykle nie jest potrzebny długi czas narastania, a zanik ładunku po zakończeniu testu jest zwykle znacznie szybszy, ponieważ naturalna pojemność transformatora nie jest naładowana
Jednakże zmierzony prąd będzie uwzględniał zarówno wpływ rzeczywistej (bardzo wysokiej) charakterystyki rezystancyjnej transformatora, jak i wpływ reaktancji pojemnościowej między uzwojeniami.
O ile jest to zrozumiałe, a efekt prądu pojemnościowego jest niższy od całkowitego limitu prądu testowego, może to być nadal preferowane ze względu na oszczędność czasu w czasie narastania.
5.2) HPDC - Testowanie hipot DC (0-7 KV DC)
W przypadku sygnału wysokiego napięcia prądu stałego może zaistnieć potrzeba wydłużenia czasu narastania, aby umożliwić ustabilizowanie się naturalnej pojemności wewnętrznej transformatora.
Jeśli jest zbyt szybki, może to spowodować nadmierny przepływ prądu i wskazywać na fałszywą awarię.
Jednakże metoda ta daje wyraźne wskazanie rzeczywistego przepływu prądu rezystancyjnego po usunięciu efektów prądu przemiennego.
Zarówno testy HPAC, jak i HPDC na Voltech AT5600 automatycznie włączają rezystor upływowy po każdym teście Hi-Pot, aby ze względów bezpieczeństwa usunąć wszelki ładunek pozostały w testowanym egzemplarzu.
Proces ten jest inteligentny, więc można dodać dodatkowy czas testu w przypadku testów HIPOT DC z większymi i bardziej pojemnościowymi transformatorami.
6) Najlepsze praktyki testowania HIPOT AT5600
Oprócz oczywistych przyczyn nieprawidłowej izolacji i montażu, istnieje wiele czynników, które mogą spowodować niepowodzenie testu HIPOT.
Jedną z potencjalnych przyczyn może być sposób zaprojektowania i wykonania testów HIPOT.
Każdy pomiar wymaga stabilnych i kontrolowanych warunków, aby zmierzone wyniki były powtarzalne, stabilne, a tym samym miarodajne wskazanie wydajności.
6.1) Czas rozpędzania
Należy wziąć pod uwagę prędkość, z jaką przykładane jest duże napięcie testowe, aby przy stabilnej kontroli osiągnąć maksimum.
Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku większych części testowych (np. transformatorów toroidalnych lub laminatów z rdzeniem elektrycznym), gdzie może być potrzebny czas narastania wynoszący 0,5–2,0 sekundy, w zależności od rozmiaru i pojemności transformatora.
6.2) Unikaj niepołączonych węzłów pływających podczas testowania Hi-Pot.
Aby uzyskać najlepszą praktykę, wszystkie zaciski komponentu powinny być wybrane jako WYSOKIE lub NISKIE, aby uniknąć pływania uzwojeń.
Niepodłączone zaciski lub węzły będą miały tendencję do utrzymywania się na niekontrolowanym potencjale, gdzieś pomiędzy niskim napięciem 0 V a WYSOKIM napięciem.
Jest to niepożądane z punktu widzenia pomiaru, ponieważ to niekontrolowane uzwojenie może mieć wpływ na stabilność i tak już bardzo małego pomiaru prądu dokonywanego pomiędzy wybranymi zaciskami.
Jest to również niepożądane z punktu bezpieczeństwa testu i ochrony urządzenia, ponieważ uzwojenia pływające mogą pozostać naładowane po zakończeniu testu. Ponownie jest to szczególnie prawdziwe w przypadku fizycznie większych transformatorów.
Ładunek ten może następnie wpłynąć na późniejsze testy niskonapięciowe tych uzwojeń pływających lub w najgorszym przypadku spowodować przypadkowe wyładowanie do testera AT, gdy będzie on próbował podłączyć uzwojenie do późniejszego testu.
7) Generator AT5600 HIPOT i norma IEC
AT5600 został zaprojektowany tak, aby spełniać wymagania dotyczące testowania transformatorów określone w normach IEC 62368-1 i IEC 61010-1 oraz odpowiednikach UL.
Normy te nie wymagają zasilania do testów wysokiego napięcia transformatorów w produkcji, a jedynie określają napięcie testowe i czas trwania testu (zwany także „czasem przebywania”).
Normy IEC pozwalają na skrócenie czasu trwania testu do 1-2 sekund, jeśli napięcie testowe zostanie zwiększone o 20% powyżej wymaganego.
To oczywiście zapewnia producentom dużą poprawę wydajności testów, o ile każdy konkretny projekt może wytrzymać dodatkowe 20% napięcia testowego.
Wymagałoby to oczywiście sprawdzenia poprzez wstępne testowanie partii w celu potwierdzenia przydatności przed pełnym wdrożeniem.
Norma IEC zawiera wykresy obniżania wartości znamionowych, które bardziej szczegółowo wyjaśniają dozwolone skrócenie czasu testu w porównaniu z odpowiednim wzrostem potrzebnego napięcia testowego.
Generator AT5600 HIPOT ma moc znamionową 250VA.
Nawet przy pojemności uzwojenia sięgającej 10 nF wymagany prąd przy 5 kV 60 Hz wynosi tylko 19,1 mA, co odpowiada zapotrzebowaniu na VA wynoszącemu zaledwie 96 VA, zatem zasilacz 250 VA ma dużą nadwyżkę mocy do generowania napięć wymaganych nawet dla największych transformatorów .
8) FAQ – często zadawane pytania.
8.1) Przetestowałem tę samą część z dwoma AT5600, obie jednostki odczytują inaczej dla HPAC/HPDC
Jednostka 1 - 3,2 uA
Jednostka 2 - 10,0 uA
AT5600 nie odczytują tego samego małego prądu, co powinienem zrobić?
Odpowiedź:
Podobnie jak w przypadku każdego pomiaru elektrycznego, gdy sygnał dąży do zera, możliwy błąd odczytu wzrośnie.
Pomiary HI-pot ze swej natury mierzą bardzo małe prądy.
Idealny transformator dałby odczyt prądu HIPOT równy zero.
Powszechnym błędem jest myślenie o tych pomiarach jak o bardziej typowym odczycie DCR, powiedzmy 2 omów, gdzie oczekuje się stabilności i powtarzalności.
Jednakże, ponieważ prąd jest bardzo niski, należy się spodziewać, że tak małe odczyty będą podatne na nieodłączny poziom szumów urządzenia.
Może to dać zakres odczytów dla różnych urządzeń testowych, ale nadal powinien on być znacznie niższy od wymagań lub określonych limitów.
Zła izolacja (np. zwarcie, słaba emalia między uzwojeniami itp.) może skutkować nadmiernymi odczytami prądu przekraczającymi limity lub nawet twardym przeskokiem/wyłączeniem 3400 w przypadku naprawdę uszkodzonych części.
Niektórzy producenci sprzętu testowego decydują się na zwracanie wyników poniżej ustalonej liczby (powiedzmy 20uA) jako twarde „0,00”, ale my zdecydowaliśmy się zawsze podawać liczbę jako dowód pomiaru, nawet jeśli tak małe wyniki mogą podlegać dużym (np. +/- 100%) tolerancja błędu.
Dlatego normalne jest, że nieco różnią się HPAC/HPDC w różnych jednostkach AT w przypadkach, gdy testowana część jest dobrym izolatorem, a pomiar prądu jest z natury bardzo mały.
8.2) Mój AT5600 wyświetla 3400 kodów błędów, nawet jeśli zmniejszę żądane napięcie HIPOT.
Jakie są kroki rozwiązywania problemów, aby rozwiązać ten problem?
Odpowiedź:
Są rzeczy, które mogą być przyczyną TRIP 3400 na AT5600.
1, Zastosowana płyta mocująca – samo urządzenie może być zanieczyszczone lub nie ma wystarczającego odstępu, aby zapewnić wymagane odsunięcie napięcia. (dobrą praktyczną zasadą jest co najmniej 1 mm na odstęp 1000 V)
2, Prawdziwie zła część.
3, Duża pojemność naturalna części (w przypadku większych transformatorów - w takich przypadkach należy zwiększyć czas RAMP UP).
Mechanizm wyzwalający w AT5600 podczas testu HIPOT włącza się, gdy zmierzone zostanie zwarcie lub nadmierny prąd.
Jeżeli wyzwolenie składa się z wielu części, które według ciebie są w rzeczywistości „dobre”, powinieneś sprawdzić używane urządzenie.
Możesz szybko przetestować urządzenie i urządzenie, wykonując dwa poniższe testy.
1, Uruchom program (najlepiej 4-5 razy) i bezpośrednio z edytora AT, z zamontowanym urządzeniem, ale BEZ zamontowanego UUT.
Spodziewasz się niepowodzeń w testach pomiarowych (np. R, LS, RLS, Z, MAGI itp.), ponieważ nie ma żadnej części.
Jednakże zaprogramowane testy HPAC lub HPDC powinny przejść pomyślnie
Jeśli testy HPAC/HPDC nie powiodą się bez zamontowanego testowanego egzemplarza, oznacza to, że urządzenie nie izoluje prawidłowo węzłów.
Sprawdź urządzenie pod kątem
A, ślady zabrudzenia na górnej powierzchni.
B, separacja przewodów w oprawie – przewody nie powinny się krzyżować, gdyż może to skutkować „przesłuchem”
2, Uruchom program na urządzeniu bez urządzenia i bez podłączonego UTT.
Jak powyżej, sprawdzi to integralność ciśnieniową urządzenia
Spodziewasz się niepowodzeń w testach pomiarowych (np. R, LS, RLS, Z, MAGI itp.), ponieważ nie ma żadnej części.
Jednakże zaprogramowane testy HPAC lub HPDC powinny przejść pomyślnie
Jeśli masz awarię HPAC lub HPDC i nie jest podłączone żadne urządzenie, skontaktuj się z nami.
8.3) Ekran mojego AT5600 nagle miga podczas testu HIPOT. Czy moje urządzenie jest uszkodzone?
Odpowiedź:
Każdy test wysokiego napięcia (szczególnie przy większych sygnałach, tak wysokich, jak 3-5 kV), może skutkować emisją zakłóceń elektromagnetycznych w powietrzu.
Ze względu na względną bliskość testowanego egzemplarza do ekranu AT5600, duży ekran AT5600 może wychwytywać tę energię.
Może to powodować migotanie ekranu podczas tych testów, ale jest to jedynie efekt wizualny i nie ma wpływu na cyfrowe działanie urządzenia.
Dopóki test jest nadal kontrolowany, utrzymywany i AT5600 jest w stanie ukończyć test, jest to oczekiwane zachowanie i nie powinno być powodem do niepokoju.