变压器耐压测试
交直流高压安全测试讲解及常见问题解答
1) 耐压测试 - 如何以及为何？
事实上，所有变压器都根据电感原理工作，其中由于铁芯上的磁通链接，在完全隔离的次级中感应出初级电压。
尽管技术成熟，但由于三种特性的独特组合，变压器仍被广泛使用；
1) 准确的电压变换。
2) 无活性或固态部件——易于制造。
3) 由于绕组的物理隔离，隔离效果极佳。
显然，使每个绕组良好隔离对于其在正常条件下运行并保证长期安全性和可靠性至关重要。
变压器故障的一个常见原因是由于绝缘体中的意外空隙或破裂或绕组线漆中的裂纹而导致结构内部件的隔离不良
诸如此类的机械故障在制造、运输和装卸过程中随时可能发生。
它们也无法通过肉眼检测，甚至无法使用传统的变压器运行低压 (0-240V) 特性进行检测。
因此，隔离测试已成为必要，而且始终对每个部件进行 100% 测试，而不是根据设计规范或生产测试抽样进行假设。
2) 影响耐压测试电压的因素。
为了解决并发现此问题的发生，同时执行 HIPOT 测试
在设计阶段，在批量生产前确认材料的选择和设计的适用性。和，
在生产阶段，确认流程的持续可重复性
为了保证制造时以及变压器整个使用寿命期间的操作安全，设计始终在远远超过其正常工作电压的情况下进行测试。
工作电压通常定义为部件在正常条件下连续工作时可以出现的最大电压。
一般行业标准做法是在两倍工作电压下测试隔离，再加上 1000V 的额外电压以获得较大的安全裕度。
这个额外的 1000V 涵盖了通电和断电时出现的浪涌和反电动势瞬态引起的额外应力。
额外的余量还包括变压器随着时间的推移而老化，以及其运行环境条件的任何可能的变化（温度和湿度都会随着时间的推移影响隔离）
例如，240V 变压器从初级到次级的测试电压为 2 x 240 V +1000 V =1480 V（通常为 1.5Kv）。
当然，所需隔离以及所需测试电压的主要驱动因素始终是最终应用以及您想要遵守的任何行业 UL/IEC 标准。
然后，这会告知所做的设计选择和制定的测试协议。
历史上，IT 和音频/AV 设备的 IEC 或 UL 标准是分开的
这些曾经是 ;
IEC 60950 信息技术设备 – 安全
IEC 60065 音频、视频和类似电子设备 - 安全
然而，随着技术进步使得这两者之间的划分变得不再那么有意义，这些标准已于 2020 年被新的组合标准所取代。
这个新标准是；
62368 音频/视频、信息和通信技术设备。
这一新的组合标准更加注重安全作为一个普遍主题，并将范围扩大到包括外购的子组件（例如变压器），这使得对供应链所有部分进行耐压测试的需求变得更加重要。
3) 如何进行耐压测试？
HIPOT 测试是通过在变压器选定的短路 HI 侧与短路 LO 侧之间施加高压信号来执行的，如下图所示。
通常，作为绝对最低限度，人们将针对所有辅助设备测试所有主要设备，如图所示。
然而，在更复杂的设计的情况下，也可能需要对核心的初级和次级、或一个初级相对于另一个初级进行额外的测试。
用于测试的电压水平基于部件的预期设计绝缘，而该绝缘又是所使用的绕组线和绕组的物理隔离的函数。
在指定的斜坡上升期间施加高电压后，测试设备将在指定的时间内测量高电压和低电压之间的电流（称为停留时间）
如果在此期间测得的电流超过定义的限值，则该部件被归类为故障。
此故障可能来自以下任一原因：
1) 突然的灾难性故障，绝缘永久击穿，导致瞬间电流尖峰（“闪络”）
或者
2) 电流测量值稳定，但仍超出您选择的测试限值（例如，当可接受限值为 1mA 时，读数为 2.2 mA）
同样重要的是要注意，任何类型的耐压测试都可能对零件造成破坏。
找到漆包线（或任何绝缘层）中薄弱区域的唯一方法是在足够高的电压下进行测试，以确保绝缘层能够承受在其工作寿命期间可能遇到的任何电压尖峰或瞬变。
外部标准将指导您了解满足该特定标准所需的电压水平。您的设计可能能够承受更高的电压，但如果增加测试电压水平，则应小心，因为您最终将达到所用部件的自然设计极限。
4) Hi-Pot 失效模式的类型
如前所述，变压器可能会以两种可能的方式之一未能通过耐压测试。
AT5600 + AT3600 都有两种不同的方法来检测这些
4.1) 闪络。
突然闪络由独立于 AT 测量电路和固件的硬件跳闸电路检测。
这会产生 3400 错误代码，指示硬闪络。
在这些情况下，任何测量读数都是无效的，因为不满足稳定条件，从而导致任何读数无效。
根据跳闸所需的时间，AT 可以将其报告为 0.00 mA 读数或 30mA+ 的大读数。
在所有情况下，都会显示 3400 故障代码并且测试失败。
当零件损坏时，这些原因通常还会导致可见的闪络或可听到的火花裂纹。
4.2) 测量失败
第二个失败原因是当前测量值是否高于您选择的接受限值。
在这些情况下，在整个测试时间内达到并维持所要求的电压，并且在此期间测量的最大电流作为数值结果返回。
在这些情况下，错误代码返回为“0000”，表示满足稳定条件，但如果最大电流（例如 2.2 mA）超过测试指定的最大值（例如 1.0 mA），测试仍然可能失败。
5) 我应该使用交流电还是直流电进行耐压测试？
交流或直流测试的选择很大程度上取决于您要测试的标准以及任何特定的客户要求。
在大多数情况下，交流通常是首选方法，除非您正在测试可能安装了实际电容器的成品组件（例如 EMC 滤波器）。
5.1) HPAC - 交流耐压测试（0-5 KV AC，50-1000 Hz）
对于交流测试，通常不需要较长的上升时间，并且测试完成后任何电荷的衰减通常要快得多，因为变压器的自然电容未充电
然而，测量的电流将包括变压器的真实（非常高）电阻特性的影响和绕组间容抗的影响。
只要理解这一点，并且电容电流效应低于总电流测试限制，由于节省了斜坡上升时间，这可能仍然是首选。
5.2) HPDC - 直流耐压测试（0-7 KV DC）
对于直流耐压信号，可能需要增加斜坡上升时间，以允许变压器的自然固有电容稳定。
如果速度太快，则可能会导致电流过大并指示错误故障。
然而，当交流效应被消除时，该方法确实给出了真实电阻电流的清晰指示。
为了安全起见，Voltech AT5600 上的 HPAC 和 HPDC 测试都会在每次耐压测试后自动切换泄放电阻器，以消除 UUT 中残留的任何电荷。
此过程是智能的，因此在使用更大、电容更大的变压器进行 HIPOT 直流测试时，您可以增加额外的测试时间。
6) AT5600 HIPOT 测试最佳实践
除了绝缘和组装错误等明显原因之外，还有其他一些问题可能导致 HIPOT 测试失败。
潜在原因之一可能是 HIPOT 测试的设计和执行方式。
任何测量都需要稳定且受控的条件，以便测量结果可重复、稳定，从而成为有意义的性能指标。
6.1) 加速时间
应考虑施加大测试电压的速度，以便在稳定控制下达到最大值。
对于较大的测试部件（例如环形变压器或 E 型铁芯层压板）尤其如此，根据变压器的尺寸和电容，可能需要 0.5-2.0 秒的加速时间。
6.2) 在耐压测试期间避免未连接的浮动节点。
为了获得最佳实践，组件中的所有端子应选择为高电平或低电平，以避免任何绕组浮动。
未连接的端子或节点往往会浮动到不受控制的电位，即 0V 低电压和通电高电压之间的某个位置。
从测量的角度来看，这是不希望的，因为这种不受控制的绕组会影响在所选端子之间进行的已经非常小的电流测量的稳定性。
从测试安全角度和单元保护的角度来看，这也是不希望的，因为浮动绕组在测试完成后仍可能保持带电状态。对于物理尺寸较大的变压器来说尤其如此。
该电荷可能会影响随后对这些浮动绕组进行的低电压测试，或者在最坏的情况下，当 AT 测试仪尝试连接绕组进行后续测试时，会导致 AT 测试仪意外放电。
7) AT5600 HIPOT发生器和IEC标准
AT5600 旨在满足 IEC 62368-1 和 IEC 61010-1 以及 UL 等效标准的变压器测试要求。
这些标准不要求变压器的生产耐压测试需要电源，而仅规定了测试电压和测试持续时间（也称为“停留时间”）。
如果测试电压比要求增加 20%，IEC 标准允许测试持续时间缩短至 1-2 秒。
这显然为制造商带来了测试吞吐量的大幅提升，只要每个特定设计都能承受额外的 20% 测试电压。
在全面实施之前，这显然需要通过批量预测试来确认适用性。
IEC 标准包含降额图，更详细地解释了允许的测试时间减少与所需测试电压的相应增加。
AT5600 HIPOT 发电机的额定值为 250VA。
即使绕组电容高达 10nF，5 kV 60Hz 所需的电流也仅为 19.1 mA，对应的 VA 要求仅为 96 VA，因此 250VA 有足够的余量来产生最大变压器所需的电压。
8) FAQ——常见问题。
8.1) 我用两台 AT5600 测试了同一部件，两个设备的 HPAC/HPDC 读数不同
单元 1 - 3.2 uA
单位 2 - 10.0 uA
AT5600读不到相同的小电流，我该怎么办？
回答：
与任何电气测量一样，当信号趋于零时，读数中可能的误差将会增加。
HI-pot 测量本质上是测量非常小的电流。
理想的变压器的 HIPOT 电流读数为零。
将这些测量视为更典型的 DCR 读数（例如 2 欧姆）是一种常见的误解，您期望在该读数中获得稳定性和可重复性。
然而，由于电流非常低，您应该预料到如此小的读数很容易受到设备固有本底噪声的影响。
这可以为您提供不同测试设备的一系列读数，但仍应远低于要求或您指定的限制。
不良的隔离（例如，绕组之间完全短路、珐琅质薄弱等）会给您带来超过极限的过高电流读数，甚至对于真正的坏部件来说，会出现硬闪络/3400跳闸。
一些测试设备制造商选择将低于设定数字（例如 20uA）的结果作为硬“0.00”返回，但我们选择始终报告一个数字作为测量证明，即使如此小的结果可能会受到很大的影响（例如+/- 100%）误差容限。
因此，在被测部件是良好隔离器并且电流测量本身非常小的情况下，不同 AT 单元上的 HPAC/HPDC 略有不同是正常的。
8.2) 即使我降低了 HIPOT 请求的电压，我的 AT5600 也会给出 3400 个错误代码。
解决此问题的故障排除步骤是什么？
回答：
有些事情可能会导致 AT5600 上出现 3400 TRIP。
1、使用的夹具板 - 夹具本身可能被污染，或者没有足够的间隙来满足所需的电压隔离。 （一个好的经验法则是每 1000V 隔离电压至少至少 1mm）
2、真正的坏零件。
3、部件的自然电容较大（对于较大的变压器 - 在这些情况下会增加 RAMP UP 时间）。
当测量到完全短路或电流过大时，HIPOT 测试期间 AT5600 上的跳闸机制就会启动。
如果行程发生在多个部分，您怀疑实际上“良好”，那么您应该检查正在使用的固定装置。
您可以通过以下两个测试来快速测试夹具和单元。
1、直接从 AT 编辑器运行程序（最好是 4-5 次），安装夹具但未安装 UUT。
由于不存在任何部件，您预计会在测量测试（例如，R、LS、RLS、Z、MAGI 等）中失败。
但是，您编写的 HPAC 或 HPDC 测试应该通过
如果 HPAC/HPDC 测试在未安装 UUT 的情况下失败，则说明夹具未正确隔离节点。
检查夹具
A，顶面有污染迹象。
B、夹具内布线的分离 - 电线不应相互交叉，因为这会导致“串扰”
2、在没有夹具、没有连接UTT的设备上运行程序。
如上所述，这将测试设备的耐压完整性
由于不存在任何部件，您预计会在测量测试（例如，R、LS、RLS、Z、MAGI 等）中失败。
但是，您编写的 HPAC 或 HPDC 测试应该通过
如果您遇到未连接固定装置的 HPAC 或 HPDC 故障，请联系我们。
8.3）我的AT5600屏幕在HIPOT测试过程中突然闪烁，是我的设备有问题吗？
回答：
任何高压测试（尤其是高达 3-5kV 的较大信号）都可能导致空气中的 EMI 发射。
由于 UUT 与 AT5600 屏幕相对较近，AT5600 的大屏幕可能会吸收这种能量。
这可能会导致在这些测试期间屏幕闪烁，但这只是视觉效果，对设备的数字操作没有影响。
只要测试仍然受到控制、维持，并且 AT5600 能够完成测试，这就是预期的行为，不应引起担忧。