Pruebas de alta tensión para transformadores
Guía para pruebas de seguridad de alto voltaje de CA y CC
INTRODUCCIÓN
Los transformadores son componentes esenciales en los sistemas eléctricos, que funcionan según el principio de inductancia. Permiten una transformación precisa de la tensión con un excelente aislamiento, gracias a su diseño que separa físicamente los devanados. A pesar de ser una tecnología madura, los transformadores siguen siendo ampliamente utilizados debido a su fiabilidad, eficiencia y facilidad de fabricación.
Para garantizar la seguridad y la fiabilidad a largo plazo es necesario realizar pruebas rigurosas, especialmente para verificar el aislamiento entre los devanados. Una de las pruebas más importantes es la prueba Hi-Pot (alto potencial), que comprueba la integridad del aislamiento aplicando un alto voltaje al transformador. Este artículo analiza en profundidad las metodologías de prueba Hi-Pot de CA y CC , los estándares de la industria y las preguntas frecuentes para ayudarle a comprender las mejores prácticas en las pruebas de seguridad de los transformadores.
Transformador laminado con núcleo E y dispositivo de arranque Voltech montado en AT5600 (izquierda)
Transformador SMPS con fijación de clavija Kelvin de Voltech para transformadores duales en línea montados en AT5600 (derecha)
Pruebas de Hi-Pot: ¿Cómo y por qué?
A pesar de ser una tecnología madura, los transformadores todavía se utilizan ampliamente, debido a la combinación única de tres propiedades:
1) Transformación de voltaje precisa.
2) Sin partes activas o de estado sólido: fácil de fabricar.
3) Excelente aislamiento debido a la separación física de los devanados.
La prueba de alta tensión es esencial para identificar fallas de aislamiento que son invisibles durante las pruebas estándar de bajo voltaje (0-240 V). Estas fallas pueden deberse a defectos mecánicos como huecos, grietas en el esmalte del cable de bobinado u otras fallas del aislamiento causadas durante la fabricación, el transporte o la manipulación.
Las pruebas de alta tensión se realizan para garantizar que los transformadores puedan soportar picos de tensión, corrientes de entrada y cambios ambientales como la temperatura y la humedad, que pueden degradar el aislamiento con el tiempo. A diferencia de las pruebas de baja tensión, las pruebas de alta tensión someten a cada transformador a tensiones mucho más altas que su tensión de funcionamiento normal, lo que garantiza la seguridad y el rendimiento a largo plazo.
Determinación del voltaje de prueba de alto voltaje
Las pruebas de Hi-Pot se llevan a cabo durante la fase de diseño y la fase de producción:
Fase de diseño : para verificar la idoneidad de los materiales y el diseño antes de la producción en masa.
Fase de producción : Para garantizar la consistencia en los procesos de fabricación.
Los estándares de la industria generalmente requieren probar los transformadores al doble de su voltaje operativo más 1000 V adicionales por seguridad.
Por ejemplo, un transformador diseñado para 240 V se probaría en:
Voltaje de prueba de alto voltaje = (2 x 240 V) + 1000 V = 1480 V
Este margen garantiza que el transformador pueda soportar picos transitorios y efectos de envejecimiento.
Estándares de la industria para pruebas de alta tensión
Históricamente, las pruebas de transformadores se guiaban por normas separadas como:
IEC 60950 : Seguridad de equipos de tecnología de la información.
IEC 60065 : Seguridad de aparatos electrónicos de audio, vídeo y similares.
Sin embargo, estas han sido reemplazadas por la norma IEC 62368 , que combina protocolos de seguridad para equipos de audio, video y TI. La nueva norma enfatiza la seguridad en todos los componentes, incluidos los transformadores, lo que hace que las pruebas de Hi-Pot sean aún más críticas en la cadena de suministro.
¿Cómo se realiza una prueba Hi-Pot?
Una prueba HIPOT se realiza aplicando una señal de alto voltaje entre un lado HI en cortocircuito elegido y un lado LO en cortocircuito del transformador como se muestra en el diagrama a continuación.
Procedimiento de prueba:
- Aplicar alto voltaje : se aplica un voltaje entre los lados alto (HI) y bajo (LO) del transformador.
- Tiempo de permanencia : el voltaje se mantiene durante un tiempo específico (denominado tiempo de PERMANENCIA) para detectar una posible ruptura del aislamiento.
- Medición de corriente : si la corriente medida excede un límite predefinido, el transformador no pasa la prueba.
Modos de falla :
- Flashover : Falla repentina y catastrófica detectada por un circuito de disparo de hardware, generalmente indicada por una chispa visible o un crujido audible.
- Fallo de medición : si el transformador mantiene condiciones estables pero la corriente excede el límite, se clasifica como una falla de medición.
Prueba de alto voltaje en CA y CC: ¿cuál es mejor?
La elección entre pruebas AC Hi-Pot y DC Hi-Pot depende de los estándares de la industria y los requisitos específicos del cliente.
HPAC (prueba de alta tensión de CA) :
- Rango de voltaje: 0-5 KV CA, 50-1000 Hz.
- Ventajas: Tiempo de aceleración más rápido y caída de carga más rápida.
- Contras: La medición de corriente incluye efectos capacitivos.
HPDC (prueba de alta tensión en CC) :
- Rango de voltaje: 0-7 KV DC.
- Ventajas: Proporciona una indicación clara del flujo de corriente resistiva, eliminando los efectos de CA.
- Contras: Tiempo de aceleración más largo debido a la capacitancia del transformador.
Las pruebas HPAC y HPDC en el Voltech AT5600 descargan automáticamente las cargas residuales, lo que garantiza la seguridad.
Prácticas recomendadas para pruebas HIPOT del AT5600
Para optimizar las pruebas de Hi-Pot con el Voltech AT5600 , tenga en cuenta las siguientes prácticas recomendadas:
Tiempo de aceleración
Se debe considerar la velocidad a la que se aplica el voltaje de prueba grande de modo que se logre el máximo bajo un control estable.
Esto es especialmente cierto para piezas de prueba de mayor tamaño (por ejemplo, transformadores toroidales o laminados de núcleo E), donde puede ser necesario un tiempo de aceleración de 0,5 a 2,0 segundos según el tamaño y la capacitancia del transformador.
Evite los nodos flotantes
Para obtener las mejores prácticas, todos los terminales del componente deben seleccionarse como ALTOS o BAJOS para evitar que los devanados floten.
Los terminales o nodos no conectados tenderán a flotar hacia un potencial no controlado, en algún lugar entre el voltaje bajo de 0 V y el voltaje ALTO energizado.
Esto es indeseable desde el punto de vista de la medición, ya que este devanado no controlado puede afectar la estabilidad de la medición de corriente, ya de por sí muy pequeña, que se realiza entre los terminales elegidos.
Esto tampoco es deseable desde el punto de vista de la seguridad de la prueba y de la protección de la unidad, ya que los devanados flotantes pueden permanecer cargados una vez finalizada la prueba. Nuevamente, esto es especialmente cierto para transformadores físicamente más grandes.
Esta carga podría entonces afectar pruebas de bajo voltaje posteriores en esos devanados flotantes o, en el peor de los casos, provocar una descarga accidental en el probador AT cuando intente conectar el devanado para una prueba posterior.
Generador HIPOT AT5600 y la norma IEC
El AT5600 está diseñado para cumplir con los requisitos de pruebas de transformadores de IEC 62368-1 e IEC 61010-1 y los equivalentes de UL.
Estas normas no requieren energía para las pruebas de alta potencia de producción de los transformadores, sino que solo especifican el voltaje de prueba y la duración de la prueba (también conocida como " tiempo de permanencia ").
Las normas IEC permiten reducir la duración de la prueba a 1-2 segundos si la tensión de prueba se incrementa en un 20 % por encima del requisito.
Obviamente, esto supone una gran mejora en el rendimiento de las pruebas para los fabricantes, siempre que cada uno de los diseños específicos pueda soportar el 20 % adicional de voltaje de prueba.
Obviamente, esto requeriría una verificación previa mediante pruebas por lotes para confirmar su idoneidad antes de implementarlo por completo.
La norma IEC contiene gráficos de reducción que explican con más detalle la reducción permitida del tiempo de prueba, frente al aumento correspondiente del voltaje de prueba necesario.
El generador AT5600 HIPOT tiene una potencia nominal de 250 VA .
Incluso con una capacitancia de bobinado de hasta 10 nF, la corriente requerida a 5 kV 60 Hz es solo 19,1 mA, lo que corresponde a un requisito de VA de solo 96 VA, por lo que los 250 VA tienen suficiente capacidad excedente para generar los voltajes necesarios incluso para los transformadores más grandes.
Preguntas frecuentes sobre la solución de problemas de pruebas de alta potencia
Q1) Probé la misma pieza con dos AT5600, ambas unidades leen de manera diferente para HPAC/HPDC
Unidad 1 - 3,2 uA
Unidad 2 - 10,0 uA
Los AT5600 no leen la misma pequeña corriente, ¿qué debo hacer?
Respuesta:
Como ocurre con cualquier medición eléctrica, a medida que la señal tiende a cero, el posible error en la lectura aumentará.
Las mediciones de HI-pot, por su propia naturaleza, miden corrientes muy pequeñas.
Un transformador ideal daría una lectura de corriente HIPOT de cero.
Es un error común pensar en estas mediciones como si se tratara de una lectura DCR más típica de, digamos, 2 ohmios, donde se espera estabilidad y repetibilidad.
Sin embargo, dado que la corriente es muy baja, se debe esperar que lecturas tan pequeñas sean susceptibles al nivel de ruido inherente de la unidad.
Esto podría brindarle un rango de lecturas para diferentes equipos de prueba, pero aún así debería estar muy por debajo del requisito o de los límites especificados.
Un aislamiento defectuoso (por ejemplo, cortocircuito, esmalte débil entre los devanados, etc.) le daría lecturas de corriente excesivas superiores a sus límites o incluso un disparo de destello duro de más de 3400 para piezas defectuosas genuinas.
Algunos fabricantes de equipos de prueba optan por devolver resultados por debajo de un número establecido (por ejemplo, 20 uA) como un "0,00" estricto, pero hemos optado por informar siempre un número como prueba de medición, incluso si esos resultados pequeños pueden estar sujetos a una gran tolerancia de error (por ejemplo, +/- 100%).
Por lo tanto, es normal obtener HPAC/HPDC ligeramente diferentes en diferentes unidades AT en los casos en que la parte bajo prueba es un buen aislador y la medición de corriente es inherentemente muy pequeña.
Q2 ) Mi AT5600 genera 3400 códigos de error incluso si reduzco el voltaje solicitado HIPOT.
¿Cuáles son los pasos para solucionar este problema?
Respuesta:
Hay cosas que podrían estar causando el TRIP 3400 en el AT5600.
1. Placa de fijación utilizada: la fijación en sí podría estar contaminada o no tener suficiente espacio libre para la separación de voltaje requerida. (Una buena regla general es al menos 1 mm por cada 1000 V de separación)
2, Una pieza genuinamente mala.
3. Gran capacitancia natural de la pieza (para transformadores más grandes, en estos casos aumente el tiempo de rampa ascendente).
El mecanismo de disparo del AT5600 durante la prueba HIPOT se activa cuando se mide un cortocircuito o una corriente excesiva.
Si el viaje se produce en varias partes que sospechas que en realidad son "buenas", entonces debes verificar el accesorio que estás utilizando.
Puede probar rápidamente el accesorio y la unidad mediante las dos pruebas siguientes.
1. Ejecutar el programa (idealmente 4-5 veces) y directamente desde el Editor AT, con el accesorio instalado pero SIN UUT instalado.
Es de esperar que falle en las pruebas de medición (por ejemplo, R, LS, RLS, Z, MAGI, etc.) ya que no hay ninguna pieza presente. Sin embargo, las pruebas HPAC o HPDC que haya programado deberían pasar.
Si las pruebas HPAC/HPDC fallan sin ninguna UUT instalada, entonces el dispositivo no está aislando correctamente los nodos.
Examine el accesorio para
A, signos de contaminación en la superficie superior.
B, la separación del cableado dentro del dispositivo: los cables no deben cruzarse entre sí, ya que esto puede generar "interferencias"
2. Ejecute el programa en la unidad SIN accesorio y SIN UTT conectado.
Como se mencionó anteriormente, esto probará la integridad hipot de la unidad.
Es de esperar que se produzcan fallas en las pruebas de medición (por ejemplo, R, LS, RLS, Z, MAGI, etc.) ya que no hay ninguna pieza presente.
Sin embargo, una prueba HPAC o HPDC que haya programado debería pasar
Si tiene una falla de HPAC o HPDC y no hay ningún dispositivo conectado, comuníquese con nosotros.
Q3 ) La pantalla de mi AT5600 parpadea de repente durante la prueba HIPOT, ¿mi unidad está defectuosa?
Respuesta:
Cualquier prueba de alto voltaje (especialmente con señales mayores de hasta 3-5 kV) puede generar emisiones EMI a través del aire.
Debido a la relativa cercanía de su UUT a la pantalla del AT5600, la pantalla grande del AT5600 podría captar esta energía.
Esto puede hacer que la pantalla parpadee durante estas pruebas, pero es solo un efecto visual y no tiene ningún efecto en el funcionamiento digital de la unidad.
Mientras la prueba aún esté controlada, mantenida y el AT5600 pueda finalizarla, este es el comportamiento esperado y no debería ser motivo de preocupación.
Voltech AT5600: Pruebas avanzadas de alta tensión para una seguridad confiable de los transformadores
El Voltech AT5600 es un comprobador de transformadores avanzado diseñado para cumplir con los estándares de la industria para Hi-Pot 
Pruebas. Con una alta capacidad de potencia de 250 VA, puede manejar incluso los transformadores más exigentes con capacidades de hasta 10 nF. El AT5600 admite pruebas Hi-Pot de CA y CC con funciones inteligentes como resistencias de purga automatizadas para mayor seguridad y un rendimiento de prueba rápido.
Al utilizar el AT5600 , los fabricantes pueden garantizar el cumplimiento de las normas IEC, reducir los tiempos de prueba y lograr resultados consistentes y confiables, lo que lo convierte en la solución ideal para las pruebas de seguridad de transformadores.