Pruebas de alto potencial para transformadores
Una explicación de las pruebas de seguridad de alto voltaje de CA y CC y respuestas a algunas preguntas frecuentes
1) Pruebas de Hi-Pot: ¿cómo y por qué?
Prácticamente todos los transformadores funcionan según el principio de inductancia, donde se induce un voltaje primario en un secundario totalmente aislado debido a la vinculación del flujo a través del núcleo.
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 piezas activas o de estado sólido: fácil de fabricar.
3) Excelente aislamiento debido a la separación física de los devanados.
Obviamente, es fundamental tener cada devanado bien aislado para que funcione en condiciones normales y garantice seguridad y confiabilidad a largo plazo.
Una razón común para la falla del transformador es el aislamiento deficiente de las piezas dentro de la construcción debido a huecos o roturas accidentales en el aislamiento o grietas en el esmalte del cable de bobinado.
Fallos mecánicos como estos pueden ocurrir en cualquier momento durante la fabricación, transporte y manipulación.
También son imposibles de detectar visualmente, o incluso detectar mediante la caracterización tradicional de bajo voltaje (0-240 V) del funcionamiento de un transformador.
Por lo tanto, las pruebas de aislamiento se han convertido en una necesidad y, además, siempre se prueban al 100% en cada pieza, nunca se parte de las especificaciones de diseño o de las pruebas de muestreo de producción.
2) Factores que influyen en el voltaje de prueba de alto potencial.
Para abordar y detectar casos de este problema, se realizan pruebas HIPOT tanto
En la fase de diseño , para confirmar la idoneidad de la elección de materiales y diseño antes de la fabricación en masa. y,
En la fase de producción , para confirmar la repetibilidad continua de los procesos.
Para garantizar la seguridad de funcionamiento en el momento de la fabricación, y también durante la vida útil del transformador, los diseños siempre se prueban muy por encima de sus voltajes de funcionamiento normales.
El voltaje de trabajo generalmente se define como el voltaje máximo que puede estar presente en condiciones normales para el funcionamiento continuo de las piezas.
Es una práctica estándar de la industria general realizar pruebas de aislamiento al doble del voltaje de funcionamiento, más 1000 V adicionales para obtener un amplio margen de seguridad.
Estos 1000 V adicionales cubren la tensión adicional causada por los transitorios de entrada y de EMF inversos que se observan al encender y apagar.
El margen adicional también cubre el envejecimiento del transformador con el tiempo y cualquier posible cambio en las condiciones ambientales en las que se opera (tanto la temperatura como la humedad pueden afectar el aislamiento con el tiempo).
Por ejemplo, un transformador de 240 V se probaría del primario al secundario a 2 x 240 V +1000 V = 1480 V (normalmente 1,5 Kv).
Por supuesto, el principal factor determinante para el aislamiento necesario y, por tanto, la tensión de prueba necesaria, siempre será la aplicación final y cualquier estándar industrial UL/IEC al que esté intentando cumplir.
Esto luego informa las elecciones de diseño tomadas y el protocolo de prueba desarrollado.
Históricamente, los estándares IEC o UL estaban separados para equipos de TI y de audio/AV.
Éstas eran ;
IEC 60950 Equipos de tecnología de la información - Seguridad
IEC 60065 Aparatos electrónicos de audio, vídeo y similares - Seguridad
Sin embargo, estos han sido reemplazados en 2020 por un nuevo estándar combinado a medida que los avances tecnológicos han hecho que la división entre estos dos sea menos significativa.
Este nuevo estándar es;
62368 Equipos de audio/vídeo, tecnologías de la información y las comunicaciones.
Esta nueva norma combinada se centra más en la seguridad como tema general, además de ampliar su alcance para incluir subconjuntos comprados (como transformadores), lo que hace que la necesidad de pruebas de alto riesgo sea aún más crítica en todas las partes de la cadena de suministro. .
3) ¿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 siguiente diagrama.
Normalmente, y como mínimo absoluto, se probarían todos los primarios con todos los secundarios como se muestra.
Sin embargo, en el caso de diseños más complejos, también pueden ser convenientes pruebas adicionales para los primarios y secundarios hasta el núcleo, o un primario contra otro primario.
El nivel de voltaje aplicado para la prueba se basa en el aislamiento de diseño esperado de la pieza, que a su vez es función del cable de devanado utilizado y la separación física de los devanados.
Después de aplicar el alto voltaje durante un período de aumento específico, el equipo de prueba medirá la corriente entre el alto y el bajo durante un período de tiempo definido (denominado tiempo de ESPERA)
Si durante este tiempo la corriente medida que fluye excede un límite definido, la pieza se clasifica como falla.
Este fallo podría deberse a cualquiera de los dos
1) Una falla catastrófica repentina en la que el aislamiento se ha roto permanentemente, lo que resulta en un gran pico de corriente instantáneo (“flashover”)
o
2) Una medición de corriente que sea estable, pero que aún supere el límite de prueba elegido (por ejemplo, lectura de 2,2 mA cuando el límite de aceptabilidad es 1 mA).
También es importante tener en cuenta que cualquier tipo de prueba Hi-Pot es potencialmente destructiva para la pieza.
La única forma de encontrar áreas débiles en el esmalte del cable (o en cualquier barrera aislante) es realizar pruebas a un voltaje lo suficientemente alto como para dar confianza de que el aislamiento puede soportar cualquier pico de voltaje o transitorios que pueda encontrar durante su vida útil operativa.
Los estándares externos lo guiarán sobre el nivel de voltaje requerido para cumplir con ese estándar específico. Es posible que su diseño pueda soportar voltajes aún más altos, pero se debe tener cuidado al aumentar el nivel de voltaje de prueba, ya que eventualmente alcanzará el límite de diseño natural de las piezas utilizadas.
4) Tipos de modo de falla Hi-Pot
Como se indicó anteriormente, un transformador puede fallar en una prueba de alto potencial de dos maneras posibles.
Tanto el AT5600 como el AT3600 tienen dos métodos distintos para detectar estos
4.1) Flash sobre.
Un circuito de disparo de hardware independiente de los circuitos de medición AT y el firmware detecta una descarga repentina.
Esto da como resultado un código de error 3400 que indica una descarga eléctrica fuerte.
En estos casos, cualquier lectura de medición no es válida ya que no se cumplieron las condiciones estables, lo que hace que cualquier lectura sea inválida.
Dependiendo del tiempo necesario para dispararse, el AT podría informar esto como una lectura de 0,00 mA o una lectura grande de 30 mA+.
En todos los casos se mostrará un código de viaje 3400 y la prueba falla.
Estas causas también suelen provocar un destello visible o un chisporroteo audible cuando la pieza se rompe.
4.2) Fallo de medición
La segunda razón del fallo es si la medición actual está por encima de los límites de aceptación elegidos.
En estos casos, el voltaje solicitado se alcanza y se mantiene durante todo el tiempo de prueba, y la corriente más grande medida durante este período se devuelve como resultado numérico.
En estos casos, el código de error se devuelve como "0000", lo que indica que se cumplieron las condiciones estables, pero la prueba aún puede fallar si el flujo de corriente más grande (por ejemplo, 2,2 mA) excedió el máximo especificado para la prueba (por ejemplo, 1,0 mA). .
5) ¿Debo realizar una prueba de hipotensión con CA o CC?
La elección de pruebas de CA o CC depende en gran medida del estándar con el que se realizan las pruebas y de cualquier solicitud específica del cliente.
La CA suele ser el método preferido en la mayoría de los casos, excepto en el caso de que esté probando un conjunto terminado (por ejemplo, filtros EMC) que puede tener condensadores reales instalados.
5.1) HPAC - Prueba de hipotensión de CA (0-5 KV CA, 50-1000 Hz)
Con las pruebas de CA, generalmente no se necesita un tiempo de aceleración prolongado y la caída de cualquier carga una vez finalizada la prueba suele ser mucho más rápida ya que la capacitancia natural del transformador no está cargada.
Sin embargo, la corriente medida incluirá tanto el efecto de la característica resistiva real (muy alta) del transformador como el efecto de la reactancia capacitiva entre devanados.
Siempre que se entienda esto y el efecto de la corriente capacitiva esté por debajo del límite de prueba de corriente total, esto aún puede ser preferible debido al ahorro de tiempo en el tiempo de aceleración.
5.2) HPDC - Prueba de hipotensión CC (0-7 KV CC)
Con una señal de CC alta, es posible que sea necesario aumentar el tiempo de aceleración para permitir que se estabilice la capacitancia intrínseca natural del transformador.
Si es demasiado rápido, puede provocar un flujo de corriente excesivo e indicar una falla falsa.
Sin embargo, este método proporciona una indicación clara del verdadero flujo de corriente resistiva a medida que se eliminan los efectos de la CA.
Tanto las pruebas HPAC como HPDC en el Voltech AT5600 activan automáticamente una resistencia de purga después de cada prueba Hi-pot para eliminar cualquier carga que quede en el UUT, por seguridad.
Este proceso es inteligente, por lo que puede agregar tiempo de prueba adicional en el caso de pruebas HIPOT DC con transformadores más grandes y capacitivos.
6) Mejores prácticas de prueba AT5600 HIPOT
Existen diferentes problemas que podrían causar que las pruebas HIPOT fallen, además de las razones obvias de aislamiento y ensamblaje defectuosos.
Una de las posibles razones podría ser cómo se diseñaron y ejecutaron las pruebas HIPOT.
Cualquier medición requiere condiciones estables y controladas para que los resultados medidos sean repetibles, estables y, por tanto, una indicación significativa del rendimiento.
6.1) 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 en el caso de piezas de prueba más grandes (por ejemplo, transformadores toroidales o laminados de núcleo electrónico), donde puede ser necesario un tiempo de aceleración de 0,5 a 2,0 segundos dependiendo del tamaño y la capacitancia del transformador.
6.2) Evite nodos flotantes desconectados durante las pruebas de Hi-Pot.
Para una mejor práctica, todos los terminales del componente deben seleccionarse como ALTO o BAJO para evitar que los devanados floten.
Los terminales o nodos no conectados tenderán a flotar a un potencial incontrolado, en algún lugar entre el voltaje bajo de 0 V y el voltaje ALTO energizado.
Esto no es deseable desde el punto de vista de la medición, ya que este devanado incontrolado puede afectar la estabilidad de la ya muy pequeña medición de corriente que se realiza entre los terminales elegidos.
Tampoco es deseable desde el punto de vista de la seguridad de la prueba y de la protección de la vista de la unidad, ya que los devanados flotantes pueden permanecer cargados una vez completada la prueba. Nuevamente, esto es especialmente cierto para transformadores físicamente más grandes.
Esta carga podría afectar las pruebas posteriores de bajo voltaje en esos devanados flotantes o, en el peor de los casos, causar una descarga accidental en el probador AT cuando intenta conectar el devanado para una prueba posterior.
7) Generador HIPOT AT5600 y estándar IEC
El AT5600 está diseñado para cumplir con los requisitos de prueba de transformadores de IEC 62368-1 e IEC 61010-1 y sus equivalentes UL.
Estos estándares no requieren energía para las pruebas de alto potencial de producción de los transformadores, sino que solo especifican el voltaje de prueba y la duración de la prueba (también conocido como "tiempo de permanencia").
Las normas IEC permiten reducir la duración de la prueba a 1-2 segundos si el voltaje de prueba aumenta un 20% por encima del requisito.
Obviamente, esto proporciona 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 sería necesario verificarlo mediante pruebas previas por lotes para confirmar la 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 correspondiente aumento de la tensión de prueba necesaria.
El generador HIPOT AT5600 tiene una potencia nominal de 250VA.
Incluso con una capacitancia de devanado de hasta 10 nF, la corriente requerida a 5 kV 60 Hz es de solo 19,1 mA, lo que corresponde a un requisito de VA de solo 96 VA, por lo que el 250 VA tiene suficiente capacidad excedente para generar los voltajes necesarios incluso para los transformadores más grandes. .
8) Preguntas frecuentes: preguntas frecuentes.
8.1) Probé la misma pieza con dos AT5600, ambas unidades leyeron de manera diferente para HPAC/HPDC
Unidad 1 - 3,2 uA
Unidad 2 - 10,0 uA
Los AT5600 no leen la misma corriente pequeña, ¿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 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 lo haría con 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 ruido de fondo inherente de la unidad.
Esto podría brindarle una variedad de lecturas para diferentes equipos de prueba, pero aún así deberían estar muy por debajo de los requisitos o de los límites especificados.
Un mal aislamiento (p. ej., cortocircuito total, esmalte débil entre devanados, etc.) le daría lecturas de corriente excesivas mayores que sus límites o incluso un disparo fuerte por encima de / 3400 para piezas genuinas defectuosas.
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 nosotros hemos optado por informar siempre un número como prueba de la medición, incluso si resultados tan pequeños pueden estar sujetos a una gran cantidad (p. ej. +/- 100%) tolerancia a errores.
Por lo tanto, es normal obtener HPAC/HPDC ligeramente diferentes en diferentes unidades AT en los casos en que la pieza bajo prueba es un buen aislador y la medición de corriente es inherentemente muy pequeña.
8.2) Mi AT5600 genera 3400 códigos de error incluso si reduzco el voltaje solicitado por HIPOT.
¿Cuáles son los pasos de solución de problemas para solucionar este problema?
Respuesta:
Hay cosas que podrían estar causando el TRIP 3400 en el AT5600.
1. Se utilizó la placa del dispositivo: el dispositivo en sí podría estar contaminado o no tiene suficiente espacio libre para el voltaje requerido. (una buena regla general es al menos 1 mm como mínimo por cada separador de 1000 V)
2, una mala pieza genuina.
3, Gran capacitancia natural de la pieza (para transformadores más grandes, en estos casos aumente el tiempo de RAMPA DE ARRIBA).
El mecanismo de disparo en el AT5600 durante la prueba HIPOT se activa cuando se ha medido un cortocircuito o una corriente excesiva.
Si el viaje se realiza en varias partes que sospecha que en realidad son "buenas", entonces debe verificar el dispositivo que se está utilizando.
Puede probar rápidamente el dispositivo y la unidad mediante las dos pruebas siguientes.
1. Ejecutar el programa (idealmente 4-5 veces) y directamente desde el Editor AT, con el dispositivo instalado pero SIN UUT instalado.
Es de esperar que fallen las pruebas de medición (p. ej., 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 una UUT instalada, entonces el dispositivo no está aislando adecuadamente 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 provocar "diafonía"
2. Ejecute el programa en la unidad SIN dispositivo y SIN UTT conectado.
Como se indicó anteriormente, esto probará la integridad hipotética de la unidad.
Es de esperar que fallen las pruebas de medición (p. ej., 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 tiene una falla en HPAC o HPDC sin ningún dispositivo conectado, contáctenos.
8.3) La pantalla de mi AT5600 parpadea repentinamente durante la prueba HIPOT, ¿mi unidad está defectuosa?
Respuesta:
Cualquier prueba de alto voltaje (especialmente con señales más grandes, de hasta 3 a 5 kV) puede generar emisiones de 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 sólo 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 finalizar la prueba, este es el comportamiento esperado y no debería ser motivo de preocupación.