Test Hi-Pot per trasformatori
Una spiegazione dei test di sicurezza sull'alta tensione CA e CC e risposte ad alcune domande frequenti
1) Test Hi-Pot: come e perché?
Praticamente tutti i trasformatori funzionano secondo il principio dell'induttanza in cui una tensione primaria viene indotta in un secondario totalmente isolato a causa del collegamento del flusso attraverso il nucleo.
Nonostante siano una tecnologia matura, i trasformatori sono ancora ampiamente utilizzati, grazie alla combinazione unica di tre proprietà;
1) Trasformazione precisa della tensione.
2) Nessuna parte attiva o allo stato solido: facile da produrre.
3) Ottimo isolamento grazie alla separazione fisica degli avvolgimenti.
È ovviamente fondamentale che ciascun avvolgimento sia ben isolato affinché possa funzionare in condizioni normali e garantire sicurezza e affidabilità a lungo termine.
Un motivo comune per il guasto del trasformatore è lo scarso isolamento delle parti all'interno della struttura a causa di vuoti o rotture accidentali nell'isolamento o crepe nello smalto dei fili dell'avvolgimento.
Guasti meccanici come questi possono verificarsi in qualsiasi momento durante la produzione, il trasporto e la movimentazione.
Sono inoltre impossibili da rilevare visivamente, o addirittura rilevarli utilizzando la tradizionale caratterizzazione a bassa tensione (0-240 V) del funzionamento di un trasformatore.
Pertanto il test di isolamento è diventato una necessità, e inoltre viene sempre testato al 100% su ogni parte, mai presupposto dalle specifiche di progettazione o da campioni di produzione.
2) Fattori che influenzano la tensione di prova Hi-Pot.
Per affrontare e individuare le occorrenze di questo problema, vengono eseguiti entrambi i test HIPOT
Nella fase di progettazione , per confermare l'idoneità della scelta dei materiali e del design prima della produzione in serie. E,
In fase produttiva , per confermare la continua ripetibilità dei processi
Per garantire la sicurezza di funzionamento al momento della produzione e anche per tutta la durata di vita del trasformatore, i progetti vengono sempre testati ben oltre le normali tensioni di funzionamento.
La tensione di lavoro è solitamente definita come la tensione massima che può essere presente in condizioni normali per il funzionamento continuo delle parti.
È pratica standard generale del settore testare l'isolamento al doppio della tensione operativa, più altri 1000 V per un ampio margine di sicurezza.
Questi 1000 V aggiuntivi coprono lo stress aggiuntivo causato dai transitori EMF di spunto e di ritorno riscontrati all'accensione e allo spegnimento.
Il margine aggiuntivo copre anche l'invecchiamento del trasformatore nel tempo e qualsiasi possibile cambiamento delle condizioni ambientali in cui viene utilizzato (temperatura e umidità possono entrambe influenzare l'isolamento nel tempo)
Ad esempio, un trasformatore da 240 V verrebbe testato dal primario al secondario a 2 x 240 V +1000 V =1480 V (tipicamente 1,5 Kv).
Naturalmente, il principale fattore determinante per l'isolamento necessario, e quindi per la tensione di prova necessaria, sarà sempre l'applicazione finale e qualsiasi standard UL/IEC del settore a cui si tenta di conformarsi.
Ciò quindi informa le scelte progettuali effettuate e il protocollo di test sviluppato.
Storicamente, gli standard IEC o UL erano separati per le apparecchiature IT e audio/AV
Questi erano ;
IEC 60950 Apparecchiature per la tecnologia dell'informazione - Sicurezza
IEC 60065 Apparecchi elettronici audio, video e simili - Sicurezza
Tuttavia, questi sono stati sostituiti nel 2020 da un nuovo standard combinato poiché i progressi tecnologici hanno reso la divisione tra questi due meno significativa.
Questo nuovo standard è;
62368 Apparecchiature audio/video, tecnologiche dell'informazione e della comunicazione.
Questo nuovo standard combinato si concentra maggiormente sulla sicurezza come argomento generale, oltre ad estendere il campo di applicazione per includere sottoinsiemi acquistati (come i trasformatori), il che rende la necessità di test Hipot ancora più critica in tutte le parti della catena di fornitura .
3) Come viene eseguito un test Hi-Pot?
Un test HIPOT viene eseguito applicando un segnale ad alta tensione tra un lato HI in cortocircuito scelto e un lato LO in cortocircuito del trasformatore, come mostrato nello schema seguente.
In genere, e come minimo indispensabile, si testeranno tutti i primari rispetto a tutti i secondari, come mostrato.
Tuttavia, nel caso di progetti più complessi, potrebbero essere desiderabili anche test aggiuntivi per i primari e i secondari rispetto al nucleo, o un primario contro un altro primario.
Il livello di tensione applicato per il test si basa sull'isolamento di progetto previsto della parte che a sua volta è una funzione del filo di avvolgimento utilizzato e della separazione fisica degli avvolgimenti.
Dopo aver applicato l'alta tensione per un periodo di accelerazione specificato, l'apparecchiatura di prova misurerà la corrente tra l'alto e il basso per un periodo di tempo definito (denominato tempo di DWELL)
Se durante questo periodo la corrente misurata che scorre supera un limite definito, la parte viene classificata come guasta.
Questo fallimento potrebbe provenire da entrambi
1) Un improvviso guasto catastrofico in cui l'isolamento si è rotto in modo permanente provocando un grande picco di corrente istantaneo ("flashover")
O
2) Una misurazione di corrente stabile, ma ancora superiore al limite di test scelto (ad esempio, lettura di 2,2 mA quando il limite di accettabilità è 1 mA)
È anche importante notare che qualsiasi tipo di test Hi-Pot è potenzialmente distruttivo per la parte.
L'unico modo per individuare aree deboli nello smalto del filo (o in qualsiasi barriera isolante) è eseguire il test a una tensione sufficientemente elevata da garantire che l'isolamento possa resistere a eventuali picchi di tensione o transitori che potrebbe incontrare durante la sua vita operativa.
Gli standard esterni ti guideranno sul livello di tensione richiesto per soddisfare quello standard specifico. Il tuo progetto potrebbe essere in grado di resistere a tensioni ancora più elevate, ma è necessario prestare attenzione se aumenti il livello di tensione di prova poiché alla fine raggiungerai il limite di progettazione naturale delle parti utilizzate.
4) Tipi di modalità di guasto Hi-Pot
Come affermato in precedenza, un trasformatore può fallire un test hi-pot in due modi possibili.
Sia l'AT5600 che l'AT3600 hanno due metodi distinti per rilevarli
4.1) Flashover.
Un flash over improvviso viene rilevato da un circuito di sgancio hardware indipendente dai circuiti di misurazione AT e dal firmware.
Ciò si traduce in un codice di errore 3400 che indica un flashover intenso.
In questi casi, qualsiasi lettura della misurazione non è valida poiché non sono state soddisfatte le condizioni stabili, rendendo qualsiasi lettura non valida.
A seconda del tempo impiegato per scattare, l'AT potrebbe segnalare questo valore come una lettura di 0,00 mA o una lettura ampia di 30 mA+.
In tutti i casi verrà mostrato un codice di viaggio 3400 e il test fallisce.
Queste cause di solito provocano anche un bagliore visibile o una crepa udibile quando la parte si rompe.
4.2) Errore di misurazione
Il secondo motivo di errore è se la misurazione corrente è superiore ai limiti di accettazione scelti.
In questi casi, la tensione richiesta viene raggiunta e mantenuta per tutto il tempo della prova e come risultato numerico viene restituita la corrente maggiore misurata durante questo periodo.
In questi casi il codice di errore viene restituito come "0000" a indicare che sono state soddisfatte condizioni stabili, ma il test può comunque fallire se il flusso di corrente maggiore (ad esempio 2,2 mA) supera il massimo specificato per il test (ad esempio 1,0 mA) .
5) Dovrei effettuare il test dell'ipot con AC o DC?
La scelta del test CA o CC è in gran parte determinata dallo standard in base al quale si sta eseguendo il test e da eventuali richieste specifiche del cliente.
La corrente alternata è solitamente il metodo preferito nella maggior parte dei casi, tranne nel caso in cui si stia testando un gruppo finito (ad esempio filtri EMC) che potrebbe avere dei veri condensatori montati.
5.1) HPAC - Test hipot AC (0-5 KV AC, 50-1000 Hz)
Con i test AC, di solito non è necessario un lungo tempo di accelerazione e il decadimento di qualsiasi carica al termine del test è solitamente molto più rapido poiché la capacità naturale del trasformatore non viene caricata
Tuttavia, la corrente misurata includerà sia l'effetto della caratteristica resistiva reale (molto elevata) del trasformatore sia l'effetto della reattanza capacitiva dell'avvolgimento.
Finché questo è compreso e l'effetto della corrente capacitiva è inferiore al limite di prova della corrente totale, ciò potrebbe comunque essere preferibile a causa del risparmio di tempo sul tempo di accelerazione.
5.2) HPDC - Test di tensione CC (0-7 KV CC)
Con un segnale hipot CC, potrebbe essere necessario aumentare il tempo di accelerazione per consentire la stabilizzazione della capacità intrinseca naturale del trasformatore.
Se è troppo veloce, potrebbe verificarsi un flusso di corrente eccessivo e indicare un falso guasto.
Tuttavia, questo metodo fornisce una chiara indicazione del vero flusso di corrente resistiva quando gli effetti CA vengono rimossi.
Entrambi i test HPAC e HPDC sul Voltech AT5600 attivano automaticamente un resistore di spurgo dopo ogni test Hi-pot per rimuovere qualsiasi carica rimasta nell'UUT, per sicurezza.
Questo processo è intelligente, quindi è possibile aggiungere ulteriore tempo di test nel caso di test HIPOT DC con trasformatori più grandi e capacitivi.
6) Migliori pratiche di test HIPOT AT5600
Esistono diversi problemi che potrebbero causare il fallimento del test HIPOT a parte gli ovvi motivi di isolamento e assemblaggio difettosi.
Uno dei potenziali motivi potrebbe essere il modo in cui è stato progettato ed eseguito il test HIPOT.
Qualsiasi misurazione richiede condizioni stabili e controllate affinché i risultati misurati siano ripetibili, stabili e quindi un'indicazione significativa delle prestazioni.
6.1) Tempo di accelerazione
La velocità alla quale viene applicata la grande tensione di prova deve essere considerata in modo tale da ottenere il massimo sotto un controllo stabile.
Ciò è particolarmente vero per parti di prova più grandi (ad esempio trasformatori toroidali o laminati con nucleo E), dove potrebbe essere necessario un tempo di accelerazione di 0,5-2,0 secondi a seconda delle dimensioni e della capacità del trasformatore.
6.2) Evitare nodi mobili non connessi durante il test Hi-Pot.
Per una migliore pratica, tutti i terminali del componente devono essere selezionati come ALTI o BASSI per evitare che gli avvolgimenti fluttuino.
I terminali o i nodi non collegati tenderanno a fluttuare verso un potenziale incontrollato, da qualche parte tra lo 0 V basso e l'ALTA tensione energizzata.
Ciò è indesiderabile dal punto di vista della misurazione poiché questo avvolgimento incontrollato può influenzare la stabilità della già molto piccola misurazione di corrente effettuata tra i terminali scelti.
È inoltre indesiderabile dal punto di vista della sicurezza del test e della protezione della vista dell'unità poiché gli avvolgimenti fluttuanti possono rimanere carichi dopo il completamento del test. Anche in questo caso ciò è particolarmente vero per i trasformatori fisicamente più grandi.
Questa carica potrebbe quindi influenzare i successivi test a bassa tensione su quegli avvolgimenti flottanti o, nel peggiore dei casi, causare una scarica accidentale nel tester AT quando tenta di collegare l'avvolgimento per un test successivo.
7) Generatore HIPOT AT5600 e standard IEC
L'AT5600 è progettato per soddisfare i requisiti di test dei trasformatori di IEC 62368-1 e IEC 61010-1 e gli equivalenti UL.
Questi standard non richiedono l'alimentazione per il test hi-pot di produzione dei trasformatori, ma specificano solo la tensione di prova e la durata del test (noto anche come "tempo di permanenza").
Gli standard IEC consentono di ridurre la durata del test a 1-2 secondi se la tensione di prova viene aumentata del 20% rispetto al requisito.
Ciò offre ovviamente un notevole miglioramento nella produttività dei test per i produttori, a condizione che ciascuno dei progetti specifici possa sopportare il 20% in più della tensione di prova.
Ciò richiederebbe ovviamente un controllo tramite test preliminari in batch per confermare l'idoneità, prima della completa implementazione.
Lo standard IEC contiene grafici di declassamento che spiegano in modo più dettagliato la riduzione consentita del tempo di prova, a fronte del corrispondente aumento della tensione di prova necessaria.
Il generatore HIPOT AT5600 ha una potenza nominale di 250VA..
Anche con una capacità dell'avvolgimento fino a 10nF, la corrente richiesta a 5 kV 60Hz è di soli 19,1 mA, corrispondente a un fabbisogno VA di soli 96 VA, quindi il 250VA ha molta capacità in eccesso per generare le tensioni richieste anche per i trasformatori più grandi .
8) FAQ - Domande frequenti.
8.1) Ho testato la stessa parte con due AT5600, entrambe le unità leggono diversamente per HPAC/HPDC
Unità 1 - 3,2 uA
Unità 2 - 10,0 uA
Gli AT5600 non leggono la stessa piccola corrente, cosa devo fare?
Risposta:
Come per qualsiasi misura elettrica, man mano che il segnale tende a zero, il possibile errore nella lettura aumenterà.
Le misurazioni HI-pot, per loro stessa natura, misurano correnti molto piccole.
Un trasformatore ideale fornirebbe una lettura della corrente HIPOT pari a zero.
È un malinteso comune pensare a queste misurazioni come si farebbe con una lettura DCR più tipica, diciamo di 2 ohm, dove ci si aspetta stabilità e ripetibilità.
Tuttavia, poiché la corrente è molto bassa, ci si dovrebbe aspettare che letture così piccole siano sensibili al rumore di fondo intrinseco dell'unità.
Ciò potrebbe fornire una gamma di letture per diverse apparecchiature di prova, ma dovrebbe comunque essere ben al di sotto dei requisiti richiesti o dei limiti specificati.
Un cattivo isolamento (ad esempio, cortocircuito, smalto debole tra gli avvolgimenti ecc.) darebbe letture di corrente eccessive superiori ai limiti o addirittura un forte flash over / 3400 trip per parti originali difettose.
Alcuni produttori di apparecchiature di prova scelgono di restituire i risultati inferiori a un numero impostato (ad esempio 20uA) come "0,00" rigido, ma noi abbiamo scelto di riportare sempre un numero come prova della misurazione, anche se risultati così piccoli possono essere soggetti a un valore elevato (ad es. +/- 100%) tolleranza agli errori.
È quindi normale ottenere HPAC/HPDC leggermente diversi su diverse unità AT nei casi in cui la parte in prova è un buon isolatore e la misurazione della corrente è intrinsecamente molto piccola.
8.2) Il mio AT5600 fornisce 3400 codici di errore anche se riduco la tensione richiesta dall'HIPOT.
Quali sono i passaggi per risolvere questo problema?
Risposta:
Ci sono cose che potrebbero causare il TRIP 3400 sull'AT5600.
1, Piastra dell'apparecchio utilizzata: l'apparecchio stesso potrebbe essere contaminato o non ha spazio sufficiente per la tensione richiesta. (una buona regola pratica è almeno 1 mm minimo per 1000 V di stallo)
2, una parte davvero brutta.
3, Grande capacità naturale della parte (per trasformatori più grandi - in questi casi aumentare il tempo RAMP UP).
Il meccanismo di sgancio sull'AT5600 durante il test HIPOT si attiva quando viene misurato un cortocircuito o una corrente eccessiva.
Se il viaggio avviene in più parti, che sospetti siano effettivamente "buone", allora dovresti controllare l'apparecchiatura utilizzata.
È possibile testare rapidamente l'apparecchiatura e l'unità effettuando i due test seguenti.
1, eseguire il programma (idealmente 4-5 volte) e direttamente dall'editor AT, con l'apparecchiatura installata ma SENZA UUT installata.
Ci si aspetterà di ottenere un errore nei test di misurazione (ad esempio, R, LS, RLS, Z, MAGI ecc.) poiché non è presente alcuna parte.
Tuttavia, i test HPAC o HPDC programmati dovrebbero essere superati
Se i test HPAC/HPDC falliscono senza l'UUT installata, l'apparecchiatura non isola correttamente i nodi.
Esaminare l'apparecchio per
A, segni di contaminazione sulla superficie superiore.
B, la separazione del cablaggio all'interno dell'apparecchio: i cavi non devono incrociarsi tra loro, poiché ciò potrebbe causare "diafonia"
2, eseguire il programma sull'unità SENZA apparecchio e SENZA UTT collegato.
Come sopra, questo metterà alla prova l'integrità del supporto dell'unità
Ci si aspetterà di ottenere un errore nei test di misurazione (ad esempio, R, LS, RLS, Z, MAGI ecc.) poiché non è presente alcuna parte.
Tuttavia, i test HPAC o HPDC programmati dovrebbero funzionare
Se si verifica un guasto HPAC o HPDC senza che nessun apparecchio sia collegato, contattaci.
8.3) Lo schermo del mio AT5600 lampeggia improvvisamente durante il test HIPOT, la mia unità è difettosa?
Risposta:
Qualsiasi test ad alta tensione (specialmente con segnali più grandi, fino a 3-5 kV), può provocare emissioni EMI attraverso l'aria.
A causa della relativa vicinanza dell'UUT allo schermo dell'AT5600, l'ampio schermo dell'AT5600 potrebbe assorbire questa energia.
Ciò può causare lo sfarfallio dello schermo durante questi test, ma è solo un effetto visivo e non ha alcun effetto sul funzionamento digitale dell'unità.
Finché il test è ancora controllato, mantenuto e l'AT5600 è in grado di terminarlo, questo è un comportamento previsto e non dovrebbe essere motivo di preoccupazione.