Test Hi-Pot per trasformatori
Guida ai test di sicurezza ad alta tensione CA e CC
INTRODUZIONE
I trasformatori sono componenti essenziali nei sistemi elettrici, che funzionano secondo il principio dell'induttanza. Consentono una trasformazione precisa della tensione con un isolamento eccellente, grazie al loro design che separa fisicamente gli avvolgimenti. Nonostante siano una tecnologia matura, i trasformatori sono ancora ampiamente utilizzati per la loro affidabilità, efficienza e facilità di fabbricazione.
Per garantire sicurezza e affidabilità a lungo termine sono necessari test rigorosi, in particolare per verificare l'isolamento tra gli avvolgimenti. Uno dei test più critici è il test Hi-Pot (High Potential), che verifica l'integrità dell'isolamento applicando un'alta tensione al trasformatore. Questo articolo approfondisce le metodologie di test Hi-Pot AC e DC , gli standard di settore e le domande frequenti per aiutarti a comprendere le best practice nei test di sicurezza dei trasformatori.
Trasformatore laminato E-Core con dispositivo di avviamento Voltech montato in AT5600 (sinistra)
Trasformatore SMPS con fissaggio a perno Kelvin Voltech per trasformatori doppi in linea montati in AT5600 (a destra)
Test Hi-Pot: come e perché?
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) Eccellente isolamento grazie alla separazione fisica degli avvolgimenti.
Il test Hi-Pot è essenziale per identificare i difetti di isolamento che sono invisibili durante i test standard a bassa tensione (0-240 V). Questi difetti potrebbero essere dovuti a difetti meccanici come vuoti, crepe nello smalto del filo di avvolgimento o altri guasti dell'isolamento causati durante la produzione, il trasporto o la movimentazione.
I test Hi-Pot vengono eseguiti per garantire che i trasformatori possano resistere a picchi di tensione, correnti di spunto e cambiamenti ambientali come temperatura e umidità, che possono degradare l'isolamento nel tempo. A differenza dei test a bassa tensione, i test Hi-Pot sottopongono ogni trasformatore a tensioni molto più elevate della sua normale tensione di esercizio, garantendo sicurezza e prestazioni a lungo termine.
Determinazione della tensione di prova Hi-Pot
I test Hi-Pot vengono condotti sia durante la fase di progettazione che durante la fase di produzione:
Fase di progettazione : verificare l'idoneità dei materiali e del design prima della produzione in serie.
Fase di produzione : per garantire la coerenza nei processi di produzione.
Gli standard del settore solitamente richiedono di testare i trasformatori al doppio della loro tensione di esercizio, più 1000 V aggiuntivi per motivi di sicurezza.
Ad esempio, un trasformatore progettato per 240 V verrebbe testato a:
Tensione di prova Hi-Pot = (2 x 240 V) + 1000 V = 1480 V
Questo margine garantisce che il trasformatore possa gestire picchi transitori ed effetti di invecchiamento.
Standard industriali per i test Hi-Pot
Storicamente, i test sui trasformatori erano guidati da standard separati quali:
IEC 60950 : Sicurezza delle apparecchiature informatiche.
IEC 60065 : Sicurezza degli apparecchi audio, video e simili.
Tuttavia, questi sono stati sostituiti dallo standard IEC 62368 , che combina protocolli di sicurezza per apparecchiature audio, video e IT. Lo standard più recente enfatizza la sicurezza in tutti i componenti, inclusi i trasformatori, rendendo i test Hi-Pot ancora più critici nella catena di fornitura.
Come si esegue il 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.
Procedura di prova:
- Applicare alta tensione : viene applicata una tensione tra il lato alto (HI) e quello basso (LO) del trasformatore.
- Tempo di permanenza : la tensione viene mantenuta per un tempo specificato (definito tempo di PERMANENZA) per rilevare potenziali guasti dell'isolamento.
- Misurazione della corrente : se la corrente misurata supera un limite predefinito, il trasformatore non supera il test.
Modalità di guasto :
- Flashover : guasto improvviso e catastrofico rilevato da un circuito di interruzione hardware, solitamente indicato da una scintilla visibile o da uno schiocco udibile.
- Guasto di misurazione : se il trasformatore mantiene condizioni stabili ma la corrente supera il limite, si verifica un guasto di misurazione.
Test Hi-Pot AC vs. DC: qual è il migliore?
La scelta tra i test AC Hi-Pot e DC Hi-Pot dipende dagli standard del settore e dai requisiti specifici del cliente.
HPAC (test AC Hi-Pot) :
- Intervallo di tensione: 0-5 KV CA, 50-1000 Hz.
- Pro: tempo di accelerazione più rapido e decadimento della carica più rapido.
- Contro: la misurazione della corrente include effetti capacitivi.
HPDC (prova DC Hi-Pot) :
- Intervallo di tensione: 0-7 KV CC.
- Pro: fornisce una chiara indicazione del flusso di corrente resistiva, eliminando gli effetti della corrente alternata.
- Contro: Tempo di accelerazione più lungo a causa della capacità del trasformatore.
Sia i test HPAC che HPDC sul Voltech AT5600 scaricano automaticamente le cariche residue, garantendo la sicurezza.
Migliori pratiche per i test HIPOT AT5600
Per ottimizzare i test Hi-Pot con Voltech AT5600 , considerare le seguenti best practice:
Tempo di accelerazione
È necessario considerare la velocità alla quale viene applicata la tensione di prova elevata, in modo da ottenere il massimo con un controllo stabile.
Ciò è particolarmente vero per le parti di prova più grandi (ad esempio trasformatori toroidali o laminati E-core), in cui potrebbe essere necessario un tempo di accelerazione di 0,5-2,0 secondi a seconda delle dimensioni e della capacità del trasformatore.
Evitare nodi mobili
Per una migliore pratica, tutti i terminali del componente devono essere selezionati come ALTI o BASSI per evitare che uno qualsiasi degli avvolgimenti fluttui.
I terminali o i nodi non collegati tenderanno a fluttuare verso un potenziale incontrollato, compreso tra il valore basso di 0 V e il valore alto di tensione eccitata.
Dal punto di vista della misurazione, ciò non è auspicabile, poiché questo avvolgimento incontrollato può compromettere la stabilità della misurazione della corrente, già molto bassa, effettuata tra i terminali scelti.
È anche indesiderabile dal punto di vista della sicurezza del test e della protezione dell'unità, poiché gli avvolgimenti flottanti possono rimanere carichi dopo il completamento del test. Di nuovo, questo è particolarmente vero per i trasformatori fisicamente più grandi.
Questa carica potrebbe quindi influire sui 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.
Generatore AT5600 HIPOT e standard IEC
L'AT5600 è progettato per soddisfare i requisiti di prova dei trasformatori IEC 62368-1 e IEC 61010-1 e gli equivalenti UL.
Questi standard non richiedono potenza per i test di produzione hi-pot dei trasformatori, ma specificano solo la tensione di prova e la durata della prova (chiamata anche " 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 ovviamente comporta un notevole miglioramento nella produttività dei test per i produttori, a patto che ciascuno dei progetti specifici sia in grado di sopportare il 20% in più di tensione di prova.
Ovviamente, prima di implementarlo completamente, sarebbe necessario effettuare dei test preliminari in lotti per confermarne l'idoneità.
La norma IEC contiene grafici di derating che spiegano più in dettaglio la riduzione consentita del tempo di prova, a fronte del corrispondente aumento della tensione di prova necessaria.
Il generatore AT5600 HIPOT ha una potenza nominale di 250 VA .
Anche con una capacità di avvolgimento pari a 10nF, la corrente richiesta a 5 kV 60Hz è di soli 19,1 mA, corrispondente a un fabbisogno di VA di soli 96 VA, quindi il 250VA ha una capacità in eccesso sufficiente per generare le tensioni richieste anche per i trasformatori più grandi.
Risoluzione dei problemi di test Hi-Pot - FAQ
Q1) Ho testato la stessa parte con due AT5600, entrambe le unità leggono in modo diverso per l'HPAC/HPDC
Unità 1 - 3,2 uA
Unità 2 - 10,0 uA
Gli AT5600 non leggono la stessa piccola corrente, cosa dovrei fare?
Risposta:
Come per qualsiasi misurazione elettrica, man mano che il segnale tende a zero, il possibile errore nella lettura aumenta.
Le misurazioni HI-pot, per loro stessa natura, misurano correnti molto piccole.
Un trasformatore ideale dovrebbe fornire una lettura di corrente HIPOT pari a zero.
È un errore comune pensare a queste misurazioni come a una lettura DCR più tipica, ad esempio di 2 ohm, per la quale ci si aspetta stabilità e ripetibilità.
Tuttavia, poiché la corrente è molto bassa, è possibile 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 i risultati dovrebbero 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.) potrebbe causare letture di corrente eccessive, superiori ai limiti o addirittura un sovraccarico di corrente / 3400 per parti veramente difettose.
Alcuni produttori di apparecchiature di prova scelgono di restituire i risultati inferiori a un numero stabilito (ad esempio 20 µA) come un fisso "0,00", ma noi abbiamo scelto di riportare sempre un numero come prova di misurazione, anche se risultati così piccoli possono essere soggetti a una tolleranza di errore elevata (ad esempio +/- 100%).
È quindi normale ottenere valori HPAC/HPDC leggermente diversi su diverse unità AT nei casi in cui la parte sottoposta a test è un buon isolatore e la misurazione della corrente è intrinsecamente molto piccola.
D2) 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 di fissaggio utilizzata: il fissaggio stesso potrebbe essere contaminato o non avere abbastanza spazio per il distanziatore di tensione richiesto. (Una buona regola pratica è di almeno 1 mm minimo per distanziatore da 1000 V)
2. Una parte veramente brutta.
3. Grande capacità naturale del componente (per trasformatori più grandi, in questi casi aumentare il tempo di RAMPA DI ACCENSIONE).
Durante il test HIPOT, il meccanismo di attivazione dell'AT5600 si attiva quando viene misurato un cortocircuito o una corrente eccessiva.
Se il viaggio si svolge in più parti, che ritieni siano effettivamente "buone", allora dovresti controllare il dispositivo utilizzato.
È possibile testare rapidamente il dispositivo e l'unità eseguendo i due test seguenti.
1. Eseguire il programma (idealmente 4-5 volte) direttamente dall'AT Editor, con l'attrezzatura montata ma SENZA l'UUT montata.
Ci si aspetta di ottenere un fallimento nei test di misurazione (ad esempio, R, LS, RLS, Z, MAGI ecc.) poiché non è presente alcuna parte. Tuttavia, un test HPAC o HPDC programmato dovrebbe essere superato
Se i test HPAC/HPDC falliscono senza alcun UUT installato, significa che il dispositivo 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 può causare "interferenze"
2. Eseguire il programma sull'unità SENZA dispositivo e SENZA UTT connesso.
Come sopra, questo testerà l'integrità dell'unità.
Ci si aspetta che i test di misurazione (ad esempio R, LS, RLS, Z, MAGI ecc.) non superino il test poiché non è presente alcuna parte.
Tuttavia, i test HPAC o HPDC programmati dovrebbero superare
Se si verifica un guasto all'HPAC o all'HPDC senza alcun apparecchio collegato, contattateci.
D3) Lo schermo del mio AT5600 inizia a tremolare improvvisamente durante il test HIPOT. L'unità è difettosa?
Risposta:
Qualsiasi test ad alta tensione (in particolare con segnali di grandi dimensioni, fino a 3-5 kV) può causare emissioni EMI nell'aria.
A causa della relativa vicinanza dell'UUT allo schermo dell'AT5600, il grande schermo dell'AT5600 potrebbe captare questa energia.
Ciò può causare uno 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 controllato, mantenuto e l'AT5600 è in grado di completarlo, questo è un comportamento previsto e non dovrebbe essere motivo di preoccupazione.
Voltech AT5600: test Hi-Pot avanzati per una sicurezza affidabile dei trasformatori
Il Voltech AT5600 è un tester per trasformatori avanzato progettato per soddisfare gli standard del settore per Hi-Pot 
test. Con un'elevata capacità di potenza di 250 VA, può gestire anche i trasformatori più esigenti con capacità fino a 10 nF. L'AT5600 supporta test Hi-Pot sia AC che DC con funzioni intelligenti come resistori di spurgo automatizzati per sicurezza e velocità di test.
Utilizzando AT5600 , i produttori possono garantire la conformità agli standard IEC, ridurre i tempi di prova e ottenere risultati coerenti e affidabili, rendendolo la soluzione ideale per i test di sicurezza dei trasformatori