Напруга AC / DC, що витримується. Частина 2

Посилання на сторінку сайту Магазину Gtest(R) з номенклатурою мегомметрів, тестерів ізоляції, а також рекомендовані прилади та статті для подальшої самоосвіти - наприкінці цієї Розділу

2. Яка величина стандартно витримуваної випробувальної напруги?

  Для витримуваних випробувань напруги використовуються три поширені випробувальні напруги: 1) змінна, 2) постійна і 3) імпульсна. Випробування на змінну напругу (АС) найбільш загальноприйнято для стандартних пристроїв, оскільки напруга АС така сама, як і в реальному електричному середовищі. Тестування здійснюється як позитивних, і негативних напівперіодів. Що стосується паразитної ємності ВП (випробуваного пристрою), випробування змінною напругою не викликає проблем із зарядкою та розрядкою. У цьому полягають переваги випробування змінної напруги. Проте випробування змінною напругою також має свої недоліки. Недоліки цього питання пояснимо еквівалентною схемою тесту. Під час випробувань виробничої лінії струм витоку зазвичай використовується як критерій оцінки «Пройшов/Не пройшов». Метою використання випробування постійної напруги є вирішення проблеми, пов'язаної з більшою похибкою вимірювання струму витоку при випробуванні змінної напруги.

  Остання випробувальна напруга - імпульсна. Компанія Impulse зосереджена в основному на тестуванні схем або компонентів пристроїв обмеження перехідних перенапруг шляхом симулювання фактичного зовнішнього формату на лініях передачі та розподілу. Перехідна напруга поділяється на імпульсну та коливальну. Impulse моделює імпульсну перехідну напругу, таку як удар блискавки, а також пристрої, що використовуються на підстанціях та системах передачі та розподілу, такі як автоматичні вимикачі, ізолятори, ізолятори напруги, які необхідно перевіряти цією задіяною напругою. В цілому, випробувальна напруга застосовується для відновлення зовнішнього вигляду фактичного середовища використання чи вирішення тих чи інших проблем тестування.

  3. На який період рекомендується встановлювати час випробування?

  Випробування напругою, що витримується, підрозділяється на стандартно встановлене випробування на етапі НДДКР (Науково Дослідницькі та Конструкторські Розробки) і планове випробування вже при масовому виробництві. Загальноприйняті випробування проходять на стадії НДДКР від вибору ізоляційних матеріалів та складу модулів до прототипу пристрою. Час типових випробувань прототипу становить 60 секунд. Якщо матеріал або модуль підданий маржинальної перевірки, буде проведено експеримент на руйнування. Запитування випробувальною напругою та період випробування припиняються, коли у матеріалі чи модулі виникає пробою ізоляції.

  При планових випробуваннях враховуються виробничі потужності і вартість цих випробувань, тому час випробування зазвичай укладається в 1-3 секунди. Щоб вирішити проблему, яка полягає в тому, щоб час тестування дозволяв виявляти дефектні продукти/артефакти, випробувальна напруга стандартно збільшується на 10–20%. Для певного роду застосувань, у яких ні в якому разі не повинні допускатися помилки або ж у виробників, є високі вимоги до якості, 60 секунд типового випробування, як і раніше, будуть задіяні як період планового випробування.

Примітка. Вищевказаний час випробування передбачає, що на ВП виставлено достатню випробувальну напругу.

Птрібно встановити достатню випробувальну напругу: напруга змінного струму, що витримується, повинна враховувати час, необхідний для встановлення стандартної випробувальної напруги з нуля, а витримувана напруга постійного струму (DC) повинна приймати в розрахунок час зарядки паразитної ємності та ємності фільтра. Характеристики конденсаторів прив'язані до того, що напруга, що змінюється в часі, генерує струм. Конденсатори не передбачають перехідних змін напруги.

З наведеної вище формули (2) очевидно, що зміна напруги впливають дві змінні. Перша змінна – це зарядний струм (I charge), а друга змінна – величина ємності (C).

Враховуючи, що зарядний струм у лінії дорівнює 1 мкА, а паразитна ємність становить 0,0025 мкФ, то якщо ми хочемо встановити на цій ємності напругу 1500 В, то застосовуючи формулу (2) обчислюємо, що напруга, що зростає, кожну 1 секунду становить 400 В. . Отже, для встановлення 1500 вольт потрібно 3,75 секунди, що є фізичним обмеженням.

З усього цього випливає, що перед випробуванням дуже ефективно використовувати вимірювач LCR для вимірювання параметрів еквівалентної ємності ІУ, що допомагає точно підтвердити необхідний час наростання напруги. З цієї концепції можна зробити висновок про присутній недолік щодо випробування, що витримується постійною напругою, що полягає в тому, що час зарядки і розрядки конденсаторів впливатиме на ефективність і точність при виробничих випробуваннях.

4. Як підібрати величину вихідної потужності тестера напруги, що витримується?

Час перейти до питання, що є у питанні 2. Чому необхідне випробування на витримку постійною напругою? А також і причина, через яку помилка вимірювання струму витоку перевищує на період випробування на змінну напругу, що витримується.

Малюнок 4 – Спрощена схема ІП

IR - струм, що протікає через опір ізоляції; IC - струм, що тече через еквівалентну ємність (включаючи паразитну ємність і ємність фільтра); IT - струм витоку, виміряний тестером напруги, що витримується, IC=VTest/XC, XC=1/2πfC. Під час випробування напругою змінного струму, що витримується, частота (f) становить 60 Гц. Коли ємність (C) більша, XC буде менше, IC буде більше, як і помилка струму витоку IT також буде більшою.

Що, якщо натомість використовувати постійний струм? Частота (f) дорівнює 0 Гц, XC нескінченна, а IC дорівнює 0, тому вимірюваний струм витоку IT = IR, тим самим це не призведе до помилок.

Необхідно виставити достатню величину випробувального напруги на опорі ізоляції і струм, необхідний випробувань з допомогою джерела постійного струму, зменшиться, що з інженерів щодо безпечно проти змінним струмом.

Після обговорення точності витримування змінної/постійної напруги еквівалентної схеми можна повернутися до цієї теми. Як підібрати вихідну потужність тестера напруги, що витримується? Вихідна потужність тестера витримуваної напруги вимірюється в ВА і є симбіозом максимальної номінальної випробувальної напруги змінного струму і максимального номінального струму. В даний час на ринку Вимірювальних приладів доступні тестери витримуваної напруги 100 ВА/200 ВА/250 ВА/500 ВА. Якщо використовувати як приклад напруга змінного струму 5000 В, то 500 ВА може гарантувати струм 100 мА, а 200 ВА може забезпечити струм 40 мА. Вихідна потужність фактично залежить від того, яка величина струму потрібна для підтримки випробувальної напруги. Ми очікуємо, що на опір ізоляції буде вмонтовано достатню випробувальну напругу, щоб підтвердити, що за фактом ізоляція хороша. При руйнуванні ізоляції, опір ізоляції, природно, знижується. Якщо струм у цей час недостатній (недостатня потужність), він не може встановити на цьому опорі достатню напругу із величиною, що зменшується.

Це схоже на перемикання джерела живлення постійного струму з режиму CV на режим CC. Коли опір ізоляції дуже велике (струм навантаження малий), а при пробою ізоляції її опір зменшується (струм навантаження стає більшим), то необхідна ємність для його підтримки. Тому для руйнівного експерименту з матеріалами в науково-дослідному підрозділі або тестуванні лабораторії від стороннього виробника знадобиться потужність 500ВА. Для планового виробничого випробування зазвичай використовується модель потужністю 100 ВА. Причина у цьому, що з масовому виробництві відсоток виходу продукту надзвичайно високий. Якщо взяти в якості прикладу опір ізоляції 100 МОм, то для встановлення випробувального напруги 5000 струм навантаження становить всього 50 мкА, а для встановлення випробувального напруги 1500 струм навантаження становить всього 15 мкА, що більш ніж достатньо для потужності 100 ВА. Звичайно, якщо ця змінна напруга, що витримується, то необхідно враховувати вплив еквівалентної ємності.

Тим самим, можна підсумовувати переваги і недоліки випробувань напругою змінного і постійного струмів, що витримується.

Таблиця 1. Переваги та недоліки напруги змінного/постійного струмів, що витримується.

5. Що таке ізолятор та пробій ізоляції?

  У підручниках з електротехніки питомий опір часто використовується для визначення провідників (нижче 10-5 Омм), напівпровідників (питомий опір між провідниками та ізоляторами) та ізоляторів (вище 108 Омм). Якщо дотримуватися цього визначення, то мідь є провідником, а повітря — ізолятором, але з явища блискавки/удару блискавки в природі можна дізнатися, що ізоляція є умовною, поки напруга досить висока, а ізолятор може стати і провідником. З мікроскопічного погляду мідь є провідником, а нано мідь - ізолятором; вуглець – ізолятор, а нано вуглець – провідник. Отже, фізичні властивості на рівнях макро та мікро можуть змінитися. Нижче наведено визначення ізолятора у Вікіпедії: Ізолятор, також відомий як діелектрик або електричний ізолятор, є матеріалом, який перешкоджає потоку електричного заряду. В ізоляторі електрони валентної зони міцно пов'язані довкола його атомів. Цей матеріал використовується як ізолятор або ізоляція в електрообладнанні. Його роль полягає в тому, щоб підтримувати або розділяти окремі електричні провідники, щоб струм не міг проходити через них.

Весь цей опис можна дуже коротко сформулювати так: ізолятор не пропускає струм.

Після розуміння визначення ізолятора буде визначено термін «пробою ізоляції». Нижче наведено вихідний опис пробою ізоляції в UL/IEC 60950-1, розділ 5.2.2: Вважається, що пробій ізоляції стався, коли струм, що протікає в результаті застосування випробувального напруги, швидко збільшується неконтрольованим чином, при цьому ізоляція не обмежує протікання струму.

Визначення пробою ізоляції полягає в наступному: струм, що протікає через ізоляцію, що випробовується, вже може генерувати відповідний струм при підвищенні випробувального напруги (неконтрольоване різке підвищення). Тобто випробувана ізоляція більше не може ефективно обмежувати зростання струму за встановленої напруженості випробувального електричного поля. Газоподібні і рідкі ізоляційні речовини мають оборотність руйнування ізоляції. При зникненні високої напруги, яка раніше викликала пробою ізоляції, ці речовини можуть повернутися в ізоляційний стан, у той час як тверда ізоляція не має такої оборотності. Якщо ізоляція вийде з ладу, це призведе до незворотного ушкодження її ізоляційних властивостей.

(Далі буде)

Магазин Gtest® - офіційний постачальник мегометрів в Україну: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/megaommetr

Магазин Gtest® - авторизований постачальник мультиметрів до України: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/multimetry