Что такое испытание Hi-Pot?

Что касается систем электроснабжения, электрических двигателей, трансформаторов и зарядных станций для электромобилей, они проходят процесс тестирования, называемый “hi-pot тест”, перед выходом с производственного предприятия. Не все покупатели могут знать, что именно включает в себя hi-pot тест, поэтому мы разъясним, что это на самом деле означает. Hi-pot — это сокращение от high potential test, что в своем базовом значении является другим названием для испытания на диэлектрическую прочность. Другими словами, это означает применение напряжения, значительно превышающего рабочее напряжение продукта, и проверку, выдержит ли изоляция это напряжение.

В процедуре испытания на высокое напряжение или диэлектрическую прочность электрическая изоляция и высокое напряжение тестируются в течение 60 секунд. Испытание проводится с применением очень высокого напряжения в диапазоне от 1000 до 3000 вольт переменного тока или от 1500 до 4200 вольт постоянного тока. Процесс включает подачу тока между активной частью тестируемого продукта и заземленными поверхностями или поверхностями внутри продукта. Ток, протекающий через изоляцию, контролируется. Считается, что тест подтверждает, способна ли изоляция, подвергающаяся испытанию, выдерживать чрезмерные всплески высокого напряжения без повреждений изоляции.

Что такое Hi-Pot тест?

Hi-pot тест относится к высоковольтному электрическому испытанию безопасности, которое оценивает практическое напряжение, превышающее нормальное рабочее напряжение изоляционной системы устройства. Начальный этап испытания состоит в определении, способна ли изоляция предотвратить протекание электрического тока от под напряжением электрических цепей на любые поверхности, такие как шасси или другие проводники. Сам термин происходит от “high potential” — что отражает высокое напряжение, используемое в процессе тестирования.

Почему необходимо проводить испытание при напряжении, превышающем указанное при производстве электрического оборудования? Дело в том, что электричество создает всевозможные помехи — например, молнии, переключения и сбои в сети, которые приводят к коротким всплескам напряжения, многократно превышающим стандартное напряжение. Таким образом, изоляция, которая проходит hi-pot тест, может иметь определенные производственные дефекты или повреждения, возникшие в процессе изготовления изоляции. Проведение hi-pot электрического испытания означает создание определенного избыточного напряжения и проверку, выдерживает ли изоляция его, что позволяет выявить дефекты на этапе до появления продукта на рынке.

Hi-pot тест является так называемым тестом «пройдено/не пройдено», который не оценивается баллами и используется на этапах тестирования и производства устройства для обеспечения безопасности конечного продукта.

Как это работает: принцип

Основная идея заключается в применении высокого напряжения между двумя точками, которые должны быть изолированы, и измерении тока утечки, протекающего через изоляцию. Две точки могут быть любыми из следующих:

• Вход питания и земля
• Первичная и вторичная цепи
• Цепь и шасси или открытая металлическая часть
• Питание и заземляющие плоскости на печатной плате

Весь процесс тестирования состоит из четырех этапов:

• Нарастание: начиная с нулевого напряжения, напряжение постепенно увеличивается до целевого значения в контролируемом режиме (обычно этот процесс длится до первой части теста, но также может происходить мгновенно (при тестировании производственных устройств).
• Удержание: напряжение остается постоянным в течение заданного времени – это означает 60 секунд для теста бытового прибора; в то время как для тестирования устройств это будет от 1 до 2 секунд при более высоком напряжении 20%.
• Мониторинг: во время процесса удержания устройство постоянно контролирует ток утечки в изоляции. Идеальная изоляция означает, что напряжение не пропускает ток утечки; в то время как поврежденная изоляция использует слишком много тока или полностью выходит из строя.
• Принятие решения: если ток утечки не превышает лимит и не происходит пробоя, продукт считается исправным, в противном случае продукт считается дефектным.

С точки зрения физического воздействия, тест подвергает изоляцию электрической силе. В результате, если в изоляции есть сквозное отверстие, тонкий участок, загрязнение или неправильное расстояние утечки, электрическая сила обнаружит слабое место и начнет протекать через него.

Стандарты и их применение

Для большинства читателей важными стандартами являются IEC 62368-1 (потребительская электроника, IT), IEC 60601-1 (медицинское оборудование), IEC 61010-1 (лабораторные/промышленные измерения) и IEC 60204-1 (машиностроение — этот стандарт исключительно связан с производственными процессами, такими как автоматизированные станции тестирования для автоматических выключателей). Если вы создаете электрическое оборудование или тестовое оборудование, понимание этих тестов является частью критериев приемки — той же дисциплины, которая регулирует автоматизированное тестирование в наших анализах автоматизированного и ручного тестирования.

Как рассчитывается тестовое напряжение

Напряжение, применяемое во время теста, не является произвольным, так как оно соответствует стандартным формулам, связанным с рабочим напряжением (максимальное среднеквадратичное (RMS) напряжение, присутствующее в изоляции во время стандартной эксплуатации) и классом изоляции:

Напряжение переменного тока относительно напряжения постоянного тока: при применении постоянного напряжения для соответствия пиковому значению переменного напряжения необходимо использовать коэффициент √2 — например, 1,500В переменного тока соответствует примерно 2,121В постоянного тока. Постоянный ток чаще используется в производственных процессах из-за простоты эксплуатации при больших емкостных нагрузках в линии; переменный ток используется для нормативных испытаний благодаря возможности тестировать изоляцию в обеих полярностях, что приближено к реальным условиям.

Следует помнить, что испытательное напряжение никогда не должно превышать номинальное напряжение компонентов цепи, таких как Y-конденсаторы или оптопары и т.д., так как они могут выйти из строя в процессе.

Критерии прохождения/непрохождения: что считается успешным результатом?

Испытание hi-pot считается пройденным, когда не происходит пробоя и ток утечки остается ниже предела стандарта. Типичные пределы:

Следующие 3 признака указывают на отказ:

• Всплеск тока утечки — ток может измеряться от микроампер до миллиампер.
• Отказ испытательного напряжения — разрыв цепи, изоляция больше не цела и становится проводящей.
• Наличие визуальных или акустических признаков, таких как искры, дым или внезапный шум.

Необходимо четко объяснить важное различие между малым, стабильным емкостным током утечки, который возникает постепенно (с стабилизацией во время нарастания напряжения), и пробоем, который происходит внезапно. Типичные показания для таких устройств находятся в диапазоне от микроампер до низких миллиампер — это означает, что они значительно ниже порогового уровня, и прибор показывает стабильные показания в течение времени выдержки.

Hi-Pot тестер против меггера: в чем разница?

Эти два прибора часто путают, но они измеряют разные параметры:

Чтобы упростить, меггер показывает, насколько эффективна изоляция (сопротивление, которое можно контролировать со временем), в то время как hi-pot тестер показывает, достаточно ли хороша изоляция для выдерживания определённого перенапряжения (пройдено/не пройдено). В производстве hi-pot тестирование является обязательным тестом безопасности, тогда как техническое обслуживание опирается на тесты меггером — оба являются компонентами полного процесса тестирования изоляции.

Виды hi-pot тестов и области применения

• AC hi-pot тестирование: стандарт для типовых испытаний — включает постоянное напряжение изоляции в двух полярностях, что максимально приближено к практике.
• DC hi-pot тестирование: широко используется на производственных линиях, оно быстрее, чем AC hi-pot, и не создаёт реактивный ток в процессе; однако оно испытывает всю изоляцию только в одной полярности.
• Типовое испытание (сертификация): включает тест при стандартном напряжении в течение шестидесяти секунд для образцов, представляющих продукт, подлежащий сертификации.
• Рутинный тест: должен проводиться для каждого устройства в течение 1-2 секунд, тестирование при примерно на 20% более высоком напряжении для устранения производственных дефектов (протечки пайки, защемлённые провода и т.д.) без замедления линии.

Эта технология применяется в источниках питания и адаптерах, бытовой технике, двигателях и насосах, трансформаторах, медицинских устройствах и устройствах электромобилей, промышленных машинах, панелях, сборках печатных плат, разъёмах, кабелях и осветительных приборах. В производственном мире hi-pot тестирование является стандартной станцией на автоматизированных сборочных и тестовых линиях — тот же тип интегрированного тестового оборудования используется при производстве автоматических выключателей, рассмотренном в нашем обзоре автоматизированного производства автоматических выключателей вместе с руководством по тестированию выключателей для низковольтной части той же системы качества.

Оборудование и инструменты

Для настройки hi-pot теста требуются следующие элементы:

• Hi-pot тестер (испытатель диэлектрической прочности): это система, которая обеспечивает необходимое напряжение для тестирования и измеряет любые утечки. Следует выбирать модель, способную выдавать выходное напряжение как минимум вдвое превышающее рабочее напряжение тестируемого устройства. Большинство тестов проводится при 5 кВ и выше.
• Испытательные провода и приспособления: провода должны быть рассчитаны на высокое напряжение; кроме того, должен присутствовать изолированный зарядник.
• Безопасность: система должна иметь механизм запуска двумя руками и защитное заземление.
• Система разряда: необходима для DC тестеров для разряда устройства после теста.
• Калибровка: важно, чтобы тестеры регулярно калибровались.

Пошаговая процедура тестирования

• Отключите устройство от источников питания и разрядите его — отсоедините от сети и разрядите ёмкости, чтобы обеспечить нулевое остаточное напряжение на устройстве.
• Подключите тестер — один контакт к корпусу, второй к силовой цепи (часто в тестере есть разъём для такого подключения).
• Программируйте настройки устройства – величину прикладываемого напряжения (с использованием стандартной инженерной формулы), время измерения (минимум 60 секунд для 60-секундных тестов, 1-2 секунды для устройств), предел допустимой утечки и скорость нарастания напряжения.
• Если вы собираетесь проводить испытания постоянным током, убедитесь, что выбрано необходимое значение времени разряда.
• Выполните контроль: напряжение повышается, удерживается, и устройство измеряет ток утечки. Сохраните результат.
• Документируйте: производственная линия сохраняет историю каждого производственного цикла на основе единой системы оценки, основанной на данных, реализованной с помощью автоматизированного проектирования линии.

При первом тестировании необходимо оценить устройство как минимум на одном известном исправном образце, а также на одном неисправном образце для независимой проверки отказа теста — если тестер никогда не сообщает о неисправном выходе, он ненадежен.

Почему тест Hi-Pot может не пройти?

Для производственного отдела отказ hi-pot — это удачное событие, так как он выявляет дефектные свойства продукта. Ответ инженерного отдела должен быть направлен на устранение коренной причины проблемы, а не на корректировку процесса тестирования.

Безопасность и лучшие практики

• Всегда рассматривайте испытательную станцию hi-pot как опасную. Она генерирует тысячи вольт и может передавать опасный ток. Такое оборудование может использоваться только квалифицированными специалистами.
• Обязательно используйте блокировки: двухручное управление и блокировки защитного кожуха, а также видимые сигналы тревоги на испытательных устройствах.
• Не прикасайтесь к устройствам под испытанием во время теста и разряжайте устройства, проверенные постоянным током, перед их обслуживанием.
• Обязательно правильно заземляйте все: испытательное оборудование, испытательный стенд и рабочее место оператора.
• Избегайте влажных условий (рекомендуется 40-60% относительной влажности), чтобы исключить ложные дефекты, вызванные воздействием влаги.
• Обязательно калибруйте испытательное оборудование hi-pot не реже одного раза в год и проверяйте его по эталонным точкам.
• Важно сохранять результаты тестов вместе с серийными номерами оборудования, чтобы иметь возможность отслеживать ход процесса испытаний.
• Обязательно включайте в документацию технические характеристики теста, такие как напряжение, продолжительность, пределы измерений и соответствующий стандарт.

Часто задаваемые вопросы

Какое значение считается проходным при испытании HI POT?

Испытание hi-pot считается успешным, если в течение всего периода тестирования не происходит пробоя и ток утечки не превышает допустимый предел — то есть до 3,5 мА (переменный ток) или 2 мА (постоянный ток) для базовой изоляции согласно стандартам IEC 60950/62368, до 0,25 мА для усиленной изоляции, до 0,1 мА для медицинского оборудования с изоляцией типа BF согласно стандарту IEC 60601 и до 1 мА для автомобильного оборудования согласно стандарту ISO 16750. На практике большинство качественных изделий демонстрируют гораздо более низкие значения (в микроамперах) с устойчивым уровнем, что не указывает на пробой.

В чем разница между меггером и гипотом?

Меггер измеряет сопротивление изоляции в мегомах при низком постоянном напряжении (250–1000 В) — это значение становится все более популярным в области технического обслуживания. Тестер hi-pot работает при высоких напряжениях (1000 В и выше) и измеряет ток утечки относительно порога «пройден/не пройден». Короче говоря, меггер показывает эффективность изоляции; hi-pot — выдержит ли она перенапряжение.

Почему может не пройти испытание hi-pot?

Неудача при испытании hi-pot происходит, когда ток утечки превышен или изоляция повреждена, чаще всего из-за: припоя или проводящей грязи на печатной плате, защемленных проводов или поврежденной изоляции, недостаточного расстояния утечки/зазора, компонентов (например, Y-конденсаторов) с пороговым напряжением ниже напряжения теста, влаги в изделии или поврежденной изоляции обмоток трансформатора/двигателя. Неправильная настройка тестера (слишком высокое напряжение или слишком низкие пределы) также может привести к неправильным результатам — всегда проверяйте настройки согласно стандарту.

Какое еще название имеет испытание hi-pot?

Испытание hi-pot также известно как испытание на диэлектрическую прочность (технический термин, используемый в различных стандартах), испытание высоким напряжением, испытание высокого потенциала, а исторически называлось испытанием вспышкой или испытанием под давлением. “Hi-pot” — это разговорный термин в отрасли, обозначающий испытание высокого потенциала и тот же метод с разными названиями в руководствах, стандартах и производственных разговорах.

Ссылки

• Vitrek — требования и настройка испытаний hipot согласно IEC 60950
• Capel — что такое испытание hi-pot (формулы напряжения, пределы утечки)
• HiPot Tester — руководство по испытанию изоляции с помощью hipot тестера
• JC PCBA — пределы тока утечки hi-pot и оценка пробоя
• IEC 60950-1 / IEC 62368-1 / IEC 60601-1 — стандарты безопасности
• UL & IEEE — требования к испытаниям на диэлектрическую прочность

Заключение

Испытание Hi-pot относится к процедуре, при которой электрически питаемое оборудование проходит тестирование перед тем, как его можно будет признать безопасным; техника включает пропускание очень высокого напряжения через изоляцию для измерения тока утечки, который указывает на то, выполняет ли изоляция свою функцию. Формулы можно выразить следующим образом: рабочее напряжение, умноженное на 2, плюс 1 кг напряжения, относящегося к базовой изоляции согласно требованиям, умноженное на 1,6 кг для усиленной изоляции по тем же правилам, и еще более строго для медицинских устройств; если оборудование проходит тест, это означает, что во время испытания не было обнаружено сбоев.

Испытание Hi-pot и некоторые другие процессы, связанные с производственным процессом, важны для производителей, поскольку все изготовленные единицы проходят тестирование всего за несколько секунд, и все проблемы выявляются: капля припоя, короткий провод или неправильный интервал. Однако испытание Hi-pot должно быть известно только инженерам и закупщикам, так как они должны знать тест Hi-pot и мегатест, чтобы правильно читать результаты и корректно их принимать. Именно такова идея современных автоматизированных производственных решений: правильное проведение испытаний безопасности, каждая единица, каждый раз.