Mọi thanh cái nhiều lớp rời nhà máy sau một thử nghiệm điện môi. Rất ít người mua nói được đã áp điện áp nào, trong bao lâu, ở tốc độ tăng nào, và liệu dòng rò có được ghi lại hay không. Bốn dữ kiện đó là khác biệt giữa một thử nghiệm bảo vệ khách hàng và một con dấu trên phiếu luân chuyển.
Mọi thanh cái nhiều lớp rời nhà máy sau một thử nghiệm điện môi. Rất ít người mua nói được đã áp điện áp nào, trong bao lâu, ở tốc độ tăng nào, và liệu dòng rò có được ghi lại hay không. Bốn dữ kiện đó là khác biệt giữa một thử nghiệm bảo vệ khách hàng và một con dấu trên phiếu luân chuyển.
Một thử nghiệm chịu điện môi áp một điện áp trên điện áp làm việc trong một thời gian xác định và quan sát xem cách điện có đánh thủng hay không. Nó là một kiểm tra đạt/trượt cho các khuyết tật thô: một lỗ kim trên màng, một đường dẫn dọc mép, một lỗ rỗng ion hóa ở ứng suất thử, hay một vật cầu nối giữa các lớp.
Cái nó không chứng minh là độ bền. Một thanh sống sót 60 giây ở điện áp thử vẫn có thể chứa các lỗ rỗng phóng điện ở một điện áp thấp hơn suốt nhiều năm, từ từ mòn điện môi cho tới khi cách điện hỏng trong vận hành. Khoảng trống đó là lý do phép đo phóng điện cục bộ tồn tại, và lý do một tiêu chuẩn nghiệm thu chỉ hipot là không đầy đủ cho bất kỳ thanh nào sẽ thấy một điện trường cao liên tục.
Thử nghiệm cũng không phải một thay thế cho chất lượng chế tạo. Một thanh chế tạo tốt vượt dễ dàng; một thanh chế tạo kém có thể vượt may rủi và trượt ở chiếc tiếp theo. Thử nghiệm bảo vệ khách hàng khỏi chiếc hỏng, không phải khỏi quy trình hỏng.
Nhìn từ phía thiết kế về chế tạo không phóng điện được đề cập trong thiết kế không phóng điện cục bộ.
Điện áp thử được dẫn xuất từ điện áp cách điện định mức của cụm và tiêu chuẩn mà cụm được xây theo, không do xưởng gia công tự chọn. Với các cụm tủ điện và thiết bị đóng cắt hạ áp, IEC 61439-1 định nghĩa các tính chất điện môi và việc kiểm chứng tương ứng, và các giá trị thử co giãn theo điện áp cách điện định mức chứ không theo điện áp làm việc của ứng dụng.
Hệ quả thực tiễn là một thanh định mức cho một DC-link 1.000 V được thử ở một giá trị cao hơn 1.000 V đáng kể — thường trong khoảng kilovolt thấp — bởi thử nghiệm nhằm chứng minh biên độ, không tái tạo ứng suất vận hành. Dùng điện áp làm việc làm điện áp thử là một lỗi phổ biến trong các đặc tính viết nội bộ, và nó tạo ra một thử nghiệm mà hầu như không gì trượt.
Đối với các linh kiện bên trong một cụm đã chứng nhận, chứng nhận của cụm có thể định nghĩa thử thông thường, và thử nghiệm của nhà cung cấp linh kiện nên nhất quán với nó chứ không tự bịa riêng. Khi tiêu chuẩn của khách hàng và thói quen của xưởng gia công khác nhau, bản vẽ nên trích dẫn tiêu chuẩn và điều khoản, để sự khác biệt được giải quyết trên giấy trước lô hàng đầu tiên.
Một sai lầm phổ biến ở các nhà thiết kế trẻ là chọn điện áp thử bằng cách nhân điện áp làm việc với hai, mà không tham chiếu bất kỳ tiêu chuẩn nào. Cách làm này có thể vô tình đặt điện áp thử quá thấp, bỏ sót các khuyết tật tiềm ẩn, hoặc quá cao, làm hỏng các lớp cách điện vốn vẫn ổn. Quy tắc an toàn là luôn tra bảng trong IEC 61439-1 hoặc tiêu chuẩn tương ứng cho cấp điện áp cách điện định mức của cụm, rồi ghi rõ giá trị và điều khoản trên bản vẽ mua hàng. Khi không có tiêu chuẩn rõ ràng, thỏa thuận trước giữa nhà mua và nhà cung cấp về điện áp thử và hồ sơ là điều bắt buộc, không được để ngầm định.
Khung tiêu chuẩn được lập chỉ mục trong trung tâm tiêu chuẩn.
Điện áp thử AC là lựa chọn quy ước bởi nó ứng xửng cách điện ở cả hai cực và dễ tạo ra ở mức cần thiết. Thử DC được dùng ở nơi hệ cách điện thực sự vận hành dưới DC, và ở nơi điện dung của một chồng nhiều lớp lớn làm thử AC không thực tế hay nơi phân bố điện trường DC quan trọng.
Hai cái không tương đương. Một thử DC ở cùng giá trị đỉnh áp một ứng suất liên tục có thể tích điện cho các giao diện và tạo một phân bố điện trường khác AC, và nó có thể bỏ sót các khuyết tật phản ứng với đảo cực. Một thử AC ở cùng giá trị RMS áp một đỉnh cao hơn, đó là lý do các tiêu chuẩn nêu rõ chúng muốn loại nào và ở giá trị nào.
Với một thanh sẽ sống trên một DC-link, có một lập luận để thử cả hai: một thử AC thông thường để phát hiện khuyết tật, và một thử DC hay một phép đo phóng điện cục bộ thiên lệch DC để mô tả hành vi dưới điện trường vận hành thực. Phép thứ hai không phải một thử sản xuất; nó là một thử công nhận thiết kế, và nó thuộc về hồ sơ thử loại.
Một thử nghiệm áp toàn bộ điện áp theo một bậc nạp cách điện đột ngột và có thể tạo ra một quá độ hoặc làm ngắt giới hạn dòng rò, hoặc tệ hơn, khởi phát một phóng điện mà không xảy ra dưới một tốc độ tăng có kiểm soát. Các tiêu chuẩn thường chỉ định một tốc độ tăng qua vài giây, một giữ ở mức thử trong một thời gian xác định — thường một phút cho thử loại và một thời gian ngắn hơn cho thử thông thường — và một xả có kiểm soát ở cuối.
Thời gian giữ tồn tại để cho các quá trình chậm phát triển. Một lỗ rỗng sắp ion hóa thường sẽ làm vậy trong vài giây đầu; một đường bề mặt sắp rò cần lâu hơn. Một thử thông thường một giây là một tiện ích sản xuất, và nó chỉ đủ khi quy trình ổn định và thiết kế đã được thử loại ở thời gian đầy đủ.
Việc xả ở cuối quan trọng cho an toàn người vận hành và cho thử tiếp theo. Một chồng nhiều lớp có điện dung lớp-lớp lớn giữ điện sau khi nguồn bị ngắt, và một thanh bị cầm trước khi xả có thể giật một cú hoặc tia lửa làm hỏng bề mặt cách điện. Đồ gá thử nên gồm một điện trở xả và một chỉ báo nhìn thấy được rằng mạch đã chết.
Thực tế tại các phòng thử cho thấy, nhiều tai nạn nhỏ xảy ra không phải trong lúc cấp điện áp cao, mà sau khi thử xong, khi nhân viên tưởng đã an toàn và chạm vào đầu nối. Điện tích còn lại trong tụ điện và trong chính lớp điện môi của thanh có thể gây một cú giật đủ mạnh để làm người vận hành giật mình và làm rơi bộ phận, hoặc tạo tia lửa ở nơi không khí có thể chứa hơi dung môi. Vì vậy quy trình an toàn không thể thiếu: sau khi cắt nguồn, luôn đợi ít nhất một thời gian xả theo thiết kế đồ gá, đo bằng đồng hồ rằng điện áp đã về gần không, rồi mới cho phép chạm vào thanh.
Phạm vi nghiệm thu phía người mua được thảo luận trong khung so sánh báo giá.
Hầu hết bộ hipot hiển thị dòng rò, và hầu hết người vận hành chỉ nhìn đèn đạt. Giá trị dòng rò mới là con số nhiều thông tin: một thanh có dòng rò ổn định, thấp xuyên suốt thời gian giữ đang ứng xử như một tụ điện, trong khi một thanh mà dòng rò leo đều đang lộ một khuyết tật ion hóa hay một đường bề mặt đang nóng lên.
Một tiêu chuẩn nghiệm thu hữu ích ghi lại dòng rò ở đầu và cuối thời gian giữ, đặt một giá trị tối đa, cộng một quy tắc rằng giá trị không được tăng quá một phần trăm xác định. Quy tắc đó bắt được thanh vượt ngưỡng đạt/trượt nhưng đang trên đường hỏng.
Dòng rò cũng phụ thuộc ẩm và nhiệt độ. Một thử nghiệm thực hiện trong một phòng khô, mát có thể đánh giá thấp dòng rò mà cùng thanh đó sẽ thấy trong một container ẩm. Nếu giới hạn nghiệm thu chặt, điều kiện thử nên được ghi lại, và giới hạn nên đặt với môi trường xấu nhất dự kiến trong tâm trí.
Phóng điện cục bộ là một đánh thủng cục bộ không bắc cầu cách điện. Nó xảy ra trong các lỗ rỗng, tại các mép vật dẫn, dọc các giao diện tách lớp, và tại ranh giới giữa các vật liệu khác hằng số điện môi. Mỗi sự kiện chuyển một lượng điện nhỏ, và hiệu ứng tích lũy qua nhiều năm mòn điện môi cho tới khi nó hỏng.
Phép đo được biểu diễn bằng picocoulomb, và giới hạn nghiệm thu được đặt ở một bội số xác định của điện áp làm việc — thường 1,2 đến 1,5 lần — với một nền nhiễu nền được chỉ định. Một thanh không cho thấy phóng điện trên, chẳng hạn, 5 pC ở 1,2 lần điện áp làm việc là một sản phẩm khác với một thanh cho thấy 50 pC.
Phép đo nhạy cảm với bố trí thử: tụ ghép, che chắn, nối đất và nhiễu môi trường đều ảnh hưởng kết quả. Một thử phóng điện cục bộ thực hiện trên một bàn cạnh một bộ hàn không phải một phép đo; nó là một con số. Đồ gá và mức nền thuộc về hồ sơ thử.
Trong thực tế, sự khác biệt giữa một phép đo PD có giá trị và một con số vô nghĩa thường nằm ở cách bố trí mặt đất. Một dây nối đất lửng, một màn che không tiếp xúc tốt, hay thậm chí sự thay đổi vị trí của bàn kim loại trong phòng đều có thể làm nền nhiễu tăng gấp đôi. Vì vậy, mỗi dây chuyền thử nên được lập một quy trình cố định: vị trí đồ gá, độ dài dây, cách nối đất, và vị trí thiết bị đo không được thay đổi tùy tiện. Khi cần thay đổi, phải đo lại nền và điều chỉnh giới hạn nghiệm thu tương ứng.
Điều trị ở cấp ứng dụng nằm trong phóng điện cục bộ.
Bốn vị trí giải thích phần lớn hoạt động phóng điện. Mép của lá vật dẫn, nơi điện trường tập trung và màng mỏng. Giao diện giữa màng và lớp bít hay phủ, nơi một lỗ rỗng có thể hình thành trong quá trình đóng rắn. Đầu cuối, nơi hình học vật dẫn đổi đột ngột và cách điện thường mỏng hơn. Và bất kỳ lỗ khoan hay mép cắt nào nơi một ba hay tách lớp tạo một túi khí.
Thiết kế chống lại những điểm này là vấn đề hình học và quy trình: làm tròn mép lá nơi điện trường cao nhất, kiểm soát độ chồng tại ranh giới, đảm bảo lớp bít thấm ướt bề mặt mà không giữ khí, và giữ sự chuyển tiếp đầu nối từ từ chứ không bậc thang.
Các kiểm soát quy trình quan trọng là độ sạch trước ép lớp, chu kỳ ép có kiểm soát, và một hồ sơ đóng rắn không thải khí vào chồng. Một lỗ rỗng hình thành trong quá trình đóng rắn thì vô hình với thử hipot và hiện hình với phép đo phóng điện cục bộ, đó là lập luận để làm cả hai trên bài đầu của mọi thiết kế chồng mới.
Các lựa chọn vật liệu và lớp làm dịch chuyển điện áp khởi phát nằm trong lựa chọn điện môi.
Một thử điện môi trên thanh cái là một thử năng lượng cao, và đồ gá nên đối xử nó như vậy: một vỏ hay chốt liên động, một đường xả, một chỉ báo rõ trạng thái thử, và một quy trình ngăn người thứ hai chạm vào thanh trong thời gian giữ. Dây thử nên được định mức cho điện áp và dòng, và đường hồi tiếp nên vững chắc, bởi một hồi tiếp nổi tạo ra các đọc dòng rò thất thường.
Thanh nên được thử trong một điều kiện phản ánh trạng thái lắp càng xa càng tốt. Thử một thanh trần trong không khí rồi lắp nó dựa lên một vỏ kim loại với một khe không khí nhỏ là thử hai hệ cách điện khác nhau. Nếu lắp đặt dựa vào vỏ cho khoảng cách, đồ gá thử nên gồm một mặt phẳng nối đất ở khoảng cách chỉ định.
Cho sản xuất, đồ gá cũng nên bảo vệ thanh: các điểm tiếp xúc không làm xước lớp mạ, các đỡ không làm biến dạng chồng, và một quy trình cầm giữ giữ các đầu nối khỏi bàn. Một thử nghiệm làm hỏng bộ phận không phải một cổng chất lượng.
Chi tiết chế tạo phía sản phẩm nằm trên trang thanh cái điện tử công suất.
Một tiêu chuẩn nghiệm thu sản xuất cho toàn vẹn điện môi có ba tầng. Mọi chiếc: một thử chịu thông thường ở điện áp và thời gian quy định, với dòng rò được ghi và một giới hạn tối đa. Mọi lô: một mẫu phóng điện cục bộ ở bội số điện áp xác định, với kích cỡ mẫu đặt bởi sự ổn định quy trình. Mọi thay đổi thiết kế hay quy trình: một thử loại ở thời gian đầy đủ, với đo PD và một thử đánh thủng trên một mẫu hy sinh.
Các tiêu chí đạt nên được nêu bằng con số chứ không phải mô tả. "Không đánh thủng và dòng rò dưới X mA ở Y kV trong Z giây" là audit được. "Cách điện ở tình trạng tốt" thì không.
Quy tắc làm lại quan trọng ngang tiêu chí. Một thanh trượt thử hipot thường đã bị hỏng nội bộ, và thử lại sau sấy hay làm sạch không phục hồi được cách điện. Xử lý đúng là loại bỏ hay rà soát kỹ thuật, không phải một lần thử thứ hai.
Có một cám dỗ phổ biến trên dây chuyền: khi một chiếc trượt thử hipot, nhân viên sẽ nghĩ rằng do ẩm hay bụi tạm thời, rồi lau sạch, sấy nhẹ, và thử lại. Chiếc thứ hai đạt, và cả lô được giao. Nhưng một khi cách điện đã bị đánh thủng, dù chỉ trong giây ngắn, nó đã tạo ra các đường dẫn carbon nội bộ, và các đường dẫn đó sẽ tiếp tục phát triển dưới điện trường vận hành. Chiếc đó sẽ hỏng sớm tại hiện trường, và khó truy ngược lại lô nào. Vì vậy quy tắc nghiêm ngặt: một chiếc trượt hipot ở lô sản xuất là một chiếc bị loại, không thử lại trên cùng linh kiện.
Thực hành thử thông thường và thử loại trên dây chuyền được mô tả trên trang chất lượng.
Khi các thanh cái chuyển vào các giá 800 VDC và mặt trước máy biến trạng thái rắn điện áp trung thế, tiêu chuẩn nghiệm thu điện môi phải đổi theo ba cách. Điện áp thử tăng theo điện áp cách điện định mức, điều này nâng năng lượng trong thử và tầm quan trọng của đồ gá. Tiêu chí phóng điện cục bộ trở thành bắt buộc chứ không tùy chọn, bởi một điện trường DC liên tục làm mòn phóng điện thành một cơ giới giới hạn vòng đời.
Thay đổi thứ ba là điều kiện thử. Ở điện áp trung thế, nhiễm bẩn bề mặt và ẩm chiếm ưu thế việc chịu bề mặt, nên một thử nhà máy khô có thể đạt một thanh trượt trong lắp đặt ẩm. Tiêu chuẩn nên gồm một thử có điều kiện ẩm trên một mẫu, hay một tiêu chí dòng rò bề mặt đo sau điều kiện.
Các vật liệu theo cùng logic. PET, Nomex và lớp phủ DLF đều ứng xử khác nhau dưới điện trường liên tục, và công nhận nên chạy trên chồng vật liệu thực chứ không trên một mẫu coupon chung. Một vật liệu vượt ở 400 V không tự động được công nhận ở 800 V, ngay cả ở cùng bề dày điện môi, bởi phân bố điện trường và điện áp khởi phát phóng điện cục bộ thay đổi.
Trường hợp giá 800 VDC được đề cập trong thanh cái trung tâm dữ liệu 800 VDC, và trường hợp trung thế trong thanh cái máy biến trạng thái rắn.
Hồ sơ thử nên cho phép một người đọc tái dựng thử nghiệm mà không cần hỏi: mã hàng và serial hay lô, tiêu chuẩn thử và điều khoản, điện áp áp dụng, tốc độ tăng, thời gian giữ, dòng rò đầu và cuối, đạt hay trượt, định danh dụng cụ và ngày hiệu chuẩn, nhiệt độ và độ ẩm môi trường, người vận hành và ngày.
Cho phóng điện cục bộ, hồ sơ thêm bội số điện áp thử, đại lượng đo, mức nền nhiễu và mô tả đồ gá. Cho một thử loại, nó thêm điện áp đánh thủng và vị trí của hỏng, đó là thông tin cải thiện thiết kế tiếp theo.
Hồ sơ này cũng là thứ audit của khách hàng sẽ hỏi, và thứ một cơ quan chứng nhận sẽ muốn thấy khi cụm được đệ trình. Một xưởng gia công tạo được nó mà không phải dựng lại ca làm việc là một xưởng có một quy trình, không chỉ một máy thử.
Kỳ vọng truy xuất được trình bày trong truy xuất nguồn gốc hộ chiếu pin.
Một chiếc trượt ở điện áp thử thông thường thường có một khuyết tật thô: một lỗ kim, một ba dẫn, một màng hỏng khi cầm giữ, hay một lỗ rỗng ép lớp ở mép. Vị trí hỏng nói cho bạn biết cái nào. Một hỏng ở đầu cuối chỉ tới hỏng gia công hay lắp ráp; một hỏng dọc một mép chỉ tới định vị hay cắt tỉa.
Một chiếc vượt thử thông thường nhưng cho phóng điện cục bộ cao có một khuyết tật nhỏ hơn: một lỗ rỗng giao diện, một tách lớp chưa bắc cầu, hay một bề mặt nhiễm bẩn. Đây là hỏng tinh vi hơn bởi nó qua cổng và hỏng trong vận hành. Phản ứng là tăng tỷ lệ mẫu và kiểm tra quy trình, chứ không phải thắt chặt điện áp hipot, vì nó sẽ không tìm thấy nó.
Một chiếc đạt lạnh mà trượt sau chu kỳ nhiệt có một lỗ rỗng mở ra khi nở giãn. Mẫu đó thuộc về thử loại, và cách sửa thường nằm ở quy trình ép lớp hay bít chứ không ở lựa chọn vật liệu.
Cho khía cạnh cơ khí của cùng mối nối, xem nghiệm thu mô-men và kéo và kết nối thanh cái.
Một bộ thử điện môi đọc thấp 3 phần trăm là một bộ thanh nó nên trượt thì lại đạt. Hiệu chuẩn vì vậy là một phần của tiêu chuẩn nghiệm thu chứ không phải một chi tiết bảo trì: dụng cụ nên được hiệu chuẩn đối chiếu một tham chiếu ở một khoảng xác định, và giấy chứng nhận hiệu chuẩn nên truy xuất được và sẵn có khi audit.
Cho sản xuất, kiểm soát hữu ích hơn là một kiểm chứng hàng ngày với một hiện vật đã biết — một tụ tham chiếu hay một hộp thử với dòng rò xác định — xác nhận bộ đang ứng xử trước khi ca bắt đầu. Một bộ trượt kiểm tra buổi sáng bị đưa ra khỏi phục vụ, điều đó rẻ hơn so với phát hiện độ trễ sau một lô hàng.
Phép đo phóng điện cục bộ có một chiều hiệu chuẩn thứ hai: mức nền nhiễu phải được đo với đồ gá đang được cấp điện và thanh đã ngắt ra, và giới hạn nghiệm thu phải nằm thoải mái trên nền đó. Một giới hạn đặt ở 5 pC trong một phòng có 8 pC nền là một giới hạn hoặc làm trượt mọi thứ hoặc bị lặng lẽ bỏ qua.
Tần suất thử theo rủi ro. Thử thông thường trên mọi chiếc, phóng điện cục bộ trên một mẫu lô, thử loại đầy đủ trên các thay đổi thiết kế và quy trình, và một công nhận lại định kỳ — hàng năm, hay sau một thay đổi vật liệu hay quy trình — giữ cho tiêu chuẩn sống chứ không đóng băng nó ở ngày bản vẽ được phát hành. Một tiêu chuẩn không bao giờ được xem xét lại có xu hướng mô tả quy trình như nó đã là, chứ không phải như nó đang là.
Thực tế là một phòng thử có thể vận hành tốt trong nhiều năm rồi dần dần trôi, khi dây kết nối bị mòn, đầu kẹp bị oxy hóa, hoặc bộ khuếch đại trong dụng cụ xuống cấp. Những thay đổi nhỏ đó không làm dụng cụ ngừng hoạt động, nhưng làm nó đọc thấp hơn thực tế, và một lô sản xuất có thể trượt lỗi mà không ai biết. Vì vậy, việc hiệu chuẩn định kỳ không phải là một thủ tục giấy tờ, mà là biện pháp bảo vệ duy nhất đảm bảo rằng các kết quả thử trong nhiều năm qua vẫn còn đáng tin cậy.
Một người mua công nhận một nhà cung cấp thanh cái cho một ứng dụng cao áp có thể học hầu hết điều quan trọng từ ba hồ sơ. Hồ sơ thứ nhất là báo cáo thử loại cho thiết kế chồng cụ thể đó, không phải cho một bộ phận tương tự: điện áp áp dụng, thời gian giữ, mức phóng điện cục bộ, vị trí đánh thủng và mô tả đồ gá. Một báo cáo không có mô tả đồ gá không thể tái tạo.
Hồ sơ thứ hai là hồ sơ thử thông thường cho một lô gần đây, cho thấy các giá trị dòng rò chứ không chỉ con dấu đạt, và trạng thái hiệu chuẩn dụng cụ. Một hồ sơ lô với một dòng đạt đơn lẻ và không số là một hồ sơ được viết sau sự kiện.
Hồ sơ thứ ba là nhật ký thay đổi hai năm gần nhất, bao phủ các thay đổi vật liệu, quy trình và đồ gá. Một nhà cung cấp đã đổi nhà cung cấp màng hay một hợp chất bít mà không chạy lại thử loại thì có một sản phẩm chưa công nhận, ngay cả khi mọi thử thông thường kể từ đó đều đạt.
Ba hồ sơ đó mất một buổi chiều để xem và trả lời các câu hỏi mà một tour nhà máy không thể: liệu thiết kế đã được công nhận, liệu thử sản xuất có tạo ra dữ liệu hay không, và liệu thay đổi có được kiểm soát. Với một chương trình 800 VDC hay điện áp trung thế, chúng đáng được yêu cầu trước RFQ chứ không phải sau lô hàng đầu tiên.
Một thanh cái hỏng lặng lẽ khi một khoảng trống trong cách điện bắt đầu phóng điện. Hướng
Đọc bài viết
Một mối nối chặt chưa chắc đã đúng. Cửa sổ mô-men, giới hạn kéo và quy tắc lấy mẫu biến mộ
Đọc bài viết
Sofia Lindqvist là kỹ sư thử nghiệm cao áp và phóng điện cục bộ với 8 năm kinh nghiệm đánh giá điện môi thanh cái ép lớp. Cô thực hiện đo phóng điện cục bộ theo IEC 60270, thử nghiệm chịu điện áp và chẩn đoán cách điện, đồng thời tham gia xây dựng phòng thí nghiệm cao áp nội bộ của SHANYUAN. Cô có b
Gửi đặc tính dòng, cấp điện áp và loại đầu cực — kỹ sư của chúng tôi phản hồi trong một ngày làm việc.
