Chroma 19501- Kフォトカプラ⽤部分放電 試験器は、AC 耐圧試験と部分放電検出機能 を備えた装置で、0.1k V〜10 kV のAC 出⼒、0.01 µ A〜300 µA のリーク電流 、 1 p C〜 2000 pC の部分放電検出範囲で測定します。⾼電圧半導体コンポーネントおよび⾼絶縁材料 の試験にむけて設定された試験器です。
19501-Kの製品設計は、IEC 60270 -1 規格、特に⾼電圧の部分放電試験要件に準拠しています。狭帯域測定技術を採⽤してPDテストを実⾏し、測定結果をpCで表⽰することで、デバイス（ DUT） テスト結果を分かりやすくしています。
IEC 60270-1に加えて、19501-KはIEC 60747-5-5 およびVDE 0884 にも準拠しています。IEC 60747-5-5 ではフォトカプラの製造テスト要件を満たし、簡単な操作でテストを実⾏することが出来ます。
固体絶縁体では、絶縁層にエアギャップ（微⼩な空間）や不純物が混⼊していると、定格⾼電圧下ではそれらを中⼼とした⾼電界強度の部分放電が発⽣します。継続的な部分放電は周囲の絶縁材を劣化させ、製品の⻑期信頼性に影響を与え、安全上の問題となります。
部分放電によるフォトカプラなどの電⼒システムで使⽤される安全部品の⻑期的な損傷は、絶縁不良を起こし、潜在的な危険を抱えることになります。
ただし、IEC60747-5-5規格では、通常の動 作環境では部分放電が発⽣しないように、製造⼯程での部分放電試験（ ルーチン試験）は100％実施し、最⼤絶縁電圧下で5pC以下の放電容量にしなければならないと規定されています。
19501-Kによって⾼電圧フォトカプラ、⾼電圧リレー、⾼電圧スイッチなどの⾼絶縁耐⼒部品の⾼電圧テストと部分放電検出を⾏い、製品の品質と信頼性を保証します。
部分放電とは、絶縁システムのごく⼀部の局所的な絶縁破壊で、電界強度が2つの導体間の空間を橋渡しするものではありません。
19501-Kは、ある条件下でDUTに電圧を印加し、⾒かけの部分放電（PD）を測定します。過渡⾼電圧（耐圧試験）に耐える能⼒の検証に 加えて、定格動作電圧での絶縁の完全性も検証します。部分放電試験では、最⼤定格電圧をわずかに上回る電荷を印加することで、電気部品 に異常なエアギャップがあるかどうかを検出することができます。また、通常の電圧条件での⻑期信頼性も試験します。実際の製造時に絶縁材の内 部に100%のエアギャップがない製品を作ることは不可能ですが、IEC60747-5-5のフォトカプラ規格では、部分放電試験では放電容量が 5pC(qpd=5pC)を超えてはならないと規定されています。
部分放電発⽣のメカニズム⾼動作電圧下で固体絶縁体内にボイドが存在する場合
- 空気の誘電率が絶縁材料の誘電率よりも低く、ボイド電 界強度が通常の絶縁よりも⾼くなります。
- そして、空気の絶縁耐⼒は絶縁材よりも低く、ボイド内での部分放電の発⽣させるのを容易にしてしまいます。
Ca：固体の残り部分の等価容量
Cc：エアギャップの等価容量
Cb：直列固体とボイドの等価容量
部分放電試験器は、少量の放電量を測定するために使⽤されますが、その信号は⾮常に⼩さく⾼速です。したがって、⼯場出荷前に部分放電試 験器を正確に校正して、放電が発⽣したときに⾼周波信号を正しく測定できるようにしなければなりません。IEC 60270-1に記載されている部分 放電の校正標準⽅法は、規格として明確に⽰され、説明されています。19501-Kも、この企画の要件に従って設計されています。 校正器で使⽤する標準コンデンサCoは通常低電圧コンデンサであるため、部分放電の校正を⾏う場合、部分放電試験器は電源なし状態で校正 されるため、校正は部分放電測定回路に対してのみ⾏われます。また、校正をを有効に⾏うためには、校正器で使⽤する標準静電容量Coが0.1 Ca未満、パルス等価放電量qo = VoCoでなければならないと説明されています。 下記図面をご参考してください。
U：⾼電圧源
Z： フィルタ
Ca：DUT
Ck：カップリングキャパシタ
Zm：⼊⼒抵抗測定システム
CD：カップリングデバイス
Cc：接続ケーブル
MI：測定器具
PG：ステップ電圧発⽣器
V0：ステップ電圧
19501-Kは200pCと2000pCの2つの測定レンジをもつ⾼精度の部分放電試験器です。 1pCから2000pCまで測定でき、200pCレンジの最⼩分解能は0.1pCです。⾼精度測定だけでなく、測定結果を画⾯上にわかりやすく表⽰するレイアウトによって、製品デバイスの部分放電の評価と分析を容易に⾏うことができます。
部分放電試験器には、⼩さな放電を測定するための狭帯域フィルターが組み込まれています。しかしラボでの製品開発評価で使⽤されている機器 と異なり、⽣産ラインでは⾃動化機械コントロール、モーターの動き、⾼周波放射などノイズや⼲渉を受けるため、部分放電の測定と評価に影響を 及ぼします。部分放電試験器の測定回路が⾼周波放射によって妨害される影響を削減あるいは防ぐことは、メーカーおよび⾃動化製品のサプライ ヤにとって⼤きな問題です。 部分放電は通常はナノ秒（nS）で⾼速に発⽣します。信号は⾮常に⼩さいため、試験器は周囲の⾼周波放射の影響を受けやすく、測定エラーを起こしやすい環境です。PD容量を正確に測定し、⾼周波放射の⼲渉を回避することは、部分放電試験器を設計するための技術的な課題です。
▲ ⼲渉防⽌構造設計
クロマ社は環境中での⾼周波放射の⼲渉が避けられないことを認識しているため、19501-Kでは測 定部と表⽰部を分離した設計を採⽤しています。その着脱式テストモジュールは、⻑いケーブルによる⼲渉を軽減するために最も近い距離でDUTを測定する構造になっています。⼀⽅、測定回路はテス ト端の最短ループの差込プローブと低電圧回路端の周囲放射を絶縁するための銅リングという信号分 離設計を採⽤、PD測定回路が外部ノイズによって⼲渉されないようにしています。
▲ Chroma 19501-K
19501-K︓測定精度を確保するために、⾼周波放射からの⼲渉を低減するた めの独⽴した構造設計を採⽤しています。
▲ 他のPD試験器
テストケーブルを延⻑してDUTに接触させているため、周 囲環境での⾼周波放射による⼲渉が発⽣し、測定が不正確になります。
フォトカプラ規格向けアプリケーション
IEC 60747-5-5では、フォトカプラに関連する電気安全要求事項及び試験⽅法が明確に定義されています。部分放電試験器はフォトカプラ部 品を安全に使⽤するための指標を提供します。19501-Kは、規格に定められているフォトカプラ⽣産における部分放電試験を100％実施しなけ ればならない電気安全試験要件と試験⽅法に準拠したテストが⾏うことができます。部分放電試験の電圧は、最⼤絶縁動作電圧または最⼤繰 り返し絶縁ピーク電圧（いずれか⾼い⽅）に1.875倍をかけた値を部分放電試験電圧としています。計算式は以下の通りです。
IEC 60747-5-5/VDE 0884 規格準拠試験
19501-Kはフォトカプラ産業で要求されるIEC60747-5-5規格びの試験⽅法（b1）、（b2）、（b3）を搭載しています。 プログラム編集を容易にするために視覚的な表⽰を採⽤しており、試験の設定の使い勝⼿が⾮常に⾼くなっています。
▲ 方法 (b1)
▲ 方法 (b2)
▲ 方法 (b3)
3段階電圧テスト
フォトカプラ試験および部分放電試験に適合していることに加えて、⼀部のメーカーでは製造時の適合要件として、製品の品質の追求とより厳密な内部品質管理を維持するために、 PD検出を伴う耐圧試験としてより⾼い試験電圧を印可します。ただし、メーカー独⾃の厳密 な試験を⾏った後に、製品が通常の規格要件に準拠していることを確認するには、規格で指定された電圧（Vpd）まで下げる必要があります。19501-Kはそのニーズに対応するため、独⾃の3段階電圧テスト機能を備えています。
PD⽋陥カウント機能
部分放電試験器は絶縁品質試験を⾏うするときに、製品に⽣じる微⼩放電を正確に測定できなければなりません。PDが発⽣する時、信号 は⾮常に⼩さく、環境内の⾼周波放射によって⼲渉されて、誤った測定になる危険性を持っています。19501-Kは外部⼲渉による誤判定を 減らすために、測定された放電容量が周辺環境ではなくDUTからの発⽣したことを保証するPD⽋陥カウント機能を備えています。
部分放電試験器が絶縁体に⾼電圧を印加すると、絶縁体の放電容量は電圧変化に追従して定期的に放電します。したがって、放電容量 は環境内の⾼周波ノイズに⽐べて⽐較的安定しており、継続的なものとなります。19501-Kは連続する4つの電圧半波期間で連続して⽣成 される放電容量を計算し、最⼤放電容量を超えると放電1回とカウントするように設計されています。放電が連続して発⽣しない場合、PD⽋ 陥カウントはゼロにリセットされ、設定された数を超えるまで再カウントしたのち、テスト結果がNGであると判断します。
▲ 例 - PD⽋陥カウント数を5に設定
⾼電圧コンタクトチェック機能（HVCC︓High Voltage Contact Check）
⾼電圧出⼒時の⾼絶縁部品のコンタクトチェックは⾮常に重要です。クロマ独⾃のHVCC（High Voltage Contact Check）機能は⾼ 電圧出⼒時にケルビン測定を⽤いて⾼絶縁部品のコンタクトチェックを⾏うことで、試験の信頼性と⽣産性の向上を同時に実現します。配線回路図は以下の通りです。
