Chroma 19055 시리즈 Hipot Analyzer는 내전압 테스트 및 분석을 위해 설계되었습니다. 해당 장비는 최대 500VA의 전력과 5kV/100mA의 AC출력값을 제공하며, EN50191 요구 사항에 맞는 부동 출력 기능을 탑재하고 있습니다. (자세한 내용은 어플리케이션 노트를 참고하십시오.)

19055-C는 ACW/DCW/IR 테스트를 지원하며, 추가로 새로이 개발된 CDD(Corona Discharge Detection)기술이 내재되어 있습니다. 또한 BDV(Breakdown Voltage) 분석 기술로 다음의 결함을 감지할 수도 있습니다.

• 코로나 방전 시작 전압 (CSV)
• 플래시오버 시작 전압 (FSV)
• 파괴 전압 (BDV)

Chroma 19055 시리즈는 고주파에서의 접촉 확인(HFCC) 및 시료의 단락/개방 여부를 확인(OSC)하는 기능도 갖추고 있습니다. 이러한 기능으로 테스트의 신뢰성과 효율성을 확보할 수 있습니다.

Chroma 19055 시리즈는 사용자의 조작이 편리하도록 LCD 스크린을 갖추고 있습니다. 게다가, GFI와 부동출력 동작을 지원하기 때문에 사용자가 겪을 수 있는 다양한 전기적 사고를 미연에 방지할 수 있습니다.

내절연 테스트 - 코로나 방전/플래시오버/고장 감지

내절연 테스트에서 부적합이란 무엇을 의미할까요? 대부분의 규정에는 시험 도중 플래시오버와 고장이 발생하는 것을 부적합이라 명시하고 있습니다. 오늘날 절연 제품이나 고전압이 인가되는 제품에 있어서 절연 실패에 따른 전기적 방전 여부를 확인하는 것은 매우 중요합니다. 제품의 전기적 방전과 절연 능력은 별개의 것이 아니기에, 방전 감지는 안전을 위해서 뿐만 아니라 제품의 퀄리티에도 중대한 영향을 끼칩니다. 전기적 방전은 제품을 구성하는 물질의 방전 특성에 따라 크게 다음의 3부류로 나뉩니다. Corona방전, Glow방전 그리고 Arc 방전입니다.

코로나 방전

양 전극 간의 전압이 증가하면 전기장은 강해집니다. 전류에 의해 생성된 전기장의 세기가 공기가 이온화되는 전위차보다 커지게 되면, 절연체 표면에서 일시적인 공기의 이온화가 발생합니다. 그 결과, 가시광선이 생성되며 주변 영역의 온도가 올라가게 됩니다. 장기간의 코로나 방전과 발열은 물질의 질적 변화, 절연체 성능 저하에 이어 결과적으로 절연 파괴를 야기합니다. 아래의 그림1은 고주파 환경에서 감지된 순간적으로 생성된 방전의 모습입니다.

▲ 그림 1: 코로나 방전

글로 방전과 아크 방전

고전압이 절연체에 인가되면 해당 물질의 일부분에 방전이 일어날 수 있습니다. 그러므로 절연체는 기존의 절연성을 상실하고 일시적 혹은 불연속적 방전을 야기합니다. 이는 절연체 내부에 탄소 성분을 형성하며 전도성을 지닌 경로를 만들어내며 결과적으로 제품 손상을 유발합니다. 그림 2에서 보듯이 이러한 글로 방전과 아크 방전은 단순 누설 전류 값으로 확인할 수 없습니다. 누설 전류나 인가된 전압의 변화율에 대한 정보가 필요하며 이는 플래시오버 감지 기능으로 해결할 수 있습니다. 이는 부적합 제품을 걸러내는 데에 사용됩니다. 그러므로 플래시오버 감지 기능은 전기 안전성 검사에서 가장 필수적인 요소라 할 수 있습니다.

▲ 그림 2: 플래시오버 파형

Chroma 19055 시리즈는 코로나 방전, 플래시오버(아크), BDV를 감지할 수 있는 BDV Analyzer 기능을 지원합니다. 이는 연구 개발 및 품질 보증 테스트에서 가장 필요로 하는 요소라 할 수 있습니다.

▲ 그림 3: 방전 레벨 분석(DLA)

BDV 분석

수동 소자에 대한 내전압 시험은 해당 소자의 절연성과 제조 과정에 따라 상이합니다. 덧붙여 절연성을 향상시키려면 코로나 방전, 플래시오버 그리고 BDV의 명확한 기준과 분석이 선행되어야 합니다. 이러한 이유로, Chroma 19055 시리즈는 유저가 분석에 필요한 여러가지 입출력 값과 설정 값들을 프로그래밍 할 수 있는 BDV Analysis기능을 지원합니다.

BDV(파괴 전압) 분석에는 코로나 방전 여부, 플래시오버 발생 여부 그리고 고장 발생을 판단하기 위한 3가지 레벨의 제한 기준을 설정할 수 있습니다. 시험 중 이러한 방전이 발생할 때, BDV 분석을 통해 해당 제한 기준에 따라 결정된 내전압의 크기를 알 수 있습니다. 이러한 전압의 크기는 각각 CSV(코로나 방전 시작 전압), FSV(플래시오버 발생 시작 전압) 그리고 BDV(파괴 전압)를 의미합니다. R&D 담당자는 BDV 분석의 테스트 결과를 수집하여 시료의 절연성에 대한 연구 개발에 적용할 수 있습니다.

접촉 확인 - HFCC(고주파 접촉 확인) 및 OSC(개방/단락 확인, 특허 번호: 254135)

HFCC(고주파 접촉 확인)는 새로운 접촉 확인용 측정 기술입니다. HFCC는 AC/DC 모드에서 수행할 수 있습니다. 약 500kHz의 HFCC 시험은 접촉 확인의 정확성을 향상시키며 제품 생산의 효율성을 높여줍니다.

OSC(개방/단락 확인) 기능으로 시험 중 발생한 개방 회로 (부적절한 연결)와 단락 회로 (단락된 시료)를 발견할 수 있습니다. 전자의 경우는 정확하지 않은 판단을 방지할 수 있으며, 후자의 경우는 단락된 시료가 테스트 장비에 손상을 입히기 전에 해당 시료를 걸러내어 예방할 수 있습니다.

제품의 전기용량(Cx)은 정상조건의 내전압 시험에서 수십 pF에서 수 μF 의 크기를 가집니다. 제품 연결이 불량이거나 연결 케이블이 손상된 경우 장비와 시료 사이에 소규모의 전기용량(Cc, 그림 4.2 참고)이 생기며, 이는 대개 10pF보다 낮습니다. 이 소규모 전기용량(Cc)은 DUT 전기용량(Cx)보다 낮은 총 전기용량(Cm)을 만들게 됩니다. 반대로 단락된 경우는 시료의 전기용량보다 큰 총 전기용량(Cm)을 보입니다. 그러므로 생산 라인에서 전기용량의 최대/최저치를 설정함으로써 부적합 접촉을 보이는 시료를 찾아낼 수 있게 됩니다.

▲ 그림 4.1: 정상 조건

▲ 그림 4.2: 개방 회로 Cm = Cc * Cx / (Cc + Cx) << Cx

▲ 그림 4.3 : 단락 회로 Cm >> Cx

사용자 보호 - 부동 출력 및 접지 장애 차단(GFI)

전기 안전 테스트의 목적은 제품의 사용자를 보호하는 것입니다. 또한 이러한 테스트를 시행하는 중에도 진행자의 안전이 보장 되어야 합니다. Chroma 19055 시리즈는 부동 출력 및 GFI(접지 장애 차단), 두 유형의 보호 메커니즘을 갖추고 있습니다.

시험 수행자가 장비를 안전하게 조작하도록 Chroma는 새로운 보호 메커니즘인 부동 출력 기술을 개발했습니다. 해당 기술은 EN50191(장비 안전 표준)을 준수합니다. 부동 출력의 접지 누설 전류(iH)가 3.5mA 미만이므로, 작동자가 어떤 단자와 접촉하더라도 전기적인 상해를 입지 않습니다. (그림 5 참고)

Chroma가 개발한 GFI(접지 장애 차단)는 사용자를 위한 또 다른 인체 보호 메커니즘입니다. 전류(i1 & i2)가 전류 미터(A1 & A2)에서 측정될 수 있습니다. 전류 차이 iH (i1-i2)가 너무 클 경우 GFI 보호는 출력 전력을 즉시 차단하여 사용자를 보호합니다. (그림 6 참고)

▲ 그림 5: 부동 출력

▲ 그림 6: 부동 출력

Chroma 19055 시리즈는 코로나 방전을 감지하는 기능과 더불어 CSV, FSV 그리고 BDV를 측정할 수 있는 BDV Analysis 기능을 지원합니다. 이러한 기능은 사용자에게 유의미한 데이터를 제공함으로써 제조 제품의 절연성과 신뢰성을 증명 가능케 합니다.

코로나 방전 문제

변압기: 변압기의 1차 코일에서 절연 불량이 발생하면, 사용시 권선 사이에서 코로나 방전이 발생합니다(그림 7.1 참고). 이러한 방전이 반복적으로 발생하면 해당 영역의 절연성은 감소합니다. 예를 들어 대부분의 변압기는 다른 곳에 사용하기 위한 예비용 1차 권선을 비축해 둡니다(그림 7.2 참고). 이 때 1 PIN과 2PIN 사이의 전위차가 750V를 넘어가면 절연 불량(예를 들면, 절연테이프 손상이나 권선 불량)시에 코로나 방전이 사용 중 지속적으로 일어나게 됩니다. 그렇게 되면 1차 권선의 절연성이 감소하며, 결국 에나멜 탄화에 의해 변압기는 타버리게 됩니다.

▲ 그림 7.1: 코로나 방전

▲ 그림 7.2: 1차 권선의 절연 부적합 발생

모터: 전기적 회전 기기(예를 들면, 산업용 모터, EV 전용 모터 등등)는 다양한 습도나 온도에서 장기간 사용이 가능해야 하기에, 높은 내구성과 신뢰성이 요구됩니다. 온도와 습도는 절연 기능에 영향을 주는 핵심 요인입니다. 권선의 두 지점 사이 혹은 권선과 접지 사이에 코로나 방전이 발생하면 온도가 상승하고 물질 특성을 바꾸며 결국 절연 불량을 유발합니다. 이는 CDD(코로나 방전 감지) 기능을 활용하여 절연성을 계발하거나 절연 불량 제품을 걸러내어 해결할 수 있습니다.

▲ 그림 8: 모터에서의 코로나 방전

커패시터, 광 커플러 그리고 절연 물질의 방전 문제: BDV 분석은 고전압 커패시터, 안전 커패시터, 광 커플러 및 절연 물질에 대한 내전압을 검증하는 데 자주 사용됩니다. 제조 공정에서 생긴 절연체 내부의 갭이나 빈 공간은 내부에 또 다른 전기장을 유발하게 되고 이는 곧 코로나 방전을 야기하게 됩니다. 더불어 장기간 사용으로 인해 절연체의 성질이 바뀌며 절연성 부적합의 문제를 유발합니다.

▲ 그림 9: 보이드 방전