Chroma 19501局部放电测试器符合法规IEC 60270-1对局部放电量测要求，降低功率组件发生绝缘质量异常

时间： 2024-06-20 来源：CHROMA官网

技术问答

当绝缘体内存在气泡(Void)或绝缘体间存在气隙(Air gap)时，在正常工作电压下气泡或气隙容易发生局部放电(Partial Discharge，PD)，导致绝缘劣化造成绝缘质量异常，例如：树酯内有气泡或漆包线间的气隙，因为空气的介电系数较低，气泡或气隙的电容量比原绝缘材料低，所以会分到相对高比例的电压，且在相同间隙距离条件下，气泡或气隙的崩溃电压比绝缘材料的低。此类放电发生于气泡或气隙等局部瑕疵，但与其串行之绝缘材仍维持正常的放电现象称之为局部放电。

当对待测物施加足够的测试电压时，利用局部放电侦测功能量测放电的电荷量(pC)，确认待测物的绝缘材料是否有绝缘质量异常的潜在风险。故施加一个略高于组件最高的额定工作电压对组件做局部放电测试，确保组件长时间在正常工作电压下的可靠性(无持续性的局部放电)。

▲图⼀. ⾺达驱动控制线路图

功率组件中的IGBT与SiC-MOSFET被应用于各种领域(譬如：电子产品、工业设备、航空航天、军用设备、铁路设备、新能源、智慧电网、新能源车等)，且经常被使用于高功率/大电流的电源转换/控制线路，工作电压通常都是数千伏特，由于会被切换ON/OFF状态的关系，模块中的闸极(Gate)与集极(Collector)或汲极(Drain)之间，以及模块与散热板之间会出现PWM的高电压差。当高电压跨越在含有气泡、气隙或裂缝的绝缘材料时，就有较大的可能性会发生局部放电，经过长时间的工作后会慢慢使绝缘材料逐渐劣化，进而造成绝缘材料的绝缘失效导致产品损坏。另外，每个模块的闸极(Gate)与射极(Emitter)或源极(Source)之间工作偏压可能是由各别的变压器所提供，而变压器的一二次侧之间也会存在高频的高电压差。当变压器一二次侧的绝缘能力不足，持续性异常放电的突波也可能会使数字控制动作异常及导致晶体管故障。

▲图二. IGBT气隙与裂缝的示意图 ▲图三. 劣化路径的实照

另外，每个模块的闸极(Gate)与射极(Emitter)或源极(Source)之间⼯作偏压可能是由各别的变压器所提供，而变压器的⼀⼆次侧之间也会存在⾼频的⾼电压差〪当变压器一二次侧的绝缘能⼒不足，持续性异常放电的突波也可能会使数字控制动作异常及导致晶体管故障〪

虽然变压器使用的线材本身可能具有足够的耐压能力(譬如 : 耐压3000V的线材)，但是当一二次侧的线圈相邻很近或是靠在一起时，看似线材之间好像可以承受相当高耐压 (譬如 : 6000V)，但实际上可能于一般电压(譬如 : 1000V)⼯作⼀段时间后就发生故障了〪这是因为⼀般线材绝缘⽪的介电系数都远大于空气，所以使空气间隙的跨电压/分压比例相对⾼，当线材之间空气间隙的跨电压达到>350V(在1atm下空气最短距所需的放电起始电压)时，线材之间的局部表面就会开始发生局部放电，由于线材的绝缘皮不会立刻劣化/损坏，所以持续使用一段时间后，线材的绝缘皮才会逐步被碳化，最终导致变压器的一二次侧短路(如图四) 〪

▲图四. 变压器⼀⼆次侧线圈的线材间发生局部放电

光耦合器与数字隔离器被应用于各种需要隔离的环境，当隔离的高电压跨越在含有气泡或裂缝的绝缘材料时，就可能会有足够高的分压在气泡或裂缝上导致发生局部放电。经过长时间的劣化后，因绝缘材料的绝缘失效而导致电压的隔离失效(如图五)。

⼀般的安规耐压测试通常只施加高电压及检测漏电流，并未对局部放电(PD)进行检测，所以较难检测出会发生局部放电的质量异常品，当这些绝缘质量异常的产品实际被使用在正常的工作环境时，虽然并不会让产品立即损坏或是马上造成危险，但却会是产品长期使用的质量议题。若要避免发生此类的质量议题，必须确保在最大⼯作电压条件下无持续性局部放电(PD)。一般法规的建议是以最大绝缘工作电压或最大绝缘重复峰值电压(取电压值较高者) 的1.875倍做为测试电压，在测试的过程中(数秒程度)，局部放电(PD)的放电量需小于某电荷量(譬如: 5pC, 10pC, etc.)，确保产品⻑期使用的质量与信赖性。

▲图五. 光耦合器里存在气泡的示意图

解决方案: Chroma 19501 局部放电测试器 (Partial Discharge Tester)

Chroma 19501系列符合法规IEC 60270-1对局部放电(Partial Discharge；PD)量测的要求，并将法规之测试方法设计于仪器内。可提供AC耐压测试(Max. 10kVac)及局部放电量测(Max. 6,000pC)，能有效的检测出绝缘质量异常的⾼压/功率组件、光耦合器、数字隔离器等，为组件⻑期⼯作的质量与可靠性做把关。

局部放电测试器

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