تستر های پات ( Hi-Pot Tester )

های پات یا همان Hi-Pot Tester یکی دیگر از تجهیزات بسیار مهم در صنعت برق می باشد که عملکرد آن تا حدودی شبیه به میگر هست . با این تفاوت که هدف اصلی استفاده از این دو دستگاه کاملا با هم متفاوت بوده و الزاما هیچ کدام از این دو وسیله برتری خاصی به هم ندارند . باید دقت کنیم که در جایی که می خواهیم فعالیت کنیم کدام دستگاه مورد نیاز ما خواهد بود.

تستر مقاومت عایقی یا همان میگر , می تواند با اعمال ولتاژ DC و اندازه گیری جریان عبوری از عایق , مقاومت عایقی را محاسبه و وضعیت کیفیت عایق را در آن لحظه بررسی کند.

اما در واقع هدف اصلی استفاده از های پات ( Hi-pot Tester ) بررسی تحمل عایق در برابر ولتاژ آزمون مشخص در زمان مورد انتظار می باشد . اگر تحت ولتاژ مورد نظر و در زمان مورد انتظار مشکلی برای عایق پیش نیامد یا جریان نشتی بیشتر از حد از عایق تجهیز عبور نکند می توان گفت که عایق در آزمون مورد نظر شرایط Pass را دریافت کرده و مشکلی وجود ندارد . اما اگر مشکلی پیش بیاید شرایط Fail را دارد .

بررسی عملکرد های پات در صنعت برق

همان طور که در شروع متن به آن اشاره کردیم هدف اصلی Hi-Pot Tester  بررسی تحمل عایق در برابر ولتاژ آزمون بالا می باشد . البته دقت شود که بر خلاف میگر که برای به دست آوردن عدد صحیح مقاومت عایقی بهتر بود ولتاژ DC برای اجرای تست به دو سر عایق تجهیز مورد نظر اعمال شود , در های پات اجرای تست با هر دو ولتاژ AC و DC امکان پذیر هست که در ادامه بیشتر در این مورد صحبت می کنیم که چه طور دستگاه مورد نظر خود را انتخاب کنید. 

اما در مورد های پات باید بدانیم که دستگاه به تجهیز تحت آزمون , ولتاژ بالا اعمال می کند تا بررسی کند که عایق مورد نظر در زمان مد نظر استاندارد تجهیز , می تواند تحت ولتاژ آزمون بالا در حالت AC یا DC یا هر دو دچار شکست الکتریکی و قوس الکتریکی نشود و اجازه عبور جریان نشتی بیش از حد را ندهد . که در این صورت نتیجه آزمون مورد تایید می باشد.

اما اگر عایق ضعیف باشد در اثر اعمال این ولتاژ بالا می تواند دچار شکست الکتریکی یا Break down  شود .

شاید تا این لحظه این سوال برای شما پیش آمده باشد که اصلا ما چه اصراری داریم که تحمل عایق را در برابر ولتاژ های بالا بررسی کنیم و چه نتیجه ای از این آزمون می خواهیم بگیریم . دلیل انجام این آزمون این هست که ما ببینیم عایق فقط در شرایط عادی کار نمی کند و در برابر شرایط غیر عادی هم تحمل مناسبی دارد و به طور مثال در زمان اضافه ولتاژهای ناشی از سوییچینگ و صاعقه دچار مشکل نمی شود . 

تفاوت HI-POT و میگر

در ابتدای این مطلب عنوان کردیم که عملکرد این دو دستگاه با هم تفاوت دارد و لازم هدف اصلی استفاده از هر کدام از آنها را به خوبی بشناسیم .

هدف اصلی استفاده از میگر اندازه گیری مقاومت عایقی می باشد . اما در مورد های پات هدف اصلی اندازه گیری مقاومت عایقی نمی باشد بلکه هدف بررسی تحمل عایق در برابر ولتاژ آزمون بالا در مدت زمان مشخص می باشد که آیا عایق در آن شرایط دچار شکست الکتریکی می شود یا خیر , اجازه عبور جریان نشتی بیش از حد مجاز تعیین شده را می دهد یا نه .

پس به طور مثال اگر شرایط تست استاندارد برای تجهیز مورد نظر 3KVAC در مدت 60 ثانیه باشد , دستگاه های پات ولتاژ را تا سطح 3KV بالا می برد و در طول تست مواردی مثل جریان نشتی , Arc , Breakdown را در نظر می گیرد . در صورتی که موارد گفته شده پیش نیاید , تست با نتیجه Pass به پایان می رسد و در غیر این صورت حالت Fail برای تست ایجاد می شود .

به طور مثال برای بررسی شرایط Pass یا Fail در هنگام آزمون با های پات توجه کنیم که حد مشخصی را برای عبور جریان نشتی در نظر می گیریم که در صورت عبور جریان نشتی بیش از حد از عایق , نتیجه آزمون Fail می شود. توجه شود که در این حالت ما به دنبال استفاده از مقدار جریان نشتی عبوری از عایق برای محاسبه مقاومت عایقی نیستیم . اما در میگر صرفا دستگاه جریان نشتی عبوری را اندازه می گیرد و با استفاده از ولتاژ تست DC, مقاومت عایق را اندازه می گیرد تا رفتار عایق را بررسی کند .

منظور از Breakdown این است که عایق نتواند تنش الکتریکی ناشی از افزایش ولتاژ بیش از حد را تحمل کند و یک مسیر رسانایی ( یا شکست دی الکتریک ) اتفاق می افتد .

و در نهایت منظور از Arc ایجاد قوس یا جرقه الکتریکی هست , مثلا تخلیه ای که از یک نقطه به نقطه دیگر به صورت قوس اتفاق می افتد . توجه شود که اگر امکان تشخیص قوس در های پات وجود داشته باشد می تواند در صورت وجود قوس الکتریکی تست را قطع کند .

در نهایت برای جمع بندی به این جمله می رسیم که های پات با اعمال ولتاژ آزمون مشخص در مدت زمان تست , پارامترهای Arc , Breakdown و جریان نشتی را در نظر گرفته تا ببیند عایق می تواند شرایط تعیین شده آزمون را تحمل کند یا نه . پس  HI-POT الزاماً منتظر Breakdown نمی‌ماند؛ قرار است قبل از آن، در صورت عبور جریان از حد مجاز یا تشخیص قوس، تست را متوقف کند

نکته قابل توجه این هست که تحت هیچ شرایطی هیچ کدام از این دو دستگاه را نسخه پیشرفته تر دیگری فرض نکنیم و اینکه تصور نکنیم اگر مثلا از های پات استفاده کردیم دیگر نیازی به میگر نداریم .

 به طور مثال ممکن است که برای شرکتی که در زمینه تولید و تست قطعات لوازم خانگی مثل یخچال فریزر فعالیت می کند . در اینجا ممکن است بررسی شود که مثلا قطعه مورد نظر آیا تحمل ولتاژ 2.5KVAC را در مدت 60 ثانیه دارد یا نه . این تست برای برای واحد کنترل کیفیت تولید بسیار مهم است چرا که ممکن است یک قطعه مقاومت عایقی بسیار بالایی داشته باشد اما نیاز باشد تا ولتاژ قابل تحمل آن در شرایط و زمان مورد نیاز هم بررسی شود و اینجا به های پات نیاز پیدا می کنیم .

نکته مهم این هست این دو دستگاه مکمل همدیگر هستند و نه اینکه یکی را نسخه قوی تر دیگری بدانیم و چه بسا که ممکن است همان شرکت همزمان به هر دو دستگاه میگر و های پات نیاز داشته باشد. به طور مثال عایق ممکن است در ولتاژ پایین مقاومت عایقی بسیار خوبی داشته باشد، ولی در ولتاژ بالاتر تحمل دی‌الکتریک کافی نداشته باشد.

می توانیم در نهایت این طور نتیجه گیری کنیم شرط برقراری آزمون بررسی تحمل عایق با های پات اعمال ولتاژ تست مشخص در زمان مشخص است . ضمن اینکه علی رغم اینکه در روش Step Voltage می توانیم درسته که میتوانیم رفتار عایق را به ازای افزایش ولتاز مرحله ای بررسی کنیم اما اساسا هدف اصلی استفاده از میگر با های پات بسیار فرق دارد و برای بررسی تحمل عایق به ازای ولتاژهای بالا به های پات نیاز داریم.

انواع تست HI-POT 

برای استفاده از های پات در بررسی تحمل عایق تجهیز مورد نظر در شرایط آزمون , با ولتاژ DC و ولتاژ AC تست قابل اجرا می باشد . اما در مورد میگر این قضیه فرق دارد و برای اینکه عدد مقاومت عایقی اندازه گیری شده دقیق به دست بیاید بهتر است از تست ولتاژ DC استفاده کنیم .

دلیل وجود هر دو حالت این است که نوع ولتاژ آزمون باید با نوع تجهیز و استاندارد آزمون آن هماهنگ باشد. مثلاً اگر قرار است عایق یک تجهیز در برابر تنش AC ارزیابی شود، AC Hi-POT انتخاب طبیعی‌تری است.

البته توجه شود که ولتاژ آزمون از لحاظ عددی برابر در دو حالت مختلف AC و DC شرایط یکسانی ندارند و از نظر تنش الکتریکی و روش برقراری آزمون شرایط آنها متفاوت می باشد . ضمن اینکه بررسی رفتار تجهیزاتی که خاصیت خازنی دارند در حالت DC و AC متفاوت می باشد و در هنگام اجرای تست با های پات حتما باید به این نکته توجه شود .

پس انتخاب AC یا DC فقط به نوع تجهیز وابسته نیست؛ استاندارد آزمون و ساختار تجهیز هم تعیین‌کننده‌اند. 

مثلا برای کابل ها , موتورها و تجهیزاتی با ظرفیت خازنی بالا با توجه به  در حالت AC به دلیل تغییرات مداوم ولتاژ خازن , جریان هم افزایش پیدا می کند در صورتی که در حالت DC جریان خازنی بعد از شارژ اولیه خازن کاهش پیدا می کند . در نتیجه در حالت DC به منبع قوی برای شارژ خازن احتیاج نداریم و در صورتی که استاندارد و روش آزمون اجازه استفاده از های پات DC را بدهد می تواند گزینه مناسبی باشد.

پس مزیت DC این است که برای برخی تجهیزات خازنی، منبع آزمون از نظر جریان خروجی موردنیاز تحت فشار کمتری قرار می‌گیرد ولی این به معنای بهتر بودن DC برای تجهیزات با ظرفیت خازنی بالاتر نمی باشد .

یک نکته مهم دیگر که باید به آن توجه کنیم این هست که در صورت استفاده از HI-POT DC در حالت DC پس از پایان تست ممکن است شارژ الکتریکی روی تجهیز باقی مانده باشد که برای رعایت ایمنی آن را حتما باید بعد از پایان تست تخلیه کنیم  و از صفر شدن ولتاژ بعد از پایان تست اطمینان حاصل کنیم .

شرایط انتخاب HI-POT Tester برای کاربرد در شرایط مختلف

برای انتخاب های پات مناسب کاربردی که ما نیاز داریم باید به نکات زیر دقت کنیم .

1. انتخاب تجهیز مورد نظر برای انجام تست توسط HI-POT

2. بررسی استانداردهای لازم برای اجرای تست در قطعه مورد نظر 

• نیاز به انجام تست در شرایط AC یا DC؟
• ولتاژ تست چند ولت/کیلوولت؟
• مدت زمان اجرای تست برای بررسی تحمل عایق در ولتاژهای بالای آزمون ؟
• جریان نشتی مجاز چقدر است؟ ( تا در صورت عبور جریان نشتی بیش از حد مجاز از عایق تست Fail شود )
• Arc Detection لازم است یا نه؟ ( اگر این قابلیت را داشته باشد در صورت وجود قوس الکتریکی برای جلوگیری از اثرات ناشی از آن , تست قطع می شود )

3. شرایط مورد نیاز قطعه حین انجام تست 

اگر قطعه ظرفیت خازنی بالایی داشته باشد، انتخاب AC/DC و توان دستگاه اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.

4. بررسی شرایط تولید

اگر روزانه هزاران قطعه در خط تولید تست شود , سرعت تست و سرعت Ramp ( سرعت بالا رفتن ولتاژ ) و تخلیه DC ( تخلیه باقی مانده شارژ الکتریکی ذخیره شده روی تجهیزات بعد از پایان تست که برای رعایت نکات ایمنی حتما باید رعایت شود ) و ... باید بررسی شوند.

سوال مهمی که برای انتخاب  های پات  باید به آن توجه کنیم این هست که چه قطعه ای را طبق چه استانداردی و با چه ولتاژی و در چه مدت زمانی باید تست کرد تا دستگاه مورد نیاز خود را درست انتخاب کنیم .

کاربردهای تست HI-POT در صنعت برق

تا این لحظه ما در مورد هدف اصلی استفاده از HI-POT صحبت کردیم و اینکه با استفاده از های پات به دنبال بررسی تحمل عایق در شرایط ولتاژ آزمون و در زمان مشخص هستیم و اینکه تست با آن در دو حالت ولتاژ AC و DC انجام می شود .

اما در این قسمت می خواهیم بعضی از تجهیزاتی که برای بررسی عملکرد آنها حتما نیاز به های پات داریم را با هم بررسی کنیم .

1. ترانسفورماتورها و منابع تغذیه : در مورد ترانسفورماتورها با توجه به تفاوت ولتاژ سیم پیچی های اولیه و ثانویه و عایق بندی بین آنها و قسمت های دیگر نیاز به استفاده از HI-POT Tester داریم . پس می توانیم در مورد عایق بین سیم پیچی اولیه و ثانویه , قسمت های داخلی هر کدام از سیم پیچی ها و بین هر کدام از سیم پیچی ها و بدنه می توانیم با اعمال ولتاژ آزمون بین نقاط مختلف بررسی کنیم که عایق بین آنها دچار شکست الکتریکی و جرقه و ... می شود یا نه .

در مورد منبع تغذیه بخش ورودی برق از بخش خروجی جداسازی الکتریکی می شود و با اعمال ولتاژ در شرایط ازمون می توانیم رفتار عایق بین آنها را بررسی کنیم . 

پس در واقع اصل برقراری آزمون در هر دو تجهیز یکسان می باشد اما نقاطی که ولتاژ بین آن‌ها اعمال می‌شود، مقدار ولتاژ، مدت آزمون و معیار PASS/FAIL بسته به نوع تجهیز و استاندارد مربوطه تعیین می‌شود

2. تابلوبرق های فشار ضعیف و متوسط : تابلو برق ها دارای هادی ها و قطعات رسانایی می باشند که نسبت به هم و بدنه تابلو باید دارای عایق بندی مناسبی باشند . های پات بررسی می کند که این سیستم عایق بندی تابلو برق می تواند شرایط تحت آزمون ( تحت ولتاژ مشخص در زمان معلوم ) را بدون اینکه دچار شکست الکتریکی , ARC شود و جریان نشتی بیشتر از حد مجاز عبور نکند رعایت کند .

پس تابلو یک مجموعه الکتریکی شامل هادی‌ها و اجزای رسانا با پتانسیل‌های متفاوت است که باید نسبت به یکدیگر و نسبت به بدنه، تحمل عایقی مناسبی داشته باشند. HI-POT این تحمل عایقی را تحت شرایط آزمون مشخص بررسی می‌کند.

3. لوازم خانگی :  مثلا در یک وسیله برقی مثل یخچال فریزر باید بین مدار برقی و بدنه آن که ممکن است توسط شخصی لمس شود عایق خوبی وجود داشته باشد و از های پات برای بررسی تحمل عایق در ولتاژ آزمون و زمان مشخص استفاده می شود .

بنابراین در خط تولید لوازم خانگی، HI-POT کمک می‌کند محصولی که عایق‌بندی آن مشکل دارد، قبل از رسیدن به مصرف‌کننده شناسایی شود.

4. هارنس ها و کابل ها : هارنس در واقع مجموعه ای از هادی ها ( مجموعه ای از چند سیم یا کابل )  با پتانسیل متفاوت می باشد که به کمک های پات و اعمال ولتاژ آزمون مشخص در زمان مورد نظر رفتار عایق بین آنها را محک می زنیم تا ببینیم آیا دچار جرقه و شکست الکتریکی می شود یا نه , جریان نشتی بیش از حد عبور می کند یا نه . در نهایت به کمک های پات عایق بین 2 هادی و بین هادی و بدنه را بررسی می کنیم .

اهمیتش در تولید زیاد است، چون ممکن است یک سیم یا روکش در اثر مونتاژ، پرس کانکتور، بریدگی یا آسیب روکش مشکل پیدا کرده باشد. HI-POT می‌تواند این نقص را قبل از نصب هارنس در محصول نهایی آشکار کند

5. تجهیزات پزشکی و الکترونیکی : در مورد تجهیزات پزشکی می توانیم از آزمون ها برای بررسی رفتار عایق با در نظر گرفتن ایمنی های الکتریکی لازم از های پات استفاده کنیم . در تجهیزات الکترونیکی هم باید روش تست دقیقاً مطابق استاندارد و طراحی محصول باشد.

6. موتورهای الکتریکی و سیم پیچ ها  : برای بررسی تحمل عایق بین سیم پیچی و بدنه و همین طور با قسمت های دیگر می توانیم از HI-POT استفاده کنیم .

پارامترهای مهم در تست در HI-POT Tester

برای اینکه در هنگام استفاده از HI-POT در تجهیزات مختلف نتیجه نهایی بررسی تحمل عایق تحت شرایط ولتاژ آزمون را بررسی کنیم باید به پارامترهای زیر دقت کنیم .

Pass/Fail : در صورت عدم شکست الکتریکی و ARC و عدم عبور جریان نشتی بیش از حد مجاز تست Pass می شود و در غیر این صورت Fail می شود .

جریان نشتی : بررسی مقدار جریان نشتی عبوری از عایق بین دو قسمت که در صورت عبور از حد مجاز تعیین شده جریان نشتی , تست Fail می شود

Ramp Time : مدت زمان رسیدن ولتاژ به مقدار مورد نظر ولتاژ آزمون

Test/Dwell Time : مدت زمان بررسی تحمل عایق تحت اعمال ولتاژ آزمون ( بعد از پایان Ramp Time و رسیدن به ولتاژ آزمون مشخص تحمل عایق تحت آن ولتاژ بررسی می شود )

Ramp up Rate : سرعت رسیدن از ولتاژ اولیه به ولتاژ آزمون بر حسب واحد زمان

Trip Current : حد جریانی است که اگر جریان از آن عبور کند، دستگاه می‌تواند تست را متوقف و Fail کند

شرایط و عوامل محیطی موثر بر تست های پات

در مورد بررسی عملکرد  های پات  ضمن دانستن مفاهیم مختلف و رعایت نکات لازم برای اجرای تست , باید توجه کنیم که عواملی مثل رطوبت و دمای محیط و گرد و غبار و آلودگی روی سطح عایق می تواند باعث با افزایش عبور جریان نشتی بیش از حد مجاز و Fail شدن آزمون شود ( البته نه اینکه حتما Fail شود اما می تواند شرایط را تشدید کند ) .  ضمنا بدانیم که در مورد گرد و غبار و آلودگی روی سطح عایق , همراه رطوبت می تواند در کنار افزایش عبور جریان نشتی یک مسیر تخلیه سطحی را ایجاد کند .

در شرایط خاص ممکن است از های پات در ارتفاع از سطح دریا استفاده کنیم . در این حالت چون با افزایش ارتفاع، چگالی و فشار هوا کاهش می‌یابد , در نتیجه احتمال تخلیه الکتریکی در هوا بیشتر می شود. این موضوع مخصوصاً در تجهیزات با فاصله هوایی مهم است. چرا که اگر ولتاژ در سطح دریا مشکلی ایجاد نمی کند در ارتفاع بالاتر باعث ایجاد آرک یا غیره می شود . البته باید به این نکته توجه کنیم که این موضوع در مورد هوا و فاصله های هوایی در ارتفاع بالا هست و شامل عایق جامد نمی شود .