發(fā)布時間： 2024-05-31 瀏覽次數: 作者：卓定科技
當絕緣體內存在氣泡(Void)或絕緣體間存在氣隙(Air gap)時，在正常工作電壓下氣泡或氣隙容易發(fā)生局部放電(Partial Discharge，PD)，導致絕緣劣化造成絕緣質量異常，例如：樹酯內有氣泡或漆包線間的氣隙，因為空氣的介電系數較低，氣泡或氣隙的電容量比原絕緣材料低，所以會分到相對高比例的電壓，且在相同間隙距離條件下，氣泡或氣隙的崩潰電壓比絕緣材料的低。此類放電發(fā)生于氣泡或氣隙等局部瑕疵， 但與其串行之絕緣材仍維持正常的放電現象稱之為局部放電。
當對待測物施加足夠的測試電壓時，利用局部放電偵測功能量測放電的電荷量(pC)，確認待測物的絕緣材料是否有絕緣質量異常的潛在風險。故施加一個略高于組件最高的額定工作電壓對組件做局部放電測試，確保組件長時間在正常工作電壓下的可靠性(無持續(xù)性的局部放電)。
▲圖?. ?達驅動控制線路圖
功率組件中的IGBT與SiC-MOSFET被應用于各種領域(譬如：電子產品、工業(yè)設備、航空航天、軍用設備、鐵路設備、新能源、智慧電網、新能源車等)，且經常被使用于高功率/大電流的電源轉換/控制線路，工作電壓通常都是數千伏特，由于會被切換ON/OFF狀態(tài)的關系，模塊中的閘極(Gate)與集極(Collector)或汲極(Drain)之間，以及模塊與散熱板之間會出現PWM的高電壓差。當高電壓跨越在含有氣泡、氣隙或裂縫的絕緣材料時，就有較大的可能性會發(fā)生局部放電，經過長時間的工作后會慢慢使絕緣材料逐漸劣化，進而造成絕緣材料的絕緣失效導致產品損壞。另外，每個模塊的閘極(Gate)與射極(Emitter)或源極(Source)之間工作偏壓可能是由各別的變壓器所提供，而變壓器的一二次側之間也會存在高頻的高電壓差。當變壓器一二次側的絕緣能力不足，持續(xù)性異常放電的突波也可能會使數字控制動作異常及導致晶體管故障。
另外，每個模塊的閘極(Gate)與射極(Emitter)或源極(Source)之間?作偏壓可能是由各別的變壓器所提供，而變壓器的??次側之間也會存在?頻的?電壓差?當變壓器一二次側的絕緣能?不足，持續(xù)性異常放電的突波也可能會使數字控制動作異常及導致晶體管故障?
雖然變壓器使用的線材本身可能具有足夠的耐壓能力(譬如 : 耐壓3000V的線材)，但是當一二次側的線圈相鄰很近或是靠在一起時，看似線材之間好像可以承受相當高耐壓 (譬如 : 6000V)，但實際上可能于一般電壓(譬如 : 1000V)?作?段時間后就發(fā)生故障了?這是因為?般線材絕緣?的介電系數都遠大于空氣，所以使空氣間隙的跨電壓/分壓比例相對?，當線材之間空氣間隙的跨電壓達到>350V(在1atm下空氣最短距所需的放電起始電壓)時，線材之間的局部表面就會開始發(fā)生局部放電，由于線材的絕緣皮不會立刻劣化/損壞，所以持續(xù)使用一段時間后，線材的絕緣皮才會逐步被碳化，最終導致變壓器的一二次側短路(如圖四) ?
▲圖四. 變壓器??次側線圈的線材間發(fā)生局部放電
光耦合器與數字隔離器被應用于各種需要隔離的環(huán)境，當隔離的高電壓跨越在含有氣泡或裂縫的絕緣材料時，就可能會有足夠高的分壓在氣泡或裂縫上導致發(fā)生局部放電。 經過長時間的劣化后，因絕緣材料的絕緣失效而導致電壓的隔離失效(如圖五)。
?般的安規(guī)耐壓測試通常只施加高電壓及檢測漏電流，并未對局部放電(PD)進行檢測，所以較難檢測出會發(fā)生局部放電的質量異常品，當這些絕緣質量異常的產品實際被使用在正常的工作環(huán)境時，雖然并不會讓產品立即損壞或是馬上造成危險，但卻會是產品長期使用的質量議題。若要避免發(fā)生此類的質量議題，必須確保在最大?作電壓條件下無持續(xù)性局部放電(PD)。一般法規(guī)的建議是以最大絕緣工作電壓或最大絕緣重復峰值電壓(取電壓值較高者) 的1.875倍做為測試電壓，在測試的過程中(數秒程度)，局部放電(PD)的放電量需小于某電荷量(譬如: 5pC, 10pC, etc.)，確保產品?期使用的質量與信賴性。
▲圖五. 光耦合器里存在氣泡的示意圖
解決方案: Chroma 19501局部放電測試器 (Partial Discharge Tester)
Chroma 19501系列符合法規(guī)IEC 60270-1對局部放電(Partial Discharge; PD)量測的要求，并將法規(guī)之測試方法設計于儀器內。可提供AC耐壓測試(Max. 10kVac)及局部放電量測(Max. 6,000pC)，能有效的檢測出絕緣質量異常的?壓/功率組件、光耦合器、數字隔離器等，為組件?期?作的質量與可靠性做把關。
