נושא :בדיקת חוזק דיאלקטרי – HIPOT (High Potential Test)

בס"ד‏ ‏‏יום ראשון 07 מאי 2023

רשת החשמל הינה תשתית קריטית עבור כל משתמשי הרשת וכל הפרעה שמובילה להשבתה גדולה היא מקור לאובדן הכנסות במקרה הטוב ובמקרה הפחות טוב אובדן חיים , אם מדובר על מערכות קריטיות בבתי חולים או לחילופין מערכות קריטיות בתעשייה . לכן נרצה רשת חשמל זמינה ואמינה על מנת שנוכל לספק אנרגיה חשמלית לצרכנים . על מנת להבטיח את זה אנחנו נדרשים לבצע בדיקות מסוימות לציוד אנחנו נדון בפרק זה על בדיקת HIPOT שהיא למעשה בדיקת חוזק דיאלקטרי של המערכת.

● תמונה מספר 1 : מכשיר HIPOT תוצרת חברת BAUR דגם PGK 110HB

מה מטרתה של בדיקת HIPOT?

בדיקת Hipot מודדת את רמת הבידוד של מכשיר או מערכת חשמלית , בדיקה זו מעניקה את המידע המאפשר לדעת האם הבידוד יכול להתמודד עם מתחי יתר חולפים . הבידוד החשמלי חשוף למתח גבוה לאורך זמן ממושך על מנת לוודא שהבידוד עומד בתקני בטיחות ואיכות כשהוא יוצא מהמפעל הבידוד מיוחס כל הזמן לסביבה בלתי צפויה או למצבים שעלולים להשפיע לרעה על ביצועי המכשיר.
בשל העובדה כי בעת ההתקנה הבידוד של הרכיב החשמלי חשוף לתנאים בלתי צפויים שיכולים להשפיע על איכות הבידוד כמו

1. מזהמים קורוזיביים.
2. שמנים וחומרים אחרים.
3. מרחקי חיבורים לא תקנים.
4. חתכים או פגעים בבידוד.
5. שאריות מתכת ולכלוך שנשארו בעת ההתקנה

הבדיקה נועדה לזהות אם ההרכבה של יחידת ייצור זהה לאותן יחידות שעברו בדיקת דגם TYPE TEST)) . באמצעות בדיקה זו ניתן לזהות בעיות פוטנציאליות במהלך הייצור.
הבדיקה משמשת להערכת מצב הבידוד של ציוד חשמלי כמו

1. שנאים
2. ציוד מיתוג
3. לוחות חשמל
4. גנרטורים
5. פסי צבירה
6. כבלים
7. ועוד

בדיקת חוזק דיאלקטרי מצביעה על יכולתו של הבידוד החשמלי לעמוד במתח יתר.
לפיכך הבידוד החשמלי אשר נתון למתח גבוה לאורך זמן לא מבוטל כדי להבטיח שהוא מקיים את נורמות הבטיחות והאיכות שנקבעו על ידי התעשייה. מכיוון שכשל בייצור חומר מבודד יציב עלול להוביל לשריפה, פיצוץ ואפילו תאונות קטלניות. כדי למנוע בעיות אלו נבצע את הבדיקה
לכן הבדיקה היא שיטה לאיתור פגמים באיכות הבידוד של הציוד החשמלי ובאמצעותה נחליט על דרך פעולות שיש לנקוט כדי להבטיח את איכות הציוד החשמלי.

איך מבוצעת בדיקת Hipot ?

בדיקות Hipot כוללות הפעלת מתח יתר על הציוד הנבדק הבדיקה נמשכת לזמן קצר כדי לאמת את התקינות הדיאלקטרית של בידוד המערכת. את הבדיקה ניתן לבצע באמצעות מתח ישר או חילופין בהתאם לדרישות הדגם או התקן של הציוד הנבדק. כלל האצבע (לא מחייב) המשמש לבחירת סוג מתח הבדיקה אומר שאם הציוד מופעל במתח חילופין גם נבדוק במתח חילופין , ואם הציוד הנבדק פועל במתח ישר נשתמש במתח ישר.

תמונה מספר 2 : מהלך בדיקת HIPOT

המכשיר הנבדק נקרא בספרות כDUT (device under test) את מוליך בדיקה ראשון נחבר למוליך ההזנה של המכשיר הנבדק ואת מוליך הבדיקה השני נחבר לגוף המכשיר , תוצאת המדידה תהיה זרם ככל שזרם הזליגה יהיה גבוה יותר איכות הבידוד תהיה נמוכה יותר

לפי תקן IEC 60590 מתח הבדיקה במתח חילופין יהיה פי 2 ממתח העבודה המינימלי + 1 קילו וולט למשך דקה אחת , ואם נרצה לבדוק במתח ישר נכפיל את מתח הבדיקה במתח חילופין בפקטור של 1.414

האם בדיקת HIPOT הינה בדיקה הרסנית ?

בדיקות Hipot נעשות במתח גבוה ממתח הנומינלי ולכן מכונים בדיקות מתח יתר , באופן כללי אם הבדיקות מתבצעות כהלכה אין סיכוי להרס הבידוד והסיבה העיקרית שהבדיקות אינן הרסניות היא שמתח הבדיקה הוא הרבה מתחת למתח התכנון של הבידוד. ובנוסף האנרגיה הנמוכה יחסית מבטיחה שגם אם מתרחשת קשת חשמלית בשל בידוד לא תקין, האנרגיה הנמוכה יחסית לא תפגע בבידוד.

בדיקת מתח חילופין

בבדיקה במתח חילופין בדרך כלל לא נדרש זמן עלייה ארוך (למעט במכשירים רגישים במיוחד).

יתרונות הבדיקה במתח חילופין

1. נבדקים 2 צידי רמות המתח של בציוד של בדיקת שני קוטביות המתח ושל
2. אין צורך לפרוק את המכשיר הנבדק לאחר סיום הבדיקה.

חסרונות הבדיקה במתח חילופין

1. הבדיקה חייבת לשקול את ההשפעות של זרם אמיתי וגם של הזרם הנדמה (או מדומה). כאשר אנחנו מפעיל מתח חילופין לעומס , הזרם שזורם שווה למתח חלקי העכבה. אך לרוב העכבה מורכבת מרכיבי התנגדות (אמיתי) ורכיבים קיבוליים (נדמים). ששני הרכיבים הללו משתלבים בצורה מורכבת ליצירת הזרם הכולל. מכיוון שגודלם של שני הרכיבים יכול להיות שונים באופן משמעותי זה מזה, זרם הדלף (הרכיב ה"אמיתי") של מוצר עם אופי קיבולי מאוד עלול לגדול באופן משמעותי מבלי שיזוהה בבדיקה כי עלייה של 100% בזרם הדלף גורמת רק לעלייה קטנה מאוד (1%) של הזרם הכולל כאשר לזרם הכולל יש רכיב נדמה גבוה. לכן מכשיר הבדיקה חייב להיות רגיש מאוד על מנת שיוכל לזהות שינויי בזרם הכולל במכשיר נבדק עם קיבוליות גבוהה.
2. בדיקת מתח חילופין ברמות מתח גבוהות עשויות לפגום בסוגים מסוימים של בידוד , כדי למנוע בעיות כאלה, רוב היצרנים מנסים לא לחרוג מרמות המתח הנדרשות וזמני האחזקה ובכללי למזער את מספר הבדיקות .

בדיקות במתח ישר

כאשר אנו נבדוק מוצר במתח ישר הבדיקה תתבצע בשלבים הדרגתיים תוך הפסקה לאחר כל עלייה כדי לאפשר לקיבול של המכשיר הנבדק להיטען ולהתייצב , הזרם גדל בחדות לאחר כל עלייה במתח עם טעינת הקיבול, ולאחר מכן יורד לערך יציב נמוך יותר. הזמן הנדרש לדעיכת זרם הטעינה לאחר כל שלב נקרא זמן הייצוב. זרם שזורם לאחר חלוף זמן הייצוב מייצג את זרם הדלף דרך הבידוד. אם מדרגות המתח גדולות מדי, העלייה החדה בזרם הטעינה בעת הפעלת המדרגה עלולה לחרוג ממגבלת הזרם הגבוה, ולגרום לבדיקה להיכשל בטרם עת. לכן, יש להתאים בקפידה את גודל ותזמון הצעדים בהתאם למכשיר הנבדק .

כל העת נבחן את זרם הטעינה על ידי ניטור זרימת הזרם כאשר נעלה בהדרגה את המתח המופעל על המכשיר הנבדק, המתנה לדעיכת זרם הטעינה ובדיקה של זרם הזליגה (אם קיימת), אם זרם הזליגה מתחיל לעלות לפתע מעל הערך הצפוי, סביר להניח שיתרחש בקרוב התמוטטות בידוד. הפסקת הבדיקה בשלב זה יכולה להציל את הבידוד מנזק בלתי הפיך. הבדיקה נכשלת אך המוצר אינו פגום וניתן להציל אותו בבדיקה ויזואלית או באמצעי אחר. אם למוצר הנבדק אין קיבול משמעותי, זרם טעינה מועט או קטן מאוד ניתן להגדיל את זמן המדרגה.

בטיחות בבדיקת מתח ישר

1. מכיוון שהבדיקה מטעינה את הקיבול של המוצר החשמלי מכשיר הבדיקה עצמו יכול להוות סכנה לאנשי הבדיקה שיש להסיר לאחר סיום הבדיקה.
2. נדרשת פריקה של האנרגיה הטעונה במכשיר הנבדק (לרוב מתבצע במכשיר המדידה אך זהו סיכון שנדרש להכיר אותו)

קשת חשמלית בעת הבדיקה

בעת הבדיקה אסור שתתפתח קשת חשמלית , אם זה אכן מתחיל להתרחש, הבידוד עומד להיכשל.
קשת חשמלית מאופיינת בשינויים מהירים מאוד במתח ובזרם. זה גם מייצר צליל של פצפוץ או "זוזזזזז". בגלל השינויים המהירים הללו, ניתן לזהות את הקשת החשמלית בזמן שהיא מתחילה על ידי מדידת נוכחות אנרגיה בתדר גבוה.
המעגל הבדיקה עוקב באופן רציף אחר הזרם הזורם דרך המכשיר הנבדק ובודק את גודל ותזמון הסטיות מהערכים הנורמליים. אם נמצא רכיב בתדר גבוה שנמשך יותר מזמן מוגדר, שעשוי להיות קצר עד 10 מיקרו-שניות, מעגל המדידה מפרש זאת כקשת חשמלית ומתריע מפניה ומסיים את הבדיקה. ככלל קשתות שנמשכות פחות מ-10 מיקרו-שניות אינן נחשבות כמזיקות. ניתן להתאים את רמת זיהוי הקשת כדי למנוע תקלות שווא הנגרמות מהשפעות סביבתיות. בחיפוש בתקני מדידה לא נמצאו דרישות המחייבות שימוש בזיהוי קשת במכשיר המדידה.

בהצלחה.