부분 방전 검출기ST4200（좌）、고전압 릴레이 박스SW2001（우）

HIOKI는 2월 20일, 모터 시험의 정확성과 효율을 높이기 위한 부분 방전 검출기 ST4200과 고전압 릴레이 박스 SW2001을 출시했습니다. 이 솔루션은 시장 확대에 따라 높은 신뢰성이 요구되는 전기자동차(EV) 및 산업용 인버터 구동 모터를 대상으로 합니다.

부분 방전 검출기 ST4200은 모터의 부분 방전 ^*1(PD)을 정확하고 효율적으로 검출할 수 있습니다. 듀얼 모드 부분 방전 검출을 통해 생산 단계에서 모터의 잠재적인 절연 결함을 검출하여 출하 후 고장 위험을 줄입니다. 높은 내노이즈 성능으로 모터 생산 현장의 까다로운 환경에서도 PD를 정확하게 검출할 수 있습니다.

고전압 릴레이 박스 SW2001은 측정 회로 자동 전환 장치로, ST4200을 비롯한 여러 시험기를 연결하여 여러 모터 테스트를 하나의 시스템으로 통합합니다. 채널 수를 선택할 수 있는 유연한 설계로 여러 모터를 동시에 테스트할 수 있어 검사 효율이 크게 향상됩니다. 또한, 견고하고 신뢰성 있는 멀티플렉서 설계는 장비 고장으로 인한 가동 중단 시간을 줄여 대량 생산이 요구되는 모터 제조 현장의 생산성 향상에 기여합니다.

■개발 배경

세계적인 탈탄소화 움직임

세계적인 탈탄소화 전환으로 전기차 및 고효율 산업 시스템용 모터 시장이 확대되고 있으며, 2024년 배터리 전기차 및 플러그인 하이브리드 전기차(PEV)의 글로벌 판매량은 전년 대비 25.6% 증가하여 12월에만 190만 대에 이르렀습니다. ^*2

고효율 모터에 대한 수요 증가

유럽 등에서는 에너지 효율 향상을 위해 IE4 이상의 고효율 모터 사용을 의무화하고 있습니다^*3. 국제전기표준회의(IEC)는 IE1부터 IE4까지 전기 모터의 효율 등급을 정의하고 있으며, IE4 모터는 가장 높은 효율과 낮은 전력 소비로 하위 등급의 모터에 비해 운영 비용이 낮습니다. 반면, 이러한 모터는 일반적으로 인버터로 구동되기 때문에 연속적인 높은 서지 전압으로 인해 절연 결함의 위험이 증가합니다.

첨단 전력 반도체 기술의 부상

인버터에 사용되는 실리콘 카바이드(SiC), 질화갈륨(GaN) 등의 전력 반도체는 고속, 고전압 스위칭 동작^*4을 가능하게 합니다. 이때 모터에는 정격 동작 전압의 2~3배에 달하는 서지 전압이 가해지며, 장기간 지속될 경우 잠재적인 결함이 고장으로 이어질 수 있습니다. SiC 및 GaN 시장은 2024년 14억 1,000만 달러에서 2034년 110억 8,000만 달러로 연평균 22.9% 성장^*5 할 것으로 전망됩니다.

부분방전(PD) 테스트의 중요성

기존에는 모터의 절연 결함 검출을 위해 50/60 Hz의 AC 고전압 시험이 표준이었습니다. 최근 인버터 제어의 보급으로 고효율 모터의 작동 상태를 시뮬레이션하는 시험 방법으로 PD 시험이 주목받고 있습니다. 현재 PD 시험은 잠재적인 모터 절연 결함 검출을 위한 필수적인 시험으로 자리 잡고 있습니다.

노이즈가 많은 환경에서의 과제

PD 시험에서는 지금까지 전자파 검출 방식이 사용되어 왔습니다. 그러나 모터 생산 현장과 같이 노이즈가 많은 환경에서는 전자파 검출 방식으로는 시험 결과의 재현성이 문제였습니다.

또한, 최신 모터 생산 현장에서는 생산성 향상을 위해 고전압 시험과 저전압 시험을 하나의 시험 시스템에서 효율적으로 전환해야 하기 때문에 시스템의 집약화 및 제어의 복잡성이라는 과제가 발생하고 있습니다.

신뢰할 수 있는 HIOKI의 PD 테스트 솔루션

이러한 과제를 해결하기 위해 고주파 전류 변압기(CT) 기술을 채택하여 노이즈가 많은 환경에서도 신뢰할 수 있는 PD 테스트를 실현하는 부분 방전 검출기 ST4200을 개발했습니다.

또한, 시험의 집약화로 인해 복잡해지는 배선 및 제어를 간소화하기 위해 고전압 릴레이 박스 SW2001을 개발했습니다. 기존의 일반적인 시험 시스템에서는 고전압 릴레이 부품의 교체와 같은 유지보수 비용의 문제도 있었지만, SW2001은 높은 신뢰성 설계로 유지보수를 줄이고 효율적인 운용을 실현합니다.

■제품 특징

1. 듀얼모드 부분 방전 검출

ST4200은 AC PD^*6와 임펄스 PD^*7의 두 가지 부분 방전 검출 기능을 제공합니다. 모터의 잠재적 결함을 보다 정확하게 식별하여 발화와 같은 심각한 고장을 최소화할 수 있습니다. AC PD 테스트는 상간 및 상-코어간 절연 테스트에 적합한 방법입니다. 임펄스 PD 테스트는 중성점을 포함한 상간 절연 테스트에 사용되어 부분 방전을 효과적으로 검출할 수 있습니다.

모터 스테이터의 세 가지 부분 방전 테스트 지점 (동상 코일 간, 이상간, 상-코어간)

2. 고주파 전류 변압기(CT)를 이용한 노이즈에 강한 검출 방식

ST4200의 고주파 CT를 이용한 부분 방전 검출은 생산 라인에서 PD 테스트 중 노이즈 간섭을 최소화합니다. 기존 전자파 검출 방식의 문제점을 해결하여 노이즈가 많은 환경이 시험 결과에 미치는 영향을 줄여 신뢰성 높은 임펄스 PD 시험을 가능하게 합니다.

3. 고전압 릴레이 박스 SW2001과의 통합

ST4200과 고전압 릴레이 박스 SW2001의 조합은 노이즈가 많은 환경에 효과적으로 대응할 수 있습니다. 여러 입력 신호를 SW2001에 통합하여 케이블의 길이와 개수를 최소화하여 복잡한 배선을 크게 줄일 수 있습니다. 이 조합은 전자기 간섭(EMI), 접지 루프, 정전 용량 결합과 같은 잠재적인 노이즈 소스를 감소시켜 보다 정확하고 신뢰할 수 있는 측정을 가능하게 합니다.

4. 테스트 요구 사항에 맞게 선택 가능한 4, 8, 16, 24 채널 모델

SW2001 시리즈는 4, 8, 16, 24 채널 모델로 제공되어 다양한 테스트 요구사항에 대응할 수 있습니다. 저항, 인덕턴스, 레어 쇼트, 내전압, 절연 저항, 부분 방전(AC PD 및 임펄스 PD)의 6가지 테스트에 대응하는 여러 장비를 연결하여 테스트 시스템을 통합하고 모터 테스트를 간소화할 수 있습니다. 릴레이 박스는 잦은 배선 작업이 필요 없어 여러 모터를 동시에 테스트하는 데 적합하며, SW2001-24 모델은 각각 2개의 서미스터 온도 센서가 내장된 3상 모터를 최대 3개까지 동시에 테스트할 수 있습니다.

5. 높은 신뢰성과 긴 수명을 위한 멀티플렉서 설계

SW2001은 최소한의 누설 전류로 고전압 신호(최대 8kVpeak)를 안전하게 전환할 수 있는 내구성이 뛰어난 고전압 리드 릴레이를 채택했습니다. 정확한 계측을 보장하기 위해 견고한 절연 설계, 릴레이 간 클리어런스 거리 최적화, 고품질 절연 재료로 배선하는 등 다양한 절연 조치를 하고 있습니다. 또한, 고전압 테스트 후 모터 권선에 축적된 에너지로 인한 손상 위험을 최소화하고, 회로 전환 시 저전압 테스트 장비를 보호합니다. 

■주요 용도

・EV 및 산업용 모터 생산에서의 부분 방전 테스트

높은 신뢰성과 안전성을 갖춘 절연 불량 검출

・정적 특성 시험용 모터 시험 시스템 구축

저항, 내전압, 절연저항, 레어 쇼트 테스트 등 정적 특성 테스트의 완벽한 통합

모터 테스트 프로세스 간소화 및 생산 효율성 향상

■링크

부분 방전 검출기 'ST4200' 제품 페이지

고전압 릴레이 박스 'SW2001' 제품 페이지

주석：

*1. 부분방전: 모터에 고전압이 인가될 때 절연재료 내에서 국부적으로 발생하는 미세한 방전 현상. 장기적으로 지속되면 절연 파괴로 인한 모터 고장의 원인이 될 수 있습니다.

*2. Global electric vehicle sales up 25% in record 2024

*3. New EU rules to boost energy efficiency of electric motors

*4. 스위칭 동작: 직류 전압의 ON/OFF를 고속으로 전환하여 교류 전압을 발생시키는 인버터의 동작 방식.

*5. SiC & GaN Power Semiconductor Market Outlook (2024 to 2034)

*6. IEC 60270 및 IEC 60034-27-1에 따른 AC PD 테스트.

*7. IEC 61934 및 IEC 60034-27-5에 따른 임펄스 PD 테스트.

Email: info-kr@hioki.co.jp

여기에 기재되어 있는 정보는 본 문장 발행일 현재의 것입니다. 예고 없이 사양, 그 외 정보는 변경되는 경우가 있으므로 양해 바랍니다. 본 문장에서 사용하고 있는 회사명 및 제품명은, 각사의 등록 상표 혹은 상표입니다.