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제품정보 > 임펄스 시험기

인버터 모터의 부분 방전 시험이 필요한 이유는 무엇인가?(ST4200)

요약

 

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인버터 구동 모터의 부분 방전 시험

 전기 자동차(EV) 등에 탑재되는 인버터 구동 모터는 스위칭 동작으로 인해 순간적으로 고전압이 가해집니다. 권선 부분에서 부분 방전이 장기간 지속되면 절연 열화가 진행되어 단락이나 절연 파괴를 거쳐 발화 등의 중대한 사고로 이어질 위험이 있습니다. 제조 단계에서는 절연 저항 측정을 통한 절연 성능 확인과 내압 시험(내전압 시험)을 통한 절연 파괴 유무 검증이 이루어집니다. 여기에 잠재적 절연 불량을 검출할 수 있는 부분 방전 시험을 실시함으로써 모터의 품질과 안전성을 한층 높일 수 있습니다. 차량 부품의 고품질화 요구에 부응하기 위해서는 모터 권선의 제조 단계에서의 검사 공정이 극히 중요하며, 출하 전에 불량을 발견하는 검사 시스템은 필수적입니다.


 일반적으로 적절한 절연이 되지 않은 권선에 약 350V를 초과하는 전압이 가해지면 부분 방전이 발생한다고 알려져 있습니다. 모터 권선에 절연성이 저하된 부분이 있으면 부분 방전이 발생하며, 이것이 장기간 지속되면 절연 열화가 진행됩니다. 이 부분 방전에 의한 절연 열화가 단락이나 절연 파괴에 의한 발화 등의 중대한 사고로 이어지는 원인이 됩니다. 부분 방전 시험은 '부분 방전'이라는 열화 요인을 출하 전 단계에서 발견하고 제거할 수 있습니다. 기존에 수행되어 온 절연 저항 측정, 내압 시험, 레어 쇼트 시험(임펄스 시험)으로는 절연 파괴에 이르기 전의 잠재적 결함을 발견할 수 없습니다.

 부분 방전 시험을 기존 검사 시스템에 추가하여 신뢰성 높은 시험 결과를 얻기 위해서는 몇 가지 기술적 장벽이 존재합니다. 또한 생산 라인 담당자는 투자 비용, 검사 시간, 설비 유지보수를 고려한 최적의 검사 시스템을 구현해야 합니다.

부분 방전 시험 도입 시의 과제

 생산 라인에서의 부분 방전(PD) 시험은 환경 노이즈의 영향을 받을 수 있으며, 측정 결과의 재현성이 저하될 수 있습니다. 일반적으로 사용되는 전자파 검출 방식은 노이즈를 쉽게 포착하여, 특히 노이즈가 많은 생산 라인에서는 문제를 일으킬 수 있습니다. 

 모터 검사의 효율화를 도모하기 위해 여러 시험을 한 곳에서 수행하는 생산 라인에서는 검사 시스템 내 배선이 복잡해져 기존보다 환경 노이즈를 더 쉽게 포착하게 됩니다. 더욱 효율화된 생산 라인에서는 여러 모터를 동시에 검사하는 것이 일반화되면서, 그 결과 복잡해진 검사 시스템 설계로 인해 노이즈의 영향이 더욱 두드러지게 나타납니다.

 

신뢰성 높은 부분 방전 시험의 수행과 모터 시험 시스템 설계를 위해서는?

 모터 스테이터 내의 잠재적 결함을 검출하기 위해 AC PD 시험과 임펄스 PD 시험이라는 두 가지 시험이 수행됩니다. AC PD 시험에서는 내전압 시험기와 전용 부분 방전 검출 회로를 사용하여 검출된 부분 방전을 정량화합니다. 또한 환경 노이즈의 영향을 억제하기 위해 밴드패스 필터가 사용될 수 있습니다. 한편, 임펄스 PD 시험에서는 임펄스 권선 시험기를 사용하여 인버터 서지를 모사하고 서지 전압에 대한 내성을 평가합니다.

 각 부분 방전 시험의 시험 방법 등 세부 사항은 IEC 규격에서 규정하고 있으나, 검출하는 잠재적 절연 불량은 상이하기 때문에 양쪽 부분 방전 시험을 실시함으로써 보다 다각적으로 잠재적 불량을 평가할 수 있습니다. 또한 생산 라인 등 노이즈가 많은 환경에서의 임펄스 PD 시험에서는 고주파 CT를 이용한 부분 방전 검출 방식이 전자파 검출 방식에 비해 측정 안정성을 높입니다.alt

 최신 모터 검사 라인에서는 부분 방전 시험이 다른 시험과 함께 하나의 측정 스테이지에서, 때로는 여러 모터에 대해 동시에 수행될 수 있습니다. 릴레이 박스는 고전압 시험과 저전압 시험을 전환함으로써 이러한 여러 시험을 통합합니다. 그러나 계측기 간 안전한 전환과 정확한 측정을 가능하게 하는 릴레이 박스 설계에는 신중한 검토가 필요합니다. 누설 전류와 노이즈 간섭을 최소화하고 신뢰성과 안전성이 높은 전환을 수행하기 위해서는 재료 선택, 견고한 하드웨어 설계, 최적화된 배선이 필수적입니다. 또한 빈번한 교체는 생산 효율성에 큰 영향을 미치므로 고전압 릴레이의 내구성도 고려해야 합니다. 엄격한 절연 요건을 충족하는 내구성 있는 고전압 릴레이를 선택하는 것은 가동 중지 시간을 줄이는 데 효과적입니다.alt

효과적인 부분 방전 시험을 실현하는 HIOKI의 부분 방전 검출기 ST4200과 고전압 릴레이 박스 SW2001


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다양한 시스템 구성에 대응 가능

 부분 방전 검출기 ST4200과 고전압 릴레이 박스 SW2001을 조합함으로써, 여러 시험 항목과 시험 대상 모터를 안전하게 전환하는 자동 검사 시스템 구축이 가능합니다. AC PD 및 임펄스 PD 검출 센서를 SW2001에 내장하여 단순한 시스템 구성을 실현합니다. 측정 대상은 고정자 권선뿐만 아니라 온도 센서도 포함됩니다. 보유한 측정기를 활용할 수도 있지만, HIOKI 계측기로 통일함으로써 계측 및 교정까지 일관된 지원을 받을 수 있습니다. 고객이 요구하는 시험 항목, 모터 측의 연결 단자 수, 온도 센서 수에 맞춰 최적의 구성을 제안합니다.


다양한 시스템 구성에 대응 가능
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 ST4200은 AC 부분 방전(AC PD) 시험과 임펄스 부분 방전(임펄스 PD) 시험이 가능한 독립형 부분 방전 검출기입니다. 내전압 시험기, 임펄스 권선 시험기에서 시험 전압을 인가하고, PD 센서로 부분 방전을 검출합니다. 밴드패스 필터 기능을 탑재하고 고주파 CT를 사용함으로써 노이즈에 강한 부분 방전 검출을 실현합니다. IEC 규격에 준거한 부분 방전 검출에 대응하며, 각종 부분 방전 파라미터를 측정할 수 있습니다. 수치와 파형을 실시간으로 관측할 수 있으며, 측정 데이터는 내부 저장소에 저장할 수 있습니다.

AC PD 측정: IEC 60270, IEC 60034-27-1
PDIV, PDEV* 및 IEC 규격이 규정하는 항목
*내전압 시험기 3153과 연동 시에만

임펄스 PD 측정: IEC 61934, IEC 60034-27-5
RPDIV, RPDEV, PDIV, PDEV 및 IEC 규격이 규정하는 항목

표시 기능
전압 파형, PD 펄스 모니터

저장 기능
자동 저장: 데이터 시리즈, SBS 그래프 이미지
저장 위치: SSD, USB, SD


고전압 릴레이 박스 SW2001

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SW2001은 고전압 시험의 절연저항 시험 및 내압 시험, 레어 쇼트 시험뿐만 아니라 4단자 저전압 측정의 권선 저항 측정 및 인덕턴스 측정에도 대응합니다. 6종류의 검사를 통합할 수 있는 고전압 릴레이 박스입니다. 보호 방전 기능을 탑재하여 고전압 시험과 저전압 시험을 안전하게 전환하며, 측정기와 측정 대상의 파손을 방지합니다. 

채널 수(시험 대상의 연결 단자 수)
SW2001-04 (4CH), SW2001-08 (8CH), SW2001-16 (16CH)

입력 정격
· 내압 시험기: AC 5 kV rms, DC 5 kV, 7.071 kV 피크
· 임펄스 시험기: 8 kV 피크
· 저전압 4단자 입력: AC 30V rms, DC 60 V, 42.4 V 피크

허용 최대 임펄스 전류
100 A 피크

릴레이 수명
개폐 횟수 500만 회 이상(참고값)

측정 정확도에 미치는 영향
· 절연 저항 측정 정확도 영향: 2%(1 MΩ~1 GΩ)
· AC PD 측정에 미치는 영향량: 40 pC 이하(3 kV 인가 시)