局部放電測試器19501

當(dāng)絕緣體內(nèi)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(dǎo)致絕緣劣化造成絕緣質(zhì)量異常，例如：樹酯內(nèi)有氣泡或漆包線間的氣隙，因為空氣的介電系數(shù)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(xiàn)象稱之為局部放電。

當(dāng)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(rèn)待測物的絕緣材料是否有絕緣質(zhì)量異常的潛在風(fēng)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?. 馬達(dá)驅(qū)動控制線路圖

功率組件中的IGBT與SiC-MOSFET被應(yīng)用于各種領(lǐng)域(譬如：電子產(chǎn)品、工業(yè)設(shè)備、航空航天、軍用設(shè)備、鐵路設(shè)備、新能源、智慧電網(wǎng)、新能源車等)，且經(jīng)常被使用于高功率/大電流的電源轉(zhuǎn)換/控制線路，工作電壓通常都是數(shù)千伏特，由于會被切換ON/OFF狀態(tài)的關(guān)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(xiàn)PWM的高電壓差。當(dāng)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(jīng)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(dǎo)致產(chǎn)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(cè)之間也會存在高頻的高電壓差。當(dāng)變壓器一二次側(cè)的絕緣能力不足，持續(xù)性異常放電的突波也可能會使數(shù)字控制動作異常及導(dǎo)致晶體管故障。

▲圖二. IGBT氣隙與裂縫的示意圖(左) ▲圖三. 劣化路徑的實照(右)

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(cè)之間也會存在?頻的?電壓差?當(dāng)變壓器一二次側(cè)的絕緣能?不足，持續(xù)性異常放電的突波也可能會使數(shù)字控制動作異常及導(dǎo)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(dāng)一二次側(cè)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(dāng)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(shù)都遠(yuǎn)大于空氣，所以使空氣間隙的跨電壓/分壓比例相對?，當(dāng)線材之間空氣間隙的跨電壓達(dá)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(dǎo)致變壓器的一二次側(cè)短路(如圖四) ?

▲圖四. 變壓器??次側(cè)線圈的線材間發(fā)生局部放電

光耦合器與數(shù)字隔離器被應(yīng)用于各種需要隔離的環(huán)境，當(dāng)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(dǎo)致發(fā)生局部放電。經(jīng)過長時間的劣化后，因絕緣材料的絕緣失效而導(dǎo)致電壓的隔離失效(如圖五)。

▲圖五. 光耦合器里存在氣泡的示意圖