De hoogspanningstest AC (HV-AC)

Veiligheidstesten maken bij veel elektrische producten deel uit van de eindcontrole. Of ze verplicht zijn, hangt af van de productnorm.

Leer de belangrijkste feiten over de hoogspanningstest AC.

Deze tests worden gebruikt om de isolatiekwaliteit van elektrische componenten te beoordelen en om eventuele problemen op te sporen.

Hoogspanningstesten kunnen variëren in toegepaste spanning, afhankelijk van de toepassing en de normen die van toepassing zijn. Over het algemeen wordt een wisselspanning (of gelijkspanning) met een spanning van enkele kilovolts toegepast op het systeem of de apparatuur. De stroom die door de apparatuur loopt, kan hoog zijn en kan variëren van enkele milliampères tot, bij grote capacitieve testobjecten, enkele ampères.

WAAROM?, WAAR?, HOE? en ook het mogelijke gevaar bij toepassing van hoogspanning!

De aanpak van de hoogspanningstest is zeer vergelijkbaar met de isolatieweerstandstest. Dit komt omdat beide testmethoden betrekking hebben op de kwaliteit van de isolatie. Dit kan door het meten van de isolatieweerstand of door het beproeven van de elektrische sterkte met hoogspanning en het gelijktijdig meten van de lekstroom.

De hoogspanningstest is echter nog “belastender” (intensiever) voor het te testen apparaat. Het brengt de zwakke punten in de isolatie aan het licht. Aan de andere kant heeft het een nadeel dat het niet mogelijk is om de isolatieweerstand precies in MΩ of GΩ weer te geven. Het kan daarom nuttig zijn om beide testen achter elkaar uit te voeren.

Veilige isolatie is de centrale beschermingsmaatregel om de elektrische veiligheid te garanderen. Het zorgt ervoor dat de gebruiker de geleiders onder spanning niet aanraakt en dat er geen kortsluiting kan ontstaan tussen de geleiders of naar de behuizing van de apparatuur. Als het toch gebeurt, kan er een gevaarlijke stroom door de gebruiker lopen als hij of zij de behuizing aanraakt.

Bij producten van klasse I moet de aarding (PE) ervoor zorgen dat dit niet gebeurt. Daarom adviseert SCHLEICH bij deze producten om eerst de aardingsmeting uit te voeren, om de correcte aarding te controleren.

Om dit alles te garanderen, moet de isolatie in goede conditie zijn! En dit moet worden bewezen en gedocumenteerd worden voordat het elektrische product wordt geleverd. Schrijft de productnorm de hoogspanningstest als routinetest voor, dan moet ieder exemplaar dat je op de markt brengt deze test ondergaan. Dat verschilt per norm: in EN 61010-1 is de routinetest normatief (Annex F), in EN 60335-1 informatief (Annex A).

In principe moet er een goede isolatie zijn tussen de stroomvoerende geleiders of tussen de onderdelen van de behuizing. Meestal gebeurt dit door de elektrische geleiders te isoleren tegen gevaarlijk contact, d.w.z. de geleiders te isoleren met een isolatiemateriaal, dit kan zijn de isolatie van de kabel of extra isolatiekous.

Deze beschermende mantel moet echter ten laatste worden verwijderd wanneer de elektrische geleider met andere elektrische componenten wordt verbonden. Op deze punten wordt de isolatie over een veilige afstand gegarandeerd. Het is dan een kwestie van veiligheidsafstanden door de vrije ruimte en kruipwegen.

Bovendien kunnen stroomvoerende geleiders ook van elkaar worden geïsoleerd, bijv. door middel van gietmassa’s, isolerende folies of vaste stoffen.

Wanneer wordt welk type isolatie gebruikt? Dit heeft altijd te maken met het ontwerp van het elektrische product, het type specificatie zoals hoge temperatuur of mechanische belasting etc. Nu is het zeker begrijpelijk dat isolaties in een verlichtingsarmatuur, een elektrisch strijkijzer, een elektromotor of een hoogspanningsisolator zeer verschillende eisen en uitvoeringen hebben.

Omdat de isolatie “iets met de spanning te maken heeft”, wordt de test uitgevoerd met een gedefinieerd testspanningsniveau. In de meeste normen is het beoordelingscriterium dat er geen doorslag of overslag optreedt. Daarnaast meet de tester de stroom door de isolatie. Die mag niet boven de stroomgrens komen die je op het apparaat instelt.

De bovengrens van de stroom kan per product sterk verschillen. In de normen is weinig of niets te vinden over deze limiet. En daar is een goede reden voor – want de hoeveelheid stroom is sterk afhankelijk van de capacitieve component in de isolatie.

Deze test is niet voor alle elektrische producten verplicht. Het kan echter wel nodig zijn voor de certificering van het elektrische product in de typetest. Als het tijdens de productie vereist is, is het een routinetest. Dan ondergaat elk exemplaar dat je op de markt brengt een hoogspanningstest met wisselspanning.

Vaak wordt de diëlektrische sterkte na elkaar beproefd tussen alle betrokken geleiders. Dit kunnen groepen van geleiders of individuele geleiders zijn en natuurlijk de behuizing of behuizingsonderdelen. Het wordt al snel duidelijk dat de test kan en moet worden uitgevoerd op een grote verscheidenheid aan locaties, afhankelijk van de complexiteit van het elektrische product.

Dit kan worden gedaan door de testpunten te scannen met een testsonde – een aanpak die al snel veel tijd vergt en kostbaar kan zijn.

Complexe tests worden daarom automatisch uitgevoerd op alle testpunten via een HV-matrix, die volledig programmeerbaar is

SCHLEICH matrixen schakelen flexibel in 2- en 4-draadstechniek.

Vooral de 4-draadstechniek is van groot belang in geautomatiseerde systemen en installaties. Het garandeert een veilige contactcontrole van de testspanning en dus processtabiliteit.

Je kunt een isolatie beschrijven als een model van een isolatieweerstand en een condensator. Waarom een condensator?

De test vindt altijd plaats tussen twee elektrische geleiders/polen. Op een abstracte manier vormen deze twee polen twee metalen platen tegenover elkaar. Daartussen ligt de isolatie. Deze constructie komt overeen met die van een condensator. Hierdoor gedraagt de hele isolatiestructuur zich dus ook sterk capacitief.

De hoogspanningstest AC wordt uitgevoerd met wisselspanning. Hierdoor loopt er een stroom die afhankelijk is van de frequentie van de testspanning in het capacitieve deel van de isolatie. Deze capacitieve stroom is evenredig met de capaciteit. Een voorbeeld: 10 nF bij 1500 V en 50 Hz geeft ongeveer 4,7 mA.

Dit zijn fysische factoren die niets te maken hebben met goede of slechte isolerende eigenschappen van het te testen apparaat. Daarom stel je de stroomgrens van de tester in op basis van de capacitieve eigenschappen van het testobject.
Doorslaggevend is nu het vermogen van de hoogspanningsbron. Deze moet de benodigde stroom kunnen leveren. Anders zou de hoogspanningstest niet haalbaar zijn.

Volgens de EN50191 geldt een hoogspanningsbron als begrensd als de kortsluitstroom maximaal 3 mA AC of 12 mA DC is en de energie maximaal 350 mJ.

Blijft een bron binnen deze grenzen, dan is geen bescherming tegen direct aanraken nodig. De overige eisen van de norm blijven gelden.

Maar een stroom van 3 mA is voor de meeste hoogspanningstests praktisch niets. Veel elektrische producten vereisen een aanzienlijk hogere teststroom vanwege het capacitieve effect. Zoals reeds vermeld: dit is geen afkeur voor het testobject – maar gevaarlijk voor de operator. Dit komt omdat de hoogspanningsbron vaak ontworpen is voor 100 mA teststroom. Passende beschermingsmaatregelen zijn dan absoluut noodzakelijk.

Dit houdt in:

• Elektrisch geïsoleerde hoogspanning
• Afscherming van het teststation
• Veiligheidstestpistolen
• Tweehand start met bijbehorend veiligheidsrelais
• Testkooi of testcabine – dubbelcircuitbewaking met goedgekeurde veiligheidsrelais en, indien nodig, ook een veilige veiligheidsvergrendeling
• Een veiligheidsniveau volgens de risicobeoordeling, bijvoorbeeld PLe of SIL3

De eisen aan de veiligheidstechniek zijn navenant hoog voor een teststroom van meer dan 3 mA. Welk niveau nodig is (bijvoorbeeld PLe of SIL3), volgt uit de risicobeoordeling. De aanduiding Kat 4 komt uit de ingetrokken EN 954-1. De SCHLEICH-apparatuur die IONIO levert, voldoet volgens SCHLEICH aan deze eisen.

Er dient te worden opgemerkt dat er op de internationale markt een grote verscheidenheid aan testapparatuur op de markt is die eruit ziet als een verondersteld koopje, maar niet voldoet aan de veiligheidseisen van de Europese norm EN50191/VDE0104

De onderstaande testsystemen kunnen de hoogspanningstest AC uitvoeren:

Veiligheidstester GLP1-g
Veiligheidstester GLP2-Basic
Veiligheidstester GLP2-Modular
Veiligheidstester GLP3
Surgetester MTC2
Motoren testsysteem MTC3