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일반적으로 제조사들은 다음과 같은 경험적인 룰을 사용합니다. 예를 들어 어떤 제품의 동작 전원이 220V 라면 생산라인에서는 테스트 전압을 1.464kV = (220V+1000V) x 120% 로 설정한 후 약 1~2초 동안 내전압 테스트를 실행합니다.
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내전압 시험기 사용방법 (KIKUSUI WITHSTANDING Voltage Tester TOS5101)
전력전자 연구실 보유장비
광운대학교 전기공학과 송승호 교수
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내전압시험의 의미와 목적 – 네이버 블로그
내전압시험이란 전기적으로 접촉되어 있지 않은 두 개의 도체 사이에 얼마나 높은 전압을 인가해 보아도 견딜 수 있는가를 시험해 보는 것입니다.
Source: m.blog.naver.com
Date Published: 1/24/2021
View: 2984
[전기] 내전압 시험기란? > 기술 자료실 | 한국캘랩(주)
시험할 절연 재료에 보통 사용전압의 2~5배의 전압으로 통상 1분간 시험하여 누설 … 각국의 안전 규격은 내전압 시험을 반드시 포함하고 시험 할 것을 규격/기준화 …
Source: bestcal.co.kr
Date Published: 5/25/2022
View: 3874
한국산업규격 – e-나라 표준인증
상용주파 내전압 시험은 KS C IEC 60255-27의 10.6.4.3항에서 규정하는 시험방법에 따른다. 상용주파내전압 시험은 아래 표 12의 시험전압을 1분간 견디며 인가 중 …
Source: standard.go.kr
Date Published: 10/27/2021
View: 8908
15. 내전압시험 – 대화기전(주) : DC Motor
내전압(電壓, 또는 내압)시험이란 전기적으로 접촉되어 있지 않은 두 개의 도체 사이에 얼마나 높은 전압을 인가해 보아도 견딜 수 있는 가를 시험해 보는 것이다.
Source: www.daehwagm.co.kr
Date Published: 9/11/2021
View: 8180
KC 60065 개정 안전기준.hwp – 국가기술표준원
KS C IEC 60068-2-78:2002, 환경시험방법(전기․전자) – 안정상태의 내습성 시험 … 각 주기 후에, 10.3절에 따르는 내전압시험을 실시하고 절연저항을 측정한다.
Source: www.kats.go.kr
Date Published: 9/29/2021
View: 6958
내전압시험 이란?? – Daum 블로그
1. 내전압 시험??? – 제조자가 제품을 생산시 제품의 누전여부(감전이 되면 안되겠죠..;;), …
Source: blog.daum.net
Date Published: 2/12/2022
View: 1612
내전압 시험기 : Hipot Tester – KAST Engineering
사용전압 : AC 220 V, 50 ~ 60 ㎐ · 시험출력전압 : AC 0 ~ 5 ㎸ 에서 모델별로 0 ~ 20 ㎸ 까지 · 출력전류제한범위(Current Limit) 설정 · 출력전압 정밀도 : 0.5 % ± 2 …
Source: www.kasteng.co.kr
Date Published: 7/26/2022
View: 3444
정보통신기기의 전기안전 시험방법
연면거리, 공간거리, 절연을 통한거리 및 내전압 시험시 기초 자료로 활용하기 위함. 6.3 시험 장비. 가. 전압 조정기 : 1-250Vac, 60Hz, 15A 또는 이와 동등한 것. 나.
Source: www.kotta.or.kr
Date Published: 10/27/2021
View: 1028
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주제에 대한 기사 평가 내전압 시험 규격
- Author: 광운대학교 전기공학과
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- Date Published: 최초 공개: 2019. 8. 27.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=_H7Aa_IXx6M
내전압시험 (안전규격) 방법
오늘은 아침부터 장마비가 마구 쏟아 지고 있네요.
아침부터 비가 너무 많이 와서 깜짝 놀랬는데. 휴 안전운전해야지요.
날씨도 이러니 감전 조심해야 하고 ㅎㅎㅎㅎ 감전 얘기 하니 안전규격테스트 얘기가 생각이 났습니다.
그래서 안전규격 시험에 대해서 얘기 해보려고 합니다.
장비는 뭐… 저희가 판매 하고 있는 GPT-9800 시리즈 기반으로 설명을 드릴려고 하구요.
우선 안전규격테스트라고도 하고 내전압테스트 또는 내전합시험이라고 합니다.
우선 전기코드와 콘센트를 보면 아래 사진 보세요.
빨간 부분이 가운데 플러그에는 없죠? 무슨 차이일까요?????
우선 우리가 사용하는 전기는 저 빨간 부분이 아니고 플러그라고 불리우는 저 둥글게 튀어나온부분이
콘센트의 구멍에 들어가서 전기가 흐르게 됩니다. 그리고 일정용량의 전압이 흐르게 됩니다.
아시다시피 가정에서 쓰는 전원은 AC 220V입니다. 하지만 전압에 이상이 생기게 되면
전기가 세어나오게 됩니다. 그래서 그런부분을 대비해서 모든 전기제품을 개발 할때에는
이상 전기에 대해 어느정도 버틸 수 있게 장비를 제작 합니다. 그런데 얼마나 버티는지 확인을 해야죠.
그래서 그때 내전압시험을 하게 됩니다. 아래는 내전압 시험에 대한 기초 내용입니다.
안전 규격(신뢰성) 테스트에 대한 이해
• 전기전자 제품에 대한 안전 규격 테스트는 크게 제품 개발 중 공인된 기관에 서 행해지는 인증 테스트와 생산라인에서 제품 출하 전에 실시되는 루틴 테스트로 나눌 수 있습니다.
• 인증 테스트의 경우 특정 규정에 따라 테스트가 이뤄지며 생산라인 테스트의 경우 각 제조사의 자체 규정/절차에 따라 테스트가 실시되어 평가됩니다.
• 생산라인 테스트의 경우 제조사는 각 제품의 신뢰성을 보장할 수 있는 몇 가지 주요 테스트를 선택하여 실시하는데 보통 다음과 같은 4가지 테스트를 수행합니다.
1) 내전압 (Withstand 또는 Hipot) 테스트
2) 절연저항 (Insulation Resistance) 테스트
3) 그라운드 본드 (Ground Bond 또는 Ground Continuity) 테스트
4) 누설 전류 (Current Leakage) 테스트
• 위의 테스트의 목적은 제품의 전기적인 결함에 의해 발생되는 고전압 또는 고전류에서 사용자의 안전을 보장하는 것입니다.
• 굿윌인스텍은 각각의 신뢰성 테스트를 위해 다음의 모델들을 제공합니다.
G
PT-9800 시리즈 GPT-9900 시리즈 GLC-9000
내전압 테스트의 종류 (ACW, DCW)
• Dielectric Withstand Voltage Test 또는 Hi-pot Test로 알려진 내전압 테스트 는 어떤 결함에 의해 발생될 수 있는 고전압에서 제품의 절연 상태의 이상 유무를 확인하는 가장 대표적인 비파괴 신뢰성 테스트 입니다.
• 제품의 절연 상태가 고전압 하에서도 안전하다는 것을 확인하기 위해 일정시간 동안 측정 지점에 고전압을 인가하고 이때 흐르는 전류 크기를 기준으로 절연 정도를 파악합니다.
• 인증 테스트의 경우 각각의 규정(특히 IEC60590)에 제품의 동작 전압에 기초한 테스트 전압이 명시되어 있으면 이를 사용할 것을 권고하고 있습니다.
• 생산라인 테스트의 경우 일반적으로 다음과 같은 공식으로 테스트 전압을 정합니다.
1) 테스트 전압 = 2U + 1000V (단, U = 제품 동작 전압, 단위 Vrms)
• 위의 공식에서 1000V를 사용하는 이유는 여러 실험과 연구를 통해 제품의 절연이 일상적으로 최대 약 1000V의 과전압에 노출될 수 있는 것으로 조사 되었기 때문입니다.
• 정리하면 내전압 테스트는 제품의 절연이 완전히 파괴되어 전류가 갑자기 크게 증가하기 직전까지 얼마나 큰 전압을 제품 절연에 인가할 수 있을까에 대한 답을 구하는 과정입니다.
• 제품 개발 기간 중에는 일반적으로 내전압 테스트를 통해 제품 절연이 파괴 되는 전압 크기를 알아내며 일반적으로 생산라인 적용 시에는 절연 파괴 전압의 약 75%의 전압으로 내전압 테스트가 실시됩니다.
• 내전압 테스트의 불량 요인은 제품의 각 단자 또는 부품들의 공간 배치 또는 이격 문제, Over-mold, 불량 케이블 사용, 설계 오류 등 매우 다양하며 특히 아크 방전과 코로나에 대단히 민감합니다.
내전압 테스트 (ACW, DCW) – 측정 방법
• 측정 시료(제품)의 주요 회로 부분과 제품 외곽 금속 부분 사이와 같이 반드시 절연되어야 할 지점 양단에 고전압을 인가합니다.
• 고전압 인가 시에 절연에 의해 분리되어 있지만 용량성 커플링(Capacitive Coupling)에 의해 매우 작은 전류가 흐를 수도 있습니다. 이런작은 전류는 크기에 따라 허용될 수도 있지만 공기 절연이나 고체 절연의 완전 파괴에 의한 전류는 허용되지 않습니다.
• 측정 시료(제품)는 내전압 테스트 동안 동작하지 않음을 유의해야 합니다. 또한 인증 테스트의 경우에는 테스트 시작 후에 약 10초 이상(Ramp Time)의 시간 동안 테스트 전압의 ½ 미만에서 최대 전압까지 점진적으로 상승해야 하며 그 후 1분 동안(Test Time) 최대 전압이 유지되어야 합니다.
내전압 테스트 (ACW, DCW) – 측정 방법
• 전원공급기 1차 회로와 2차 회로 사이 내전압 테스트 예
결선 방법 : 전원공급기의 모든 출력 단자를 함께 묶어 내전압기의 접지
(Return) 단자에 연결하고 전원공급기의 입력 전원 코드의 Live와 Neutral 선을
함께 묶어 내전압기의 고전압 단자에 연결합니다.
• TV 생산라인의 내전압 테스트 예
결선 방법 : TV 입력 전원 코드의 Live와 Neutral 선을 함께 묶어 내전압기의 고전압 단자에 연결하고
그라운드(접지) 단자를 내전압기의 접지(Return) 단자와 연결합니다.
보통은 아래 그림과 같이 생산성을 높이기 위해 측정용 지그 (JIG)가 사용됩니다.
측정 시료 : TV
내전압 테스트 (ACW, DCW) – 테스트 시간
• 인증 테스트의 경우 테스트 지속 시간은 규정에 의해 결정됩니다. 예를 들어 IEC60590 규정의 경우에는 테스트 지속 시간은 1분입니다.
• 생산라인 테스트의 경우 긴 시간 동안의 내전압 테스트는 제품 생산성에 영 향을 주기 때문에 일반적으로 테스트 시간을 줄이고 대신에 테스트 전압을 더 크게 하여 내전압 테스트를 진행합니다.
• 일반적으로 제조사들은 다음과 같은 경험적인 룰을 사용합니다.
1) 테스트 전압 = (2U+1000V) x 110~120% (단, U = 제품 동작 전압, Vrms)
2) 테스트 지속 시간 = 1~2초
예를 들어 어떤 제품의 동작 전원이 220V 라면 생산라인에서는 테스트 전압을 1.464kV = (220V+1000V) x 120% 로 설정한 후 약 1~2초 동안 내전압 테스트를 실행합니다.
내전압 테스트 (ACW, DCW) – 전류 리미트 설정
• 대부분의 내전압 시험기는 테스트 합불 판정을 위해 전류 제한 값을 설정할 수 있습니다. 제품의 실제 누설 전류를 알고 있다면 내전압 테스트에 의해 흐르는 전류를 예측할 수 있습니다.
• 전류 제한 값은 전적으로 측정 시료(제품)에 달려 있습니다. 적절한 전류 값 을 찾는 가장 좋은 방법은 샘플로 몇 개의 제품을 측정한 후에 측정된 전류의 평균을 내는 것입니다. 평균 전류가 확인되면 전류 제한 값은 평균 값보다 약간 높게 설정을 합니다.
• 전류 제한 값을 설정하는 또 다른 방법은 다음과 같은 공식을 사용하는 것입니다.
• 위의 공식에서 알 수 있듯이 누설 전류(Leakage)를 알고 있다면 내전압 테스트에 의한 전류를 예측할 수 있습니다.
• 측정 시료(제품)에 따라 전류 제한치가 달라질 수 있습니다. 따라서 내전압
테스트를 위한 계측기를 선택할 때는 출력 전압 뿐만 아니라 계측기의 출력
용량(정격 전류)을 반드시 고려해야 합니다.
내전압 테스트 (ACW, DCW) – 테스트 전압
• 내전압 테스트는 테스트 전압 유형에 따라 AC 내전압과 DC 내전압으로 구분됩니다. AC 내전압과 DC 내전압의 테스트 절차는 동일합니다.
• AC 내전압의 경우 절연체는 + 피크 전압과 – 피크 전압에서 가장 큰 스트레스를 받게 됩니다.
• 따라서 DC 테스트 전압을 사용하는 경우에는 AC 테스트 전압과 같은 효과를 내기 위해 AC 테스트 전압에 를 곱한 전압을 적용해야 합니다.
• 예를 들어 AC 테스트 전압이 1.5kVac 라면 DC 테스트 전압은 2.12kVdc (=1.5kV x 1.414)를 사용해야 합니다.
• DC 테스트 전압 사용의 한 가지 이점은 전류 제한 값을 AC 테스트 전압을 사용할 때보다 낮게 설정할 수 있다는 점입니다. 즉, DC 내전압 테스트는 AC내전압 테스트를 통과했지만 전류 제한 치에 걸려 있는 마진이 적은 제품들을 다시 한 번 걸러낼 수 있는 이점을 줍니다.
• DC 테스트 전압을 사용할 때는 한가지 유의해야 될 점은 DC 전압에 의해 회로 내의 커패시터들이 충전 될 수 있어 반드시 테스트 후에 커패시터들을 방전 시켜주는 회로 또는 구성이 필요하다는 것입니다. 테스트 전압이나 유형에 상관없이 테스트 전후로 항상 제품을 방전시켜주는 것이 가장 좋은 방법임을 명심하시기 바랍니다.
• DC 테스트 전압은 커패시터를 충전시키기 때문에 급속한 충전을 방지하기 위해 최대 전압까지 서서히 증가시키며 적용하는데 이는 또 다른 이점이 될 수 있습니다. 즉, 전압 증가에 따른 전류 흐름을 모니터링 하면서 절연 파괴가 발생하는 전압을 보다 쉽게 찾을 수 있습니다.
• DC 사용의 작은 단점은 DC 테스트 전압을 발생시키는 것이 상대적으로 어려워서 DC 내전압기의 가격이 AC 내전압기에 비해 약간 비싸다는 점입니다.
• AC 테스트 전압 사용의 이점은 DC 테스트는 단지 한 극성으로만 절연체를 충전시키는데 반해 AC 테스트는 양쪽 극성에 대해 모두 확인이 가능하다는 점입니다. AC 전압을 실제 동작 전원으로 사용하는 제품에서는 이것이 관심사가 될 수 있습니다.
• AC 테스트의 단점은 측정 시료(제품)가 큰 값의 Y 커패시터(AC 라인과 접지사이의 커패시터)를 갖고 있을 때 내전압기의 전류 제한 값 설정에 따라 AC내전압 테스트를 통과하지 못할 수 있다는 점입니다. 따라서 대부분의 신뢰성 테스트 규정에서는 테스트 전에 Y 커패시터를 끊어 버리거나 AC 테스트 대신 DC 테스트를 수행하도록 합니다.
• DC 테스트의 경우에는 측정 시료가 큰 값의 Y 커패시터를 갖더라도 DC 전압의 경우 전압은 띄우더라도 전류가 흐르지 않기 때문에 크게 영향을 받지 않습니다.
절연 저항 테스트 (IR)
• 절연 저항 (Insulation Resistance) 테스트 또한 메가(Megger) 테스트로 알려진 이 테스트는 절연체의 저항 값이 충분히 높은가에 대한 답을 구하는 과정입니다. 즉, 절연체가 전류 흐름을 얼마나 효과적으로 방해하는 지를 결정하는 것입니다.
• 절연 저항 테스트를 위한 전압은 일반적으로 500V~1000Vdc 입니다. 내전압테스트에 비해 상대적으로 전압이 낮아 흐르는 전류 또한 매우 낮습니다. 이런 이유로 제품 출하 시 뿐만 아니라 제품이 사용되며 시간이 지난 후에도 제품의 품질을 확인하기 위해 측정됩니다.
• 측정 절차는 다음과 같습니다. 측정 시료를 계측기에 연결한 후에 일정 시간(Ramp Time) 서서히 설정 값까지 전압을 올립니다. 설정 전압 값에 도달한 후 짧은 기간 동안(Test Time, 일반적으로 최대 5초) 머무르며 저항 값을 측정합니다. 이 때 측정된 저항 값은 수십 M옴 이상이어야 합니다.
• 절연 저항 테스트는 IEC60065와 UL6500.2/3과 같은 제품 안전 규정에 의해 의무적으로 실시되어야 합니다.
• TV 생산라인의 절연 저항 테스트 예
결선 방법 : TV 입력 전원 코드의 Live와 Neutral 선을 함께 묶어 내전압기의 고전압 단자에 연결하고 그라운드(접지) 단자를
내전압기의 접지(Return) 단자와 연결합니다. 테스트를 위한 결선은 내전압 테스트와 동일합니다.
그라운드 본드 테스트 (GB)
• 그라운드 본드 테스트는 어떤 절연 결함이 발생한 경우에 충전이 될 수 있는 제품의 모든 전도성 부분들이 입력 전원의 접지 부와 안전하게 연결되어 있는지를 확인하는 과정입니다.
• 즉, 저전압의 고전류를 보호 접지 단자와 접지로 연결된 모든 금속 부분 사이로 흘려 보내서 경로 사이의 전압을 측정한 다음 그라운드 경로의 저항 값을 계산해 냅니다. 측정된 저항 값이 제품 안정성 규정에 명시된 규격을 초과하지 않는 지를 확인하는 것입니다.
• 이때 보호 접지 도체들에 스위치나 퓨즈 등을 포함하지 않는다는 것을 명심해야 합니다.
• 그라운드 본드 테스트는 모든 Class I 제품에 반드시 실행되어야 합니다.
• 대부분의 안전 규정들은 그라운드 본드 테스트를 수행하기 위해 다음과 같은 항목들을 요구합니다.
1) 측정 시료(제품)의 그라운드 경로에 저전압의 AC 또는 DC 고전류가 일정 시간 동안 흘러야 합니다.
2) 보호 접지 단자와 접지와 연결된 부분 사이의 전압 강하가 측정되어야 합니다.
3) 전류와 측정 전압 값에서 그라운드 경로 사이의 저항 값이 계산되어야 합니다.
• IEC60590 그라운드 본드 테스트 조건
1) 테스트 전압 : 12V 이하
2) 테스트 전류 : 소모전류의 1.5배인 AC 또는 DC 전류, 단 25A 이하
3) 테스트 시간 : 1분
4) 측정 저항 값 : 0.1W 이하 (단, 전원 케이블의 저항 값을 포함하지 않음)
• 그라운드 본드 테스트는 수mΩ 의 작은 저항 값을 측정하므로 아래 그림과 같이 4선 방식으로 결선합니다. 일반적으로 + Source와 Sense 단자를 접지와 연결된 전도성 부분(섀시 또는 금속 외관)에 연결하고 – Source와 Sense 단자를 입력 전원 코드의 접지 단자와 연결합니다.
• Ground Continuity Test 와 Ground Bond Test 의 차이는 측정을 위해 흘려 주는 전류의 크기에 가장 큰 차이가 있습니다. 즉, 단순히 그라운드 연결을 확인하기 위한 테스트가 Continuity Test 이고 얼마나 단단히 연결되어 대전류를 흘러줄 수 있냐를 판단하는 것이 Bond Test 입니다.
이상으로 내전압시험의 기초에 대해 설명 하였습니다.
자료는 GWK에서 대리점 교육용으로 제작한 자료를 이용 하였습니다.
내전압 시험에 궁금하신 점 있으시면 언제든지 연락 바랍니다.
위슨테크놀로지/송해종과장/010-5279-9529
긴글 읽어 주셔서 감사합니다~
내전압시험의 의미와 목적
내전압시험이란 전기적으로 접촉되어 있지 않은 두 개의 도체 사이에 얼마나 높은 전압을 인가해 보아도 견딜 수 있는가를 시험해 보는 것입니다. 그렇다고 어느 곳이든 떨어져 있는 두 개의 도체 사이에 모두 내전압을 시험해 볼 이유는 없습니다.
당연히 두 개의 도체가 가까이 있는 중에서도 그중 한 도체에 전기가 인입되어 있고 또 다른 한 도체가 노출되어 인체에 접촉될 수 있는 경우, 또는 접지되어 있을 경우에만 내전압 시험이 필요하게 됩니다.
즉, 두 개의 전선 사이나, 적어도 한 개의 도체에 전기가 인입되어 있어, 그 두 도체가 서로 닿거나 그 사이의 절연이 불량해서 누전이 되면 위험하거나 또는 감전이 될 우려가 있을 때, 내전압 시험이 필요합니다.
대화기전(주) : DC Motor
(1) 내전압시험기란? 내전압(電壓, 또는 내압)시험이란 전기적으로 접촉되어 있지 않은 두 개의 도체 사이에 얼마나 높은 전압을 인가해 보아도 견딜 수 있는 가를 시험해 보는 것이다. 그렇다고 해서 어느 곳이든 떨어져 있는 두 개의 도체 사이에 모두 내전압 시험을 해 볼 이유는 없다.
당연히 두 개의 도체가 가까이 있는 중에서도 그 중 한 도체 (또는 전선)에 전기가 인입 되어 있고 또 다른 한 도체가 노출되어 인체에 접촉될 수 있는 경우, 또는 접지되어 있을 경우에만 내전압 시험이 필요하게 된다.
즉, 두 개의 전선사이나, 적어도 한 개의 도체에 전기가 인입 되어 있어, 그 두 도체가 서로 닿거나 그 사이의 절연이 불량해서 누전이 되면 위험하거나, 또는 감전이 될 우려가 있을 때, 내전압 시험이 필요하다는 이야기다.
이 말은, 영어로는 Puncture Test, Hipo(High Potential Voltage) Test, Withstanding Voltage Test라고도 하며 모두 같은 뜻이다. (2) 내전압시험의 목적 내전압 시험의 목적은 Motor Transformer, Relay, 발전기, 차량용 부품과 냉장고, 세탁기, 전기밥솥과 같은 가전제품에서 충전부(전기인입선)과 비충전부(접지될 수 있거나 사람의 손이 닿는 외부 금속체) 사이에, Motor에서는 권선과 코어사이, 트랜스에서는 1차코일과 코어사이, 1차코일과 2차코일 사이, 2차코일과 코어사이에 얼마만한 전압이 인가되어도 견딜수 있는가를 시험해 보는 일이며, 이러한 시험을 통해 절연의 완벽성 여부, 파손 위험 여부, 이물질 개입 또는, 비정상적인 근접부위가 있는지를 미리 알아 보아 제품의 전기적 안전성, 품질을 가늠해 보기 위한 것이다.
그림1.
(3) 내전압시험 방법 내전압 시험을 위해서는 (그림 1)과 같이, 말 그대로 시험해 보고자 하는 부위 (미리 떨어져 있는 두개의 도체 사이, 그림에서는 트랜스의 1차코일과 코어 사이에 외부에서 전압을 인가해 보고, 이때 흐르는 누설전류를 전류계로 읽어 누설전류가 비정상적으로 많을 경우 무언가 이상이 있을 것이라는 생각에 불량으로 판정하는 방식이다.
그런데 내전압 시험에 인가해 보는 전압은 AC이다. 여기서 잠시 부연 설명하자면 내전압 시험은 절연저항시험 (Insulation Test)와는 다르다. 절연저항 시험은 오로지 누전여부를 시험하는 것으로 시험에는 DC 전압 (500V,또는 1000V)이 사용되며, 시험결과를 으로 나타내어 말 그대로 누전여부 (감전 가능성 여부)를 알아보는 것이나, 내전압 시험은 AC전압을 이용, 제품의 누전여부뿐만 아니라 외부의 어느 정도 전기적 충격에도 견딜 수 있는지를 미리 시험해 보아 품질보증과 함께 수명보장, 안전성 보장을 한다는 뜻이다. (4) 내전압시험 원리 모든 품질 시험방법에는 충격시험(Stress)과 수명시험(Aging)의 두 가지가 있다.
Aging 시험이란 사용조건과 동일하거나 또는 조금 더 열악한 환경에서 장시간 동작시켜 보아 제품의 수명, 품질, 안전성 등을 확인해 보는 방법이다. 당연히 이 시험에는 아주 오랜 시간이 걸려 제품 모두를 시험해 볼 수 없기 때문에 Sampling검사를 하게 된다.
한편 Stress 시험이란, 사용 조건보다 훨씬 가혹한 조건으로 제품을 시험해 보는 방법으로, 시험시간이 짧아 전 제품을 검사할 수 있는 전수검사 (Total Inspection) 방법이다. 내전압 시험 역시 Stress성 시험으로 짧은 시간 내에 이루어질 수 있으며 당연히 시험조건이 가혹하여 시험중 파괴되는 수도 있게 된다.
그림2.
(5) 내전압시험의 특성 여기서 내압시험 시 인가전압을 차츰 증가함에 따라 누설전류가 증가하는 이유는 모든 내압시험중인 제품에 부유용량(Stray Capacitance) 이 있기 때문이다.(그림 3)
그림3.
즉 모든 전기제품의 두 개의 시험하고자 하는 도체 사이에는 제조자가 원하던 원하지 않던, 대전상태에 있으므로 용량성을 지니며, 시험전압이 AC이므로 이 용량성에 의해 전압증가에 따른 전류증가가 일어난 다는 점이다. 일예로 실측한 결과에 따르면 부유용량 (Capacitance)의 크기(여기서는 F로 나타 냈다)에 따른 시험전류증 가 정도는 표 1과 같다.
표1) 용량과 인가전압에 따른 누설전류 (단위 ㎃, 인가전압은 AC, 60Hz) 인기전압(㎸)
용량(㎴) 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 100 ㎊ 0.01 0.05 0.08 0.11 0.15 0.18 0.22 0.25 0.29 0.33 200 ㎊ 0.04 0.11 0.17 0.25 0.32 0.42 0.51 0.61 0.71 0.81 500 ㎊ 0.1 0.22 0.35 0.5 0.66 0.82 0.93 1.13 1.29 1.45 1000 ㎊ 0.2 0.46 0.75 1.06 1.34 1.61 1.85 2.06 2.26 2.43 2000 ㎊ 0.4 0.9 1.45 2.02 2.56 3.06 3.33 3.93 4.29 4.46 5000 ㎊ 1.05 2.37 3.62 4.78 5.77 6.6 7.33 7.94 8.46 8.95
위와 같이 내압시험을 위해 시험품에 AC전압을 인가해 보는 경우, 시험시의 누설전류는 시험품의 부유용량(Capacitance)의 크기에 비례한다. 이러한 이유는 내압시험에 사용되는 전압이 AC(50~60 Hz, 상용전원 주파수와 같은) 이기 때문이다. 당연히 내압시험기에 시험품을 연결하지 않은채 고압리드선만을 연결해 두어도 케이블선 자체가 부유용량을 가지고 있어 누설 전류가 흐른다. (표 2)는 이렇듯 내압시험기에 5m길이의 케이블만을 연결해 두었을 때의 내압기 출력전압 증가에 따른 누설전류량을 실측해 본 값이다.
표2. 내압시험기에 5m 케이블만을 연결했을 때의 인가전압에 따른 누설전류량(㎃) 인가 전압(㎸) 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 누설전류(㎃) 0.04 0.11 0.17 0.24 0.3 0.36 0.43 0.49 0.56 0.65
한편 (그림 4) 는 몇가지 트랜스와 모터류에서의 부유용량을 직접 실측해 본 값들이다.
– 220V 1/4마력 유도모터의 stator에서 coi과 core 사이의 용량 = 520 pF
– 220V 1/8마력 유도모터의 stator에서 coild core 사이의 용량 = 320 pF
– 12V 차량용 Blower모터에서 stator와 coil case 사이의 용량 = 550 pF
– 12V 차량용 Blower모터에서 아마츄어 코일과 case사이의 용량 = 510 pF
– 12V 차량용 윈도우 와이퍼 모터의 코일과 case 사이의 용량 = 180 F
– 220V 20W 용량의 납땜 인두에서 히터와 외함사이의 용량 = 55 pF
– 일반 상용 주파수용 220V용 소형트랜스(50W) 에서의 1차코일, 코어, 2차코일 사이의 부유용량
그림4.
그림5.
이렇듯 모든 전기, 전자제품은 제조자가 원하든 원하지 않든, 얼마간의 부유용량(Stray capacitance)을 지니게 되어 있고, 내전압 시험시에 흐르는 누설전류의 양은 일차적으로 이러한 부유용량에 의해 결정된다. 여기서 내전압 시험시 양, 부를 판정하는 기준으로 누설전류량의 많고 적음이 적용되는 방식이 매우 애매 한 것임을 알 수 있다. 즉 내압시험이란, 어떤 시험품이 일반 표준품의 평균치보다 누설전류가 현저히 많을 경우, 또는 적을 경우 무언가 이상이 있다는 추측에서 불량으로 판정하게 되는 간접시험 방법임을 알 수 있는 것이다. ※ 누설전류의 증가 원인으로는 다음과 같은 것들이 있다. 비정상적인 근접부위
절연물의 파손
이물질 개입
다른 조율의 시험폼
Corona, 또는 Spark의 발생 위의 항목 중 6번 항에서와 같이 Corona, 또는 Spark가 발생하면, 누설전류가 급속히 증가하게 되는데 , 이러한 불량은 시험품이 사용자의 어느 기준 전압에도 견딜 수 있기를 바라는 요구에 미흡하므로 당연히 견고성, 수명보장성의 항목에서 불량으로 분류되어야 한다.
(표 3)은 직접 어느 모터(220 V용 1/4 마력, 유도모터) 3개를 Stator코일과 코어 사이에 내전압 시험을 해 본 결과이다.
표3) 모터의 Stator 코일과 코어사이에 파손 되기까지의 내전압 시험을 진행한 결과와 누설전류((㎃) 인기전압(㎸)
모터 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 Motor 1 0.14 0.3 0.46 0.79 1.09 1.58 2.18 2.71 3.48 파손 Motor 2 0.15 0.3 0.48 0.8 1.25 3.2 파손 Motor 3 0.1 0.23 0.36 0.52 0.7 1.28 파손
– Motor 1 : 3.5 ㎸에서 아크소리, 4㎸이상에서 냄새 발생
– Motor 2 : 3.5 ㎸에서 아크와 냄새 발생
– Motor 3 : 2.5 ㎸에서 아크와 냄새 발생 이렇듯 (표 3)에서와 같이 내압시험 진행중 파손이 되지 않는 범위 내에서의 누설전류 증가는 대체로 인가전압에 비례한다. 파괴점에 이르러서는 누설 전류가 갑자기 증가(코로나 발생하고 더욱 시험전압을 올리면 Spark가 발생하면서 파괴된다. (Break down 점에 이름) 그리고 한번 파괴된 시험품은 양품으로 회복되지 않는다. 당연히 내압시험 전압설정은 파손점보다 낮아야 되고, 그와 반대로 내압시험요구 전압이 높다면 시험품의 내압시험 전압에 견디는 능력이 더 높게 설계되어야 한다. 일반적인 내압시험 전압과 누설전류 파괴점의 관계를 (그림 5)와 같다.
그림5.
– 내압시험은 Stress 시험이므로 당연히 시험 중 파괴되는 수도 있다. 내압시험 전압범위 설정은 파괴가능점이나 그 이하점에 있어야 한다. 그림에서는 내압시험중 파괴되는 제품이 20%로 되어 있으나 실제로는 1%이하가 되어야 손실을 줄일 수 있다. 또한 내압시험 전압은 높을수록 엄격한 시험이 이루어지므로 시험중 손실을 줄이기 위해서는 품질을 높여야 하는 것 역시 당연하다. (6) 시험 전압 제품에 따른 시험전압 설정은 법규에 의해 규정되어 있기도 하나, 때로는 구매자가 어떻게 시험해 주기를 요구하기도 한다. 여기서 내압시험을 몇 V의 전압으로 행해야 할지를 결정하는 공식은 다음과 같다. 단, 이 공식은 미국공업협회의 권장치로 이 공식이 도출된 것은 어떤 불변의 원리에 의한 것이 아니라 경험상의 법칙(Rule of Thumb)에서 얻어진 것임을 밝혀둔다. 내전압 시험전압 공식
– Et = (Eo X 2) + 1000v 여기서 Et는 시험전압 Eo는 시험제품의 사용전압, 또는 최고출력전압 즉 Et는 시험품의 사용전압을 2배 한 값에 다시 1000V 를 더해서 구한다. 예를 들어 220V용 모터에서 코일과 코어 (외함) 사이에 시행되어야 할 전압은 Et = (2 X 220V) + 1000V = 1440V 가 되어 1440V로 시험하라는 뜻이다. 단, 이 전압으로 1분간시험을 해야 한다. 여기서 보듯, 위의 공식에 따르면 어떤 사용전압의 제품도 최소한 1000 V이상의 전압으로 내압시험을 하라는 뜻인데, 이로 미루어 이 공식은 강전계통에서 유래된듯 하다. 한편 <한국전기용품 안전관리협회>의 기준에 의하면 트랜스류에서의 내압시험전압은 아래 (표 4)와 같다.
Alarm & Signal Story
1. 내전압 시험???
– 제조자가 제품을 생산시 제품의 누전여부(감전이 되면 안되겠죠..;;), 외부의 어느정도의 전기적 충격도 견뎌 낼 수 있는가..
를 알아보는 시험입니다.
– 전기적으로 접촉이 되어 있지 않은 두개의 도체 사이에 얼마나 높은 전압을 걸어도, 제품이 이를 견뎌낼 수 있는가 하는 시험.
– 두개의 도체 사이중, 한 도체에 전기가 흐르고, 나머지는 사용자의 몸에 접촉되는 경우.
– 또는 접지가 되어 있을 경우.
– 어떤 테스트할 제품이 일반 정상제품의 평균치보다 누설전류가 현저히 많거나, 적을때 뭔가 이상이 있을 것이란 추측에서
불량 판정을하는 간접시험 방법입니다.
– 내전압 시험으로 알아볼 수 있는것들..
– 절연의 완벽성, 파손위험, 이물질 개입, 비정상적인 근접부위가 있는지.. 전기적 안정성과, 품질을 알아볼 수 있습니다.
2. 시험방법.
– 제일 중요한 시험방법입니다. 간단히 설명하자면… ^^; 위에서 언급한것과 같이 시험할 부위에 외부전압을 인가하여,
이때 흐르는 누설전류를 확인하여 비정상적으로 많을 경우 문제가 있다고 판단을 하면 됩니다.
– 누설전류가 많다는건,, 사용자가 감전이 된다던지.. 높은 전압이 걸렸을 경우 제품 파손의 위험이 있을 수 있다는 겁니다.
– 참고로, 내전압시험은 AC 전압을 사용합니다. (절연저항테스트는 only 누전여부만 알 수 있습니다.)
– 내전압 시험 방법에는 aging test, stress test 방법 두가지가 있습니다. 먼저..
– Aging test!
– 사용조건과 동일하거나, 또는 조금더 열악한 환경에서 장시간 동작 시켜보는 테스트입니다.
제품의 수명, 품질, 안정성 테스트.
– 이 시험은 테스트시간이 오래 걸려, 샘플테스트를 하게 되겠지요..
– 규정상 시험전압을 1분간 흘려 테스트를 하게 됩니다.
– Stress test!
– aging test와는 다르게 한번에 제품에 무리를 많이 줘서 제품을 테스트 하는 방법입니다.
– stress test 는 시험기간이 짧기때문에 전수검사를 합니다.
– 단시간에 제품에 큰 무리를 줄 수 있기때문에 제품이 파괴 되는 경우(Break down point)도 발생할 수 있습니다.
그렇기 때문에 내압시험 전압법위 설정은 파괴 가능점이나 그 이하점에 있어야 합니다.
(제품의 내구성이 좋으면 좋을 수록 파괴점은 낮아질 것이고,
물건을 시장에 내놓기도 전에 파손되어 손해 보는 일을 줄이기 위해선 제품의 품질이 높아야되겠죠 ^^)
– 시험전압에 1.2배의 전압을 높게 흘려 1초간 테스트.
( aging test는 시간이 오래 걸리므로 사용하는 테스트 방법이나, 편리성을 위해 쓰여지는 일반적인 방법입니다.)
3. 전압 선택!
– 제일 문의가 많이 오는 부분이기도 합니다만, 제품에 따라 시험 전압이 법규에 규정되어 있기도 합니다.
하지만 구매자가 시험 조건을 요구하기도 하구요.
– 일반적으로 사용 되는 내전압 시험전압 공식은 아래와 같습니다.
(참고로 이 공식은 어떠한 원리에 따라 정해지것이 아니라, 경험상의 공식이라 합니다.)
Et=(Eo*2)+1000v
시험전압은 = (사용전압or최고출력전압)*2+1000v
예를 들어 Motor의 사용전압이 220v라고 할경우
시험전압은 (220*2)+1000 = 1440v 가 시험전압이 되겠네요..
4. 판정방법. (아주 간단합니다..;;)
① 모든 제품의 누설전류의 평균값을 구합니다.
(샘플의 평균값을 구해도 무관하나, 정확한 값은 모든제품의 값을 구하는게 좋겠지요..)
② 불량 판정범위를 정합니다. (평균보다 누설전류가 많거나, 적을 때.. 이것들이 불량제품이 되겠죠..)
이 불량 판정범위.. 누가 어떻게 왜.. 범위가 그런지는 제조자가 판단을 해야 하는 문제입니다.
예를 들어 어떤 제품의 누설전류의 평균값이 50 이 나왔는데, 최소 10~최대 90,, 이게 정상이라고 할 수 있겠고,
최소 45~최대55 이게 정상이 제품이라고 하는 사람도 있을 수 있기 때문입니다.
물론 전자에 말했던 예는 극단적인 예가 될 수 있겠네요..(물론 최대값은 파괴점 이하가 되야하는게 당연하구요..)
이렇게 해서 내전압 방법.. 시험전압 등을 설명을 해봤는데요..
아마 이 글만 잘 읽어보신다면, 막막하기만 했던 내전압시험을.. 조금은 편한 마음으로 테스트를 시작 할 수 있지 않을까 싶네요.
마지막으로, 이런 전화가 많이 옵니다..
“저희가 제품을 개발했는데 내전압 시험은 어떻게 설정을 하고 해야할까요..?”
“…..”
저희가 답변 해드릴 수 있을까요.. 해드릴 수 없습니다. ㅠㅠ
위에 작성해놓은 전압공식을 이용해서 전압을 인가후 누설전류를 하나하나 확인을 해보여야 합니다.
저희가 만든 제품도 아닌걸 저희가 값을 정해드릴 수는 없다는거죠..^^
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AC Hipot Tester (Digital)
본 내전압 시험기는 시험중 누설전류의 양을 Digital Meter 로 직접 나타내주며, Good, Bad, Test, Enable 신호를 외부 장비와 주고 받을 수 있어 System 연결이 용이한 정밀 측정장비입니다.
제품가격 :
모델 KT-5000PD-20, -50, -100 (출력 5 ㎸, 전류 20, 50, 100 ㎃) KT-10KPD-20, -50, -100 (출력 10 ㎸, 전류 20, 50, 100 ㎃) KT-20KPD-20, -50, -100 (출력 20 ㎸, 전류 20, 50, 100 ㎃)
내전압 시험기
내전압 시험이라 함은 전기, 전자제품에서 각각의 전극간, 또는 내부 전선과 외함 사이처럼 미리 떨어져 있어 전기적으로 절연된 사이에 얼마만한 외부전압이 인가되어도 견딜 수 있는가 시험해보는 것을 말합니다.
이 시험은 보통 사용전압(또는 출력전압) 의 2 ~ 5배쯤 되는 AC 전압으로 통상 1 분간 시험하여 이 때의 누설전류가 허용치를 넘지 않으면 양품으로 판정하게 됩니다.
이 시험으로 대부분 전기제품의 전압내력(耐力), 전극간 이물질 개입여부, 취약부분, 누전여부를 알 수 있게 되므로 품질검사에 꼭 필요한 전수검사 항목입니다.
내전압 시험기(Hipot Tester, 또는 Withstanding Voltage Tester 나 Puncture Tester 라고도 함)는 이러한 시험을 수행, 제품의 양, 불량 판정과 함께 안전성, 수명 가늠을 할 수 있는 품질검사 시험장비입니다.
KAST에서 생산하는 내전압 시험기
출력전압 Model 최대전류용량 기능과 외형 0~5 ㎸ AC ( 0 ~ 2.5 ㎸ ) KT-5000PD-20
KT-5000PD-50
KT-5000PD-100 20 ㎃
50 ㎃
100 ㎃ 디지털 방식, 자동판정형, V.A meter
외형 : 폭 420 × 높이 190 × 앞뒤 510 (㎜) 0~10 ㎸ AC ( 0 ~ 5 ㎸ ) KT-10KPD-20
KT-10KPD-50
KT-10KPD-100 20 ㎃
50 ㎃
100 ㎃ 디지털 방식, 자동판정형, V.A meter
외형 : 폭 420 × 높이 360 × 앞뒤 640 (㎜) 0~20 ㎸ AC ( 0 ~ 10 ㎸ ) KT-20KPD-20
KT-20KPD-50
KT-20KPD-100 20 ㎃
50 ㎃
100 ㎃ 디지털 방식, 자동판정형, V.A meter
외형 : 폭 620 × 높이 1440 × 앞뒤 720 (㎜)
공통사양
사용전압 : AC 220 V, 50 ~ 60 ㎐ 시험출력전압 : AC 0 ~ 5 ㎸ 에서 모델별로 0 ~ 20 ㎸ 까지 출력전류제한범위(Current Limit) 설정 Max 20 ㎃ 용 : 0.01 ㎃ 단위로 19.99 m까지 설정 Max 50 ㎃ 용 : 0.1 ㎃ 단위로 49.9 m 까지 설정 Max 100 ㎃ 용 : 0.1 ㎃ 단위로 99.9 m 까지 설정 출력전압 정밀도 : 0.5 % ± 2 digit 과전류시 차단속도 : 50 ms 이내 출력전압 Range 선택(2 Range) : 5 ㎸ / 2.5 ㎸, 10 ㎸ / 5 ㎸, 20 ㎸ / 10 ㎸ 시험시간 Timer(1 ~ 99 초) 부착
: 시험시간 설정용 타이머에 미리 설정된 시간만큼 연속시험을 진행한 후 Good / Bad 램프와 부저가 양, 부 판정을
알려줍니다. (Reset 시까지)
KAST 내전압 시험기의 장점
누설전류표시용 Digital Meter 가 부착되어 있어 시험중에 얼마만큼의 누설전류가 흐르고 있는지를 실시간으로 확인할 수 있습니다. Real Time Test 기능
: 본 기기에는 외부의 다른 자동화 장비와의 연결을 용이하게 하기 위해 많은 입출력 회로가 첨부되어 있습니다.
(Start, Reset, Busy, Good, Bad, Low Error 신호 등)
본 기능도 그 중 하나로, 외부에서 입력신호가 있을때만 시험을 진행하기 위한 입력단자로, 이 단자를 ON(쇼트)시키면
시험이 진행되어 양, 불량 판정을 하나, 이 단자가 Off 되면 시험이 멈춥니다.
이러한 기능은 순시시험을 하거나 또는 대량 시험을 할 때 편합니다. Ground Open Protect 회로
: 본 기기는 2 개의 Ground 선(Ground 선과 Sensor 선)이 있어 이 두 개의 접지선이 시험하고자 하는 제품에서 연결되
어 있어야 시험이 진행되도록 되어 있습니다. 만일 이 두 개의 선이 연결되지 않으면 시험이 멈추고, Low Error 램프가
점등됩니다. 이러한 목적은 접지선이 시험품에 연결되지 않아도 양품으로 판정되는 것을 방지해 주고 시험중 Ground
Open 의 위험성을 알려주기 위한 것입니다. 완벽한 Noise 대책
: 본 장비는 고압 출력을 On / Off 제어하는 회로에 물리적인 Switch 를 사용하지 않고 Zero Cross Detect 방식으로
동작되는 SSR 을 사용, 불필요한 Noise 나 Impulse 가 발생되지 않고, 외부와 신호를 주고 받는 Test, Start, Reset
회로에 Photo Coupler 를 사용하여 Noise 를 차단하고 있습니다. ISO 17025 의 규정에 따른 “교정성적서” 발행
: KAST 의 모든 장비는 출고시 국제규격에 따른 ISO 17025 의 규정에 의한 교정성적서(한글판, 또는 영문판)를 함께
드립니다. 이제는 내전압 시험기도 정밀, 고급화되어야 합니다.
Model : KT-10KPD-100
Digital Hipot Tester 입니다.
출력전압 : 10 ㎸
출력전류 : 최대 100 ㎃
외형 : 폭 420 × 높이 360 × 앞뒤 640 (㎜)
제품가격 :
나머지 모든 사양은 KT-5000PD 와 동일합니다. Model : KT-3040BDV (KT-20KPD)
출력전압이 30 ㎸ 까지 가능한 고품격, 정밀급 내전압 시험기입니다.
자동 / 수동의 출력전압 설정방법을 선택하는 스위치가 있습니다. 자동을 선택하면 서서히 전압이 자동으로 상승하거나 하강하면서 그 수치가 표시됩니다. 또한 출력전류 제한치를 설정할 때는 버튼 한 개를 누른채 Volume 을 돌리면 변경되는 제한전류가 수치로 표시되므로 바로 확인이 가능한 편리한 제품입니다.
사용전압 : AC 220 V, 50 ~ 60 ㎐
출력전압 : 0 ~ 30 ㎸ AC
출력전류 : 최대 10 ㎃
제한전류 설정범위 : 0.1 ~ 10.00 ㎃ (Preset)
Cutoff Speed : 50 ㎳
소비전력 : 약 550 W
외형 : 폭 500 × 높이 1210 × 앞뒤 700 (㎜)
무게 : 약 90 ㎏
납품업체 : 씨엔앰 (2008.03.17)
제품가격 :
DC Hipot Tester (Digital)
본 제품은 특히 DC 전압을 사용한 내전압 시험을 하기 위한 장비로, Capacitor, Cable 등의 시험에 사용됩니다.
Model : KT-2000PD
사용전압 : AC 220 V, 50 ~ 60 ㎐
시험출력전압 : 0 ~ 5 ㎸ DC
출력전류 : 최대 20 mA
제한전류 설정범위 : 0.1 ~ 19.99 ㎃
Cut Off 차단 스피드 : 40 ㎳ 이내
소비전력 : 약 160 W
Good / Bad 판정속도 : 200 ㎳ 이내
Timer : 1 ~ 99 초 시험시간 Preset
외형 : 폭 420 × 높이 190 × 앞뒤 550 (㎜)
무게 : 약 15 ㎏
납품업체 : 나노캠텍 (2007.07.18) / 한국델파이 (2007.06.27) / 한신에스엠 (2007.08.30) / LS전선 (2007.11.08)
제품가격 :
1. 내전압 시험기란 무엇인가.
내전압(耐電壓, 또는 내압) 시험이란 전기적으로 접촉되어 있지 않은 두 개의 도체 사이에 얼마나 높은 전압을 인가해 보아도 견딜 수 있는가를 시험해 보는 것입니다. 그렇다고 해서 어느 곳이든 떨어져 있는 두 개의 도체 사이에 모두 내전압 시험을 해 볼 이유는 없습니다. 당연히 두 개의 도체가 가까이 있는 중에서도 그 중 한 도체(또는 전선)에 전기가 인입되어 있고 또 다른 한 도체가 노출되어 인체에 접촉될 수 있는 경우, 또는 접지되어 있을 경우에만 내전압 시험이 필요하게 됩니다.
즉, 두 개의 전선 사이나 적어도 한 개의 도체에 전기가 인입되어 있어 그 두 도체가 서로 닿거나 그 사이의 절연이 불량해서 누전이 되면 위험하거나, 또는 감전이 될 우려가 있을 때 내전압 시험이 필요하다는 이야기입니다. 이 말은 영어로는 Puncture Test, Hipot(High Potential Voltage) Test, Withstanding Voltage Test 라고도 하며, 모두 같은 뜻입니다.
2. 내전압 시험의 목적
내전압 시험의 목적은 Motor 나 Transformer, Relay, 발전기, 차량용 부품과 냉장고, 세탁기, 전기밥솥과 같은 가전제품에서 충전부(전기 인입선)과 비충전부(접지될 수 있거나 사람의 손이 닿는 외부 금속체) 사이에, Motor 에서는 권선과 Core 사이, 트랜스에서는 1 차 Coil 과 Core 사이, 1 차 Coil 과 2 차 Coil 사이, 2 차 Coil 과 Core 사이에 얼마만한 전압이 인가되어도 견딜 수 있는가를 시험해 보는 일이며, 이러한 시험을 통해 절연의 완벽성 여부, 파손위험 여부, 이물질 개입, 또는 비정상적인 근접부위가 있는지를 미리 알아보아 제품의 전기적 안전성, 품질을 가늠해 보기 위한 것입니다.
3. 내전압 시험방법
내전압 시험을 위해서는 [그림 1]과 같이, 말 그대로 시험해보고자 하는 부위(미리 떨어져 있는 두 개의 도체 사이, 그림에서는 트랜스의 1 차 Coil 과 Core 사이)에 외부에서 전압을 인가해 보고, 이때 흐르는 누설전류를 전류계로 읽어 누설전류가 비정상적으로 많을 경우 무언가 이상이 있을 것이라는 생각에 불량으로 판정하는 방식입니다.
그런데 내전압 시험에 인가해 보는 전압은 AC 입니다. 여기서 잠시 부연 설명하자면 내전압 시험은 절연저항시험(Insulation Test)과는 다릅니다. 절연저항시험은 오로지 누전여부를 시험하는 것으로 시험에는 DC 전압(500 V 또는 1000 V)이 사용되며, 시험결과를 ㏁ 으로 나타내어 말 그대로 누전여부(감전가능성 여부)를 알아보는 것이나, 내전압 시험은 AC 전압을 이용, 제품의 누전여부 뿐만 아니라 외부의 어느 정도 전기적 충격에도 견딜 수 있는지를 미리 시험해 보아 품질보증과 함께 수명보장, 안전성 보장을 한다는 뜻입니다.
4. 내전압 시험원리
모든 품질 시험방법에는 충격시험(Stress)과 수명시험(Aging)의 두 가지가 있습니다.
Aging 시험이란 사용조건과 동일하거나 또는 조금 더 열악한 환경에서 장시간 동작시켜보아 제품의 수명, 품질, 안전성 등을 확인해 보는 방법입니다. 당연히 이 시험에는 아주 오랜 시간이 걸려 제품 모두를 시험해 볼 수 없기 때문에 Sampling 검사를 하게 됩니다.
한편 Stress 시험이란, 사용조건보다 훨씬 가혹한 조건으로 제품을 시험해 보는 방법으로, 시험시간이 짧아 전 제품을 검사할 수 있는 전수검사(Total Inspection) 방법입니다.
내전압 시험 역시 Stress 성 시험으로 짧은 시간 내에 이루어질 수 있으며 당연히 시험조건이 가혹하여 시험 중 파괴되는 수도 있게 됩니다.
지금 [그림 2]에서처럼 내압 시험 역시 시험전압을 차츰 증가해 나가면 누설전류도 처음에는 전압증가에 비례합니다. 그러나 어느 점 이상부터 전류의 증가분은 전압증가분보다 더 많아지기 시작하고(그림에서는 Stress 영역), 이보다 더 전압을 증가하면 어느 점에서 이 제품은 파괴되는데, 이 점을 파괴점(Break Down Point)이라고 합니다. 물론 이 점을 한번 넘어선 제품은 회복되지 않습니다.
5. 내전압 시험의 특성
여기서 내전압 시험시 인가전압을 차츰 증가함에 따라 누설전류가 증가하는 이유는 모든 내압 시험중인 제품에 부유용량(Stray Capacitance)이 있기 때문입니다.
즉 모든 전기제품의 두 개의 시험하고자 하는 도체 사이에는 제조자가 원하건 원하지 않건, 대전상태에 있으므로 용량성을 지니며, 시험전압이 AC 이므로 이 용량성에 의해 전압증가에 따른 전류증가가 일어난다는 점입니다. 일예로 실측한 결과에 따르면 부유용량(Capacitance)의 크기(여기서는 ㎊ 로 나타냈다)에 따른 시험전류증가 정도는 [표 1 ]과 같습니다.
[표 1] 용량과 인가전압에 따른 누설전류 (단위 ㎃, 인가전압은 AC, 60 ㎐) 인가전압 (㎸)용량 (㎊) 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 100 0.01 0.05 0.08 0.11 0.15 0.18 0.22 0.25 0.29 0.33 200 0.04 0.11 0.17 0.25 0.32 0.42 0.51 0.61 0.71 0.81 500 0.1 0.22 0.35 0.5 0.66 0.82 0.93 1.13 1.29 1.45 1000 0.2 0.46 0.75 1.06 1.34 1.61 1.85 2.06 2.26 2.43 2000 0.4 0.9 1.45 2.02 2.56 3.06 3.33 3.93 4.29 4.46 5000 1.05 2.37 3.62 4.78 5.77 6.6 7.33 7.94 8.46 8.95
위와 같이 내압 시험을 위해 시험품에 AC 전압을 인가해 보는 경우, 시험시의 누설전류는 시험품의 부유용량(Capacitance)의 크기에 비례합니다. 이러한 이유는 내압 시험에 사용되는 전압이 AC(50 ~ 60 ㎐, 상용전원 주파수와 같은)이기 때문입니다. 당연히 내압 시험기에 시험품을 연결하지 않은 채 고압 리드선만을 연결해 두어도 케이블선 자체가 부유용량을 가지고 있어 누설전류가 흐릅니다. [표2]는 이렇듯 내압 시험기에 5 m 길이의 케이블만을 연결해 두었을 때의 내압기 출력전압 증가에 따른 누설전류를 실측해 본 값입니다.
[표 2] 내압 시험기에 5 m 케이블만을 연결했을 때의 인가전압에 따른 누설전류량 (㎃) 인가전압 (㎸) 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 누설전류 (㎃) 0.04 0.11 0.17 0.24 0.3 0.36 0.43 0.49 0.56 0.65한편 [그림 4]는 몇 가지 트랜스와 모터류에서의 부유용량을 직접 실측해 본 값들입니다.
220 V 1/4 마력 유도모터의 Stator 에서 Coil 과 Core 사이의 용량은? 520 pF
220 V 1/8 마력 유도모터의 Stator 에서 Coil 과 Core 사이의 용량은? 320 pF
12 V 차량용 Blower 모터에서 Stator 와 Coil 과 Case 사이의 용량은? 550 pF
12 V 차량용 Blower 모터에서 Armature Coil 과 Case 사이의 용량은? 510 pF
12 V 차량용 윈도우 와이퍼 모터의 Coil 과 Case 사이의 용량은? 180 pF
220 V 20 W 용량의 납땜 인두에서 히터와 외함 사이의 용량은? 55 pF
220 V 1/4마력 유도모터의 Stator 에서 Coil 과 Core 사이의 용량은? 520 pF
일반 상용 주파수용 220 V 용 소형트랜스(50 W)에서의 1 차 Coil 과 Core, 2 차 Coil 사이의 부유용량
일반 상용 주파수용 220 V, 1 ㎾ 용 2 차 5 ㎸ 용 중형 트랜스에서의 각 부위별 부유용량
이렇듯 모든 전기, 전자제품은 제조자가 원하든 원하지 않든 얼마간의 부유용량(Stray Capacitance)을 지니게 되어 왔고, 내전압 시험시에 흐르는 누설전류의 양은 일차적으로 이러한 부유용량에 의해 결정됩니다. 여기서 내전압 시험시 양, 부를 판정하는 기준으로 누설전류량의 많고 적음이 적용되는 방식이 매우 애매한 것임을 알 수 있습니다. 즉 내전압 시험이란, 어떤 시험품이 일반 표준품의 평균치보다 누설전류가 현저히 많을 경우 또는 적을 경우 무언가 이상이 있다는 추측에서 불량으로 판정하게 되는 간접시험 방법임을 알 수 있는 것입니다.
누설전류의 증가원인으로는 다음과 같은 것들이 있습니다.
비정상적인 근접부위 절연물의 파손 이물질 개입 다른 종류의 시험품 Corona, 또는 Spark 의 발생
위의 항목 중 5 번 항에서와 같이 Corona 또는 Spark 가 발생하면 누설전류가 급속히 증가하게 되는데, 이러한 불량은 시험품이 사용자의 어느 기준 전압에도 견딜 수 있기를 바라는 요구에 미흡하므로 당연히 견고성, 수명보장성의 항목에서 불량으로 분류되어야 합니다.
[표 3]은 직접 어느 모터(220 V 용 1/4 마력, 유도모터) 3 개를 Stator Coil 과 Core 사이에 내전압 시험을 해 본 결과입니다. [표 3] 모터의 Stator Coil 과 Core 사이에 파손되기까지의 내전압 시험을 진행한 결과와 누설전류 (㎃) 인가전압 (㎸) 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 Motor 1 0.14 0.33 0.46 0.79 1.09 1.58 2.18 2.71 3.48 파손 Motor 2 0.15 0.3 0.48 0.8 1.25 3.2 파손 Motor 3 0.1 0.23 0.36 0.52 0.7 1.28 파손Motor 1 : 3.5 ㎸에서 아크소리, 4 ㎸ 이상에서 냄새가 발생함.
Motor 2 : 3.5 ㎸에서 아크소리와 냄새가 발생함.
Motor 3 : 2.5 ㎸에서 아크소리와 냄새가 발생함.
이렇듯 [표 3]에서와 같이 내압 시험 진행 중 파손이 되지 않는 범위 내에서의 누설전류 증가는 대체로 인가전압에 비례합니다. 파괴점(Break Down Point)에 이르러서는 누설전류가 갑자기 증가(코로나 발생)하고 더욱 시험전압을 올리면 Spark 가 발생하면서 파괴됩니다(Break Down Point에 이름). 그리고 한 번 파괴된 시험품은 양품으로 회복되지 않습니다. 당연히 내압 시험 전압설정은 파손점보다 낮아야 되고, 그와 반대로 내압 시험요구 전압이 높다면 시험품의 내압 시험 전압에 견디는 능력이 더 높게 설계되어야 합니다. 일반적인 내압 시험 전압과 누설전류 파괴점(Break Down Point)의 관계는 [그림 5]와 같습니다.
내압 시험은 Stress 시험이므로 당연히 시험 중 파괴되는 수도 있습니다. 내압 시험 전압범위설정은 파괴가능점이나 그 이하점에 있어야 합니다. 그림에서는 내압 시험중 파괴되는 제품이 20 % 로 되어있으나 실제로는 1 % 이하가 되어야 손실을 줄일 수 있습니다. 또한 내압 시험 전압은 높을수록 엄격한 시험이 이루어지므로 시험 중 손실을 줄이기 위해서는 품질을 높여야 하는 것 역시 당연합니다.
6. 몇 V 의 전압으로 시험할 것인가
제품에 따른 시험전압 설정은 법규에 의해 규정되어 있기도 하나, 때로는 구매자가 어떻게 시험해 주기를 요구하기도 합니다. 여기서 내압 시험을 몇 V 의 전압으로 행해야 할지를 결정하는 공식은 다음과 같습니다. 단, 이 공식은 미국공업협회의 권장치로 이 공식이 도출된 것은 어떤 불변의 원리에 의한 것이 아니라 경험상의 법칙(Rule Of Thumb)에서 얻어진 것임을 밝혀둡니다.
내전압 시험 전압공식 : Et = ( Eo x 2 ) + 1000 V
여기서 Et 는 시험전압, Eo 는 시험제품의 사용전압, 또는 최고출력전압 즉, Et 는 시험품의 사용전압을 2 배 한 값에 다시 1000 V 를 더해서 구합니다. 예를 들어 220 V 용 모터에서 Coil 과 Core(외함) 사이에 시행되어야 할 전압은
Et = ( 2 × 220 V ) + 1000 V = 1440 V
가 되어 1440 V 로 시험하라는 뜻입니다. 단, 이 전압으로 1 분간 시험을 해야 합니다. 여기서 보듯, 위의 공식에 따르면 어떤 사용전압의 제품도 최소한 1000 V 이상의 전압으로 내압 시험을 하라는 뜻인데, 이로 미루어 이 공식은 강전계통에서 유래된 듯 합니다. 한편 <한국전기용품 안전관리협회>의 기준에 의하면 트랜스류에서의 내압 시험전압은 아래 [표 4]와 같습니다.
[표 4] 사용전압의 구분 내압 시험전압(교류) 30 V 이하 500 V 30 ~ 150 V 1000 V 150 ~ 300 V 1500 V 300 ~ 1000 V 이하 변압기 2 차측 전압(제일 높은 측)의 2 배에 1000 V를 더한 값 1000 V 초과 3000 V 이하 2 차측 전압의 1.5 배에 500 V 를 더한 값(3000 V 미만일 경우에는 3000 V) 3000 V 초과 변압기 2 차측 전압의 1.5 배
(5000 V 미만일 경우 5000 V로)
한 예로 일본에서는 차량용 전장품의 내압 시험 전압을 600 V 로 1 초간 행하는데 이는 JIS 규격에 따라 30 V 이하 제품이므로 500 V 로 1 분간 시험한다는 규정에서 시험시간을 1 분에서 1 초로 줄이는 대신 시험전압을 규정치보다 1.2 배 높인 결과입니다. 이렇듯 JIS 규격도 <한국전기용품 안전관리협회>의 규정과 같습니다. 어느 하나가 닮은 꼴이라는 이야기입니다.
7. 어떻게 판정할 것인가
위에서 말했듯 내압 시험결과는 시험과정에서 Spark 가 발생하지 않는 한 대부분의 누설전류량은 시험제품의 부유용량에 의해 결정됩니다. 그래서 누설전류가 유난히 많거나, 특이하게 적은 제품은 뭔가 문제가 있다는 점에서 “불량”으로 구분하게 됩니다. 물론 아크나 Spark 가 발생하면 누설전류는 엄청나게 증가하므로 불량이라는 걸 알 수 있게 됩니다.
한편, 내압 시험 전압설정에는 규정이 있으나, 어떻게 양, 불량 판정을 해야 할지에 관해서는 어떤 규정도 없습니다. 당연히 누설전류의 양은 시험품의 특성에 따라 천차만별이기 때문입니다. 즉 같은 양품의 부류에 속할지라도 어떤 제품(예를 들어 소형 솔레노이드 등)은 누설전류가 0.1 ㎃ 정도이지만 대형 모터에 따라서는 양품인 경우에도 누설전류가 100 ㎃를 넘을 수도 있습니다. 그럼 과연 어떻게 판정해야 할까요?
① 먼저 양품의 평균 누설전류를 구합니다.
: 누설전류에 의해 제품의 양, 불량을 판정하기 위해서는 무엇보다 양품 여러 개를 시험해보아 누설전류량에 따른 그래프를
구합니다. 이는 양품의 평균 누설전류값을 구해놓지 않고서는 어떤 제품도 내압 시험 양, 부 판정을 할 수 없기 때문입니다.
그러면 [그림 6]과 같은 도표가 얻어집니다.
이 도표에 따라 수량이 제일 많은 곳의 누설전류를 평균전류로 잡습니다. 아니면 전체 수량의 평균 전류값을 구해도 됩니다.
② 불량 판정범위를 정합니다.
: 평균 누설전류값의 2 배 이상, 또는 3 배 이상일 때는 무언가 의심되므로 불량 판정하겠다는 규정을 정합니다.
이 규정은 사용자(제품생산자)가 정해야 하며 외부에서 관여할 수 없습니다. 다만, 많은 곳에서 불량기준을 양품 평균 전류
값(정상)의 “2 배, 또는 3 배 이상”으로 정하고 있다는 점을 참조할 수는 있지요.
물론 어느 업체에서 불량값을 평균값의 2 배로 정했을 때, 제품의 10 % 가 불량으로 판정된다면 그때는 기준을 그만큼 검
사기준이 해이해지더라도 3 배(또는 4 배, 5 배) 이상으로 바꿀 수 밖에 없습니다. 제품의 질을 높일 수가 없다면 말입니다.
참조
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