시작하며

많은 생산 현장에서는 내전압 시험(절연 내력 시험)을 통해 제품이 고전압을 안전하게 견딜 수 있는지 확인하고, 감전 등의 위험을 미연에 방지하고 있습니다. 그러나 시험에서 불합격(NG) 판정을 받은 경우, 작업자는 "갑작스러운 절연 파괴인가", "서서히 누설 전류가 증가한 것인가"와 같은 고장의 실태를 좀처럼 파악하지 못하는 것이 현실입니다.

기존의 내전압 시험기는 설정된 전류 임계값을 초과했는지 여부에 대한 “합격 여부”만 확인할 수 있었으며, 상세한 파형 분석을 위해서는 오실로스코프나 고전압 프로브, 전류 프로브 등의 추가 장비가 필요했습니다. 이러한 구성은 장비 비용과 준비 시간을 증가시킬 뿐만 아니라, 일시적인 이상으로 인해 “재시험을 하면 합격해 버리는” 경우 결론을 내릴 수 없는 위험도 높여버립니다.

DC 내전압 절연 저항 시험기 ST5680A는 본체에 파형 표시 기능을 탑재하여 이러한 과제를 해결합니다. 시험 중단 직전의 전압·전류 파형을 별도의 추가 장비 없이 현장에서 바로 획득·확인할 수 있으므로, 생산 라인이나 품질 보증 프로세스에서의 고장 분석을 보다 정밀하고 신속하게 수행할 수 있습니다. 그 결과, 설계·제조 부서에 대한 피드백이 빨라져 전체 시험 비용 절감으로도 이어집니다.

배경

전기 부품, 배터리, 모빌리티 관련 제품 등의 생산 라인에서는 출하 전에 절연 건전성을 확인하기 위해 일반적으로 내전압 시험이 실시됩니다. 제조 공정의 편차 등으로 인해 때때로 NG 결과가 발생할 수 있으며, 이 경우 재검사와 원인 조사를 실시하여 재발 방지 및 고객 클레임에 대한 설명에 활용할 근거 자료를 확보해야 합니다.
그러나 기존의 시험기는 ‘가해지고 있는 전류가 임계값 이하인지 여부’만 확인하고 있을 뿐,

   ✓ 급격한 절연 파괴(전류 스파이크)인가

   ✓ 서서히 증가하는 누설 전류인가

와 같은 대표적인 두 가지 고장 모드의 차이까지는 파악하지 못했습니다. 게다가,

   ✓ 실제로 치명적인 고장이 발생하지 않았음에도 불구하고, 임계값 근처의 전류로 인해 형식적으로 불량 판정을 받은 것인가

와 같은 ‘시험 조건에 기인한 오판’도 구분할 수 없습니다. 이러한 ‘NG 사유를 파악할 수 없는’ 상황이 원인 규명을 지연시키고, 대책의 정확성과 설명 근거를 모호하게 만드는 요인이 되고 있습니다.

두 가지 고장 모드를 판별하는 것의 의의

NG가 발생했을 때, ‘급격한 절연 파괴’와 ‘점차 증가하는 누설 전류’를 구별할 수 있는지 여부는 그 후 취해야 할 조치를 크게 좌우합니다.

예를 들어, 급격한 절연 파괴가 확인되는 경우, 사용 중인 절연 재료의 국부적인 열화나 제조 공정에서의 이물질 혼입·가공 상처 등으로 인한 내압 부족이 주된 원인으로 생각됩니다. 이 경우, 재료 선정이나 구조 설계의 재검토, 이물질 관리 및 특정 로트·공정의 검증과 같은 설계·생산 프로세스 측에 대한 피드백이 효과적입니다.

반면, 누설 전류가 시간이 지남에 따라 서서히 증가하는 경우에는 재료의 경과 시간 따른 열화에 더해, 온도·습도 등 환경 조건의 변동이 영향을 미치고 있을 가능성이 높습니다. 이 경우 부품 및 완제품의 보관·에이징 조건, 시험 환경(온도·습도) 관리 등 운용 조건과 환경적 측면을 재검토하는 것이 중요한 대책이 됩니다.

또한, 임계값 근처의 전류가 정상적으로 흐르고 있을 뿐인데도 NG 판정을 받는 경우에는, 측정 대상 자체의 문제뿐만 아니라 설정된 임계값이나 인가 조건이 적절하지 않을 가능성도 배제할 수 없습니다. 파형을 확인하면서 허용 누설 전류 값이나 인가 시간, 상승 프로파일 등을 포함한 시험 조건의 타당성을 재평가함으로써, 과도한 불량 판정을 억제할 수 있습니다.

                               1)급격한 절연 파괴                                                                                2)점차 증가하는 누설 전류                                                                       3)임계값 설정이나 시험 조건으로 기인

이처럼, 같은 NG 판정이라 하더라도,

   ✓ 급격한 절연 파괴인가

   ✓ 점차 증가하는 누설 전류인가

   ✓ 임계값 설정이나 시험 조건에 기인한 것인가

이를 구별할 수 있는지 여부에 따라 원인 규명의 정확도와 대책의 방향성이 크게 달라집니다. 절연 고장의 양상을 파형으로 ‘가시화’하여 NG 원인을 객관적으로 설명할 수 있다는 점은,

   ✓ 생산 라인에서의 신속한 원인 규명

   ✓ 상류 공정에 대한 정확한 피드백

   ✓ 출하 후 클레임 처리 시 증거 자료 제출

이러한 상황에서 품질 보증 활동의 실효성을 높이는 데 큰 의미가 있습니다.

현장이 안고 있는 과제  

   ✓ 파형을 확인할 수 없어 절연 고장의 특성을 확신을 가지고 판단할 수 없다

   ✓ 측정 결과가 NG일 때마다 추가 측정 장비를 가동하는 것은 비용과 수고가 많이 든다

   ✓ 오실로스코프나 전용 프로브를 준비해도, 재시험 때는 합격 판정을 받게 되는 경우가 많아 시간 낭비로 이어진다

   ✓ 상류 공정에 대한 피드백도 모호해지기 쉽다

   ✓ 출하 후 클레임 처리 시, 파형 기록이 없어 초기 검사의 타당성을 입증하기 어렵다

이처럼 ‘당시 무슨 일이 벌어지고 있었는지’를 설명할 수 있는 객관적인 데이터가 부족한 점이 현장의 큰 고민거리입니다.

솔루션: 파형을 ‘즉석에서 확인할 수 있는’ 내전압 시험

ST5680A의 파형 표시 기능은 시험 중단 직전 데이터를 최대 260,000포인트(약 0.5초 분량, 2μs 샘플링)까지 기록할 수 있습니다. 이를 통해 고장 발생 시의 전압·전류 거동을 정확하게 파악하여, 파괴 현상인지 누설 전류 증가인지 현장에서 명확하게 구별할 수 있습니다.

   ✓ 별도의 오실로스코프, 고전압 프로브, 전류 프로브는 필요하지 않습니다

   ✓ 운영자는 ST5680A 본체만으로도 파형 분석을 수행할 수 있습니다

DC 내전압 절연 저항 시험기 ST5680A

그 결과,

   ✓ 고장 원인을 신속하게 파악할 수 있다

   ✓ 불필요한 재시험 횟수를 줄일 수 있다

   ✓ 고객 클레임 대응 시에도 판정값뿐만 아니라 실제 파형을 객관적인 증거로 제시할 수 있다

와 같은 이점을 얻을 수 있습니다. 

실측 사례

10 MΩ의 모의 부하에 대해, 0.5 mA의 임계값 설정으로 1,000 V의 직류 내전압 시험을 실시했습니다. 여기에 1 MΩ의 저항을 고의로 병렬로 연결하여 절연 파괴를 모의하고 있습니다.

연결 전: 전류는 약 0.1 mA
연결 후: 전류가 1 mA까지 상승하여 임계값을 초과했으므로 UPPER FAIL로 판정

획득한 파형에서는 급격한 전류 증가 양상을 명확히 확인할 수 있습니다.

그림 1 절연 파괴를 시뮬레이션한 추세 데이터

그림 1의 추세를 확대하면 전류가 상승하는 순간의 변화를 더욱 선명하게 강조할 수 있습니다.
이러한 실측 사례를 통해, ST5680A를 사용하면 기존 시험 장비에서는 단순히 ‘수치상 NG’으로만 나타났던 동작을 실제 움직임으로 시각화할 수 있음을 알 수 있습니다. 그 결과, 배터리 및 각종 부품의 양산 라인은 물론 생산 설비 전반에 걸쳐 보다 효율적인 품질 보증 활동을 수행하는 데 있어 강력한 도구가 됩니다.

그림 2의 확대도를 통해 전류의 급격한 변화가 더욱 명확하게 나타나 있다

HIOKI 솔루션 구성

ST5680A는 파형 기록 및 표시 기능을 내장한 DC 내전압 절연 저항 시험기입니다. 이 제품 하나만으로 다음 기능을 모두 수행하여 생산 및 품질 보증 부서의 업무 효율 향상을 지원합니다.

   ✓ 각종 직류 내전압 및 절연 저항 시험

   ✓ CE, UKCA, CSA 등 국제 안전 규격 준수

   ✓ 최대 260,000 포인트의 고해상도 파형 획득

   ✓ 본체 화면에서의 간이 분석

특히 배터리나 모빌리티 분야 등 고전압 안전 확인이 중요한 용도에서 고장 원인을 신속하게 파악할 수 있다는 점은 다음 두 가지 측면과 직결됩니다.

   ✓ 비용 절감

   ✓ 시장에서의 제품 신뢰도 향상

정리

내전압 시험 공정에 파형 측정을 직접 통합함으로써, ST5680A는 다음을 동시에 실현합니다.

   ✓ 별도의 장비가 필요 없는 간단한 측정 구성

   ✓ 고장 분석 시간 단축

   ✓ 사내 개선 및 고객 설명에 활용할 수 있는 구체적인 데이터 제공

이를 통해 생산 효율이 향상되고, 재검사로 인한 손실이 줄어들며, 검사 결과에 대한 사내외의 신뢰도가 높아져, 궁극적으로는 더욱 안전하고 고품질의 전기 제품을 제공하는 데 기여합니다.

자세한 제품 정보는 웹사이트를 참조해 주십시오. 특정 애플리케이션에 대한 데모나 상담은 당사로 연락해 주시기 바랍니다.
품질 보증의 신속화와 비용 관리의 양립을 실현하는 실무적인 솔루션을 제안합니다.