Hoe de aardingsdefecten van de besturingsvoeding te verhelpen op basis van isolatiereductie in PCB-ontwerp

Isolatiebeschrijving

In het gewone 380V AC-distributiesysteem is de besturingsvoeding meestal afkomstig van het DC-voedingssysteem. Als een kritische standby-voeding en stuurstroomvoorziening van energiecentrales, ligt het meest gewone en gevaarlijke defect van het DC-systeem in het DC-aardingsdefect. Op basis van een vaak voorkomend isolatiedefect, vindt u in dit artikel een reeks oorzaken die leiden tot een vermindering van de isolatie van de DC-besturingsvoeding.

Defecten zoeken en oorzaakanalyse

• Loop introductie

Secundair circuit dat in het volgende deel van dit artikel wordt genoemd, voldoet voornamelijk aan het 380V AC-systeem. In het secundaire circuit van de schakelaar is de besturingsvoeding afkomstig van de AC-besturingsvoeding via de stroomaansluiting voor aardlekbeveiliging in het aardlekbeveiligingsapparaat en het stroomtransformatorgedeelte. De klemmen 5 en 7 die in het volgende deel van dit artikel worden genoemd, verwijzen respectievelijk naar de positieve elektrode en de negatieve elektrode van de ingangsklem in de gelijkstroomvoeding met aardlek, terwijl de klemmen 8 en 9 naar K en L van de stroomtransformator.

• Oorzaak defect zoeken

a. Frequente isolatiedefecten in AC-systeem

Net na de werking van AC-DC laagspanning gedurende ongeveer een jaar, vindt er regelmatig een DC-aardingsalarm plaats en inspecteert het isolatiebewakingsapparaat dat AC-systeem stroomafwaarts het overeenkomstige stroomcircuit regelt. Het is verontrustend dat de isolatieweerstand afneemt met alarmwaarde 7kΩ en de normale 110V DC-railspanning respectievelijk +55V en -55V is. Praktische DC-negatieve busbar of positieve busbar wanneer alarmerend bijna 0V is. Onder deze voorwaarde, als er nog een DC-aarding op de andere elektrode plaatsvindt, wordt er een lus veroorzaakt tussen de positieve en negatieve DC-elektroden.

Er kan worden geconcludeerd dat in het AC-systeem de isolatie wordt gekwalificeerd tussen de hoofdlus en de regellus zonder DC-penetratie in AC of aarding, dus problemen met defecten treden alleen op in het DC-regelgedeelte van de AC-lus. Elk onderdeel moet worden geïnspecteerd in de regelkring en het defecte probleem ligt in de aardlekbeveiliging en CT.

b. Isolatiereductie binnen aardlekbeveiliging

Betreffende deze defecten is het typenummer van de aardlekbeveiliging *** M40 (110VDC) en dat van CT is een aardlekstroomtransformator van hetzelfde merk. Door het demonteren van het aardlekbeveiligingsapparaat kan worden vastgesteld dat dit apparaat is samengesteld uit drie printplaten, waarvan er één een aardlekbeveiligingsbesturingsbord is. Na meting van punt tot punt is het te zien:
1). Isolatiewaarde tussen Terminal 7 en Terminal 9 is ongeveer 5 kΩ (de meeste is lager dan 5 kΩ);
2). Isolatiewaarde tussen Terminal 5 en Terminal 7 is 12,9 kΩ;
3). Isolatiewaarde tussen Terminal 5 en Terminal 8 is 18kΩ;
4). Isolatiewaarde tussen Terminal 8 en Terminal 9 is ongeveer 50kΩ.

Door vergelijking, zonder toepassing van belasting, is de isolatiewaarde van de aardlekbeveiliging tussen Terminal 7 en Terminal 9 ongeveer 150 kΩ bij schakelaar van het type vrachtwagen, terwijl bij frequente toepassing van belasting de isolatiewaarde wordt verlaagd tot 5 kΩ.

c. CT secundaire zijde bescherming aarding

Omdat een beschermende grond bij CT is aangebracht tijdens het proces van aardlekbeveiliging en CT-ontwerp en montage, past Terminal L van 001TI-spoel een aardlekmontage toe. Dit ontwerp is bedoeld om de stroomtransformatorspoel van de lus te stoppen die zal leiden tot de eerste hoogspanningspenetratie in de secundaire lus met vernietigde componenten, zoals een direct aangesloten aardlekbeveiligingsapparaat. Erger nog, het isolatieprobleem tussen Terminal 7 en Terminal 9 leidt mogelijk tot penetratie van hoogspanning in de DC-regellus.

Desalniettemin, vanwege het aardingspunt en de isolatievermindering van de aardlekbeveiliging van de PCB, wordt de negatieve elektrode van het vermogen bestuurd door DC.

• Gevolg defect

Meestal doet dit probleem zich voor bij sommige belastingen in hetzelfde AC-systeem, wat betekent dat de negatieve DC-rail parallel is met enkele weerstanden van 5 kΩ, wat uiteindelijk leidt tot bijna nul DC negatieve rails en spanning.

In het proces van negatieve stroomrailaarding, als een andere stroomrailaarding tot stand komt op de andere elektrode, zal kortsluiting worden veroorzaakt tussen positieve en negatieve elektroden. Zekeringdraad of stroomonderbreker zorgt ervoor dat de lus wordt verbroken als gevolg van overbelasting en foutbeveiliging. Bovendien zal gelijkstroom elektriciteit verliezen, wat leidt tot stroomafwaartse stroomuitval van alle belastingen en verlies van gelijkstroom van belangrijke belastingen, wat allemaal een soepele implementatie van alle apparatuur in gevaar brengt. Bovendien leidt meerpuntsaarding in het DC-systeem tot tal van gevolgen, zoals defecten aan componenten, weerstandswerking en gelijkstroomverlies.

Verwerkingsschema en principeanalyse

• Aardingspunt van de CT-spoel vrijmaken

Gebaseerd op het ontwerp van de CT-lus, is er een aardingspunt aan de secundaire zijde. Theoretisch wordt een hoge spanning geproduceerd door de secundaire zijlus van de stroomtransformator, die andere componenten in de secundaire lus zal vernietigen. Superhoge spanning zal zelfs componenten vernietigen. Aarding hier is bedoeld om te voorkomen dat hoogspanning wordt geproduceerd om de secundaire lus te beschermen.

Echter, op basis van de bovengenoemde analyse, wanneer het aardingspunt wordt opgeheven, kan worden gegarandeerd dat de isolatieweerstand van de DC-regellus niet wordt verminderd om aardingsdefecten in het DC-systeem te elimineren. Daarom, als het aardingspunt wordt geannuleerd, moet worden aangetoond of de spanningswaarde van de secundaire zijlus van de laagspanningsstroomtransformator binnen het acceptabele bereik ligt. Anders gezegd, het risico moet lager zijn dan dat van aarding van het DC-systeem.

Voor een laagspanningsstroomtransformator die vergelijkbaar is met 0,5 kV, wordt mogelijk geen hoge druk geproduceerd door de secundaire zijlus. Wanneer de ene kant de nominale stroom passeert terwijl de secundaire zijlus bestaat, kan de ijzeren kern ofwel ver van verzadigd of verre van te verzadigd zijn, kernflux en geïnduceerde elektromotorische kracht hebben in principe alleen fundamentele golf en secundaire zijde zal geen hoge druk produceren, die volledig geeft aan dat de huidige transformatorkern een relatief grote ontwerpmarge heeft, dat wil zeggen een relatief hoge tetsushige-verhouding. Als gevolg hiervan wordt stroomafwaartse belasting normaal gebruikt met een stroom die lager is dan de nominale stroom, wat acceptabel is om de CT een beetje leeg te maken.

Voor dit type secundaire zijlus-CT, als er een grote stroom optreedt naar stroomafwaartse belasting of kortsluiting plaatsvindt in een enkele fase of tussen fasen, zal de ijzerkern zeker verzadigd zijn wanneer hoge druk aan de secundaire zijde wordt geproduceerd. Daarom, of hoogspanning zal worden geproduceerd door CT aan de secundaire zijlus, hangt volledig af van de verzadigingsgraad van de ijzeren kern. Toenemende curven van de spanningswaarde zijn afhankelijk van de verzadigingscurven van CT. Onder dergelijke omstandigheden is een beetje lege CT een beetje riskant. Desalniettemin zal dankzij de beveiligingslus het risico op vernietiging van componenten relatief worden verminderd.

Dus met de fysieke structuur van CT volledig in overweging genomen, worden elektriciteitsdistributie-apparaten gebruikt in een relatief goede omgeving en heeft de eerste spoel een relatief lage kans op uitschakeling. Hoewel stroomafwaartse stroom plaatsvindt met spoelonderbreking en lusbeveiliging met een relatief lange vertraging, zal secundaire hoogspanning componenten vernietigen, wat een extreem lage kans heeft. Daarom ligt ons verwerkingsschema voor dit defect in een leeg aardingspunt.

• Omschakeling van bijbehorende aardlekbeveiliging

Hoewel dit aardingspunt voor CT-bescherming is geëlimineerd en DC-defecten zijn geëlimineerd, ligt de fundamentele oorzaak voor aarding in PCB's van aardlek. Onder het voorrecht van geen vocht of corrosie, neemt de isolatiewaarde af in één tot twee jaar gebruik.

Gebaseerd op de meetsituatie, is de isolatiewaarde tot nu toe alleen laag tussen enkele elektrode en aarde en wordt er geen lage isolatiewaarde gevonden tussen elektroden, zodat er geen kortsluiting optreedt tussen elektroden. In de toekomst kan dit gegeven worden vastgelegd in periodiek onderhoud. Als deze waarde de neiging heeft af te nemen of een eenmalige lus plaatsvindt naar CT aan het begin, moet worden overgeschakeld naar aardlekbeveiliging.

Handige bronnen:
• Analyse van anti-interferentie- en aardingsstrategieën voor PCB's
• Discussie over stroom en aarde in elektromagnetische compatibiliteit van PCB's
• Ontwerp van krachtige PCB's in een omgeving met hoge temperaturen
• Full Feature PCB-productieservice van PCBCart - Meerdere opties met toegevoegde waarde
• Geavanceerde PCB-assemblageservice van PCBCart - Start vanaf 1 stuk