Voorkomen van aardingdefecten in bestuursvoedingen: PCB-ontwerpoplossingen voor isolatieverlies

Isolatiebeschrijving

In een standaard 380V AC-verdelingssysteem wordt de bestuursvoeding meestal afgeleid van het DC-voedingssysteem. Als kritieke noodvoeding en bestuursvoeding van elektriciteitscentrales, is het meest voorkomende en gevaarlijke defect van het DC-systeem de DC-aardingdefect. Op basis van een frequente isolatiedefect identificeert dit artikel een reeks oorzaken die leiden tot isolatiereductie van de DC-bestuursvoeding.

Defectopsoring en oorzaakanalyse

Lusintroductie

De in dit artikel besproken secundaire schakeling voldoet voornamelijk aan het 380V AC-systeem. In de schakelaarsecondaire schakeling wordt de bestuursvoeding afgeleid van de AC-bestuursvoeding via de hulpvoedingsklem van het aardlekbeveiligingstoestel en het deel van de stroomtransformator. De klemmen 5 en 7 die hierna worden genoemd, verwijzen respectievelijk naar de positieve en negatieve elektrode van de ingangsklem van de aardlek-DC-voeding, terwijl klemmen 8 en 9 verwijzen naar K en L van de stroomtransformator.

Oorzaakzoekend defect

a. Frequente isolatiedefecten in AC-systeem

Kort na de inbedrijfstelling van de AC-DC laagspanning voor ongeveer één jaar, treedt er frequent een DC-aardingsalarm op en controleert het isolatiemonitoringstoestel dat het AC-systeem benedenstrooms de bijbehorende takschakeling van de voeding regelt. Er wordt gealarmeerd dat de isolatiewerstand daalt met een alarmwaarde van 7kΩ en de normale 110V DC-motherboardspanning is respectievelijk +55V en -55V. In de praktijk is de DC-negatieve of positieve motherboardspanning bij alarm echter bijna 0V. Onder deze voorwaarde, als er een andere DC-aarding op de andere elektrode optreedt, ontstaat er een lus tussen de DC-positieve en negatieve elektrodes.

Het kan worden geconcludeerd dat in het AC-systeem de isolatie gekwalificeerd is tussen de hoofdlus en de besturingslus zonder DC-doordringing in AC of aarding, dus defectproblemen treden alleen op in het DC-besturingsgedeelte van de AC-lus. Elk deel moet in de besturingslus worden geïnspecteerd en het defectprobleem ligt in de aardlekbeveiliging en CT.

b. Isolatiereductie binnen aardlekbeveiliging

Met betrekking tot deze defecten is het typenummer van de aardlekbeveiliging *** M40 (110VDC) en die van de CT is een aardlekstroomtransformator van hetzelfde merk. Door de ontmanteling van het aardlekbeveiligingstoestel kan worden vastgesteld dat dit toestel samengesteld is uit drie printplaten, waarvan een de aardlekbeveiligingsbesturingsprintplaat is. Na punt-tot-punt meting kan worden gezien:

• 1). Isolatiewaarde tussen klem 7 en klem 9 is ongeveer 5kΩ (meestal lager dan 5 kΩ);
• 2). Isolatiewaarde tussen klem 5 en klem 7 is 12,9kΩ;
• 3). Isolatiewaarde tussen klem 5 en klem 8 is 18kΩ;
• 4). Isolatiewaarde tussen klem 8 en klem 9 is ongeveer 50kΩ.

Door vergelijking, zonder toepassing van belasting, is de isolatiewaarde van de aardlekbeveiliging tussen klem 7 en klem 9 ongeveer 150kΩ in een trektypeschakelaar, terwijl met frequente toepassing van belasting de isolatiewaarde wordt gereduceerd tot 5kΩ.

c. CT-secundaire zijde beschermingsaarding

Omdat er een beschermingsaarding is aangebracht bij de CT in het ontwerp en de montage van de aardlekbeveiliging en CT, past klem L van de 001TI-spoel de aardlekmontage toe. Dit ontwerp is bedoeld om te voorkomen dat de stroomtransformatorspoel een lus vormt die leidt tot eerste hoge spanning die in de secundaire lus doordringt met componenten die worden vernietigd, zoals direct aangesloten aardlekbeveiligingstoestel. Wat erger is, het isolatieprobleem tussen klem 7 en klem 9 kan leiden tot hoge spanning die in de DC-besturingslus doordringt.

Niettemin, vanwege het aardingspunt en de isolatiereductie van de PCB-aardlekbeveiliging, wordt de negatieve elektrode van de voeding beheerd door DC.

Defectgevolg

Meestal treedt dit probleem op bij sommige lasten in hetzelfde AC-systeem, wat betekent dat de DC-negatieve motherboard parallel is met enkele weerstanden van 5 kΩ, uiteindelijk leidend tot bijna nul van de DC-negatieve motherboard en spanning.

Tijdens het aardingsproces van de negatieve motherboard, als er een andere motherboard-aarding ontstaat op de andere elektrode, zal er een kortsluiting ontstaan tussen de positieve en negatieve elektrodes. De zekering of schakelaar zal de lus verbreken als gevolg van overbelasting en foutbeveiliging. Daarnaast zal de DC-voeding stroom verliezen, wat leidt tot stroomuitval van alle lasten benedenstrooms en DC-voedingverlies van cruciale lasten, wat allemaal de soepelheid van de implementatie van alle apparatuur in gevaar brengt. Bovendien leidt meervoudige aarding in het DC-systeem tot talloze gevolgen zoals componentmalfunctie, weerstandsoperatie en DC-voedingverlies.

Verwerkingsschema en principeanalyse

CT-spoel aardingspunt vrijmaken

Op basis van het CT-lusontwerp is er een aardingspunt aan de secundaire zijde. Theoretisch wordt er een hoge spanning geproduceerd door de secundaire zijde lus van de stroomtransformator, wat andere componenten in de secundaire lus kan vernietigen. Super hoge spanning kan zelfs componenten vernietigen. De aarding hier heeft als doel om hoge spanning te voorkomen om de secundaire lus te beschermen.

Op basis van de bovenstaande analyse, wanneer het aardingspunt wordt geannuleerd, kan de DC-besturingslus-isolatiewerstand gewaarborgd worden zodat deze niet wordt gereduceerd, zodat aardingsdefecten in het DC-systeem worden geëlimineerd. Daarom, als het aardingspunt wordt geannuleerd, moet worden getoetst of de secundaire zijde lusspanningswaarde van de laagspanningsstroomtransformator binnen acceptabel bereik valt. Anders gezegd, het risico moet lager zijn dan dat wat wordt veroorzaakt door DC-systeemaarding.

Voor een laagspanningsstroomtransformator die vergelijkbaar is met 0,5kV, kan hoge spanning niet per se worden geproduceerd door de secundaire zijde lus. Wanneer één kant door de nominale stroom gaat met een bestaande secundaire zijde lus, kan het ijzerkern ofwel ver van verzadiging zijn of ver van te verzadigd, kernflux en geïnduceerde elektromotorische kracht hebben in wezen alleen de fundamentele golf en de secundaire zijde produceert geen hoge spanning, wat volledig aangeeft dat de stroomtransformatorkern een relatief groot ontwerpmarge heeft, dat wil zeggen een relatief hoge tetsushige verhouding. Als gevolg hiervan werkt de benedenstrooms last normaal met een stroom lager dan de nominale stroom, wat acceptabel is om de CT een beetje vrij te maken.

Echter, voor dit type secundaire zijde lus CT, als een grote stroom optreedt bij de benedenstrooms last of een kortsluiting plaatsvindt bij één fase of tussen fasen, zal het ijzerkern zeker verzadigd raken wanneer hoge spanning wordt geproduceerd aan de secundaire zijde. Daarom hangt af of hoge spanning wordt geproduceerd door CT aan de secundaire zijde lus volledig af van de verzadigingsgraad van het ijzerkern. De toename van de spanningswaarde hangt af van de verzadigingscurven van de CT. Onder dergelijke voorwaarden is een beetje vrijmaken van de CT een beetje riskant. Niettemin, dankzij de beschermingslus, zal het componentvernietigingsrisico relatief worden verminderd.

Dus met de fysieke structuur van de CT volledig in overweging genomen, worden elektriciteitsverdelingsapparaten bediend in een relatief goede omgeving en de eerste spoel heeft een relatief lage kans op stroomuitval. Zelfs als er benedenstrooms stroom optreedt met spoelonderbreking en de beschermingslusactie een relatief lange vertraging heeft, zal secundaire hoge spanning componenten vernietigen, wat een extrem lage mogelijkheid heeft. Daarom ligt ons verwerkingsschema voor dit defect in het vrijmaken van het aardingspunt.

Omruiling van bijbehorende aardlekbeveiliging

Hoewel dit CT-beschermingsaardingspunt is geëlimineerd en DC-defecten geëlimineerd, ligt de fundamentele oorzaak voor aarding in de PCB van de aardlekbeveiliging. Onder het voorrecht van geen vocht of corrosie, daalt de isolatiewaarde in één tot twee jaar bedrijf.

Op basis van de meetsituatie is tot nu toe de isolatiewaarde alleen laag tussen één elektrode en aard en wordt er geen lage isolatiewaarde gevonden tussen elektroden, dus er treden geen kortsluitingen op tussen elektroden. In de toekomst kan deze gegevens worden vastgelegd in periodiek onderhoud. Als deze waarde neigt te dalen of een eenmalige lus optreedt bij de CT aan het begin, moet omruiling worden overwogen naar aardlekbeveiliging.

Nuttige bronnen

• Analyse van anti-storing en aardingsstrategieën voor PCB's
• Discussie over voeding en aarding in elektromagnetische compatibiliteit van PCB
• Ontwerp van hoogvermogen PCB in hoge temperatuuromgeving
• Volledige PCB-fabricageservice van PCBCart - Meerdere waardevolgende opties
• Geavanceerde PCB-assemblageservice van PCBCart - Vanaf 1 stuk