PCB 設計における絶縁低下に基づく制御電源の接地不良を克服する方法

断熱材の説明

通常の 380V AC 配電システムでは、制御電源は通常 DC 電源システムから得られます。発電所の重要な待機電源および制御電源として、DC システムの最も一般的で危険な欠陥は、DC アースの欠陥にあります。よくある絶縁不良から、DC制御電源の絶縁低下につながる一連の原因を探ります。

欠陥の検索と原因の分析

• ループ紹介

この記事の次の部分で説明する 2 次回路は、主に 380V AC システムに準拠しています。スイッチ二次側回路では、交流制御電源から漏電保護装置内の漏電保護補助電源端子と変流器部を介して制御電源を得ています。この記事の次の部分で言及される端子 5 と 7 はそれぞれ漏電直流電源の入力端子の正極と負極を指し、端子 8 と 9 は変流器の K と L を指します。

• 不具合原因検索

a. ACシステムの頻繁な絶縁不良

AC-DC 低電圧で約 1 年間運用した直後に、DC アース アラームが頻繁に発生し、絶縁監視装置は、下流の AC システムが対応する電源の分岐回路を制御していることを検査します。アラーム値 7kΩ で絶縁抵抗が低下し、通常の 110V DC 母線電圧がそれぞれ +55V と -55V であることを警告します。ただし、実用的な DC マイナス バスバーまたはアラーム時のプラス バスバーはほぼ 0V です。この状態で、もう一方の電極で別の DC 接地が行われると、DC の正と負の電極間にループが発生します。

AC システムでは、AC または接地への DC の侵入なしにメジャー ループと制御ループの間の絶縁が適切であると結論付けることができるため、不具合の問題は AC ループの DC 制御部分でのみ発生します。各部品は制御ループで検査する必要があり、欠陥の問題は漏電保護と CT にあります。

b.漏電保護内部の絶縁低下

これらの不具合に関して、漏電保護の型番は M40 (110VDC) で、CT の型番は同じブランドの漏電変流器です。漏電保護装置を分解すると、この装置は 3 つの回路基板で構成されており、そのうちの 1 つは漏電保護制御基板であることがわかります。点から点への測定の後、それを見ることができます:
1)。端子 7 と端子 9 の間の絶縁値は約 5kΩ (ほとんどは 5kΩ 未満) です;
2)。端子 5 と端子 7 間の絶縁値は 12.9kΩです。
3)。端子5と端子8間の絶縁値は18kΩです。
4)。端子 8 と端子 9 間の絶縁値は約 50kΩです。

比較すると、負荷をかけない場合、端子 7 と端子 9 間の漏電保護の絶縁値は、トラック型スイッチで約 150kΩ ですが、頻繁に負荷をかけると、絶縁値は 5kΩ に低下します。

c. CT二次側保護接地

001TI コイルの L 端子は、漏電保護および CT の設計・組立工程で CT に保護接地を設けるため、漏電組立を行います。この設計は、直接接続された漏電保護デバイスなどのコンポーネントを破壊して、最初の高電圧が二次ループに侵入するループから変流器コイルを停止することを目的としています。さらに悪いことに、ターミナル 7 とターミナル 9 の間の絶縁の問題により、DC 制御ループに高電圧が侵入する可能性があります。

それにもかかわらず、接地点と PCB 漏電保護の絶縁低下により、電源の負電極は DC によって制御されます。

• 欠陥の結果

通常、この問題は同じ AC システム内のいくつかの負荷で発生します。つまり、DC 負バスバーが 5 kΩ の抵抗器と並列に接続され、最終的に DC 負バスバーと電圧がほぼゼロになります。

マイナス母線接地の過程で、もう一方の電極で別の母線接地が発生すると、正と負の電極間で短絡が発生します。ヒューズ線またはブレーカは、過負荷および障害保護の結果としてループを切断します。さらに、DC 電源が失われ、下流のすべての負荷の電源がオフになり、主要な負荷の DC 電源が失われ、すべての機器の円滑な実装が危険にさらされます。さらに、DC システムでの多点接地は、コンポーネントの誤動作、抵抗動作、DC 電力損失などの多くの結果につながります。

処理スキームと原理分析

• CTコイルの接地点を空ける

CT ループの設計に基づいて、2 次側に接地点があります。理論的には、変流器の二次側ループによって高電圧が生成され、二次ループ内の他のコンポーネントが破壊されます。超高電圧はコンポーネントを破壊します。ここでの接地は、2 次ループを保護するために高電圧の生成を停止することを目的としています。

ただし、上記の分析に基づいて、接地点が取り消された場合、DC 制御ループの絶縁抵抗が低下しないようにして、DC システムの接地不良を解消することができます。したがって、接地点が解除された場合は、低圧変流器の二次側ループ電圧値が許容範囲内であるかどうかをテストする必要があります。別の言い方をすれば、DC システムの接地によってもたらされるリスクよりもリスクを低くする必要があります。

0.5kV 程度の低圧変流器の場合、二次側ループで確実に高圧が発生しない場合があります。 2 次側ループが存在する状態で片側が定格電流を通過すると、鉄芯は飽和にほど遠いか、飽和しすぎている可能性があり、鉄心磁束と誘導起電力は基本的に基本波のみで、2 次側は高圧を発生しません。は、変流器コアの設計マージンが比較的大きいこと、つまり鉄重比が比較的高いことを示しています。その結果、下流の負荷は定格電流よりも低い電流で正常に動作し、CT が少し空いても問題ありません。

しかし、このような二次側ループCTの場合、二次側負荷に大電流が流れたり、単相や相間で短絡が発生したりすると、二次側に高圧が発生して鉄心が確実に飽和してしまいます。したがって、二次側ループで CT により高電圧が発生するかどうかは、鉄心の飽和度に完全に依存します。電圧値の上昇曲線は CT の飽和曲線に依存します。このような状態で少し空いているCTは少し危険です。それにもかかわらず、保護ループのおかげで、コンポーネント破壊のリスクは相対的に減少します.

したがって、CT の物理的構造を十分に考慮した上で、配電デバイスは比較的良好な環境で動作し、1 番目のコイルは電源がオフになる可能性が比較的低いという特徴があります。コイルカットにより下流電流が発生し、ループ保護動作が比較的遅れる特徴がありますが、二次高電圧により部品が破壊される可能性は極めて低いです。したがって、この欠陥に対する当社の処理スキームは、空いている接地点にあります。

• 対応する漏電保護の切り替え

この CT 保護接地点が除去され、DC 欠陥が除去されましたが、接地の根本的な原因は PCB の漏電にあります。湿気や腐食のない特権の下では、1 ～ 2 年の運用で断熱値が低下します。

測定状況から、これまでの絶縁値は片電極とアース間のみ低く、電極間にも低い絶縁値は見られず、電極間の短絡は発生しませんでした。将来的には、このデータは定期メンテナンスで記録される可能性があります。この値が減少傾向にある場合や、最初に CT にワンタイム ループが発生する場合は、漏電保護のために切り替えを考慮する必要があります。

役立つリソース:
• PCB の干渉防止および接地戦略に関する分析
• PCB の電磁両立性における電源と接地に関する議論
• 高温環境におけるハイパワー PCB の設計
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