Wie man Erdungsfehler der Steuerstromversorgung aufgrund von Isolationsminderung im PCB-Design beseitigt

Beschreibung der Isolierung

Im gewöhnlichen 380-V-Wechselstrom-Verteilungssystem stammt die Steuerstromversorgung normalerweise aus dem Gleichstromnetz. Als kritische Standby-Stromversorgung und Steuerstromversorgung von Kraftwerken liegt der häufigste und gefährlichste Defekt des DC-Systems im DC-Erdungsdefekt. Basierend auf einem häufig aufgetretenen Isolationsfehler ermittelt dieser Artikel eine Reihe von Ursachen, die zu einer Reduzierung der Isolation der DC-Steuerstromversorgung führen.

Fehlersuche und Ursachenanalyse

• Loop-Einführung

Der Sekundärkreis, der im folgenden Teil dieses Artikels erwähnt wird, entspricht hauptsächlich einem 380-V-Wechselstromsystem. Im Sekundärkreis des Schalters leitet sich die Steuerstromversorgung von der AC-Steuerstromversorgung über den Erdschlussschutz-Hilfsleistungsanschluss im Erdschlussschutzgerät und im Stromwandlerteil ab. Die Klemmen 5 und 7, die im folgenden Teil dieses Artikels erwähnt werden, beziehen sich jeweils auf die positive Elektrode und die negative Elektrode des Eingangsanschlusses in der Erdschluss-Gleichstromversorgung, während die Klemmen 8 und 9 auf K und L des Stromwandlers.

• Fehlerursachensuche

a. Häufige Isolationsfehler im AC-System

Unmittelbar nach dem Betrieb von AC-DC-Niederspannung für etwa ein Jahr tritt häufig ein DC-Erdungsalarm auf, und das Isolationsüberwachungsgerät prüft, ob das AC-System am nachgeschalteten Stromkreis den entsprechenden Stromzweig steuert. Es wird alarmiert, dass der Isolationswiderstand mit einem Alarmwert von 7 kΩ abnimmt und die normale 110-V-DC-Sammelschienenspannung +55 V bzw. -55 V beträgt. Die praktische negative DC-Sammelschiene oder positive Sammelschiene beim Alarmieren beträgt jedoch fast 0 V. Wenn unter dieser Bedingung eine weitere DC-Erdung an der anderen Elektrode stattfindet, wird eine Schleife zwischen positiver und negativer DC-Elektrode verursacht.

Daraus kann geschlossen werden, dass in einem Wechselstromsystem die Isolierung zwischen Hauptschleife und Steuerschleife ohne Gleichstromdurchdringung in Wechselstrom oder Erdung qualifiziert ist, sodass Fehlerprobleme nur im Gleichstromsteuerteil der Wechselstromschleife auftreten. Jedes Teil sollte im Regelkreis überprüft werden und das Fehlerproblem liegt im Fehlerstromschutz und im Stromwandler.

b. Isolationsreduzierung innerhalb des Fehlerstromschutzes

In Bezug auf diese Mängel lautet die Typennummer des Erdschlussschutzes *** M40 (110 VDC) und die des CT ist ein Erdschlussstromwandler derselben Marke. Durch die Demontage des Erdschlussschutzgeräts kann festgestellt werden, dass dieses Gerät aus drei Leiterplatten besteht, von denen eine die Erdschlussschutz-Steuerplatine ist. Nach Messung von Punkt zu Punkt sieht man:
1). Der Isolationswert zwischen Klemme 7 und Klemme 9 beträgt etwa 5 kΩ (die meisten sind kleiner als 5 kΩ);
2). Isolationswert zwischen Klemme 5 und Klemme 7 beträgt 12,9 kΩ;
3). Isolationswert zwischen Klemme 5 und Klemme 8 beträgt 18kΩ;
4). Der Isolationswert zwischen Klemme 8 und Klemme 9 beträgt ca. 50 kΩ.

Zum Vergleich:Ohne Belastung beträgt der Isolationswert des Fehlerstromschutzes zwischen Klemme 7 und Klemme 9 etwa 150 kΩ bei LKW-Schaltern, während bei häufiger Belastung der Isolationswert auf 5 kΩ reduziert wird.

c. Schutzerdung der CT-Sekundärseite

Da im Prozess des Erdschlussschutzes und der CT-Konstruktion und -Montage eine Schutzerde am Stromwandler angeordnet wird, wendet Klemme L der 001TI-Spule eine Erdschlussbaugruppe an. Dieses Design zielt darauf ab, die Stromwandlerspule von der Schleife abzuhalten, die zu einem ersten Eindringen von Hochspannung in die Sekundärschleife führt, wobei Komponenten zerstört werden, wie z. B. direkt angeschlossene Fehlerstromschutzgeräte. Was noch schlimmer ist, ein Isolationsproblem zwischen Klemme 7 und Klemme 9 führt möglicherweise zu einem Eindringen von Hochspannung in die DC-Steuerschleife.

Aufgrund des Erdungspunkts und der Isolationsreduzierung des PCB-Erdschlussschutzes wird die negative Elektrode der Stromversorgung jedoch durch Gleichstrom gesteuert.

• Fehlerfolgen

Normalerweise tritt dieses Problem bei einigen Lasten im selben Wechselstromsystem auf, was bedeutet, dass die negative DC-Sammelschiene parallel zu einigen Widerständen von 5 kΩ liegt, was schließlich zu nahezu Null der negativen DC-Sammelschiene und -Spannung führt.

Kommt es bei der negativen Sammelschienenerdung zu einer weiteren Sammelschienenerdung an der anderen Elektrode, kommt es zu einem Kurzschluss zwischen positiver und negativer Elektrode. Sicherungsdraht oder Unterbrecher wird die Schleife als Folge von Überlastung und Fehlerschutz brechen. Darüber hinaus verliert der Gleichstrom Strom, was zum Abschalten aller nachgeschalteten Lasten und zum Verlust der Gleichstromleistung wichtiger Lasten führt, was allesamt die reibungslose Implementierung aller Geräte gefährdet. Darüber hinaus führt die Mehrpunkt-Erdung im DC-System zu zahlreichen Folgen wie Bauteilfehlfunktionen, Widerstandsoperation und DC-Leistungsverlust.

Verarbeitungsschema und Prinzipanalyse

• Lassen Sie den Erdungspunkt der CT-Spule frei

Basierend auf dem CT-Schleifendesign gibt es einen Erdungspunkt auf der Sekundärseite. Theoretisch wird durch die sekundärseitige Schleife des Stromwandlers eine hohe Spannung erzeugt, die andere Komponenten in der Sekundärschleife zerstört. Superhochspannung zerstört sogar Bauteile. Die Erdung hier soll verhindern, dass Hochspannung erzeugt wird, um die Sekundärschleife zu schützen.

Basierend auf der oben erwähnten Analyse kann jedoch sichergestellt werden, dass der Isolationswiderstand der DC-Steuerschleife nicht reduziert wird, wenn der Erdungspunkt aufgehoben wird, um Erdungsfehler im DC-System zu eliminieren. Wenn der Erdungspunkt aufgehoben wird, muss daher geprüft werden, ob der Spannungswert der sekundärseitigen Schleife des Niederspannungsstromwandlers innerhalb des akzeptablen Bereichs liegt. Anders ausgedrückt, das Risiko muss geringer sein als bei einer DC-Systemerdung.

Bei Niederspannungs-Stromwandlern, die 0,5 kV ähnlich sind, kann es sein, dass der Hochdruck durch die sekundärseitige Schleife nicht definitiv erzeugt wird. Wenn eine Seite den Nennstrom mit vorhandener sekundärseitiger Schleife durchläuft, kann der Eisenkern entweder weit von der Sättigung oder weit von der Übersättigung entfernt sein, der Kernfluss und die induzierte elektromotorische Kraft haben im Grunde nur eine Grundwelle und die Sekundärseite erzeugt keinen hohen Druck, der vollständig ist zeigt an, dass der Stromwandlerkern einen relativ großen Designspielraum hat, d. h. ein relativ hohes Tetsushige-Verhältnis. Infolgedessen wird die nachgeschaltete Last normalerweise mit einem niedrigeren Strom als dem Nennstrom betrieben, was akzeptabel ist, um den CT etwas leer zu machen.

Wenn jedoch bei dieser Art von sekundärseitigem Stromwandler ein großer Strom an der nachgeschalteten Last auftritt oder ein Kurzschluss in einer Phase oder zwischen Phasen auftritt, ist der Eisenkern definitiv gesättigt, wenn auf der Sekundärseite ein hoher Druck erzeugt wird. Daher hängt es vollständig vom Sättigungsgrad des Eisenkerns ab, ob eine Hochspannung durch den CT an der Sekundärschleife erzeugt wird. Ansteigende Kurven des Spannungswerts hängen von den Sättigungskurven des Stromwandlers ab. Unter solchen Bedingungen ist ein wenig freier CT ein wenig riskant. Trotzdem wird dank der Schutzschleife das Risiko der Zerstörung von Komponenten relativ verringert.

Bei vollständiger Berücksichtigung der physikalischen Struktur des Stromwandlers werden Stromverteilungsgeräte in einer relativ guten Umgebung betrieben, und die erste Spule weist eine relativ geringe Wahrscheinlichkeit einer Abschaltung auf. Obwohl nachgeschalteter Strom mit Spulendurchbruch auftritt und die Schleifenschutzwirkung eine relativ lange Verzögerung aufweist, zerstört sekundäre Hochspannung Komponenten, was eine äußerst geringe Wahrscheinlichkeit hat. Daher liegt unser Verarbeitungsschema für diesen Fehler in einem vakanten Erdungspunkt.

• Umschaltung des entsprechenden Fehlerstromschutzes

Obwohl dieser CT-Schutz-Erdungspunkt eliminiert und DC-Fehler eliminiert wurden, liegt die Hauptursache für die Erdung in PCB-Erdschlüssen. Unter dem Vorzug von Feuchtigkeit oder Korrosion nimmt der Isolationswert nach ein bis zwei Jahren Betrieb ab.

Basierend auf der Messsituation ist der Isolationswert bisher nur niedrig zwischen einer einzelnen Elektrode und Masse und es wurde kein niedriger Isolationswert zwischen Elektroden gefunden, sodass keine Kurzschlüsse zwischen Elektroden auftreten. Dieses Datum kann zukünftig in der periodischen Wartung erfasst werden. Wenn dieser Wert tendenziell abnimmt oder am Anfang eine einmalige Schleife auf CT stattfindet, sollte eine Umschaltung auf Erdschlussschutz in Betracht gezogen werden.

Hilfreiche Ressourcen:
• Analyse von Anti-Interferenz- und Erdungsstrategien für PCBs
• Diskussion über Strom und Erde bei der elektromagnetischen Kompatibilität von PCB
• Design von Hochleistungs-PCB in Hochtemperaturumgebung
• />• PCB-Fertigungsservice mit vollem Funktionsumfang von PCBCart – Mehrere Mehrwertoptionen
• Erweiterter PCB-Bestückungsservice von PCBCart – ab 1 Stück