Wie man Erdungsfehler der Steuerstromversorgung durch Isolationsreduzierung im PCB-Design beseitigt

Isolationsbeschreibung

Im gewöhnlichen 380V-Wechselstrom-Verteilungssystem wird die Steuerstromversorgung üblicherweise aus dem Gleichstromsystem abgeleitet. Als eine wichtige Notstromversorgung und Steuerstromversorgung von Kraftwerken liegt der häufigste und gefährlichste Defekt des Gleichstromsystems im Erdungsfehler des Gleichstroms. Basierend auf einem häufig auftretenden Isolationsfehler ermittelt dieser Artikel eine Reihe von Ursachen, die zur Verringerung der Isolierung der Gleichstrom-Steuerstromversorgung führen.

Fehlersuche und Ursachenanalyse

• Einführung in Schleifen

Der im folgenden Teil dieses Artikels erwähnte Sekundärkreis bezieht sich hauptsächlich auf das 380V-Wechselstromsystem. Im Sekundärkreis des Schalters stammt die Steuerspannungsversorgung von der Wechselstrom-Steuerspannungsversorgung über den Hilfsstromanschluss des Erdschlussschutzgeräts und den Teil des Stromwandlers. Die im folgenden Teil dieses Artikels erwähnten Klemmen 5 und 7 beziehen sich jeweils auf den Pluspol und den Minuspol des Eingangsanschlusses der Erdschluss-Gleichstromversorgung, während die Klemmen 8 und 9 auf K und L des Stromwandlers verweisen.

• Fehlersuche nach Ursache

a. Häufige Isolationsfehler im Wechselstromsystem

Bereits etwa ein Jahr nach dem Betrieb der AC-DC-Niederspannung tritt häufig ein DC-Erdungsalarm auf, und das Isolationsüberwachungsgerät stellt fest, dass das AC-System im nachgeschalteten Bereich den entsprechenden Abzweigkreis der Stromversorgung steuert. Es wird alarmiert, dass der Isolationswiderstand mit einem Alarmwert von 7 kΩ abnimmt und die normale 110V-DC-Sammelschienen-Spannung jeweils +55V und -55V beträgt. In der Praxis liegt jedoch die Spannung der negativen oder positiven DC-Sammelschiene beim Alarmieren fast bei 0V. Unter dieser Bedingung, wenn eine weitere DC-Erdung an der anderen Elektrode auftritt, entsteht ein Kreis zwischen den positiven und negativen DC-Elektroden.

Es kann daraus geschlossen werden, dass im AC-System die Isolierung zwischen Hauptstromkreis und Steuerstromkreis qualifiziert ist, ohne dass eine DC-Durchdringung in den AC-Stromkreis oder eine Erdung erfolgt. Daher treten Defekte nur im DC-Steuerungsteil des AC-Stromkreises auf. Jeder Teil im Steuerstromkreis sollte überprüft werden, und das Defektproblem liegt im Erdschlussschutz und im Stromwandler (CT).

b. Isolationsreduzierung innerhalb des Fehlerstromschutzes

Im Zusammenhang mit diesen Mängeln ist der Typ der Erdschluss-Schutzvorrichtung *** M40 (110VDC) und der des Stromwandlers ist ein Erdschluss-Stromwandler derselben Marke. Durch das Zerlegen der Erdschluss-Schutzvorrichtung kann festgestellt werden, dass dieses Gerät aus dreiLeiterplatteneines davon ist die Steuerplatine für den Erdschluss-Schutz. Nach der Messung von Punkt zu Punkt ist ersichtlich:
1). Der Isolationswert zwischen Anschluss 7 und Anschluss 9 beträgt etwa 5 kΩ (meistens weniger als 5 kΩ);
2). Der Isolationswert zwischen Anschluss 5 und Anschluss 7 beträgt 12,9 kΩ;
3). Der Isolationswert zwischen Anschluss 5 und Anschluss 8 beträgt 18 kΩ;
4). Der Isolationswert zwischen Anschluss 8 und Anschluss 9 beträgt etwa 50 kΩ.

Durch Vergleich beträgt der Isolationswert des Erdschlussschutzes zwischen Anschluss 7 und Anschluss 9 im LKW-Schalterschalter ohne Belastung etwa 150 kΩ, während er sich bei häufiger Belastung auf 5 kΩ verringert.

c. Schutzerdung der Sekundärseite des Stromwandlers

Da beim Prozess des Erdschlussschutzes sowie bei der Konstruktion und Montage des Stromwandlers (CT) ein Schutzleiter am CT angebracht ist, wird am Anschluss L der 001TI-Spule eine Erdschlussbaugruppe verwendet. Dieses Design soll verhindern, dass die Stromwandler-Spule einen Stromkreis bildet, der dazu führen könnte, dass Hochspannung in den Sekundärkreis eindringt und dabei Komponenten wie das direkt angeschlossene Erdschlussschutzgerät zerstört werden. Schlimmer noch: Ein Isolationsproblem zwischen Anschluss 7 und Anschluss 9 könnte dazu führen, dass Hochspannung in den DC-Steuerkreis eindringt.

Dennoch, aufgrund des Erdungspunkts und der Verringerung der Isolierung vonLeiterplatteErdschlussschutz, negativer Pol der Stromversorgung wird durch Gleichstrom gesteuert.

• Fehlerfolge

In der Regel tritt dieses Problem bei einigen Lasten im selben Wechselstromsystem auf, was bedeutet, dass die negative DC-Sammelschiene parallel zu einigen Widerständen von 5 kΩ geschaltet ist, was schließlich dazu führt, dass die Spannung und das Potenzial der negativen DC-Sammelschiene nahezu null werden.

Im Prozess der negativen Sammelschienen-Erdung führt das Entstehen einer weiteren Sammelschienen-Erdung an der anderen Elektrode zu einem Kurzschluss zwischen den positiven und negativen Elektroden. Die Sicherung oder der Leistungsschalter unterbricht den Stromkreis infolge von Überlastung und Fehlerstromschutz. Darüber hinaus verliert die Gleichstromversorgung Strom, was zu einem Stromausfall aller nachgeschalteten Verbraucher und zum Stromverlust wichtiger Lasten führt, was die reibungslose Funktion aller Geräte gefährdet. Außerdem führt Mehrpunkt-Erdung im Gleichstromsystem zu zahlreichen Folgen wie Komponentenfehlfunktionen, Fehlbedienungen und Stromverlust im Gleichstromsystem.

Verarbeitungsschema und Prinzipanalyse

• Machen Sie den Erdungspunkt der CT-Spule frei

Basierend auf dem CT-Schleifendesign gibt es einen Erdungspunkt auf der Sekundärseite. Theoretisch wird durch die Sekundärschleife des Stromwandlers eine hohe Spannung erzeugt, die andere Komponenten in der Sekundärschleife zerstören kann. Eine extrem hohe Spannung kann sogar Bauteile zerstören. Die Erdung an dieser Stelle soll verhindern, dass eine hohe Spannung entsteht, um die Sekundärschleife zu schützen.

Basierend auf der oben genannten Analyse kann jedoch, wenn der Erdungspunkt aufgehoben wird, sichergestellt werden, dass der Isolationswiderstand des Gleichstrom-Regelkreises nicht verringert wird, um Erdungsfehler im Gleichstromsystem zu beseitigen. Daher muss, wenn der Erdungspunkt aufgehoben wird, überprüft werden, ob der Spannungwert des Sekundärkreises des Niederspannungsstromwandlers im akzeptablen Bereich liegt. Anders ausgedrückt muss das Risiko geringer sein als das durch die Erdung des Gleichstromsystems verursachte.

Für einen Niederspannungs-Stromwandler, der ähnlich wie 0,5 kV ist, muss auf der Sekundärseite nicht unbedingt eine hohe Spannung erzeugt werden. Wenn auf einer Seite der Nennstrom fließt und ein Sekundärstromkreis vorhanden ist, kann der Eisenkern entweder weit von der Sättigung entfernt oder weit von einer Übersättigung entfernt sein; der Kernfluss und die induzierte elektromotorische Kraft bestehen im Wesentlichen nur aus der Grundwelle, und auf der Sekundärseite wird keine hohe Spannung erzeugt. Dies zeigt deutlich, dass der Stromwandlerkern einen relativ großen Designspielraum hat, das heißt, ein relativ hohes Tetsushige-Verhältnis. Infolgedessen kann die nachgeschaltete Last bei einem Strom unterhalb des Nennstroms normal betrieben werden, was es akzeptabel macht, den Stromwandler etwas unterlastet zu betreiben.

Bei diesem Typ von Stromwandler im Sekundärkreis gilt jedoch: Wenn ein großer Strom zum nachgeschalteten Verbraucher fließt oder ein Kurzschluss in einer Phase oder zwischen den Phasen auftritt, wird der Eisenkern bei hohem Druck auf der Sekundärseite mit Sicherheit in die Sättigung geraten. Ob am Sekundärkreis des Stromwandlers eine hohe Spannung erzeugt wird, hängt daher vollständig vom Sättigungsgrad des Eisenkerns ab. Die Anstiegskurven des Spannungswerts richten sich nach den Sättigungskurven des Stromwandlers. Unter solchen Bedingungen ist ein wenig belasteter Stromwandler etwas riskant. Dank des Schutzkreises ist das Risiko einer Bauteilzerstörung jedoch relativ verringert.

Unter vollständiger Berücksichtigung der physikalischen Struktur des Stromwandlers werden die Stromverteilungseinrichtungen in einer relativ guten Umgebung betrieben, und die Wahrscheinlichkeit eines Stromausfalls der Primärwicklung ist relativ gering. Selbst wenn im Fehlerfall ein Stromfluss nach dem Abschalten der Wicklung auftritt und die Schutzschleife eine relativ lange Verzögerung aufweist, kann die entstehende Sekundär-Hochspannung Bauteile zerstören, was jedoch äußerst unwahrscheinlich ist. Daher besteht unser Behandlungsansatz für diesen Defekt in einem ungenutzten Erdungspunkt.

• Umschaltung des entsprechenden Fehlerstromschutzes

Obwohl dieser CT-Schutzerdungspunkt beseitigt und Gleichstromfehler behoben wurden, liegt die eigentliche Ursache für die Erdung in der Leiterplatte (PCB) des Erdschlusses. Auch ohne Feuchtigkeit oder Korrosion nimmt der Isolationswert im Betrieb innerhalb von ein bis zwei Jahren ab.

Basierend auf der aktuellen Messsituation ist der Isolationswert bisher nur zwischen einer einzelnen Elektrode und Erde niedrig, und ein niedriger Isolationswert wurde zwischen den Elektroden nicht festgestellt, sodass zwischen den Elektroden keine Kurzschlüsse auftreten. In Zukunft kann dieser Messwert bei der regelmäßigen Wartung dokumentiert werden. Sollte dieser Wert dazu neigen, weiter zu sinken oder zu Beginn eine einmalige Schleife zum Stromwandler (CT) auftreten, sollte ein Wechsel zum Erdschlussschutz in Betracht gezogen werden.

Hilfreiche Ressourcen:
•Analyse von Störfestigkeit und Erdungsstrategien für Leiterplatten
•Diskussion über Strom- und Masseführung in der elektromagnetischen Verträglichkeit von Leiterplatten
•Entwurf von Hochleistungs-Leiterplatten in Hochtemperaturumgebungen
•Vollständiger Leiterplatten-Fertigungsservice von PCBCart – Zahlreiche Mehrwertoptionen
•Fortschrittlicher Leiterplattenbestückungsservice von PCBCart – Beginnend ab 1 Stück