Comment éliminer les défauts de mise à la terre de l’alimentation de commande dus à la réduction de l’isolation dans la conception de PCB

Description de l’isolation

Dans le système de distribution CA ordinaire de 380 V, l’alimentation de commande provient généralement du système d’alimentation CC. En tant que source d’alimentation de secours critique et alimentation de commande des centrales électriques, le défaut le plus courant et le plus dangereux du système CC réside dans le défaut de mise à la terre en courant continu. En se basant sur un défaut d’isolation fréquemment rencontré, cet article met en évidence une série de causes conduisant à la réduction de l’isolation de l’alimentation de commande en courant continu.

Recherche de défauts et analyse des causes

• Introduction aux boucles

Le circuit secondaire mentionné dans la partie suivante de cet article se conforme principalement au système CA 380 V. Dans le circuit secondaire de commutation, l’alimentation de commande provient de l’alimentation de commande CA via la borne d’alimentation auxiliaire de protection contre les fuites à la terre dans le dispositif de protection contre les fuites à la terre et la partie transformateur de courant. Les bornes 5 et 7 mentionnées dans la suite de cet article se réfèrent respectivement à l’électrode positive et à l’électrode négative de la borne d’entrée de l’alimentation CC de protection contre les fuites à la terre, tandis que les bornes 8 et 9 correspondent à K et L du transformateur de courant.

• Recherche de cause de défaut

a. Défauts d’isolation fréquents dans le système CA

Juste après environ un an de fonctionnement en basse tension AC-DC, des alarmes de mise à la terre du courant continu se produisent fréquemment et le dispositif de surveillance d’isolement vérifie que le système AC en aval commande le circuit de dérivation correspondant de l’alimentation. Il est signalé que la résistance d’isolement diminue avec une valeur d’alarme de 7 kΩ et que la tension normale de la barre omnibus DC 110 V est respectivement de +55 V et -55 V. Cependant, en pratique, la barre omnibus négative ou positive du courant continu, lors de l’alarme, est presque à 0 V. Dans ces conditions, si une autre mise à la terre du courant continu se produit sur l’autre électrode, une boucle sera créée entre les électrodes positive et négative du courant continu.

On peut en conclure que, dans un système AC, l’isolation est conforme entre la boucle principale et la boucle de commande, sans pénétration de courant continu dans l’AC ni mise à la terre, de sorte que les défauts ne se produisent que dans la partie de commande DC de la boucle AC. Chaque partie de la boucle de commande doit être inspectée et le défaut se situe au niveau de la protection contre les fuites à la terre et du transformateur de courant (CT).

b. Réduction de l’isolation à l’intérieur de la protection contre les courants de fuite à la terre

Concerné par ces défauts, le type de protection contre les fuites à la terre est *** M40 (110VDC) et celui du TC est un transformateur de courant de fuite à la terre de la même marque. En démontant le dispositif de protection contre les fuites à la terre, on peut constater que cet appareil est composé de troiscircuits imprimésdont l’un est la carte de commande de protection contre les fuites à la terre. Après une mesure point par point, on peut voir :
1). La valeur d’isolation entre la borne 7 et la borne 9 est d’environ 5 kΩ (la plupart sont inférieures à 5 kΩ) ;
2). La valeur d’isolation entre la borne 5 et la borne 7 est de 12,9 kΩ ;
3). La valeur d’isolation entre la borne 5 et la borne 8 est de 18 kΩ ;
4). La valeur d’isolation entre la borne 8 et la borne 9 est d’environ 50 kΩ.

Par comparaison, sans application de charge, la valeur d’isolement de la protection contre les fuites à la terre entre la borne 7 et la borne 9 est d’environ 150 kΩ dans l’interrupteur de type camion, tandis qu’avec l’application fréquente de la charge, la valeur d’isolement est réduite à 5 kΩ.

c. Mise à la terre de protection du côté secondaire du TC

Étant donné qu’une mise à la terre de protection est prévue au niveau du TC dans le cadre de la protection contre les fuites à la terre ainsi que de la conception et de l’assemblage du TC, la borne L de la bobine 001TI applique l’assemblage de détection de fuite à la terre. Cette conception vise à empêcher la bobine du transformateur de courant de former une boucle qui entraînerait une première pénétration de haute tension dans le circuit secondaire, avec destruction de composants tels que le dispositif de protection contre les fuites à la terre directement connecté. Pire encore, un problème d’isolation entre la borne 7 et la borne 9 peut entraîner une pénétration de haute tension dans le circuit de commande CC.

Néanmoins, en raison du point de mise à la terre et de la réduction de l’isolation dePCBProtection contre les fuites à la terre, l’électrode négative de l’alimentation est commandée par courant continu.

• Conséquence du défaut

Habituellement, ce problème se produit pour certaines charges dans le même système CA, ce qui signifie que la barre omnibus négative CC est en parallèle avec certaines résistances de 5 kΩ, conduisant finalement à une valeur quasi nulle de la barre omnibus négative CC et de la tension.

Dans le processus de mise à la terre de la barre omnibus négative, si une autre mise à la terre de barre omnibus se produit à l’autre électrode, un court-circuit sera provoqué entre les électrodes positive et négative. Le fil fusible ou le disjoncteur ouvrira le circuit en raison de la surcharge et de la protection contre les défauts. De plus, l’alimentation en courant continu sera coupée, entraînant la mise hors tension de toutes les charges en aval et la perte d’alimentation en courant continu des charges critiques, ce qui mettra en danger le fonctionnement normal de tous les équipements. En outre, la mise à la terre multipoint dans le système de courant continu entraîne de nombreuses conséquences telles que le dysfonctionnement des composants, le fonctionnement en résistance et la perte d’alimentation en courant continu.

Schéma de traitement et analyse de principe

• Libérer le point de mise à la terre de la bobine CT

Sur la base de la conception de la boucle du TC, il y a un point de mise à la terre du côté secondaire. Théoriquement, une haute tension est produite par la boucle secondaire du transformateur de courant, ce qui détruira les autres composants de la boucle secondaire. Une tension extrêmement élevée détruira même les composants. La mise à la terre ici a pour but d’empêcher la production d’une haute tension afin de protéger la boucle secondaire.

Cependant, sur la base de l’analyse mentionnée ci-dessus, lorsque le point de mise à la terre est supprimé, il est possible de garantir que la résistance d’isolement de la boucle de commande CC ne soit pas réduite, de manière à éliminer les défauts de mise à la terre dans le système CC. Par conséquent, si le point de mise à la terre est supprimé, il faut vérifier si la valeur de la tension de la boucle côté secondaire du transformateur de courant basse tension se situe dans la plage acceptable. En d’autres termes, le risque doit être inférieur à celui engendré par la mise à la terre du système CC.

Pour un transformateur de courant basse tension de l’ordre de 0,5 kV, une haute tension peut ne pas être générée de manière certaine par le circuit du secondaire. Lorsque le primaire est traversé par le courant nominal avec un circuit secondaire fermé, le noyau magnétique peut être soit loin de la saturation, soit loin d’une sursaturation excessive ; le flux dans le noyau et la force électromotrice induite ne comportent essentiellement que la composante fondamentale, et le secondaire ne produira pas de haute tension. Cela montre pleinement que le noyau du transformateur de courant dispose d’une marge de conception relativement importante, c’est‑à‑dire d’un rapport de tetsushige relativement élevé. Par conséquent, la charge en aval fonctionne normalement avec un courant inférieur au courant nominal, et il est acceptable que le TC soit légèrement à vide.

Cependant, pour ce type de TC à boucle secondaire, si un courant important se produit vers la charge en aval ou si un court-circuit se produit en monophasé ou entre phases, le noyau magnétique sera inévitablement saturé lorsque qu’une haute tension sera produite au secondaire. Par conséquent, le fait qu’une haute tension soit produite ou non par le TC sur la boucle secondaire dépend entièrement du degré de saturation du noyau magnétique. Les courbes de croissance de la valeur de la tension dépendent des courbes de saturation du TC. Dans une telle condition, un TC légèrement à vide présente un léger risque. Néanmoins, grâce à la boucle de protection, le risque de destruction des composants sera relativement réduit.

Ainsi, en tenant pleinement compte de la structure physique du transformateur de courant, les dispositifs de distribution électrique fonctionnent dans un environnement relativement favorable et le premier enroulement présente une probabilité relativement faible de coupure d’alimentation. Même si un courant en aval se produit avec une coupure de l’enroulement et que l’action de protection de boucle présente un délai relativement long, la haute tension au secondaire détruira les composants, ce qui reste extrêmement peu probable. Par conséquent, notre schéma de traitement pour ce défaut repose sur un point de mise à la terre inoccupé.

• Changement de la protection différentielle de terre correspondante

Bien que ce point de mise à la terre de protection du TC ait été supprimé et que les défauts en courant continu aient été éliminés, la cause fondamentale de la mise à la terre réside dans le circuit imprimé de fuite à la terre. En l’absence d’humidité ou de corrosion, la valeur d’isolement diminue après un à deux ans de fonctionnement.

Sur la base de la situation de mesure, jusqu’à présent la valeur d’isolement n’est faible qu’entre une électrode unique et la terre, et aucune faible valeur d’isolement n’a été constatée entre les électrodes, de sorte qu’il ne se produit pas de court-circuit entre les électrodes. À l’avenir, cette donnée pourra être enregistrée lors de la maintenance périodique. Si cette valeur tend à diminuer ou si une boucle unique se produit au niveau du TC à son démarrage, il conviendra d’envisager un passage à une protection contre les fuites à la terre.

Ressources utiles :
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