Come sconfiggere i difetti di messa a terra dell’alimentazione di controllo basati sulla riduzione dell’isolamento nella progettazione PCB

Descrizione dell'isolamento

Nel comune sistema di distribuzione in corrente alternata a 380 V, l’alimentazione di controllo deriva solitamente dal sistema di alimentazione in corrente continua. In quanto alimentazione di riserva critica e alimentazione di controllo delle centrali elettriche, il difetto più comune e pericoloso del sistema in corrente continua risiede nel difetto di messa a terra in corrente continua. Sulla base di un difetto di isolamento che si verifica frequentemente, questo articolo individua una serie di cause che portano alla riduzione dell’isolamento dell’alimentazione di controllo in corrente continua.

Ricerca dei difetti e analisi delle cause

• Introduzione ai loop

Il circuito secondario che verrà menzionato nella parte seguente di questo articolo è principalmente conforme al sistema CA a 380 V. Nel circuito secondario dell’interruttore, l’alimentazione di controllo deriva dall’alimentazione di controllo in CA tramite il terminale di alimentazione ausiliaria della protezione contro le dispersioni a terra nel dispositivo di protezione contro le dispersioni a terra e dalla parte del trasformatore di corrente. I terminali 5 e 7 che verranno menzionati nella parte seguente di questo articolo si riferiscono rispettivamente all’elettrodo positivo e all’elettrodo negativo del terminale di ingresso dell’alimentazione CC per la protezione contro le dispersioni a terra, mentre i terminali 8 e 9 si riferiscono a K e L del trasformatore di corrente.

• Ricerca della causa del difetto

a. Difetti frequenti di isolamento nei sistemi in corrente alternata

Subito dopo circa un anno di funzionamento in bassa tensione AC-DC, si verifica frequentemente un allarme di messa a terra in DC e il dispositivo di monitoraggio dell’isolamento rileva che il sistema AC a valle controlla il corrispondente circuito derivato di alimentazione. Scatta l’allarme che indica una diminuzione della resistenza di isolamento con valore di soglia di 7 kΩ e la normale tensione della sbarra DC a 110 V è rispettivamente +55 V e -55 V. Tuttavia, nella pratica, la sbarra negativa DC o la sbarra positiva DC durante l’allarme è quasi a 0 V. In queste condizioni, se si verifica un’altra messa a terra DC sull’altro elettrodo, si formerà un anello tra gli elettrodi positivo e negativo della DC.

Si può concludere che, nel sistema in CA, l’isolamento è conforme tra il circuito principale e il circuito di controllo, senza penetrazione di CC nella CA o verso terra, quindi i problemi di difetto si verificano solo nella parte di controllo in CC del circuito in CA. Ogni parte del circuito di controllo deve essere ispezionata e il problema di difetto risiede nella protezione contro le dispersioni a terra e nel TA.

b. Riduzione dell’isolamento all’interno della protezione contro le correnti di dispersione a terra

Preoccupandosi di questi difetti, il tipo di protezione contro le dispersioni a terra è *** M40 (110VDC) e quella del TA è un trasformatore di corrente per dispersione a terra della stessa marca. Dallo smontaggio del dispositivo di protezione contro le dispersioni a terra si può notare che questo dispositivo è composto da treschede elettronicheuno dei quali è la scheda di controllo della protezione contro le dispersioni a terra. Dopo la misurazione punto per punto, si può vedere:
1). Il valore di isolamento tra il terminale 7 e il terminale 9 è di circa 5 kΩ (per lo più inferiore a 5 kΩ);
2). Il valore di isolamento tra il terminale 5 e il terminale 7 è 12,9 kΩ;
3). Il valore di isolamento tra il terminale 5 e il terminale 8 è 18 kΩ;
4). Il valore di isolamento tra il terminale 8 e il terminale 9 è di circa 50 kΩ.

Attraverso il confronto, senza applicazione del carico, il valore di isolamento della protezione contro le dispersioni di terra tra il terminale 7 e il terminale 9 è di circa 150 kΩ nel tipo di interruttore per autocarro, mentre con la frequente applicazione del carico il valore di isolamento si riduce a 5 kΩ.

c. Messa a terra di protezione lato secondario del TA

Poiché nel processo di protezione contro le dispersioni a terra e nella progettazione e assemblaggio del TA è predisposta una messa a terra di protezione sul TA, il terminale L della bobina 001TI adotta l’assemblaggio per la protezione dalle dispersioni a terra. Questo progetto mira a impedire che la bobina del trasformatore di corrente formi un anello che porterebbe la prima penetrazione di alta tensione nel circuito secondario, con la distruzione di componenti come il dispositivo di protezione contro le dispersioni a terra collegato direttamente. Peggio ancora, un problema di isolamento tra il terminale 7 e il terminale 9 potrebbe causare la penetrazione di alta tensione nel circuito di controllo in corrente continua.

Tuttavia, a causa del punto di messa a terra e della riduzione dell’isolamento diPCBprotezione contro le dispersioni a terra, l’elettrodo negativo dell’alimentazione è controllato in corrente continua.

• Conseguenza del difetto

Di solito, questo problema si verifica su alcuni carichi nello stesso sistema in CA, il che significa che la sbarra negativa in CC è in parallelo con alcune resistenze da 5 kΩ, portando infine la sbarra negativa in CC e la tensione a un valore quasi pari a zero.

Nel processo di messa a terra della sbarra negativa, se si verifica un’altra messa a terra della sbarra sull’altro elettrodo, si produrrà un cortocircuito tra gli elettrodi positivo e negativo. Il filo fusibile o l’interruttore interromperà il circuito a causa del sovraccarico e della protezione da guasto. Inoltre, l’alimentazione in corrente continua perderà energia, causando l’interruzione dell’alimentazione di tutti i carichi a valle e la perdita di alimentazione in corrente continua dei carichi chiave, il che metterà a rischio il regolare funzionamento di tutte le apparecchiature. Inoltre, la messa a terra multipunto nel sistema in corrente continua comporta numerose conseguenze, come il malfunzionamento dei componenti, il funzionamento con resistenze e la perdita di alimentazione in corrente continua.

Schema di Elaborazione e Analisi dei Principi

• Lasciare libero il punto di messa a terra della bobina CT

In base alla progettazione del circuito del TA, è presente un punto di messa a terra sul lato secondario. Teoricamente, nel circuito secondario del trasformatore di corrente si genera un’alta tensione, che andrà a danneggiare altri componenti nel circuito secondario. Una tensione estremamente elevata può persino distruggere i componenti. La messa a terra in questo punto serve a impedire la generazione di alta tensione, in modo da proteggere il circuito secondario.

Tuttavia, in base all’analisi sopra menzionata, quando il punto di messa a terra viene eliminato, si può garantire che la resistenza di isolamento dell’anello di controllo in corrente continua non si riduca, in modo da eliminare i difetti di messa a terra nel sistema in corrente continua. Pertanto, se il punto di messa a terra viene eliminato, occorre verificare se il valore della tensione dell’anello sul lato secondario del trasformatore di corrente a bassa tensione rientra nell’intervallo accettabile. In altre parole, il rischio deve essere inferiore a quello introdotto dalla messa a terra del sistema in corrente continua.

Per il trasformatore di corrente a bassa tensione simile a 0,5 kV, è possibile che sul circuito del secondario non si generi necessariamente un’alta tensione. Quando un lato è attraversato dalla corrente nominale con il circuito secondario chiuso, il nucleo di ferro può essere sia lontano dalla saturazione sia lontano da una sovrasaturazione; il flusso nel nucleo e la forza elettromotrice indotta presentano sostanzialmente solo l’onda fondamentale e sul lato secondario non si genera un’alta tensione, il che indica pienamente che il nucleo del trasformatore di corrente ha un margine di progetto relativamente ampio, cioè un rapporto di sovradimensionamento relativamente elevato. Di conseguenza, il carico a valle funziona normalmente con una corrente inferiore a quella nominale, ed è accettabile che il TA lavori leggermente a vuoto.

Tuttavia, per questo tipo di TA con circuito secondario in anello, se si verifica una grande corrente verso il carico a valle o si presenta un cortocircuito in monofase o tra fasi, il nucleo di ferro andrà inevitabilmente in saturazione quando si genererà un’elevata tensione sul lato secondario. Pertanto, il fatto che sul lato secondario del TA venga prodotta o meno un’alta tensione dipende interamente dal grado di saturazione del nucleo di ferro. Le curve di crescita del valore di tensione dipendono dalle curve di saturazione del TA. In tali condizioni, un TA leggermente a vuoto è un po’ rischioso. Tuttavia, grazie al circuito di protezione, il rischio di danneggiamento dei componenti sarà relativamente ridotto.

Pertanto, considerando pienamente la struttura fisica del TA, i dispositivi di distribuzione dell’energia elettrica operano in un ambiente relativamente buono e il primo avvolgimento presenta una probabilità relativamente bassa di perdita di alimentazione. Anche se a valle si verifica corrente con l’avvolgimento interrotto e l’azione della protezione di circuito presenta un ritardo relativamente lungo, l’alta tensione secondaria distruggerà i componenti, il che ha una probabilità estremamente bassa. Pertanto, il nostro schema di trattamento per questo difetto consiste nel lasciare il punto di messa a terra vacante.

• Cambio della corrispondente protezione contro le dispersioni a terra

Sebbene questo punto di messa a terra di protezione del CT sia stato eliminato e i difetti in corrente continua siano stati eliminati, la causa fondamentale della messa a terra risiede nel PCB della dispersione a terra. In assenza di umidità o corrosione, il valore di isolamento diminuisce dopo uno o due anni di funzionamento.

In base alla situazione di misura, fino ad ora il valore di isolamento è basso solo tra il singolo elettrodo e terra e non è stato riscontrato un basso valore di isolamento tra gli elettrodi, quindi non si verificano cortocircuiti tra gli elettrodi. In futuro, questo dato potrà essere registrato nella manutenzione periodica. Se questo valore tende a diminuire o si verifica un loop istantaneo verso il TA all’inizio, si dovrebbe prendere in considerazione il passaggio alla protezione contro le dispersioni a terra.

Risorse utili:
•Analisi sulle strategie anti-interferenza e di messa a terra per PCB
•Discussione su alimentazione e massa nella compatibilità elettromagnetica dei PCB
•Progettazione di PCB ad alta potenza in ambiente ad alta temperatura
•Servizio completo di produzione PCB da PCBCart - Molteplici opzioni a valore aggiunto
•Servizio avanzato di assemblaggio PCB da PCBCart - A partire da 1 pezzo