วิธีเอาชนะข้อบกพร่องการต่อลงกราวด์ของแหล่งจ่ายไฟควบคุมโดยอิงจากการลดฉนวนในงานออกแบบ PCB

คำอธิบายฉนวน

ในระบบจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับ 380V ทั่วไป แหล่งจ่ายไฟฟ้าควบคุมมักได้มาจากระบบไฟฟ้ากระแสตรง ในฐานะแหล่งจ่ายไฟสำรองที่สำคัญและแหล่งจ่ายไฟควบคุมของโรงไฟฟ้า ข้อบกพร่องที่พบบ่อยและอันตรายที่สุดของระบบกระแสตรงคือข้อบกพร่องการต่อลงดินของกระแสตรง จากข้อบกพร่องของฉนวนที่เกิดขึ้นบ่อยครั้ง บทความนี้ได้ค้นหาชุดของสาเหตุที่นำไปสู่การลดลงของฉนวนในแหล่งจ่ายไฟควบคุมกระแสตรง

การค้นหาข้อบกพร่องและการวิเคราะห์สาเหตุ

• บทนำเกี่ยวกับลูป

วงจรทุติยภูมิที่จะกล่าวถึงในส่วนถัดไปของบทความนี้ ส่วนใหญ่สอดคล้องกับระบบไฟฟ้ากระแสสลับ 380V ในวงจรทุติยภูมิของสวิตช์ แหล่งจ่ายไฟควบคุมได้มาจากแหล่งจ่ายไฟควบคุมกระแสสลับ ผ่านขั้วจ่ายไฟช่วยสำหรับการป้องกันกระแสรั่วลงดินในอุปกรณ์ป้องกันกระแสรั่วลงดินและส่วนของหม้อแปลงกระแส ขั้วต่อหมายเลข 5 และ 7 ที่จะกล่าวถึงในส่วนถัดไปของบทความนี้ หมายถึงขั้วบวกและขั้วลบของขั้วอินพุตในแหล่งจ่ายไฟกระแสตรงสำหรับการป้องกันกระแสรั่วลงดิน ส่วนขั้วต่อหมายเลข 8 และ 9 หมายถึง K และ L ของหม้อแปลงกระแส

• ค้นหาสาเหตุของข้อบกพร่อง

a. ข้อบกพร่องของฉนวนที่พบบ่อยในระบบกระแสสลับ

หลังจากเดินเครื่องระบบไฟฟ้า AC-DC แรงดันต่ำได้ประมาณหนึ่งปี ก็เกิดสัญญาณเตือนการลัดวงจรลงดินฝั่ง DC บ่อยครั้ง และอุปกรณ์ตรวจสอบฉนวนได้ตรวจพบว่าระบบ AC ที่อยู่ด้านดาวน์สตรีมควบคุมวงจรสาขาของกำลังไฟฟ้าที่สอดคล้องกัน มีการเตือนว่าค่าความต้านทานฉนวนลดลงถึงค่าการเตือนที่ 7kΩ และแรงดันบัส DC 110V ปกติคือ +55V และ -55V ตามลำดับ อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ เมื่อเกิดการเตือน แรงดันที่บัสลบ DC หรือบัสบวก DC จะเกือบเป็น 0V ภายใต้สภาวะนี้ หากเกิดการลัดวงจรลงดินฝั่ง DC ที่ขั้วอีกด้านหนึ่ง จะทำให้เกิดลูประหว่างขั้วบวกและขั้วลบของ DC

สามารถสรุปได้ว่าในระบบ AC ฉนวนมีคุณสมบัติผ่านเกณฑ์ระหว่างลูปหลักและลูปควบคุม โดยไม่มีการแทรกซึมของกระแส DC เข้าสู่ระบบ AC หรือสู่กราวด์ ดังนั้นปัญหาความบกพร่องจึงเกิดขึ้นเฉพาะในส่วนควบคุม DC ของลูป AC ควรตรวจสอบแต่ละส่วนในลูปควบคุม และปัญหาความบกพร่องอยู่ที่การป้องกันกระแสรั่วลงดินและ CT

b. การลดฉนวนภายในการป้องกันกระแสรั่วลงดิน

เกี่ยวกับข้อบกพร่องเหล่านี้ ชนิดของอุปกรณ์ป้องกันกระแสรั่วลงดินมีหมายเลขรุ่นเป็น *** M40 (110VDC) และ CT เป็นหม้อแปลงกระแสรั่วลงดินยี่ห้อเดียวกัน จากการถอดแยกอุปกรณ์ป้องกันกระแสรั่วลงดิน พบว่าอุปกรณ์นี้ประกอบด้วยสามแผงวงจรซึ่งหนึ่งในนั้นคือแผงวงจรควบคุมการป้องกันกระแสรั่วลงดิน หลังจากทำการวัดจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งแล้ว จะเห็นได้ว่า:
1). ค่าฉนวนระหว่างขั้ว 7 และขั้ว 9 อยู่ที่ประมาณ 5kΩ (ส่วนใหญ่ต่ำกว่า 5 kΩ);
2). ค่าฉนวนระหว่างขั้วต่อ 5 และขั้วต่อ 7 คือ 12.9kΩ;
3). ค่าฉนวนระหว่างขั้วต่อ 5 และขั้วต่อ 8 คือ 18kΩ;
4). ค่าฉนวนระหว่างขั้วต่อ 8 และขั้วต่อ 9 มีค่าประมาณ 50kΩ

จากการเปรียบเทียบ พบว่าเมื่อไม่มีการต่อโหลด ค่าฉนวนของการป้องกันกระแสรั่วระหว่างขั้วต่อ 7 และขั้วต่อ 9 ในสวิตช์แบบรถบรรทุกจะอยู่ที่ประมาณ 150kΩ ในขณะที่เมื่อมีการต่อโหลดบ่อยครั้ง ค่าฉนวนจะลดลงเหลือ 5kΩ

c. การต่อลงดินป้องกันด้านทุติยภูมิของ CT

เนื่องจากมีการจัดให้มีสายดินป้องกันที่ CT ในกระบวนการป้องกันกระแสรั่วลงดินและการออกแบบและการประกอบ CT ขั้ว L ของคอยล์ 001TI จึงใช้ชุดประกอบป้องกันกระแสรั่วลงดิน การออกแบบนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อหยุดไม่ให้คอยล์หม้อแปลงกระแสเกิดการลูป ซึ่งจะทำให้แรงดันสูงด้านปฐมภูมิทะลุเข้าสู่วงจรทุติยภูมิและทำลายอุปกรณ์ต่าง ๆ เช่น อุปกรณ์ป้องกันกระแสรั่วลงดินที่ต่อโดยตรง ที่แย่ไปกว่านั้น ปัญหาฉนวนระหว่างขั้ว 7 และขั้ว 9 อาจทำให้แรงดันสูงทะลุเข้าสู่วงจรควบคุม DC ได้

อย่างไรก็ตาม เนื่องจากจุดต่อลงกราวด์และการลดฉนวนของแผงวงจรพิมพ์การป้องกันกระแสรั่วลงดิน ขั้วลบของแหล่งจ่ายไฟถูกควบคุมด้วยกระแสตรง (DC)

• ผลกระทบของข้อบกพร่อง

โดยปกติ ปัญหานี้จะเกิดขึ้นกับโหลดบางส่วนในระบบกระแสสลับเดียวกัน ซึ่งหมายความว่าบัสบาร์ขั้วลบของกระแสตรงต่อขนานกับตัวต้านทานบางตัวที่มีค่า 5 kΩ และท้ายที่สุดทำให้บัสบาร์ขั้วลบของกระแสตรงและแรงดันไฟฟ้ามีค่าเกือบเป็นศูนย์

ในกระบวนการต่อลงดินของบัสบาร์ขั้วลบ หากเกิดการต่อลงดินของบัสบาร์อีกเส้นหนึ่งที่ขั้วไฟฟ้าอีกด้านหนึ่ง จะทำให้เกิดการลัดวงจรระหว่างขั้วบวกและขั้วลบ ลวดฟิวส์หรือตัวตัดวงจรจะทำให้วงจรถูกตัดออกเนื่องจากการโอเวอร์โหลดและการป้องกันความขัดข้อง นอกจากนี้ แหล่งจ่ายไฟกระแสตรงจะสูญเสียพลังงานไฟฟ้า ทำให้โหลดทั้งหมดที่อยู่ด้านดาวน์สตรีมดับลง และโหลดสำคัญที่ใช้ไฟกระแสตรงสูญเสียพลังงาน ซึ่งทั้งหมดนี้จะเป็นอันตรายต่อการทำงานอย่างราบรื่นของอุปกรณ์ทั้งหมด ยิ่งไปกว่านั้น การต่อลงดินหลายจุดในระบบกระแสตรงจะนำไปสู่ผลกระทบมากมาย เช่น การทำงานผิดปกติของอุปกรณ์ การทำงานแบบต้านทาน และการสูญเสียพลังงานไฟฟ้ากระแสตรง

การวิเคราะห์โครงร่างการประมวลผลและหลักการ

• ทำให้จุดกราวด์ของคอยล์ CT ว่างอยู่

ตามการออกแบบวงจร CT จะมีจุดกราวด์ที่ด้านทุติยภูมิ ตามทฤษฎีแล้ว แรงดันไฟฟ้าสูงจะถูกสร้างขึ้นโดยวงจรด้านทุติยภูมิของหม้อแปลงกระแส ซึ่งจะทำลายอุปกรณ์อื่น ๆ ในวงจรทุติยภูมิ แรงดันไฟฟ้าที่สูงมากเป็นพิเศษอาจทำลายอุปกรณ์ได้ การต่อกราวด์ในจุดนี้มีจุดประสงค์เพื่อหยุดไม่ให้เกิดแรงดันไฟฟ้าสูงขึ้น เพื่อป้องกันวงจรทุติยภูมิ

อย่างไรก็ตาม จากการวิเคราะห์ที่กล่าวมาข้างต้น เมื่อยกเลิกจุดกราวด์แล้ว สามารถมั่นใจได้ว่าค่าความต้านทานฉนวนของวงจรควบคุมกระแสตรงจะไม่ลดลง เพื่อขจัดข้อบกพร่องของการกราวด์ในระบบกระแสตรง ดังนั้น หากมีการยกเลิกจุดกราวด์ จะต้องมีการตรวจสอบว่าค่าความดันไฟฟ้าของวงจรรองของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าแรงดันต่ำยังคงอยู่ในช่วงที่ยอมรับได้หรือไม่ กล่าวอีกนัยหนึ่ง ความเสี่ยงจะต้องต่ำกว่าความเสี่ยงที่เกิดจากการกราวด์ของระบบกระแสตรง

สำหรับหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าแรงดันต่ำที่ใกล้เคียงกับ 0.5kV แรงดันสูงอาจไม่จำเป็นต้องเกิดจากวงจรด้านทุติยภูมิ เมื่อด้านปฐมภูมิไหลผ่านกระแสพิกัดโดยที่มีวงจรด้านทุติยภูมิอยู่ แกนเหล็กอาจยังห่างไกลจากภาวะอิ่มตัวหรือห่างไกลจากภาวะอิ่มตัวเกินไป ฟลักซ์ในแกนและแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำจึงมีเพียงคลื่นพื้นฐานเป็นหลัก และด้านทุติยภูมิจะไม่ก่อให้เกิดแรงดันสูง ซึ่งแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าแกนของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้ามีระยะเผื่อด้านการออกแบบค่อนข้างมาก กล่าวคือมีอัตราส่วน tetsushige ที่ค่อนข้างสูง ดังนั้นภาระโหลดด้านล่างจึงสามารถทำงานได้ตามปกติแม้กระแสจะต่ำกว่าค่าพิกัด และการปล่อยให้ CT ทำงานในสภาพเกือบไม่มีโหลดเล็กน้อยก็ยังถือว่ายอมรับได้

อย่างไรก็ตาม สำหรับ CT วงจรด้านทุติยภูมิประเภทนี้ หากมีกระแสขนาดใหญ่เกิดขึ้นที่โหลดด้านดาวน์สตรีมหรือเกิดการลัดวงจรที่เฟสเดียวหรือระหว่างเฟส แกนเหล็กจะอิ่มตัวอย่างแน่นอนเมื่อมีแรงดันสูงเกิดขึ้นที่ด้านทุติยภูมิ ดังนั้น แรงดันสูงจะถูกสร้างขึ้นโดย CT ที่วงจรด้านทุติยภูมิหรือไม่นั้น ขึ้นอยู่กับระดับการอิ่มตัวของแกนเหล็กทั้งหมด เส้นโค้งการเพิ่มขึ้นของค่าความดันไฟฟ้าจะขึ้นอยู่กับเส้นโค้งการอิ่มตัวของ CT ภายใต้สภาวะดังกล่าว CT ที่ปล่อยว่างเพียงเล็กน้อยก็มีความเสี่ยงเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม ต้องขอบคุณวงจรป้องกันที่ช่วยลดความเสี่ยงต่อความเสียหายของอุปกรณ์ลงได้ในระดับหนึ่ง

ดังนั้น เมื่อพิจารณาโครงสร้างทางกายภาพของ CT อย่างครบถ้วนแล้ว อุปกรณ์จ่ายกระแสไฟฟ้าจะทำงานในสภาพแวดล้อมที่ค่อนข้างดี และขดลวดชุดแรกมีความเป็นไปได้ค่อนข้างต่ำที่จะดับกระแสไฟฟ้า แม้ว่าจะเกิดกระแสด้านดาวน์สตรีมขึ้นเมื่อขดลวดถูกตัดออก และการทำงานของการป้องกันลูปมีระยะเวลาหน่วงค่อนข้างยาว แรงดันไฟฟ้าสูงด้านทุติยภูมิจะทำลายชิ้นส่วน ซึ่งมีความเป็นไปได้ต่ำมาก ดังนั้น แนวทางการประมวลผลของเราสำหรับข้อบกพร่องนี้จึงอยู่ที่จุดกราวด์ที่ว่างเปล่า

• การเปลี่ยนถ่ายอุปกรณ์ป้องกันกระแสรั่วลงดินที่เกี่ยวข้อง

แม้ว่าจุดกราวด์ป้องกัน CT นี้จะถูกยกเลิกไปแล้วและข้อบกพร่องของกระแสตรงได้รับการขจัดแล้ว แต่สาเหตุพื้นฐานของการต่อลงดินยังคงอยู่ที่แผงวงจรพิมพ์ (PCB) ของการรั่วไหลลงดิน ภายใต้เงื่อนไขที่ไม่มีความชื้นหรือการกัดกร่อน ค่าแรงดันฉนวนจะลดลงภายหลังการใช้งานเป็นระยะเวลา 1 ถึง 2 ปี

จากสถานการณ์การวัดจนถึงปัจจุบัน พบว่าค่าฉนวนมีค่าต่ำเฉพาะระหว่างขั้วไฟฟ้าเดี่ยวกับกราวด์เท่านั้น และไม่พบค่าฉนวนต่ำระหว่างขั้วไฟฟ้าด้วยกันเอง ดังนั้นจึงไม่เกิดการลัดวงจรระหว่างขั้วไฟฟ้า ในอนาคตสามารถบันทึกรายการข้อมูลนี้ไว้ในการบำรุงรักษาตามระยะได้ หากค่าดังกล่าวมีแนวโน้มลดลง หรือเกิดลูปแบบครั้งเดียวที่ CT ในช่วงเริ่มต้น ควรพิจารณาเปลี่ยนไปใช้การป้องกันกระแสรั่วลงดิน

แหล่งข้อมูลที่เป็นประโยชน์
•การวิเคราะห์กลยุทธ์ป้องกันสัญญาณรบกวนและการต่อลงกราวด์สำหรับแผงวงจรพิมพ์ (PCB)
•การอภิปรายเกี่ยวกับเพาเวอร์และกราวด์ในความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าของแผงวงจรพิมพ์ (PCB)
•การออกแบบแผงวงจรพิมพ์กำลังสูงในสภาพแวดล้อมอุณหภูมิสูง
•บริการผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) แบบครบวงจรจาก PCBCart - ตัวเลือกเสริมที่เพิ่มมูลค่าหลากหลาย
•บริการประกอบแผงวงจรขั้นสูงจาก PCBCart - เริ่มต้นเพียง 1 ชิ้น