Prevención de defectos de puesta a tierra en fuentes de alimentación de control: Soluciones de diseño PCB para pérdida de aislamiento

Descripción del aislamiento

En el sistema de distribución CA ordinario de 380 V, la fuente de alimentación de control generalmente proviene del sistema de alimentación CC. Como fuente de alimentación de reserva crítica y de control en centrales eléctricas, el defecto más común y peligroso del sistema CC es la falla de puesta a tierra CC. Basándose en un defecto de aislamiento que ocurre con frecuencia, este artículo identifica una serie de causas que conducen a la reducción del aislamiento de la fuente de alimentación de control CC.

Búsqueda de defectos y análisis de causas

Introducción al bucle

El circuito secundario mencionado en la siguiente parte de este artículo se ajusta principalmente al sistema CA de 380 V. En el circuito secundario de conmutación, la fuente de alimentación de control deriva de la fuente de alimentación de control CA a través del terminal de alimentación auxiliar de protección contra fugas a tierra en el dispositivo de protección contra fugas a tierra y la parte del transformador de corriente. Los terminales 5 y 7 mencionados a continuación se refieren respectivamente al electrodo positivo y negativo del terminal de entrada en la fuente de alimentación CC de protección contra fugas a tierra, mientras que los terminales 8 y 9 corresponden a K y L del transformador de corriente.

Búsqueda de la causa del defecto

a. Defectos frecuentes de aislamiento en el sistema CA

Poco después de la operación del sistema CA-CC de baja tensión durante aproximadamente un año, se produce con frecuencia una alarma de puesta a tierra CC y el dispositivo de monitorización de aislamiento detecta que el sistema CA en la parte inferior controla el circuito derivado correspondiente de potencia. Se alerta que la resistencia de aislamiento disminuye con un valor de alarma de 7 kΩ y el voltaje normal del bus CC de 110 V es respectivamente +55 V y -55 V. Sin embargo, el bus CC negativo o positivo práctico al alarmar es casi 0 V. En esta condición, si se produce otra puesta a tierra CC en el otro electrodo, se causará un bucle entre los electrodos positivo y negativo CC.

Se puede concluir que en el sistema CA, el aislamiento está calificado entre el bucle principal y el bucle de control sin penetración CC en CA o puesta a tierra, por lo que los problemas de defecto solo ocurren en la parte de control CC del bucle CA. Cada parte debe inspeccionarse en el bucle de control y el problema radica en la protección contra fugas a tierra y el TC.

b. Reducción del aislamiento dentro de la protección contra fugas a tierra

En relación con estos defectos, el número de tipo de la protección contra fugas a tierra es *** M40 (110 V CC) y el del TC es transformador de corriente de fuga a tierra de la misma marca. Mediante el desmontaje del dispositivo de protección contra fugas a tierra, se puede encontrar que este dispositivo está compuesto por tres placas de circuito, una de las cuales es la placa de control de protección contra fugas a tierra. Tras la medición punto a punto, se observa:
1). El valor de aislamiento entre el Terminal 7 y el Terminal 9 es de aproximadamente 5 kΩ (la mayoría es inferior a 5 kΩ);
2). El valor de aislamiento entre el Terminal 5 y el Terminal 7 es de 12,9 kΩ;
3). El valor de aislamiento entre el Terminal 5 y el Terminal 8 es de 18 kΩ;
4). El valor de aislamiento entre el Terminal 8 y el Terminal 9 es de aproximadamente 50 kΩ.

Mediante comparación, sin aplicación de carga, el valor de aislamiento de la protección contra fugas a tierra entre el Terminal 7 y el Terminal 9 es de aproximadamente 150 kΩ en un interruptor de tipo extraíble, mientras que con la aplicación frecuente de carga, el valor de aislamiento se reduce a 5 kΩ.

c. Puesta a tierra de protección del lado secundario del TC

Debido a que se dispone una puesta a tierra de protección en el TC durante el proceso de diseño y montaje de la protección contra fugas a tierra y el TC, el terminal L de la bobina 001TI aplica el montaje de fuga a tierra. Este diseño tiene como objetivo evitar que la bobina del transformador de corriente forme un bucle que lleve a la primera penetración de alta tensión en el bucle secundario con componentes destruidos, como el dispositivo de protección contra fugas a tierra conectado directamente. Lo que es peor, el problema de aislamiento entre el Terminal 7 y el Terminal 9 posiblemente conduce a la penetración de alta tensión en el bucle de control CC.

No obstante, debido al punto de puesta a tierra y la reducción del aislamiento de la PCB de protección contra fugas a tierra, el electrodo negativo de la alimentación es controlado por CC.

Consecuencia del defecto

Generalmente, este problema ocurre en algunas cargas del mismo sistema CA, lo que significa que el bus CC negativo está en paralelo con algunos resistores de 5 kΩ, lo que finalmente lleva a casi cero el bus CC negativo y el voltaje.

En el proceso de puesta a tierra del bus negativo, si se produce otra puesta a tierra del bus en el otro electrodo, se causará un cortocircuito entre los electrodos positivo y negativo. El fusible o el interruptor romperán el bucle como resultado de la sobrecarga y la protección contra fallos. Además, la alimentación CC perderá electricidad, lo que provocará el apagado de todas las cargas posteriores y la pérdida de alimentación CC de cargas clave, todo lo cual pondrá en peligro la implementación fluida de todos los equipos. Además, la puesta a tierra multipunto en el sistema CC conduce a numerosas consecuencias, como mal funcionamiento de componentes, operación resistente y pérdida de alimentación CC.

Esquema de procesamiento y análisis de principios

Dejar vacante el punto de puesta a tierra de la bobina del TC

Basándose en el diseño del bucle del TC, existe un punto de puesta a tierra en el lado secundario. Teóricamente, el lado secundario del transformador de corriente produce un alto voltaje, que destruirá otros componentes en el bucle secundario. El voltaje superalto incluso destruirá componentes. La puesta a tierra aquí tiene como objetivo evitar que se produzca alto voltaje para proteger el bucle secundario.

Sin embargo, basándose en el análisis mencionado anteriormente, cuando se cancela el punto de puesta a tierra, se puede garantizar que la resistencia de aislamiento del bucle de control CC no se reduzca, eliminando así los defectos de puesta a tierra en el sistema CC. Por lo tanto, si se cancela el punto de puesta a tierra, hay que verificar si el valor de voltaje del bucle secundario del transformador de corriente de baja tensión está dentro del rango aceptable. En otras palabras, el riesgo debe ser menor que el provocado por la puesta a tierra del sistema CC.

Para el transformador de corriente de baja tensión similar a 0,5 kV, la alta presión puede no producirse definitivamente en el bucle secundario. Cuando un lado pasa por la corriente nominal con el bucle secundario existente, el núcleo de hierro podría estar lejos de saturarse o lejos de saturarse demasiado, el flujo del núcleo y la fuerza electromotriz inducida básicamente solo tienen onda fundamental y el lado secundario no producirá alta presión, lo que indica plenamente que el núcleo del transformador de corriente tiene un margen de diseño relativamente grande, es decir, una relación tetsushige relativamente alta. Como resultado, la carga posterior funciona normalmente con una corriente inferior a la nominal, lo que es aceptable para dejar el TC un poco vacante.

Sin embargo, para este tipo de bucle secundario del TC, si ocurre una gran corriente en la carga posterior o se produce un cortocircuito en fase simple o entre fases, el núcleo de hierro se saturará definitivamente cuando se produzca alta presión en el lado secundario. Por lo tanto, si el TC producirá alto voltaje en el bucle del lado secundario depende totalmente del grado de saturación del núcleo de hierro. Las curvas de aumento del valor de voltaje dependen de las curvas de saturación del TC. En tal condición, un TC un poco vacante es un poco arriesgado. No obstante, gracias al bucle de protección, el riesgo de destrucción de componentes se reducirá relativamente.

Así, considerando plenamente la estructura física del TC, los dispositivos de distribución de electricidad operan en un entorno relativamente bueno y la primera bobina presenta una probabilidad relativamente baja de corte de energía. Incluso si ocurre corriente posterior con corte de bobina y la acción de protección del bucle presenta un retraso relativamente largo, el alto voltaje secundario destruirá componentes, lo que tiene una probabilidad extremadamente baja. Por lo tanto, nuestro esquema de procesamiento para este defecto radica en dejar vacante el punto de puesta a tierra.

Cambio de la protección contra fugas a tierra correspondiente

Aunque se ha eliminado este punto de puesta a tierra de protección del TC y se han eliminado los defectos CC, la causa fundamental de la puesta a tierra radica en la PCB de la protección contra fugas a tierra. Bajo la condición de ausencia de humedad o corrosión, el valor de aislamiento disminuye en uno o dos años de operación.

Basándose en la situación de medición, hasta ahora el valor de aislamiento es bajo solo entre un electrodo y tierra y no se encuentra un valor de aislamiento bajo entre electrodos, por lo que no ocurren cortocircuitos entre electrodos. En el futuro, este dato puede registrarse en el mantenimiento periódico. Si este valor tiende a disminuir o se produce un bucle único en el TC al principio, se debería considerar el cambio de la protección contra fugas a tierra.

Recursos útiles:
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