PCB设计中如何通过降低绝缘来解决控制电源接地缺陷

绝缘说明

在普通的380V交流配电系统中，控制电源通常来源于直流电源系统。作为电厂关键的备用电源和控制电源，直流系统最常见、最危险的缺陷在于直流接地缺陷。本文针对一个频发的绝缘缺陷，找出导致直流控制电源绝缘降低的一系列原因。

缺陷查找及原因分析

• 循环介绍

本文后面会提到的二次电路主要符合380V交流系统。在开关二次电路中，控制电源通过漏电保护装置和电流互感器部分的漏电保护辅助电源端子从交流控制电源中获得。下文将要提到的5、7端子分别指的是漏电直流电源输入端的正极和负极，而8、9端子是电流互感器的K、L。

• 缺陷原因搜索

一个。交流系统中常见的绝缘缺陷

交直流低压运行大约一年后，直流接地报警频繁发生，绝缘监测装置检查下游交流系统控制相应的电源支路。报警值为7kΩ时绝缘电阻下降，正常110V直流母线电压分别为+55V和-55V。但实际报警时直流负母线或正母线几乎为0V。在这种情况下，如果另一个电极发生另一个直流接地，就会在直流正负极之间形成回路。

可以得出结论，在交流系统中，主回路和控制回路之间的绝缘是合格的，没有直流渗透到交流或接地，因此缺陷问题只出现在交流回路的直流控制部分。控制回路中的每个部分都应进行检查，缺陷问题在于漏电保护和CT。

湾。漏电保护内绝缘降低

针对这些缺陷，漏电保护型号为*** M40（110VDC），CT型号为同品牌漏电电流互感器。通过对漏电保护装置的拆解可以发现，该装置由三块电路板组成，其中一块是漏电保护控制板。逐点测量后可以看出：
1）。 7号端子和9号端子之间的绝缘值约为5kΩ（大部分低于5kΩ）；
2）。 5号端子和7号端子之间的绝缘值为12.9kΩ；
3)。 5号端子和8号端子之间的绝缘值为18kΩ；
4)。端子 8 和端子 9 之间的绝缘值约为 50kΩ。

经比较，在不加负载的情况下，车用开关的7号端子和9号端子之间的漏电保护绝缘值约为150kΩ，而在频繁加载的情况下，绝缘值降低到5kΩ。

C。 CT二次侧保护接地

由于在漏电保护和CT设计组装过程中CT处设置了保护地，所以001TI线圈的L端子采用漏电组装。该设计旨在阻止电流互感器线圈脱离回路，这将导致第一次高压渗透到次级回路中，并损坏直接连接的漏电保护装置等组件。更糟糕的是，7号端子和9号端子之间的绝缘问题可能导致高压进入直流控制回路。

尽管如此，由于PCB漏电保护的接地点和绝缘降低，电源的负极由直流控制。

• 缺陷后果

通常这种问题发生在同一交流系统中的某些负载上，即直流负母线与一些5 kΩ的电阻并联，最终导致直流负母线和电压几乎为零。

在母线负极接地过程中，如果另一极出现另一母线接地，会造成正负极短路。保险丝或断路器会因过载和故障保护而使回路断开。此外，直流电源会掉电，导致下游所有负载断电，关键负载直流掉电，都会危及所有设备的顺利实施。此外，直流系统中的多点接地会导致元件故障、误动作、直流掉电等诸多后果。

处理方案及原理分析

• 空置CT线圈接地点

基于CT回路设计，二次侧有接地点。从理论上讲，电流互感器二次侧回路会产生高压，这会破坏二次回路中的其他元件。超高压甚至会毁坏元件。这里的接地是为了阻止高压的产生，以保护二次回路。

但是，根据上述分析，在取消接地点的情况下，可以保证直流控制回路绝缘电阻不降低，从而消除直流系统的接地缺陷。因此，如果取消接地点，必须验证低压电流互感器的二次侧回路电压值是否在可接受的范围内。换句话说，风险必须低于直流系统接地带来的风险。

对于类似0.5kV的低压电流互感器，二次侧回路不一定会产生高压。当一侧通过额定电流且二次侧回路存在时，铁芯可能远未饱和或远未过饱和，铁芯磁通和感应电动势基本只有基波，二次侧不会产生高压，充分表明电流互感器铁芯具有较大的设计余量，即较高的铁重比。因此，下游负载在低于额定电流的情况下正常运行，可以让CT稍微悬空。

但是，对于这种二次侧回路CT，如果下游负载出现大电流或单相或相间短路，二次侧产生高压时，铁芯肯定会饱和。因此，CT在二次侧回路是否会产生高电压，完全取决于铁芯的饱和程度。电压值的上升曲线取决于 CT 的饱和曲线。在这种情况下，CT 有点空置是有风险的。不过，由于有保护回路，组件损坏的风险会相对降低。

因此在充分考虑CT的物理结构的情况下，配电装置的运行环境相对较好，第一线圈断电的可能性相对较低。尽管下游电流发生在线圈切断和回路保护动作延迟较长的情况下，但二次高压会损坏元件，这种可能性极小。因此，我们对该缺陷的处理方案在于空接地点。

• 相应的漏电保护切换

虽然消除了这个CT保护接地点，消除了直流缺陷，但接地的根本原因还是PCB漏电。在不受潮、不腐蚀的情况下，使用一到两年后绝缘值会下降。

根据实测情况，目前仅单电极与地之间绝缘值较低，电极间未发现绝缘值较低，故电极间未发生短路。以后可以在定期维护中记录此项数据。如果该值趋于减小或CT一开始就发生一次回路，则应考虑切换到漏电保护。

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