Método de detección de aislamiento de alto voltaje y solución de relé de estado sólido

Importancia de las pruebas de aislamiento de alto voltaje

Los vehículos de nueva energía, las pilas de carga, el almacenamiento de energía fotovoltaica, etc. son aplicaciones típicas del alto voltaje CC. En condiciones anormales, como cables viejos y dañados, entrada de agua en los conectores y daños estructurales, etc., se puede reducir el aislamiento y electrificar las carcasas. Cuando se reduce el aislamiento entre el polo positivo y el polo negativo del sistema de alto voltaje, el sistema de alto voltaje formará un circuito conductor a través de la carcasa y el suelo, provocando la acumulación de calor en el punto de contacto e incluso provocando un incendio. en casos severos. Por lo tanto, el monitoreo en tiempo real del desempeño del aislamiento del sistema de alto voltaje es de gran importancia para los productos de alto voltaje y la seguridad personal.

¿Qué es la resistencia de aislamiento?

Bajo ciertas condiciones, la resistencia de un material aislante entre dos conductores. En los vehículos eléctricos, un buen aislamiento entre mazos de cables tiene un impacto importante en la seguridad del vehículo. El principal índice para medir el rendimiento de aislamiento de los vehículos eléctricos es la resistencia de aislamiento.

Requisitos estándar relevantes para vehículos eléctricos

Estándar chino:

GB/T 18384.1-2015

Requisitos de seguridad para vehículos eléctricos, Parte 1: Sistema de almacenamiento de energía recargable a bordo (REESS)

GB/T 18384.2-2015

Requisitos de seguridad para vehículos eléctricos Parte 2: Seguridad operativa y a prueba de fallos

GB/T 18384.3-2015

Requisitos de seguridad de los vehículos eléctricos Parte 3: Protección personal contra descargas eléctricas

GB/T 18384-2020

Requisitos de seguridad para vehículos eléctricos (reemplaza GB/T 18384.1, GB/T 18384.2, GB/T 18384.3)

Control de calidad/T 897-2011

Normas extranjeras:

UN GTR NO.20 (Reglamento Técnico Global No. 20)

Las lesiones humanas causadas por una descarga eléctrica se dividen en lesiones eléctricas y descargas eléctricas. Lesión eléctrica se refiere a la lesión directa o indirecta a la superficie del cuerpo humano por corriente eléctrica, en forma de quemaduras (quemaduras), marcas eléctricas, metalización de la piel, etc. La descarga eléctrica se refiere a la lesión a los órganos internos del cuerpo humano (como el corazón, etc.) cuando la corriente pasa a través del cuerpo humano. Es la lesión por descarga eléctrica más peligrosa.

El cuerpo humano es un "conductor". Cuando entra en contacto con un conductor vivo, si fluye una corriente de 40-50 mA y dura 1 segundo, provocará daños por descarga eléctrica al cuerpo humano. El modelo de resistencia del cuerpo humano es complejo. Cuando mi país formula las normas y reglamentos pertinentes para el diseño de puesta a tierra, el rango de resistencia del cuerpo humano es de 1000 a 1500 ohmios. El valor máximo de CA que el cuerpo humano puede soportar no supera los 42,4 V y el voltaje de CC no supera los 60 V.

La descarga eléctrica se divide en descarga eléctrica directa y descarga eléctrica indirecta. La descarga eléctrica directa se refiere a la descarga eléctrica causada por el contacto directo con el conductor vivo normal de un equipo eléctrico. El diseño básico del aislamiento de los puntos de carga de CC lo impide. La descarga eléctrica indirecta se refiere a la descarga eléctrica causada por una falla de aislamiento interno del equipo eléctrico, y las partes conductoras expuestas, como las carcasas metálicas que no están cargadas en condiciones normales, transportan voltaje peligroso. La pila de carga de CC es un dispositivo de Clase I, que puede prevenir eficazmente el contacto eléctrico indirecto en el lado de CA.

Cómo medir la resistencia de aislamiento

Incluyendo método directo, método comparativo, método de autodescarga. El método directo consiste en medir directamente el voltaje CC U aplicado a través de la resistencia de aislamiento y la corriente I que fluye a través de la resistencia de aislamiento, y calcularlo de acuerdo con R = U/I. Según el tipo de instrumento de medida, se divide en óhmetro, galvanómetro y medidor de alta resistencia. El método de comparación se refiere a la comparación con la resistencia estándar conocida, y el método de puente y el método de comparación actual se utilizan comúnmente. El método del puente es un método comúnmente utilizado en pilotes de carga de CC. El método de autodescarga consiste en dejar que la corriente de fuga a través de la resistencia de aislamiento cargue el condensador estándar y mida el tiempo de carga y el voltaje y la carga en ambos extremos del condensador estándar. El método de autodescarga es similar al método de inyección de señal.

Método de detección de puente equilibrado

Como se muestra en la siguiente figura, donde Rp es la impedancia positiva de electrodo a tierra, Rn es la impedancia negativa de electrodo a tierra, R1 y R2 tienen el mismo valor de resistencia que una resistencia limitadora de corriente grande, y R2 y R3 Tiene el mismo valor de resistencia que una resistencia de detección de voltaje pequeña.

Cuando el sistema es normal, Rp y Rn son infinitos y los voltajes de detección V1 y V2 son iguales. El voltaje del ánodo se puede calcular dividiendo el voltaje entre R1 y R2 y, por lo tanto, se puede calcular el voltaje total del bus Vdc_link.

Cuando ocurre una falla de aislamiento positivo, el valor de resistencia de Rp disminuye y Rp y (R1 R2) forman una resistencia en paralelo. En este momento, el divisor de voltaje positivo disminuye, es decir, V1 es menor que V2. Según la ley actual de Kirchhoff, en este momento se pueden utilizar V1 y V2. El valor de la resistencia de aislamiento Rp, la relación es la siguiente.

El algoritmo es el mismo cuando falla la resistencia de aislamiento negativa.

De lo anterior se puede ver que el método del puente equilibrado es adecuado para la falla de un solo polo. Cuando la falla de la resistencia de aislamiento de los polos positivo y negativo ocurre al mismo tiempo, no hay forma de distinguir el valor de la resistencia de aislamiento en este momento y puede ocurrir que la detección de aislamiento no se pueda encontrar a tiempo. El fenómeno.

método de detección de puentes desequilibrados

El método del puente desequilibrado utiliza dos resistencias de conexión a tierra internas con el mismo valor de resistencia, y los interruptores electrónicos S1 y S2 se abren y cierran de manera diferente para cambiar la resistencia de acceso correspondiente durante la detección, a fin de calcular la impedancia de polo a tierra positiva y negativa. .

Cuando los interruptores S1 y S2 están cerrados al mismo tiempo, la tensión del bus Vdclink se puede calcular como en el método del puente equilibrado.

Cuando el interruptor S1 está cerrado y S2 está abierto, (R1 R2) se conecta en paralelo con Rp y luego en serie con Rn para formar un bucle, de acuerdo con la ley actual de Kirchhoff.
Cuando se abre el interruptor S1 y se cierra S2, (R3 R4) se conecta en paralelo con Rn, y luego forma un circuito en serie con Rp, de acuerdo con la ley de corrientes de Kirchhoff.

Por lo tanto, los valores de la resistencia de aislamiento de tierra Rp y Rn se pueden calcular mediante la secuencia de apertura y cierre de los tres interruptores anteriores. Este método requiere que los datos medidos sean precisos después de que el voltaje del bus se estabilice. Al mismo tiempo, el voltaje del bus cambiará a tierra cuando se activa el interruptor, lo que requiere un cierto intervalo de tiempo, por lo que la velocidad de detección es ligeramente más lenta. El método del puente desequilibrado se utiliza comúnmente en la detección de alto voltaje. método, aquí hay otro método de detección de aislamiento.

Detección basada en el principio de corriente de fuga

Este método de detección comparte un punto de muestreo de voltaje, y el punto de muestreo debe configurarse por separado para el voltaje del bus Vdclink, y se puede utilizar la señal de muestreo existente del sistema.

Leer los parámetros de Vdclink a través del sistema.

Cierre los interruptores S1 y S3 y abra el interruptor S2. En este momento, Rp se conecta en paralelo con (R1 R3 R4) y luego se conecta en serie con Rn para formar un bucle, de acuerdo con la ley actual de Kirchhoff.

Cierre los interruptores S2 y S3 y abra el interruptor S1. En este momento, RN se conecta en paralelo con (R2 R3 R4) y luego se conecta en serie con RP para formar un bucle, de acuerdo con la ley actual de Kirchhoff.

Por lo tanto, los valores de resistencia de aislamiento de tierra Rp y Rn se pueden calcular ajustando la secuencia de apertura y cierre de los tres interruptores anteriores.

Relé de estado sólido de detección de aislamiento SSR

Como dispositivo semiconductor, el relé de estado sólido SSR tiene las ventajas de tamaño pequeño, sin interferencias del campo magnético, señal de conducción baja, sin vibración de contacto, sin envejecimiento mecánico, alta confiabilidad, etc. Se usa ampliamente en el mercado de seguridad, como Detección infrarroja pasiva, cerradura de puerta, paneles de alarma, sensores de puertas y ventanas, etc. Y monitoreo inteligente de medidores, incluyendo potencia activa, potencia reactiva, conmutación de tareas, salida de alarma, unidad de ejecución, límite de consumo de energía, etc. También es adecuado para altas -detección de aislamiento de tensión, muestreo y equilibrio de tensión como interruptor electrónico.

Como parte de la serie de productos de relés de estado sólido, el voltaje de funcionamiento es de 400-800 V, el lado primario utiliza una señal de accionamiento de optoacoplador de 2-5 mA y el lado secundario utiliza un MOSFET anti-serie. Se pueden utilizar cargas de CA y CC, y el voltaje soportado de aislamiento es de 3750-5000 V para lograr una buena carga. Aislamiento de prueba secundaria.