Método de detecção de isolamento de alta tensão e solução de relé de estado sólido

Importância dos testes de isolamento de alta tensão

Novos veículos de energia, pilhas de carregamento, armazenamento de energia fotovoltaica, etc. são aplicações típicas de alta tensão DC. Sob condições anormais, como cabos envelhecidos e danificados, a entrada de água nos conectores e danos estruturais, etc., podem levar à redução do isolamento e à eletrificação dos invólucros. Quando o isolamento entre o pólo positivo e o pólo negativo do sistema de alta tensão é reduzido, o sistema de alta tensão formará um circuito condutor através do invólucro e do solo, causando acúmulo de calor no ponto de contato, e até mesmo causando um incêndio em casos graves. Portanto, o monitoramento em tempo real do desempenho de isolamento do sistema de alta tensão é de grande importância para produtos de alta tensão e segurança pessoal.

O que é resistência de isolamento?

Sob certas condições, a resistência de um material isolante entre dois condutores. Nos veículos eléctricos, um bom isolamento entre as cablagens tem um impacto importante na segurança do veículo. O principal índice para medir o desempenho de isolamento dos veículos elétricos é a resistência de isolamento.

Requisitos padrão relevantes para veículos elétricos

Padrão chinês:

GB/T 18384.1-2015

Requisitos de segurança para veículos elétricos, parte 1: Sistema de armazenamento de energia recarregável a bordo (REESS)

GB/T 18384.2-2015

Requisitos de segurança para veículos elétricos Parte 2: Segurança operacional e à prova de falhas

GB/T 18384.3-2015

Requisitos de segurança para veículos elétricos, parte 3: Proteção pessoal contra choques elétricos

GB/T 18384-2020

Requisitos de segurança para veículos elétricos (substitui GB/T 18384.1, GB/T 18384.2, GB/T 18384.3)

CQ/T 897-2011

Padrões estrangeiros:

ONU GTR NO.20 (Regulamento Técnico Global No. 20)

A lesão humana causada por choque elétrico é dividida em lesão elétrica e choque elétrico. Lesão elétrica refere-se à lesão direta ou indireta na superfície do corpo humano por corrente elétrica, na forma de queimadura (queimadura), marca elétrica, metalização da pele, etc. corpo humano (como o coração, etc.) quando a corrente passa pelo corpo humano. É a lesão por choque elétrico mais perigosa.

O corpo humano é um “condutor”. Ao entrar em contato com um condutor energizado, se uma corrente de 40-50mA fluir e durar 1s, causará danos por choque elétrico ao corpo humano. O modelo de resistência do corpo humano é complexo. Quando meu país formula os padrões e regulamentos relevantes para o projeto de aterramento, a faixa de resistência do corpo humano é de 1.000 a 1.500 Ohm. O valor de pico CA que o corpo humano pode suportar não excede 42,4 V e a tensão CC não excede 60 V.

O choque elétrico é dividido em choque elétrico direto e choque elétrico indireto. Choque elétrico direto refere-se ao choque elétrico causado pelo contato direto com o condutor energizado normal do equipamento elétrico. O design básico de isolamento dos pontos de carregamento DC evita isso. Choque elétrico indireto refere-se ao choque elétrico causado pela falha de isolamento interno do equipamento elétrico, e as partes condutoras expostas, como invólucros de metal que não são carregados em condições normais, carregam tensão perigosa. A pilha de carregamento CC é um dispositivo Classe I, que pode prevenir efetivamente o contato elétrico indireto no lado CA.

Como medir a resistência de isolamento

Incluindo método direto, método comparativo, método de autodescarga. O método direto consiste em medir diretamente a tensão CC U aplicada através da resistência de isolamento e a corrente I que flui através da resistência de isolamento e calculá-la de acordo com R=U/I. De acordo com o tipo de instrumento de medição, ele é dividido em ohmímetro, galvanômetro e medidor de alta resistência. O método de comparação refere-se à comparação com a resistência padrão conhecida, e o método da ponte e o método de comparação de corrente são comumente usados. O método da ponte é um método comumente usado em pilhas de carregamento DC. O método de autodescarga consiste em deixar a corrente de fuga através da resistência de isolamento carregar o capacitor padrão e medir o tempo de carga e a tensão e carregar em ambas as extremidades do capacitor padrão. O método de autodescarga é semelhante ao método de injeção de sinal.

Método de detecção de ponte balanceada

Conforme mostrado na figura abaixo, onde Rp é a impedância positiva do eletrodo-terra, Rn é a impedância negativa do eletrodo-terra, R1 e R2 têm o mesmo valor de resistência que um grande resistor limitador de corrente e R2 e R3 têm o mesmo valor de resistência que um resistor de detecção de pequena tensão.

Quando o sistema está normal, Rp e Rn são infinitos e as tensões de detecção V1 e V2 são iguais. A tensão anódica pode ser calculada dividindo a tensão entre R1 e R2 e, assim, a tensão total do barramento Vdc_link pode ser calculada.

Quando ocorre a falha de isolamento positiva, o valor da resistência de Rp diminui e Rp e (R1 R2) formam uma resistência paralela. Neste momento, o divisor de tensão positivo diminui, ou seja, V1 é menor que V2. De acordo com a lei atual de Kirchhoff, V1 e V2 podem ser usados ​​neste momento. O valor da resistência de isolamento Rp, a relação é a seguinte.

O algoritmo é o mesmo quando a resistência de isolamento negativa falha.

Pode-se observar pelo exposto que o método da ponte balanceada é adequado para a falha de um único pólo. Quando a falha da resistência de isolamento dos pólos positivo e negativo ocorre ao mesmo tempo, não há como distinguir o valor da resistência de isolamento neste momento, e pode ocorrer que a detecção de isolamento não possa ser encontrada a tempo. O fenomeno.

método de detecção de ponte desequilibrada

O método da ponte desequilibrada utiliza dois resistores de aterramento internos com o mesmo valor de resistência, e as chaves eletrônicas S1 e S2 são abertas e fechadas de forma diferente para alterar a resistência de acesso correspondente durante a detecção, de modo a calcular a impedância pólo-terra positiva e negativa .

Quando as chaves S1 e S2 são fechadas ao mesmo tempo, a tensão de barramento Vdclink pode ser calculada como no método da ponte balanceada.

Quando a chave S1 está fechada e S2 está aberta, (R1 R2) é conectado em paralelo com Rp e, em seguida, conectado em série com Rn para formar um loop, de acordo com a lei das correntes de Kirchhoff.
Quando a chave S1 é aberta e S2 é fechada, (R3 R4) é conectado em paralelo com Rn, e então forma um circuito em série com Rp, de acordo com a lei das correntes de Kirchhoff.

Portanto, os valores da resistência de isolamento de aterramento Rp e Rn podem ser calculados através da sequência de abertura e fechamento das três chaves acima. Este método requer que os dados medidos sejam precisos depois que a tensão do barramento estiver estável. Ao mesmo tempo, a tensão do barramento mudará para o terra quando a chave for acionada, o que requer um certo intervalo de tempo, portanto a velocidade de detecção é um pouco mais lenta. O método de ponte desequilibrada é comumente usado na detecção de alta tensão. método, aqui está outro método de detecção de isolamento.

Detecção baseada no princípio da corrente de fuga

Este método de detecção compartilha um ponto de amostragem de tensão, e o ponto de amostragem precisa ser definido separadamente para a tensão do barramento Vdclink, e o sinal de amostragem existente do sistema pode ser usado.

Leia os parâmetros Vdclink através do sistema.

Feche as chaves S1 e S3 e abra a chave S2. Neste momento, Rp é conectado em paralelo com (R1 R3 R4) e depois conectado em série com Rn para formar um loop, de acordo com a lei das correntes de Kirchhoff.

Feche as chaves S2 e S3 e abra a chave S1. Neste momento, RN é conectado em paralelo com (R2 R3 R4) e depois conectado em série com RP para formar um loop, de acordo com a lei das correntes de Kirchhoff.

Portanto, os valores da resistência de isolamento de aterramento Rp e Rn podem ser calculados ajustando a sequência de abertura e fechamento das três chaves acima.

Relé de estado sólido de detecção de isolamento SSR

Como um dispositivo semicondutor, o relé de estado sólido SSR tem as vantagens de tamanho pequeno, sem interferência de campo magnético, baixo sinal de condução, sem vibração de contato, sem envelhecimento mecânico, alta confiabilidade, etc. detecção infravermelha passiva, fechadura de porta, painéis de alarme, sensores de portas e janelas, etc. E monitoramento de medidor inteligente, incluindo potência ativa, potência reativa, comutação de tarefas, saída de alarme, unidade de execução, limite de consumo de energia, etc. -detecção de isolamento de tensão, amostragem e equilíbrio de tensão como uma chave eletrônica.

Parte da série de produtos de relé de estado sólido, a tensão de trabalho é 400-800V, o lado primário usa um sinal de acionamento do acoplador óptico de 2-5mA e o lado secundário usa um MOSFET anti-série. Ambas as cargas CA e CC podem ser usadas, e a tensão suportável do isolamento é 3750-5000V para obter uma boa tensão. Isolamento de teste secundário.