高電圧絶縁検出方法とソリッドステートリレーソリューション

高圧絶縁試験の意義

新エネルギー車、充電杭、太陽光発電貯蔵などが、DC 高電圧の典型的な用途です。ケーブルの老朽化や損傷、コネクタへの水の浸入、構造上の損傷などの異常な状況では、絶縁が低下し、ハウジングが帯電する可能性があります。高電圧系統のプラス極とマイナス極の間の絶縁が低下すると、高電圧系統はシェルとアースを介して導通回路を形成し、接点に熱が蓄積し、場合によっては火災を引き起こす可能性があります。深刻な場合には。したがって、高電圧システムの絶縁性能をリアルタイムで監視することは、高電圧製品と個人の安全にとって非常に重要です。

絶縁抵抗とは何ですか?

特定の条件下での 2 つの導体間の絶縁体の抵抗。電気自動車では、ワイヤーハーネス間の良好な絶縁が車両の安全性に重要な影響を与えます。電気自動車の絶縁性能を測る主な指標は絶縁抵抗です。

電気自動車に関連する標準要件

中国の標準:

GB/T 18384.1-2015

電気自動車の安全要件 パート 1: 車載充電式エネルギー貯蔵システム (REESS)

GB/T 18384.2-2015

電気自動車の安全要件 パート 2: 動作の安全性とフェールセーフ

GB/T 18384.3-2015

電気自動車の安全要件パート 3: 人員の感電保護

GB/T 18384-2020

電気自動車の安全要件 (GB/T 18384.1、GB/T 18384.2、GB/T 18384.3 を置き換え)

QC/T 897-2011

外国の基準:

UN GTR NO.20 (世界技術規則第 20 号)

感電による人身傷害は、感電と感電に分けられます。感電とは、火傷、電気焼印、皮膚の金属化など、電流による人体の表面への直接的または間接的な傷害を指します。感電とは、人体の内臓への傷害を指します。人体に電流が流れると、人体（心臓など）に影響を及ぼします。最も危険な感電事故です。

人間の身体は「導体」です。活線に接触した場合、40～50mAの電流が1秒間流れると、人体に感電損傷を与えます。人体の抵抗モデルは複雑です。私の国が接地設計に関する関連規格と規制を制定するとき、人体の抵抗の範囲は 1000 ～ 1500 オームです。人体が耐えられるACピーク値は42.4Vを超えず、DC電圧は60Vを超えません。

感電は直接感電と間接感電に分けられます。直接感電とは、電気機器の通常の活電導体との直接接触によって引き起こされる感電を指します。 DC 充電ポイントの基本的な絶縁設計により、これが防止されます。間接感電とは、電気機器の内部絶縁不良によって引き起こされる感電のことで、通常の状態では帯電しない金属殻などの露出した導電性部分に危険な電圧がかかります。 DC 充電パイルはクラス I デバイスであり、AC 側での間接的な電気接触を効果的に防止できます。

絶縁抵抗の測定方法

直接法、比較法、自己放電法を含みます。直接法は、絶縁抵抗にかかる直流電圧 U と絶縁抵抗に流れる電流 I を直接測定し、R=U/I により計算します。測定器の種類により、抵抗計、検流計、高抵抗計に分けられます。比較法とは既知の標準抵抗値との比較のことで、ブリッジ法と電流比較法がよく使われます。ブリッジ方式は直流充電杭で一般的に使用される方式です。自己放電方式は、絶縁抵抗の漏れ電流により標準コンデンサを充電し、その充電時間と電圧を測定し、標準コンデンサの両端を充電します。自己放電方式は信号注入方式と似ています。

バランスブリッジ検出方式

下図に示すように、Rp は正極と接地間のインピーダンス、Rn は負極と接地間のインピーダンス、R1 と R2 は大きな電流制限抵抗と同じ抵抗値、R2 と R3 は同じ抵抗値を持ちます。小さな電圧検出抵抗と同じ抵抗値を持ちます。

システムが正常な場合、Rp、Rnは無限大となり、検出電圧V1、V2は等しくなります。アノード電圧は、R1 と R2 の間の電圧を除算することで計算できるため、総バス電圧 Vdc_link を計算できます。

プラスの絶縁不良が発生すると、Rp の抵抗値が減少し、Rp と (R1 R2) が並列抵抗を形成します。このとき、正の分圧器は減少します。つまり、V1 は V2 より小さくなります。現在のキルヒホッフの法則によれば、現時点では V1 と V2 を使用できます。絶縁抵抗 Rp の値と、その関係は次のとおりです。

負性絶縁抵抗が故障した場合もアルゴリズムは同じです。

上記のことから、平衡ブリッジ方式は単極の故障に適していることがわかります。プラス極とマイナス極の絶縁抵抗不良が同時に発生した場合、その時点での絶縁抵抗値を区別することができず、絶縁検出が間に合わない場合があります。現象。

アンバランスブリッジ検出方式

不平衡ブリッジ法では、同じ抵抗値を持つ 2 つの内部接地抵抗を使用し、電子スイッチ S1 と S2 を異なる方法で開閉して、検出中に対応するアクセス抵抗を変更し、正および負の極対接地インピーダンスを計算します。 。

スイッチ S1 と S2 が同時に閉じられると、バス電圧 Vdclink は平衡ブリッジ法と同様に計算できます。

スイッチ S1 が閉じ、S2 が開くと、キルヒホッフの電流法則に従って、(R1 R2) が Rp と並列に接続され、次に Rn と直列に接続されてループを形成します。
スイッチ S1 が開き、S2 が閉じると、キルヒホッフの電流法則に従って、(R3 R4) が Rn と並列に接続され、Rp と直列回路を形成します。

したがって、上記3つのスイッチの開閉シーケンスにより、接地絶縁抵抗Rp、Rnの値を計算することができます。この方法では、バス電圧が安定した後の測定データが正確であることが必要です。同時に、スイッチの切り替え時にバス電圧がグランドに切り替わるため、一定の時間が必要となるため、検出速度は若干遅くなります。不平衡ブリッジ方式は高電圧検出によく使用されます。方法と同様に、別の絶縁検出方法を紹介します。

漏れ電流原理による検出

この検出方法は電圧サンプリングポイントを共有しており、母線電圧 Vdclink に対してサンプリングポイントを別途設定する必要があり、システムの既存のサンプリング信号を使用できます。

システムを通じて Vdclink パラメータを読み取ります。

スイッチ S1 と S3 を閉じ、スイッチ S2 を開きます。このとき、キルヒホッフの電流法則に従い、Rpは(R1 R3 R4)と並列に接続され、その後Rnと直列に接続されてループを形成します。

スイッチ S2 と S3 を閉じ、スイッチ S1 を開きます。このとき、キルヒホッフの電流法則に従い、RNは(R2 R3 R4)と並列に接続され、次にRPと直列に接続されてループを形成します。

したがって、上記3つのスイッチの開閉順序を調整することで、接地絶縁抵抗Rp、Rnの値を計算することができます。

絶縁検知ソリッドステートリレー SSR

ソリッドステートリレーSSRは、半導体デバイスとして、小型、磁界の影響がない、駆動信号が小さい、接触振動がない、機械的経年変化がない、信頼性が高いなどの利点があり、セキュリティ市場などで広く使用されています。パッシブ赤外線検出、ドアロック、アラームパネル、ドアおよび窓センサーなど。また、有効電力、無効電力、タスク切り替え、アラーム出力、実行ドライブ、消費電力制限などを含むスマートメーター監視。 - 電子スイッチとしての電圧絶縁検出、サンプリング、および電圧バランス。

ソリッドステートリレー製品シリーズの一部で、動作電圧は400～800Vで、一次側は2～5mAのフォトカプラ駆動信号を使用し、二次側は逆直列MOSFETを使用します。 AC負荷とDC負荷の両方に使用でき、絶縁耐圧は3750～5000Vと優れたものを実現します。二次試験の分離。