Почему блок питания выдает высокое напряжение?

Обновлено: 04.07.2024

По правде говоря, идеальной земли не существует, все пути заземления имеют индуктивность, сопротивление и шум. Управление различными заземляющими путями, взаимодействующими с высоковольтным источником питания, определяет разницу между хорошим и отличным дизайном.

С высоковольтными источниками питания проблемы с заземлением становятся все более проблематичными по мере увеличения напряжения. Типичный источник питания высокого напряжения программируется с помощью входа программирования низкого напряжения, хорошим примером является модель XP EMCO CB101. Этот регулируемый и программируемый продукт преобразует сигнал программирования от 0 до 5 вольт в выходное напряжение от 0 до 10 000 вольт, другими словами, устройство имеет коэффициент усиления 2000, и любая ошибка, появляющаяся на входе программирования, будет умножаться на 2000 и отображаться на выход высокого напряжения. Многие высоковольтные системы требуют предельной точности. Если сигнал программирования имеет общую землю с землей питания, возникнет ошибка.

Три типа земель

Обычно в системе электропитания высокого напряжения существует три типа заземления; источник входного питания, цепи управления и контроля низкого напряжения и возврат высокого напряжения. Эти три заземления должны иметь свои собственные независимые выделенные пути обратного тока и должны быть соединены с помощью метода заземления «звезда».

Входной источник питания

В источнике входного питания будут шумы из-за пульсаций тока и падение напряжения из-за потерь I2R. Если прецизионный источник питания подключен к этой «грязной» земле, возникнут ошибки и шумы, что ухудшит производительность системы. Входная подача и возврат не должны пересекаться с чувствительными цепями управления.

Выходная земля

Заземление выхода может быть особенно проблематичным в высоковольтных системах. Сохраненная энергия (измеряемая в джоулях) равна ½ CV в квадрате (емкость и напряжение), что означает, что энергия, передаваемая во время разряда высокого напряжения, очень быстро возрастает с увеличением напряжения. Если не ограничить, пиковый ток во время дуги может быть разрушительно высоким. Этот сильный скачок тока вызывает переходные процессы напряжения на цепях заземления, которые, если они не проложены должным образом, могут разрушить цепи низкого напряжения. Важно проложить путь возврата высокого напряжения непосредственно к обратному каналу высокого напряжения на источнике питания. Неправильные методы заземления могут привести к проблемам с надежностью поля из-за разрядов высокого напряжения.

Низкая производительность и ошибка поля

Многие высоковольтные устройства требуют точности и низкого уровня шума. Упомянутый выше CB101 имеет пульсацию и регулирование менее 0,1% при 10 000 вольт. В дополнение к входу аналогового программирования от 0 до 5 вольт, эта модель также имеет выходное напряжение и выходной ток, считывающие/отслеживающие сигналы, также от 0 до 5 вольт. Плохие методы заземления могут ухудшить характеристики пульсаций и регулирования, а также точность мониторов. Для лучшей производительности цепи управления не должны иметь общего заземления с другими частями системы. CB101 также имеет корпус из плакированной стали для снижения электромагнитных помех и оптимальной работы цепи управления. Металлический корпус не имеет внутреннего соединения со схемой, что дает разработчику возможность подключить его к заземлению с низким уровнем помех через штырь заземления корпуса.

Управление различными путями заземления вокруг высоковольтного источника питания имеет решающее значение для реализации всех преимуществ потенциала производительности источника питания. Неправильная трассировка обратного пути высокого напряжения может привести к ухудшению производительности и частоте отказов в полевых условиях намного ниже ожидаемого среднего времени безотказной работы.

Осторожно обращайтесь с источниками питания высокого напряжения.
"Мы бережно пользуемся своими, так что с нами все будет в порядке."
"У нас никогда не было проблем, так что, наверное, все в порядке."
Но уверены ли вы, что ничего не упустили из виду?

Позвольте компании Matsusada Precision, которая специализируется на производстве высоковольтных источников питания, показать вам, как правильно использовать высоковольтный источник питания.

Для предотвращения разрядки

Даже для изоляторов могут возникать различные явления разряда при увеличении приложенного напряжения. Поэтому при работе с высоким напряжением чрезвычайно важно обеспечить выдерживаемое напряжение в целях безопасности. Выдерживаемое напряжение определяется длиной пути утечки и изоляции изолятора, а также формой электрода.

Расстояние утечки: это расстояние вдоль поверхности изолятора между двумя токопроводящими частями.
Изоляционное расстояние: это толщина изолятора, когда проводящие части полностью покрыты изолятором.

Выдерживаемое напряжение снижается из-за влажности и грязи/пыли, а разряд и утечка более вероятны при увеличении напряжения. Выберите подходящий изоляционный материал для используемого напряжения, чтобы изоляция сохранялась в течение длительного времени.

Ниже описаны различные методы изоляции.

Когда проводящие части подвергаются воздействию воздуха, его изоляционные свойства составляют около 500 В/мм в сухих условиях. Однако на эти изоляционные свойства отрицательно влияет влажность, пыль, соль и опасный газ, поэтому требуются контрмеры.

До 3 кВ можно передавать по воздуху и по печатным платам. Однако это подходит только для сред с низкой влажностью и отсутствием пыли.
При напряжении 6 кВ и более возможно возникновение коронного разряда, если имеются острые точки, например припой на токопроводящих частях.
Убедитесь, что на токопроводящих частях нет острых концов.
При напряжении 10 кВ и более вероятность возникновения коронных разрядов еще выше. Мы рекомендуем использовать круглые электроды и полностью покрывать изолятором токопроводящие части.
При напряжении 30 кВ и более легко возникает разряд, поэтому требуются меры по уменьшению электрического поля, такие как коронирующее кольцо.

Обычно используется газ SF6. Он обладает высокой диэлектрической прочностью и химически устойчив до температуры газа 1800 К. Выдерживает напряжение около 8 кВ/мм.

Нефтяные масла, силиконовые масла и фторированные масла — вот несколько примеров изоляционных масел.

* Обратите внимание, что бакелитовые и фенольные материалы могут привести к большим утечкам.
* При заливке часто используются эпоксидные и силиконовые смолы. В некоторых случаях используется только одна жидкость, а в других случаях для образования смолы смешиваются две жидкости. Они имеют высокое выдерживаемое напряжение, поэтому можно сократить изоляционный промежуток.

Обращение с высоковольтными выходными кабелями

Существует множество способов соединения при подаче высокого напряжения. Здесь мы описываем примерный метод обращения с высоковольтными кабелями и меры предосторожности, которые необходимо соблюдать.

Для прямой пайки

Во избежание разряда электричества, способного причинить телесные повреждения, либо накройте объект изолятором с достаточной диэлектрической прочностью, либо накройте его объектом с потенциалом земли, чтобы электричество не разряжалось в другую сторону. местоположение.

Сгладьте область пайки, чтобы не было видно "заостренных" краев.

Хорошо

Не годится

Элементы, требующие особого внимания

Несоблюдение мер предосторожности при работе с высоким напряжением может привести к поражению электрическим током или даже к смерти в худшем случае. Обязательно внимательно соблюдайте следующие меры предосторожности.

1. Всегда подключайте заземляющий провод

2. Не прикасайтесь к областям высокого напряжения

При работе с оборудованием избегайте контакта с частями, выдающими высокое напряжение, а также с клеммами высокого напряжения.

В противном случае может произойти поражение электрическим током. Во время нормальной работы и тестовой эксплуатации на клеммы подается чрезвычайно высокое напряжение. Прикосновение к ним может привести к несчастному случаю со смертельным исходом.

3. Накройте зоны высокого напряжения

При высоком напряжении 300 В и выше существует риск поражения электрическим током из-за разряда электричества, даже если вы не прикасаетесь к электроду напрямую. Либо покройте электроды и другие области высокого напряжения изолятором с достаточной диэлектрической прочностью, либо покройте их заземленным проводящим материалом, чтобы к этим областям нельзя было прикоснуться напрямую.

Безопасно

Используйте изоляторы с высокими изоляционными свойствами

Опасно

Никогда не прикасайтесь к оголенному проводу

4. Расскажите об опасности

Учитывая риск поражения электрическим током, если рядом нет персонала, имеющего опыт работы с источниками питания высокого напряжения и знающего, как выполнять соответствующие меры по оказанию первой помощи, избегайте любого контакта с источниками питания высокого напряжения. Кроме того, если неопытный персонал будет эксплуатировать высоковольтный источник питания, заранее объясните необходимые меры предосторожности (например, избегайте контакта с опасными зонами) и убедитесь, что они полностью понимают опасности, прежде чем разрешить им выполнять операции.

5. Выполняйте операции правой рукой

Чтобы снизить риск прохождения электрического тока через важные органы вашего тела даже в случае поражения электрическим током, обязательно работайте с высоковольтными источниками питания только правой рукой, а левой держите подальше от источников высокого напряжения. напряжение питания и все другое оборудование.

6. Отключайте питание, прежде чем прикасаться к оборудованию

Обязательно отключите питание, прежде чем прикасаться к участкам с высоким напряжением. Или убедитесь, что питание уже отключено. В области выхода есть конденсаторы, поэтому крайне опасно прикасаться к этой области сразу после отключения питания. Обратите особое внимание на электрический заряд в этих конденсаторах, подключая их все к земле, чтобы разрядить электричество.

7. Обратите внимание на электрический заряд в кабелях

Энергия, которая накапливается в выходных экранированных кабелях, разряжается при заземлении. Однако при отключении заземления в некоторых случаях заряд мог быть не полностью разряжен или заряд мог восстановиться по прошествии некоторого времени. Прежде чем прикасаться к ним, полностью снимите заряд с выходных кабелей.

8. Отключите строку ввода, прежде чем касаться

Если по какой-либо причине вам необходимо прикоснуться к внутренней части блока питания, следуйте инструкциям по эксплуатации и выключите питание, прежде чем отсоединять входную линию. При этом все конденсаторы, а также устройства, вырабатывающие высокое напряжение, должны быть заземлены.

Если процедура не описана в инструкции по эксплуатации, никогда не снимайте крышку и не прикасайтесь к внутренней части блока питания.

9. Проинструктируйте других быть внимательными

Чтобы предотвратить попадание людей в опасные зоны или непреднамеренный контакт с зонами высокого напряжения, четко обозначьте опасные зоны и проинструктируйте других уделять особое внимание опасностям, связанным с высоким напряжением. Кроме того, при генерировании высокого напряжения выдавать предупреждение с помощью контрольной лампы или звукового сигнала.

Опасно! ВЫСОКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

Поражение электрическим током

Поражение электрическим током – это прохождение электрического тока через тело человека. Степень поражения электрическим током связана со значением тока, протекающего через тело, и путем, по которому течет ток. Хотя слабые токи вызывают только ощущение щекотки, они также могут вызвать ожоги, проблемы с дыханием, сердечную недостаточность или, в худшем случае, смерть.

При напряжении 100 В сопротивление кожи человека в сухих условиях составляет примерно 5 кОм. Во влажных условиях оно падает примерно до 2 кОм. Сопротивление тела человека составляет примерно 300 Ом. Если вы соприкоснетесь с напряжением 100 В, пока ваша кожа влажная, через ваше тело потечет электрический ток силой около 22 мА, и вы не сможете самостоятельно разорвать контакт.

Вот почему выполнение любых операций мокрыми руками строго запрещено.

< tr> < /tbody>

Значение электрического тока	Влияние на организм человека
1 мА	Легкое покалывание
5 мА	Значительная боль
10 мА	Невыносимая боль
20 мА	Интенсивное мышечное сокращение, невозможность самостоятельно оторваться от цепи
50 мА	Очень опасно
100 мА	Смертельные последствия

Эти числовые значения являются концептуальными. Если протекает только слабый ток либо из-за того, что мощность источника питания чрезвычайно мала, либо из-за большого импеданса (подобного сопротивлению) цепи, опасность будет меньше. По мере увеличения напряжения воздушная изоляция разрушается и происходит разряд электричества, что приводит к повышенному риску поражения электрическим током даже без прямого контакта с электродом. Держитесь на безопасном расстоянии от заряженных участков, как показано в следующей таблице.

Необходимо соблюдать осторожность, чтобы не приближаться к этим заряженным участкам.

< th>Безопасное расстояние (см)

Напряжение заряжаемой площади (кВ)	3	6	10	20	30	60	100	140	270
15	15	20	30	45	75	115	160	300

Первая помощь при поражении электрическим током

Спасение

Немедленно отодвиньте пострадавшего от проводника, по которому течет электрический ток. При этом избегайте прямого контакта как с проводником, по которому протекает электрический ток, так и с телом пострадавшего, чтобы самому не подвергнуться поражению электрическим током. Немедленно отключите высоковольтный источник питания и заземлите цепь. Если высоковольтный источник питания не может быть отключен, либо заземлите цепь, либо топором (топором) с сухой деревянной ручкой перережьте входной и выходной кабели. В этом случае следите за тем, чтобы от кабелей не исходили электрические искры. Если невозможно ни отключить, ни заземлить цепь, используйте изолятор, например, сухую доску или одежду, чтобы спасти пострадавшего. Немедленно вызовите скорую помощь.

Симптомы

Не путайте симптомы поражения электрическим током со смертью. Помимо тяжелых ожогов, симптомы поражения электрическим током также включают потерю сознания, остановку дыхания, сердечно-легочную недостаточность, бледность и ригидность.

Лечение

Если пострадавший не дышит должным образом, немедленно на месте начните искусственное дыхание. Обратите внимание, что пострадавшего следует перемещать в безопасное место только в том случае, если жизнь пострадавшего или спасателей находится в опасности из-за того, что они остаются на месте происшествия.
Если вы начинаете искусственное дыхание, продолжайте выполнять искусственное дыхание правильно либо до тех пор, пока пострадавший снова не начнет дышать самостоятельно, либо до тех пор, пока медицинские работники не смогут взять его на себя.
Если есть другой человек, который может выполнять искусственное дыхание вместе с вами попеременно, делайте это непрерывно, не прерывая ритма. Поражение электрическим током также может вызвать ожоги внутри тела, которые могут привести к серьезным последствиям, если их не лечить.

Поэтому, помимо оказания первой помощи, обязательно как можно скорее осмотрите пострадавшего врачом.

Несмотря на то, что мы описали меры, которые следует предпринять в случае аварии, само собой разумеется, что наилучшее действие — это в первую очередь предотвратить возникновение аварии. Пожалуйста, хорошо осознайте опасность высокого напряжения и используйте источники питания высокого напряжения безопасно и правильно, чтобы исключить возможность поражения электрическим током.

Статьи по теме

Предлагаемые нами высоковольтные блоки питания делятся на следующие категории:

Необходимо учитывать полярность источника питания постоянного тока высокого напряжения. Доступны устройства с фиксированной положительной полярностью, фиксированной отрицательной полярностью или реверсивной полярностью. Некоторые блоки питания для конкретных приложений могут изменять полярность своего выхода электронным способом с помощью переключателя или сигнала пульта дистанционного управления.

Выход высоковольтного источника питания предоставляется заказчику через высоковольтный кабель соответствующего номинала. В небольших экономичных устройствах используется постоянно подключенный высоковольтный провод, а в более крупных устройствах используется съемный экранированный коаксиальный высоковольтный кабель.

Высоковольтные источники питания Spellman, изготовленные по индивидуальному заказу и для конкретных приложений, используются в самых разных областях:

Spellman предлагает высоковольтные блоки питания для широкого круга отраслей

Spellman High Voltage Electronics — ведущий мировой поставщик высоковольтных источников питания, нестандартных и стандартных преобразователей постоянного тока высокого напряжения и источников рентгеновского излучения Monoblock® для медицинских, промышленных, полупроводниковых, безопасных, аналитических, лабораторных и подводных кабелей. приложения с питанием. Являясь глобальным поставщиком со стратегически расположенными проектными и производственными предприятиями в Северной Америке, Европе и Азии, компания Spellman стремится предоставлять лучшую в своем классе поддержку OEM-заказчикам и конечным пользователям по всему миру.

Одним из, если не самым значительным вкладом в наше понимание электрической энергии и того, как ее можно использовать, должен быть Николай Тесла. Его открытия в области генерации переменного тока, радиопередачи и беспроводного питания легли в основу многих сетей и систем электроснабжения и связи, которые мы используем до сих пор. Пытаясь демистифицировать электричество для публики, Тесла устраивал демонстрации, на которых он создавал дугу высокого напряжения. Неспециалистам видеть, как электричество течет в чье-то тело, вероятно, казалось довольно опасным, но Тесла не пострадал. Это стало возможным, поскольку он использовал высокое напряжение с низким током, что является основной концепцией системы передачи электроэнергии высокого напряжения, которую мы используем сегодня.

Высокое напряжение встречается не только в линиях электропередачи. На самом деле, большинство сооружений, будь то жилые, коммерческие или промышленные, подключены к распределительным сетям высокого напряжения. Однако промышленные объекты питаются от более высокого и более широкого диапазона напряжений. Сотрудники в этих условиях также с большей вероятностью будут работать рядом с высоковольтным оборудованием и системами. Поэтому безопасность является серьезной проблемой, и существуют нормативные требования к источникам питания высокого напряжения, чтобы свести к минимуму возможность травм.Давайте взглянем на эти стандарты, но сначала посмотрим, как высоковольтные источники питания используются на промышленных объектах.

Подача электроэнергии высокого напряжения на промышленных объектах

Обычное напряжение, подаваемое на заводы из сети, колеблется от примерно 208 В переменного тока до более 1 кВ переменного тока, хотя определенные уровни могут быть выше. Затем эти уровни могут быть настроены линейными или импульсными источниками питания и преобразователями в соответствии с требованиями внутреннего оборудования и системы. Их можно классифицировать в зависимости от области применения следующим образом.

Промышленные высоковольтные устройства

К ним относятся сборочные линии, упаковочное оборудование и другие системы, непосредственно связанные с производством продукции.

Сегодня практически все фабрики в той или иной степени используют робототехнику, чтобы повысить скорость и точность своих операций. Сюда могут входить коботы, которые являются совместными роботами, которые обычно могут выполнять функции более высокого уровня, сравнимые с человеком.

На современных умных фабриках компьютеры и периферийные устройства являются важными элементами для сбора, обработки, отображения и передачи данных и информации.

Оборудование автоматизированной системы безопасности (SIS)

Системы SIS выдают важные оповещения о безопасности и выполняют действия по управлению системой. Например, системы E/E/PE, предназначенные для отключения оборудования, если это необходимо, на основе его уровня полноты безопасности (SIL).

Производство печатных плат для экстремальных условий — часть 1

Чтобы адекватно подавать различные высокие напряжения, необходимые для систем, выполняющих перечисленные выше приложения, необходимо соблюдать правила. Они определены ниже.

Нормативные требования к источникам питания высокого напряжения для промышленных операций

В отличие от некоторых отраслей промышленности, где существуют определенные правила и стандарты, не применимые за пределами их области, правила для высоковольтных источников питания распространяются на любую отрасль, в которой используются эти источники питания. Сюда входит большинство, если не все, промышленные производственные объекты. Ниже перечислены наиболее важные стандарты, которым должны соответствовать ваши высоковольтные системы электроснабжения.

Правила и стандарты высокого напряжения на промышленных объектах

Стандарт IPC-2152 для определения допустимой нагрузки по току в конструкции печатных плат.

Этот стандарт предоставляет средства для определения текущей емкости дорожек и переходных отверстий печатных плат.

Требования IPC/WHMA-A-620 и приемка кабелей и жгутов проводов в сборе.

Этот стандарт регулирует производство кабелей, проводки и жгутов, а также их паяных соединений.

Это общепринятый стандарт электропроводки и разъемов, используемых во всех конструкциях. Он также охватывает требования к электропитанию в опасных зонах.

Электрический стандарт NFPA 79 для промышленного оборудования.

Относится к промышленному электрическому и электронному оборудованию и системам, работающим от источника с напряжением 600 В или менее.

Стандарт NFPA 110 для систем аварийного и резервного питания.

Этот стандарт ограничивается аварийными генераторами, которые находятся в режиме ожидания на случай непредвиденных обстоятельств.

Стандарт NFPA 111 для аварийных и резервных энергосистем хранения электроэнергии.

Аналогичен NFPA 110, за исключением того, что он распространяется на системы аварийного энергоснабжения (SEPSS).

IEC 62368 Оборудование для аудио/видео, информационных и коммуникационных технологий. Часть 1. Требования безопасности

Этот стандарт объединяет ранее использовавшиеся стандарты IEC-60950 и IEC-60065 и представляет собой основанный на опасностях подход к обеспечению безопасности ИТ- и аудио- и видеооборудования.

Степень реализации приведенного выше списка правил и стандартов зависит от штата и местного муниципалитета. Однако соблюдение перечисленных выше стандартов, особенно стандартов NFPA, должно быть приемлемым для большинства регулирующих органов. Тем не менее, рекомендуется всегда проверять конкретные требования к местности, где будет функционировать объект или сооружение.

Зная и соблюдая приведенные выше нормативные требования, вы можете быть уверены, что ваши высоковольтные источники питания соответствуют промышленным требованиям. Выполнение этого наряду с внедрением рекомендаций по оптимальному производству ваших плат с высокой мощностью, напряжением и током приведет к созданию высококачественных, надежных и безопасных печатных плат для промышленных приложений.

Читайте также:

Почему блок питания выдает высокое напряжение?

Три типа земель

Входной источник питания

Выходная земля