隔离变压器N端接地反而有问题

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所属分类:电工基础

有一次去现场遇见一个很奇怪的现象,一个S7-400的机架上插了电源模块、CPU、以太网模块和几个I/O模块,这样的配置在使用一年后出现问题,故障的现象就是I/O模块同时出现模块插拔故障,大约在十几毫秒后自动恢复,但是连接的设备跳掉了。
因为I/O模块同时出现插拔故障,考虑到现场是否有震动将模块的前连接器(接线端子)震松,做了一个测试,将模块的前连接器拔出,居然没有产生中断,只有将模块从机架中拔出才会产生中断故障,看来不是接线的问题。
通常这样的问题是机架上有管脚断了或插歪了,可是到现场后仔细查看并没有发现类似问题,问用户机架换了没有,用户说都换了三个了,机架可能也没有问题,原因很简单,不可能在同一地方接错三遍。I/O有问题,都换过了,问题照样出。更有奇异的现象就是,凡是在这个站点出现故障的模块在另外一个站点都没有问题,在另外一个站点没有问题的模块换到这个站点就会出问题,那么只有外围设备可以影响到CPU的运行了,果然在另外一个电气柜中发现了一个380/220的隔离变压器,220侧的N段接地,如果不可靠接地,例如搭接,将产生高阻抗,再加上原有的接地电阻增加,总的接地电阻增加,这将使连接处的电压升高,这可能就是问题的原因。
为什么接地电阻增加会造成CPU出故障呢,首先要知道CPU的逻辑地接线,如图1所示。


图1  S7-400 CPU 逻辑地

缺省的状态下,CPU的逻辑地与PE是连通的(图1红线),如果PE有干扰就会影响到CPU的系统参考点,CPU不能正常工作而出现不正常现象,那么带电的N端接地为什么会干扰到CPU的逻辑地呢,可以参考图2.


图2  N端串联接地示意图

N端正常的接不接地通常都不会影响地的,图2中的电压值应该是电容电压,即使这样接地电流也很小(通过空间耦合到L端),但是随着接地电阻的增加,那么PLC的逻辑地电压也会随之增加。如果隔离变压器隔离效果不好,也会将源端的干扰引入到PLC的逻辑地的。
如果接地方式采用并联(在现场不易判断),如图3所示。


图3  N端并联接地示意图

那么PLC的逻辑地电势就要取决于接地电阻了,这样效果要好很多。其实更好的方式就是直接拆除连接,因为使用隔离变压器的目的就是要隔离和安全,否则可以直接使用L, N供电了。

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