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過酷な産業および自動車環境における沿面距離とクリアランスの理解

Posted by: Fymicohuang 2021-10-09 過酷な産業および自動車環境における沿面距離とクリアランスの理解 はコメントを受け付けていません

いくつかのタイプの産業システム(モータードライブ、太陽光および風力インバーター)および自動車システム(牽引インバーター)は正確である必要があります 電圧 高いコモンモード電圧での電流測定。 これらの電圧および電流フィードバック信号は、高電圧側で測定され、何らかの形の絶縁によって低電圧側に転送されます。

に示すように 図1、モーター駆動システムには通常、「高電圧」ドメインと「低電圧」ドメインのXNUMXつの電圧ドメインがあります。 このようなシステムでは、高電圧回路を低電圧回路から絶縁するために、信頼性の高いガルバニック絶縁が必要です。 通常、高電圧ドメインで測定された電圧および電流フィードバック信号は、絶縁された増幅器または絶縁された変調器を使用して、低電圧ドメインから電気的に絶縁されます。 このデュアルドメインアーキテクチャは、高電圧回路と低電圧回路の間のグランドループを遮断することにより、人間のオペレータを保護し、高価な回路への損傷を防ぎます。

過酷な産業および自動車環境における沿面距離とクリアランスの理解

図1:モータードライブのデュアル電圧ドメインアーキテクチャ。 クリックすると拡大画像が表示されます(出典:Texas Instruments Inc.)

この記事では、システム電圧と動作電圧の概念を説明し、いくつかの産業用および自動車用システムの沿面距離とクリアランスの要件を推進する基準を詳しく説明し、より高い沿面距離とクリアランスの必要性を推進する主要な傾向に焦点を当てます。

システムと動作電圧を理解する

国際電気標準会議(IEC)60664-1規格では、システム電圧を、相間または相間電圧と配電システムの接地方式に基づく値として定義しています。 システム電圧がインパルス電圧を決定し、インパルス電圧が設計の最小クリアランス距離を決定します。 動作電圧は、システムで発生し、沿面距離を決定するアースを基準とした最大電圧です。

電源の接地方式は、絶縁電圧レベルを決定する上で重要な役割を果たします。 相間供給電圧が等しい690つのシステムでは、システム電圧が大幅に異なるため、沿面距離とクリアランス要件が異なる可能性があります。 たとえば、XNUMX-VRMS 3相、中央接地システムでは、強化絶縁、過電圧カテゴリ(OVC)III、汚染度(PD)II、材料グループIに対して、8mm以上のクリアランスと5.4mm以上の沿面距離が必要ですが、同じ位相のコーナーアースシステム-相間電圧には、14mm以上のクリアランスと10.8mm以上の沿面距離が必要です。

TNおよびTT配電システム(IEC 60364-3で提供されるTNおよびTTの定義)には、システム内の60364つのポイントが直接接地されています。通常は、三相発電機または変圧器のスターポイントです。 ITシステム(IEC 3-XNUMXで提供されるITの定義)はあまり一般的ではなく、アースへの接続はまったくありません。 それらは地絡に耐性があるため、化学プラントや採掘作業などの安全性が重要な生産環境で見られます。 コーナーアースシステムは、XNUMX相が接地されたITシステムに似ており、産業用配電ネットワークで一般的です。

図2a は、電気モータードライブの690V三相中央接地システムを示しています。 公称電源電圧の10%の変動を含む最大整流DCリンク電圧は、1,080 V(110%×690 V)です。RMS ×Ö2)ニュートラルを中心に; 中心点はニュートラルに接続できます。 最大動作電圧は、アースを基準にして±540Vです。 に示されている発掘されたシステムでは 図2b、DCリンク電圧も1,080 Vですが、アースに対してフローティングです。 地絡(1,080相のXNUMXつまたはDC + / DC–がアースに短絡)の場合、動作電圧は完全なXNUMX Vになります。このため、ITおよびコーナーアースシステムは、システム電圧が高く、絶縁距離が長くなります。中心接地システムに。

過酷な産業および自動車環境における沿面距離とクリアランスの理解

図2:690 V三相、中央接地TNまたはTTシステム(左)。 発掘されたITシステム(右)。 クリックすると大きな画像が表示されます。 (出典:Texas Instruments Inc.)

沿面距離とクリアランスの要件を理解する

高電圧システムを設計する際には、関連する安全基準と要件(動作電圧と過渡電圧、汚染度、高度、隔離タイプ、および材料グループ)を考慮して、隔離の最小沿面距離とクリアランス要件を決定する必要があります。

モーター駆動システムでは、高い動作電圧と人間のオペレーターがアクセスできるインターフェースのために、絶縁要件はより厳しくなります。 システムの高電圧部分と低電圧部分の間の絶縁を、電力駆動システムのIEC 61800-5-1規格の要件に照らしてチェックし、定格インパルス電圧、一時的な過電圧、および動作に耐えるように絶縁を設計する必要があります。電圧。 さらに、高電圧側と低電圧側の露出した金属部品間の物理的距離は、最小沿面距離とクリアランス要件を満たす必要があります。

高度を理解する

標高が高くなると、気圧は海面よりも低くなります。 サージや一時的な過電圧などのピーク過電圧は、アイソレータピン間のアーク放電をより容易に引き起こす可能性があります。 IEC 61800-5-1規格は、アーク放電を防ぐために2,000メートル(m)を超える高度でクリアランスを増やす必要がある増倍率を提供します。 例として、モーター駆動システムが5,000 mの高さで動作するように設計されている場合、最小クリアランスに1.48の係数を掛けます。

汚染度を理解する

汚染度は、環境に存在する乾燥汚染と結露の量です。 汚染の伝導性に基づいて、レベルIからレベルIVのXNUMXつの分類レベルがあります。 この分類は、分離製品の沿面距離とクリアランス要件に影響します。 たとえば、重度の汚染での継続的な操作は、追跡を引き起こす可能性があります–パッケージの表面が劣化し、絶縁体を横切る導電性の経路を作成する場合。 このような場合、より高い比較トラッキングインデックスを持つより低い材料グループに属する高品質のパッケージングモールドコンパウンドが必要です。そうでない場合は、最小沿面距離を長くする必要があります。 典型的なモーター駆動システムは、汚染度レベルII用に設計されています。

クリアランスを理解する

に示すように 図3、クリアランスは、空気中のXNUMXつの導電性材料間の最短距離です。 クリアランス距離は直線である必要はありません。 多くの場合、露出したリード間の最短経路はパッケージの表面に沿っており、クリアランスは沿面距離と等しくなります。 このトピックの詳細については、ビデオ「分離:クリーページとクリアランスとは何ですか?」を参照してください。

IEC 1-60664規格の表B.1は、690 Vの三相発掘システム(ITシステム、OVC IIIなど)のインパルス電圧をピークツーピークで8,000Vと定義しています。 この表では、690Vの三相ITシステムのシステム電圧も1,000Vと定義しています。RMS。 IEC 9-61800-5の表1によると、8,000のピークツーピークインパルス電圧の最小クリアランスは、強化絶縁の場合14mmです。

過酷な産業および自動車環境における沿面距離とクリアランスの理解

図3:クリアランスの定義。 クリックすると大きな画像が表示されます。 (出典:Texas Instruments Inc.)

沿面距離を理解する

に示すように、クリーページ 図4は、アイソレータの表面に沿った10つの導電性材料間の最短経路です。 例として、IEC 61800-5-1の表1,080によると、動作電圧がXNUMXVの場合の最小沿面距離RMS、絶縁材料グループI、汚染度II、および強化絶縁は10.8mmです。

過酷な産業および自動車環境における沿面距離とクリアランスの理解

図4:沿面距離の定義。 クリックすると大きな画像が表示されます。 (出典:Texas Instruments)

表1は、最大サージ絶縁電圧(VIOSM)、最大過渡絶縁電圧(VIOTM)、およびIEC60664-1およびIEC61800-5-1を使用したモーター駆動システムの強化絶縁のクリアランスおよび沿面距離の要件。

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表1:IEC60664-1およびIEC61800-5-1を使用したモータードライブのクリープページおよびクリアランス要件。 クリックすると大きな画像が表示されます。 (Texas Instruments Inc.)

太陽光発電などの太陽光発電システム コンバータ、IEC 62109-1は、太陽光発電コンバーターの安全基準です。 この規格は、感電、エネルギー、火災、機械的またはその他の危険からこれらのシステムを保護するための最小要件を定義しています。 IEC 62109-1は、これらの太陽光発電システムの過渡過電圧、インパルス電圧、動作電圧、沿面距離、およびクリアランス要件を提供します。

医療機器では、IEC 60601-1-2(第8版)は、絶縁電圧および過渡過電圧機能を決定するために使用される安全規格です。 この規格では、検出回路とマイクロコントローラーへの直接の患者またはユーザーの接触との間の接触放電に±15kV、空気放電レベルに±XNUMXkVが必要です。 この安全基準は、絶縁と沿面距離の仕様を決定します。

絶縁製品でより高い絶縁定格の必要性を推進する将来の傾向

モータードライブ、太陽光および風力インバーターなどの産業用システム、および牽引インバーターなどの自動車システムの動作動作電圧は、出力電力の増加、全体的な効率の向上、またはコストの削減など、いくつかの理由で増加しています。 より高いDCバス電圧は、電流レベルを上げることなくより高い電力定格を可能にし、それによって生成されるエネルギーの単位当たりのコストを削減します。 また、総出力が増加する可能性があるため、電圧が高くなると効率が向上し、電流が変化しない場合、伝導損失は同じままです。

ソーラーインバーターなどの太陽光発電システムでは、設計を1,000Vからアップグレードする傾向があります。DC 1,500Vまでの電圧DC DCバス電圧の増加によって実現される利点を享受するための電圧。 IEC 62109-2規格は、これらのシステムの電圧上昇に関連する潜在的な電気的危険に対処します。

モーター駆動システムでは、IEC61800-5-1は潜在的な電気的危険に対処します。 690Vなどの高電圧グリッドRMS 設置と運用に費用効果があり、高出力の産業環境で人気があります。

電気自動車では、バッテリー電圧を上げてシステムの重量を減らし、充電時間を短縮し、航続距離を伸ばすことが優先されます。

これらの傾向が産業および自動車市場で急増し続けているため、テキサスインスツルメンツのAMC1411などの強化絶縁アンプは、14.7mm以上のクリアランスと15.7mm以上の沿面距離を備えたストレッチスモールアウトライン集積回路(SOIC)パッケージで提供されます。絶縁された電圧および電流検出のための費用効果の高い高性能ソリューション。 AMC1411は10,600Vを提供しますPK-PK VDE [1] V 0884-11(VIOTM)および7,500-VRMS UL [1] 2に従って1577分間のアイソレーション。アンプの高いアイソレーション電圧定格と100kV / µsの高いコモンモード過渡耐性により、過酷な産業および自動車環境でも信頼性の高い正確な動作が保証されます。

[1]DeutschesInstitutfürNormungVerbandderElektrotechnik、Elektronik und Informationstechnik

[2]アンダーライターズラボラトリーズ

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