Felkonstruktion ger felorsak jag ej förstår

[ece]

Hej alla!

Jag har just nu ärvt en 3-faskonstruktion som är ute på marknaden. Den hade pistolskottsproblem vid kortslutning som jag har åtgärdat.
När vi då gör kortslutningstester så dör en annan icke-isolerad krets, fasspänningsmätningen.

Jag har tidigare nämnt till uppdragsgivaren att jag starkt var emot denna konstruktion så jag kan svära mig fri. Den mäter fasspänningen direkt, oisolerat, in i processorn och måste då någonstans ha en relativt hård koppling mellan nolla och logikjord om jag förstår det rätt. (Jag saknar den systeminformationen just nu, den antas sitta på ett annat kort.)
Spänningen mäts direkt i en MCU AD med en spänningsdelning/LP och två schottky som över/underspänningsskydd.

Problemet visar sig när vi kortsluter två faser så att proppen ryker, dvs kortslutningen ligger helt utanför denna krets, men den går ju genom kortet. Efter kortslutningen så är de två kortslutna fasernas AD ben rökta och visar fel värde. Vid processorbyte är allt ok igen.

Jag kommer formodligen göra om hela konstruktionen om jag nu lyckas hitta någon bra isolering på öppna marknaden men vad jag för mitt liv inte kan förstå är hur dessa pinnar dör?
Hade det varit fas till nolla kortslutning så hade jag haft några förklaringsmodeller men inte fas till fas. Jag kan inte ens deduktivt utesluta om det är överspännig eller överström eller vilket håll den hypotetiska strömmen isf går.

Finns det någon fantom som kan komma med någon bra idé här?

Bifogar slarvigt ritad schemabild.

DSC_1297.JPG

[media]https://ibb.co/NWnNtkV[/media]

Editerad: La till bilden direkt.

[Icecap]

Det är bäst att lägga bilder in i forumet direkt.

Men den koppling ska som sådan inte ge problem. Alltså frånsett att skiten är hårt kopplat till nollan...

Men det är inte helt sant heller. Att clampa mot VDD betyder att VDD ska vara styv och kunde hålla emot, något som är ganska ovanligt.

En zenerdiod till GND är bättre, vid 5V VDD är 4,7V zener lämplig. Det är en längre förklaring men så är det.

De 1M motstånd - vilken typ är de?
Tål de spänningen över dom? Ett vanligt hålmonterat motstånd tål runt 200V peak, ytmonterade är normalt mindre tåliga.

Det kan vara en ide att ha fler efter varandra, 2 kan vara för få.

[psynoise]

Är du säker på att mikrokontrollerns jord är kopplad till neutral? Vanligt är annars att styrning/mikrokontroller på nätsidan är kopplat till mellanledets negativa pol efter likriktning av inkommande trefas.

[Mindmapper]

Strömmarna i en trefaskoppling balanserar varandra. Om de tre är lika stora går ingen ström i neutralen. Om två faser försvinner pga kortslutning går den tredje fasen tillbaka via neutralen. Vilken väg eventuella transienter som uppstår vid kortslutningen tar är svårt att uppskatta. Speciellt när man inte vet kabeldragningen. Isolerad mätning är det enda rätta.

[ece]

Hej!

Ang att ladda upp bilder så har jag glömt hur man gör, tyvärr
Motstånden tål spänningen, de har varit ute i fält några år utan problem. Efter att processorn byts så fungerar mätningen felfritt. Det är processorn som dör.
Ang. zener så hade väl jag också designat med det som transientskydd, med ett extra seriemotstånd mot processorn för att begränsa eventuella strömrusningar genom just dioderna i backriktning.

Nej, är inte säker på att GND är kopplad till nollan. Det är baserat på ett antagande eftersom spänningsdelningen är "logikjordad".

Vid kortslutning så kortsluts endast de två faser, med hjälp av reläer, vars processorben (för spänningsmätningen) dör. I detta fallet var det L2 och L3 som vi sköt och som AD benen gick sönder.

Jag har nu funderat, med och utan mängder av öl som hjälp, hela helgen utan att bli klokare på detta. Det kan ju omöljigen vara en överspänning eller överström enligt logik. Det enda som skulle, teoretiskt, kunna döda den är konstiga induktiva urladdningseffekter eller backström ur processorn genom diodrarna.

Jag fallerar dock storligen att logiskt kunna se ett felscenario...

[TomasL]

Ladda upp bilder gör du lite längre ned när du skriver, om du tittar under redigeringsrutan där du skriver din text hittar du två flikar "Alternativ" och Bilagor" välj bilagor, då kan du antingen dra och släppa dina bilder direkt i ditt inlägg eller få ett normalt uppladdningsfönster där du väljer fil.

[Icecap]

Jag tror fortfarande på överspänning via överslag i motstånd!

Att det fungerer när allt är normalt men bränns när det blir fel är inte "att fungera"!

[ece]

Hej Icecap!

Jag förstår inte vad det är som orsakar överspänningen under en kortslutning?
Jag förstår att det blir konstiga effekter överallt på kortet när fassäkringarna går och matningsspänningarna dör en efter en i olika ordning men det enda jag ser som kan orsaka en överspänning är en induktiv urladdning. Det finns just inga induktanser och reläerna får väl anses vara begränsade i induktans?

Kan du förklara mer ingående vad du menar?

Editerad:
Jag antar efter att ha funderat lite att det kan vara en induktiv last på nätet som skjuter tillbaks när huvudsäkringen går.

[Swech]

Försvinner matningen till processorn vid kortslutningen?
Vad är det för processor
Finns det ett riktigt schema?

Swech

[Pen]

Jag tyckte först att det var svårt att förklara när jag tänkte på själva kortslutningen. Började fundera på en transmissionsledningsmodell av matningen. Antog en karaktäristisk impedans på omkring 100 ohm mellan faser.

Upprampningen av kortslutningsströmmen är relativt snäll med omkring 4A per reflektion i matarkabeln (400V över 100 ohm impedans).

Men sedan kom jag att tänka på att det blir mycket värre när säkringen väl går. En plötslig strömändring på någon kA skulle teoretiskt ge en våldsam spänningspuls på 100kV på linan (1kA över 100 ohm).

I praktiken smälter förstås inte säkringen momentant utan dess resistans ökar, i slutänden över en ljusbåge som sedan slocknar. Matarkabeln är förstås inte förlustfri. Kortslutningsresistansen är utbredd över densamma och så vidare. Hur illa det blir i verkligheten kan man spekulera vidare i. Kanske bara en bråkdel men även det kan vara illa.

Provade att göra en spicemodell. Antog för enkelhetens skull omkring 10m matning till mätstället och sedan ytterligare 10m till kortslutningen. Normalt är matningen mycket längre och därmed reflektionstiderna. Tycker att det kvalitativt i vart fall skulle ge tillräckligt underlag för att fundera vidare. Jag bryter vid 12us i kurvan (en bra bit innan upprampningen egentligen är klar). Det blir sedan en stående våg på 30kV.

Ber om ursäkt för kvaliteten på bilden. Men klickar man upp den och förstorar ett snäpp går det att se.

Capture1.JPG

Capture2.JPG

[ece]

Hej Pen!

Tackar för den modellen. Har aldrig simulerat en transmissionsledning i spice förut, borde kanske ha tänkt på det.

Nu har jag ju någon teoretisk grund att stå emot eftersom det är begränsade testningsmöjligheter. De blir ledsna när vi sänker 63A säkringen så halva huset blir svart

[MiaM]

Jag håller med om förslaget att det sker någon form av induktiv spik när en säkring löser ut.

För att laborera fram lämpligt skydd så kan du helt enkelt simulera problemet med signalgenerator och mycket lägre seriemotstånd, och för att inte steka mikrokontrollern så kan du mäta utan den inkopplad. Skicka t.ex. in en fyrkantvåg eller sinusvåg som motsvarar en rejäl överspänning och mät med oscilloskop hur snabbt/långsamt zenerdioderna och kondensatorn reagerar.

Det kan för all del också vara induktion mellan kortslutningsströmmen och ledningsbanor på kortet, men förutsatt att layouten är hyggligt vettig så borde det inte vara så stort problem. Med "vettig" så avser jag att inkommande ledare för faserna och "jord" (som i detta fall bör vara nolla och inte jord) går samma väg, samt att det inte finns en massa andra anslutningar som går andra vägar.

Vad finns mer kopplat till mikrokontrollern? Jag skulle nog ha använt en mikrokontroller enbart för denna mätning och låtit någon galvanisk isolering överföra informationen till vad som nu behöver ha informationen. Detta förutsatt att det inte är någon väldigt enkel funktion som mikrokontrollern utför direkt, t.ex. styrsignal för en kontaktor som bryter om inkommande matning är felaktig eller liknande.

[Pen]

Är det inte ide' att sätta varistorer tvärs nätspänningen som skydd för överspänningstransienter? Kanske även om man separerar galvaniskt?

Gjorde en snabbtitt i min skrotlåda och alla märkesprodukter (från några tusen kronor och uppåt) hade varistorer. En del väggvårtor och noname-prylar saknade däremot detta. Värstingen satt i en skrotad APC UPS - strömtålighet 6kA och energitålighet 150J.

I modellen jag gjorde far det väl fram ungefär 12J vid 1kA.

[MiaM]

Håller med om varistorer, men i denna krets är det kanske bättre att sätta varistorerna på den punkt som kommer ha knappt 120V. Vid en del överspänning kommer "bara" det övre motståndet att se hög spänning och ström, och vid än högre spänning så kommer det motståndet stekas.

Utsvängning och allt gravare sidospår:
Jag skulle säga att saker som har en nättransformator som kör elnätets frekvens direkt behöver egentligen inte varistorer, även om de verkar sitta på "proffsigare" prylar ändå. Med en enda pryl som uselt statistiskt underlag så är min erfarenhet att åskan mest bara tar varistorerna och sen händer inte mer ifall det inte blir en så saftig träff att cirka allt smäller. Har en styrgrej som varit inkopplad i några decenier och nån gång gissningsvis på 90-talet så tog åskan varistorerna/varistorn men 50Hz-nättrafon överlevde och allt annat klarade sig. Kretsen har triac:ar som driver spolen i kontaktorer/reläer och jag antar att dels skyddar induktiviteten i spolarna och dels så triggas triac:ar oftast så att de leder om de ser överspänning och det ihop med spolens induktans gör väl att de också överlever. Som sidospårsanekdot på denna sidospårsanekdot så kan jag också nämna att jag sett resultatet av ett riktigt starkt åsknedslag som dödade en antennförstärkare för centralantenn. Alla komponenter i nätdelen dog förutom säkringen, glättningskondensatorn och kanske transformatorn. Kretskortets banor gick sönder och apparatens kapsling sprack av övertrycket, trots att det fanns ett par vanliga IEC-tv-antennkontaktöppningar med glipor runt om som luft kunde passera genom. Själva förstärkardelen som satt i skärmad kapsling överlevde åtminstone såpass att den även efteråt gav någon form av förstärkning, dock oklart om den gav lika stark förstärkning som före åsknedslaget. Som ännu mer sidospårsanekdot så hade ett av husen i samma område, kanske samma hus, tidigare en rörbestyckad antennförstärkare för VHF och för att minska störningar från närliggande järnväg så var antennen rejält dimensionerad. När denna rörbestyckade förstärkare till slut gav upp (förstärkarröret byttes ett par gånger men höll bara ett par månader per gång, i efterhand så kan man väl dra slutsatsen att konding för signal till galler säkert blivit dålig) så kopplades signalen direkt från antennen till tror det var kanske femton lägenheter, och signalen var stark nog att ge acceptabel bild om än lite snöig, typ 3dB svagare än minsta godtagbara signalstyrka enligt nån norm om jag minns rätt.

[ece]

Hej!

Jag inser att jag inte gett er all information i ärendet, inte av lathet utan för att inte göra det för komplext. Det är som så att det sitter en railmonterad 16A automatsäkring (3-fas) i apparatens ingång. Den har dessutom variastorer, förmodligen för att skydda automatsäkringen själv.
Till saken hör och varför jag ej förbinämnde detta är att när den löser ut så går inget sönder, och när man kör i en 16 A handske så går heller inget sönder under de tester vi gjorde.
Men när vi kör i stora 63A handsken OCH 63 A huvudsäkringarna sticker, det är då MCU dör. Vi har gått på det spekulativa antagandet att det har att göra med var vågen är och när man går över nära 2-fas zero-cross så händer inget men när man går över nära 2-fas topp så sker det.

Varför jag nämde detta är för att variastorer har vi i systemet iaf.

Jag kommer göra tester med en adderad zener som passar till 3,3 V och ett 1 k (ifall AD:n är ok med det) seriemotstånd för att stoppa vågen innan diodrarna som ett extra impedansskydd. Inte för att det kommer sänka spänningen utan jag bara tänker att det blir sekundära effekter med högre avblödnoing som är svårsimulerade i Spice.

Detta enligt uppdragsgivarens vilja, dessutom så saknas isoleringskretsar något oerhört hos handlarna. Har någon ett förslag på en isoleringskrets där de vet att ASIC:arna finns hos handeln så hojta gärna till?
Jag hittar ingen bra lösning.

Tack för alla synpunkter, ni är hjälpfulla!