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设备中间共地问题

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1#
发表于 2015-1-15 13:33 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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x
实验室用示波器测试一台设备中某一模块的信号。5 g# Q1 |" X1 p" {
实验室墙上插座全部做的地线,室外有接地井。; @. z" V- f' C

' c3 B* w4 n" R3 P* s设备由24v直流供电。  P% \( k' _( F3 X" q
独立电源给设备供电,电源是220V市电变24V直流输出。
1 X! R6 Y; ?; W
# s! v: B( F9 g$ W, ]$ S8 O经测试,. L. @* ?, R/ |
电源外壳接插座地线,24V输出的GND接插座地线,) m/ y6 X# M$ A0 t
设备外壳接24V输入的GND。
& Y9 m& Y3 M  _5 S3 q# ~% w/ w因此,设备工作时,设备的参考地、外壳、电源外壳都与大地连接。' p6 I9 l( E+ h" j& {, i

" m) q# i( G( d+ s- v1 W# M0 Y. q现在用示波器测量设备中一块板子的信号,只要示波器地线一碰设备外壳,就出现打火现象。
8 P. ]. h/ F  w1 A* O7 z1 ~' w原因始终找不到,而另一部设备可以正常测量。
* u& K# P) a, ~
* W$ z# h/ l$ s1 ]2 t2 D9 W9 @测试了两部示波器的探头GND。
5 H/ H9 t- f* Y3 K4 x1.安捷伦示波器探头的GND,与220V插座地线连接,是接大地的。2 ]& T! {5 S  I7 C
2.TEK示波器探头的GND是浮地。
5 ~; t+ _# w- Q8 M  W7 x  f% {; l1 @( q) t: y- v
设备与示波器连接到一个插排上,经测试,插排接地良好。
3 u% r/ t! n6 t8 R6 J/ I/ r' [  D5 d* z3 c- y. m4 V* C
这两部示波器,探头GND与设备外壳接触,都会发生打火,
% x6 s% m' a! s- g% B) e若在断电情况下,将示波器探头GND与设备外壳接触,加电后电源220V入2A保险丝直接熔断。
: Q3 P  H0 }* U- R# p( G0 r, @
7 ?, ?, _; U8 y* M$ v4 w" b, [8 h8 Z: g
另一部设备与电源,确实可以正常用两部示波器测量。
# R2 L" G) i1 A$ ^  j- G: k经交换两套设备的电源,再分别测试发现,原来打火的那一部电源换一部设备后,仍会发生打火。; ^' u$ U# \# H# D
而另一套设备仍可以正常测量。# ]2 k3 h5 j' u& k  ?
: t& K6 _5 p! V  o$ c
经思考,没有想清楚其中缘由,是什么原因会引起打火,我前面遇到过这个问题,研究了一段时间没有研究明白。
7 H* s. x5 L3 v8 F" ]我觉得是浮地与大地的问题,又或是电源220V入,变压器隔离度不够。
, V. W$ {8 ~& B! R) k
7 n4 U1 T( C4 S1 N1 {& _: N1 ]有同志有相关的经验吗?分享一下。
. f3 s0 B9 k( P* ~6 P. u% e

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2#
发表于 2015-1-15 13:50 | 只看该作者
既然打火,你用表量下设备外壳和示波器地直接的电压是多少呢?我估计那个电源外壳漏电了

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3#
 楼主| 发表于 2015-1-15 13:54 | 只看该作者
嗯,我下午去测试一下。
2 R2 E4 |6 W" F  H$ _0 {原来我是怀疑接地不后,检查了一下插排,果然发现劣质的插排里面的地线跟墙上的地线根本没接在一起,以为找到原因了,换了个好插排,还是打火。9 y7 v* P2 ~8 M$ s) e

5 ~/ L: {' x0 d如果是漏电造成的,那么在发现插排没有接地之前,电源外壳是带电的,应该电人才对,可是人摸着没事。
# [% d" t. c; F9 W9 s4 a# q5 n) y+ b5 B7 B: p
总之我下午先去测试一下。

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4#
发表于 2015-1-15 23:37 | 只看该作者
看了两遍楼主的描述
' R: _# y  T: }" ]# M1 打火,可能是电压不一致造成的。电源的外壳和示波器的GND电位不等,相差估计还挺大的。至于电人,到不一定。
; x- ^" i' q) K1 s2 你把那个电源里面的Y电容去掉,再试试看。

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5#
 楼主| 发表于 2015-1-17 22:57 | 只看该作者
fallen 发表于 2015-1-15 23:37
% ]# a8 o/ z2 B4 e# H" j" ?. a; |看了两遍楼主的描述. N. P8 y, Z2 I( c7 {" x
1 打火,可能是电压不一致造成的。电源的外壳和示波器的GND电位不等,相差估计还挺大 ...

$ ?: O0 |4 E6 ^; @" q感谢两位网友的热心帮助,你们的回复给了我很大的启示,我经过仔细思考分析和测试,找到了问题所在,但具体原理我还在进一步分析中。而且期间发生的几个问题也比较有趣,现总结如下:
. p4 H# N, z. T/ W  n( v8 I4 @" F  z6 {, r: \, \8 P
问题查找经过:
8 e  v* l" C3 n7 _2 I1.现象:示波器GND接触设备外壳打火。
3 O1 I( ^- D6 O) S0 {& I; x   分析:经测试,安捷伦示波器的GND直接与插头的地线连接,即大地,那么示波器探头GND应该为绝对0电位。' p* X" |% U! c4 t
实验室从墙上直接有接地线引出,电位应与示波器探头GND一致。
  s8 K1 M- G- k! Y因此,既然探头GND会与设备外壳打火,那么地线接触设备外壳,应该也有打火现象。
" P/ C; ^  c8 N; R. {; J照此试验:用地线碰触设备外壳,果然发生打火。% b$ H7 C( Q5 X% q: r
这也解释了最开始的现象:发现示波器探头GND接触设备外壳打火后,以为是接地线没有接的原因,就把地线接上了设备后面板的接线柱,结果加电后,设备保险丝直接熔断。
5 Q! d$ x# {4 H* e0 a' k' S
! ^* k, U% T6 U- Z( B0 ~
# ^% y$ c+ {/ [) `: J7 p(这个问题到现在才想到的原因,是因为一开始对打火现象完全不明所以,没有想到是地线的问题,不知道从哪里着手考虑和定位故障原因,盲目测试(如换示波器,把示波器和设备接到一个插座上,接到不同插座上,更换电源插座等等,过程中也发现:使用的电源插座是劣质的,插座上的地线根本没有焊接,是浮空的,以为问题在于此,但是换过之后打火依旧。)现在想到了,查找起来也就更有针对性了。)' u6 _9 V! X/ x, A8 o

+ Q( u! J$ ~' _" `+ r7 R7 n
8 I% Z7 @% ^, L3 k$ f' Q, F6 V" D% ]9 F# w# J3 I. J
2.我用万用表测试设备外壳和地线之间电压,发现存在36-40V的压差。+ o. ~$ T2 v' u6 `0 a8 E6 S4 A9 D
设备外壳电位为-36V。  l8 _, x+ l7 }. q
将另一部正常的设备与故障设备进行对比测试、再交换电源再对比测试后,确定为电源故障。# [6 Z# f, N2 u' a# Z0 l* \8 [
现象:故障电源给两部设备供电(其中一部是从正常的系统上换过来的),设备外壳都带电。& ]+ v3 x2 j' `% i4 A
           正常电源给两部设备供电(其中一步是从故障的系统上换过来的),设备正常工作。7 ~3 [, S- B0 F( c0 U' [* h$ F

6 B# h4 {: |( c9 p) W9 L6 p2 c& M. z/ z$ g
测试过程中发现二个有趣的问题:
/ P, i) L/ b$ M% E& x7 x. ~(1)电源单元加电后,设备即使不加电,设备外壳也带电,电位-36V,会打火。
7 q0 U; \! j. q" n6 I( I(2)设备外壳电位-36V,但电源外壳电位却是0!
/ d9 w$ _& M5 S这个问题简直让人匪夷所思:电源单元外壳、大地、设备外壳,设备信号地,24V参考地,用万用表蜂鸣器档位测试是短路。(关于信号地、电源地和大地之间是否可以共地或者必须共地的问题,我还存在疑问,我原来的理解是要独立,这个问题我下周一还打算继续做进一步测试和验证,再做分析,这里先不说。)
  w2 D' D0 `; `$ \即然是短路,设备外壳带电,那电源外壳也应该是带-36V电才对呀!
  S; X* _- L- U5 A并且,经测试,电源外壳已经良好接地,电位应该为0,可是现在,本应电位相同的电源外壳与设备外壳的电位却相差36V!按道理说,要么都是-36V,要么都是0。
1 n( V  c9 {$ L% a! j$ M! ]" l8 z1 k) z( s' p

5 O* r6 h+ D* g" ~- S(1)上面第一个问题,经进一步测试,发现,电源单元24V输出,0V变成了-36V,24V变成了-12V,这样刚好输出也是24V,设备竟然也能正常运行,所以之前一直没有想到电源输出会有问题。, I* a' D9 Q: a) I. {
(2)关于设备外壳和电源外壳为什么不等电位的问题,我始终没想出是什么原因。
. G  {6 d/ H/ v& X3 v& ?经进一步测试,断电后,继续用万用表测试设备外壳和电源外壳之间电位,发现二者电位从36V逐渐下降,最后下降为同电位,再用蜂鸣器档位测试,变成通路,像是一个电容在放电。% M& G$ m2 N9 Y
经测试,Y电容完好,(Y电容是什么我就不说了。)% |5 y2 C9 j: G! I
经过对所有现象和测试结果结合分析,我得出的结论是:由于故障,24V输出的的GND电位不正常,为-36V,即:24V参考地电位由于某种故障发生变化,但输出仍为24V,所以设备可以正常工作。+ f- {2 i  t0 C3 G" K# @
24V输出的GND在电路板上是平面,与外壳平面之间形成电容效应,所以加电后,虽然24V输出的GND变成-36V,但电源外壳却仍是0V。24V输出的GND(-36V)通过输出供给设备,使设备外壳带-36V电,造成打火。并且此时设备外壳的地线不能接,接上来就会烧断保险丝。
( B  m' ~9 v0 m/ h& ~& `5 e
/ F8 T# [( @' K  T4 Z
' x# _2 f( h5 `3 K3 }经过分析后,又逐步测试缩小故障范围,确定为电源故障。(虽然前面在换机时已经有很大可能表明故障发生在电源,但并不能证明其他部位没有故障,为准确定位,又对电源线连接做了测试,逐步缩小故障范围。). H# L6 G& ~7 e, P3 T

) R; N' H$ k2 m" n
. Z2 v% x) t' }6 }* l0 V2 P: R6 h确定故障发生在电源后,再次对故障电源和正常电源进行拆机、对比、测试,查找原理图。
! t7 Z' s$ |, a9 N发现,原理图上的24V的GND与外壳的大地是隔离的,经测试,正常电源,24V的GND与外壳确实是隔离的3 I  X& n! x6 H* }. i2 b) U
到此,排故的下一步思路基本确定。故障电源的24V的GND必有至少一点与外壳连接,先把这个点排查出,再来看是否还有其他故障。
# h4 _8 }: L# e' l/ a" [$ Y5 f" S$ `' R6 T, O# L$ _) E. V# c' D& {2 k9 g
, l# ~+ l0 R" R* v
又经过一轮查找啊,发现了一个点。有三个大功率调整管(2sc3281)的散热端(具体是那个级还没来得及查文档)与设备外壳是贴在一起i的,其中两个是加了绝缘垫片,再图上导热硅胶。其中一个没有绝缘垫片。
3 A$ E( K2 @. w/ I9 L9 j7 w; Z3 C3 E8 P" _
改正后,故障解决!24V输出正常,设备外壳不在带电。
- }, [$ W$ Q: j8 t" e" A+ {8 W/ S) n  b2 e
但是,为什么会带-36V电位,以及设备的信号地和外壳为何是共地的(按照我的理解在电源端是隔离的,那么在设备段也已经隔离,否则还是相当于24V的GND与大地连接了。)以及在电子设备中,信号地是否应与大地隔离,还是必须隔离,还是可以连接,还需要进一步分析。" C' i( a8 y% w
; K: a+ Y& x2 Q7 H4 C' N& a, t. F
先到这吧,有点长,自己都不知道有没有耐心看完。; q! n% j7 S8 Q1 I
排故本身也是个比较耗时的工作。逻辑也不知道说清楚没有,权当自己备忘吧。" @6 u0 m! @6 N8 k3 \
+ u, L1 F* f8 l, z* ]9 ^8 |
+ t# Y& s7 {; \+ ~) e2 r% v
' o3 j$ c2 I/ Z, S: K6 r. S8 n& r- v

4 X  \+ v. y* l' ?4 v4 G
+ n% i6 e- L) W6 c, J/ Q9 b& S! T1 u9 c3 ~9 w

1 q. R$ P& M# V& q: o6 Z, ?' `

点评

支持!: 5.0
支持!: 5
不错,不错!虽然没有原理图和图片,不过脑补了下,模模糊糊看完了,这样的贴在还是蛮有意义的!  发表于 2015-1-18 14:09

评分

参与人数 1威望 +2 收起 理由
李明宗伟 + 2 楼主分析的很详细,谢谢分享,期待后续

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  • TA的每日心情
    擦汗
    2019-12-12 15:00
  • 签到天数: 13 天

    [LV.3]偶尔看看II

    6#
    发表于 2015-1-20 11:13 | 只看该作者
    感謝大大的問題排除分享...3 S. k8 k4 d/ m/ z
    學習了!!!

    该用户从未签到

    7#
    发表于 2015-1-20 23:48 | 只看该作者
    本帖最后由 myl593799546 于 2015-1-20 23:49 编辑   H6 K  k& G  i

    8 Y! l/ q* h8 t7 i3 R) v佩服楼主的钻研精神,楼主说的打火,是有光出现么?

    点评

    是的,是有火花,比较大。  详情 回复 发表于 2015-1-29 00:12

    该用户从未签到

    8#
    发表于 2015-1-21 09:58 | 只看该作者
    36V --- 好不安全的说

    该用户从未签到

    9#
     楼主| 发表于 2015-1-29 00:12 | 只看该作者
    myl593799546 发表于 2015-1-20 23:48$ P, q% n  c) ?( s- e+ L
    佩服楼主的钻研精神,楼主说的打火,是有光出现么?

    : J4 \9 |5 O) n4 d( e是的,是有火花,比较大。& U) Y% @; w( A. a3 t
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