设备中间共地问题

Yu_Shuang · 发表于 2015-1-15 13:33

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实验室用示波器测试一台设备中某一模块的信号。
实验室墙上插座全部做的地线，室外有接地井。

设备由24v直流供电。
独立电源给设备供电，电源是220V市电变24V直流输出。

经测试，
电源外壳接插座地线，24V输出的GND接插座地线，
设备外壳接24V输入的GND。
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。

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。
原因始终找不到，而另一部设备可以正常测量。

测试了两部示波器的探头GND。
1.安捷伦示波器探头的GND，与220V插座地线连接，是接大地的。
2.TEK示波器探头的GND是浮地。

设备与示波器连接到一个插排上，经测试，插排接地良好。

这两部示波器，探头GND与设备外壳接触，都会发生打火，
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。

另一部设备与电源，确实可以正常用两部示波器测量。
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。
而另一套设备仍可以正常测量。

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。
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。

有同志有相关的经验吗？分享一下。

littlepig · 发表于 2015-1-15 13:50

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

Yu_Shuang · 发表于 2015-1-15 13:54

嗯，我下午去测试一下。
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。

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。

总之我下午先去测试一下。

fallen · 发表于 2015-1-15 23:37

看了两遍楼主的描述
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，相差估计还挺大的。至于电人，到不一定。
2 你把那个电源里面的Y电容去掉，再试试看。

Yu_Shuang · 发表于 2015-1-17 22:57

fallen 发表于 2015-1-15 23:37
! V# W' m; S2 I) F看了两遍楼主的描述' K. g( r6 e! {- r
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 ...

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：

问题查找经过：
1.现象：示波器GND接触设备外壳打火。
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。
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。
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。
照此试验：用地线碰触设备外壳，果然发生打火。
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。

（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。）

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。
设备外壳电位为-36V。
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。
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。
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。

测试过程中发现二个有趣的问题：
（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。
（2）设备外壳电位-36V，但电源外壳电位却是0！
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。）
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！
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）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。
（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。
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。
经测试，Y电容完好，（Y电容是什么我就不说了。）
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。
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。

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。）

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。
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
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。

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。

改正后，故障解决！24V输出正常，设备外壳不在带电。

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。

先到这吧，有点长，自己都不知道有没有耐心看完。
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。