В целях обеспечения надежной работы и соблюдения техники безопасности от поражения электрическим током система высокого напряжения электромобилей и гибридных автомобилей оборудована специальной системой изоляции. Для этого высоковольтные кабели, обычно окрашенные в оранжевый цвет, имеют двойную изоляцию, специальные разъемы и качественные изоляционные материалы (рис. 13.35). Между двумя слоями изоляции имеется экранированный слой, чтобы избежать воздействия излучаемых электромагнитных помех на соседние компоненты.
Чтобы исключить потенциальную опасность для водителя электромобиля предусмотрена система контроля сопротивления изоляции. Она через регулярные промежутки времени измеряет сопротивление изоляции между высоковольтными компонентами и кузовом автомобиля, т. е. между кабелем положительной полярности (L+) и кузовом и между кабелем отрицательной полярности (L-) и кузовом. тела в зависимости от падения постоянного напряжения, а также сопротивления изоляции трех фаз (L1, L2, L3) переменного тока высоковольтной системы. Для этого система контроля подает на провода измерительное напряжение. В случае повреждения изоляции измерительная цепь между данным проводом (или фазой) и кузовом замыкается.
Признаком теплового старения изоляции является отсутствие ее эластичности, хрупкость, склонность к растрескиванию и изломам при довольно слабых механических воздействиях. Наибольшее старение наблюдается в местах повышенного нагрева, удаленных от наружных поверхностей изоляции. В связи с этим для исследования теплового износа изоляции обмоток необходимо местное вскрытие ее на полную глубину. Для исследования выбирают участки небольшой площади, расположенные в областях наибольшего старения изоляции, но доступные для надежного восстановления изоляции после вскрытия. Для обеспечения достоверности результатов исследования мест вскрытия изоляции должно быть несколько. При вскрытии изоляцию исследуют послойно, многократно изгибая снятые участки и осматривая их поверхность через лупу. При необходимости сравнивают одинаковые образцы старой и новой изоляции из того же самого материала. Если изоляция при таких испытаниях ломается, шелушится и на ней образуются множественные трещины, то она должна быть заменена полностью или частично. Признаками ненадежной изоляции являются также проникновение масляных загрязнений в толщу изоляции и неплотная запрессовка обмотки в пазе, при которой возможны вибрационные перемещения проводников или сторон секций (катушек)
На основании измерения протекающего тока бортовая система контроля рассчитывает значение сопротивления изоляции, сравнивая его с допустимым. Согласно требованиям Правил ЕЭК ООН № 100, определяющих технические требования к безопасности электроприводов дорожных транспортных средств, сопротивление изоляции между шиной высокого напряжения и электрическим шасси должно быть не менее 100 Ом/В для шин постоянного тока и рабочее напряжение не менее 500 Ом/В для шин переменного тока. Если шины высокого напряжения переменного тока и шины высокого напряжения постоянного тока гальванически связаны, сопротивление изоляции между шиной высокого напряжения и электрическим шасси должно быть не менее 500 Ом/В рабочего напряжения.
Система контроля сопротивления изоляции, может срабатывать даже при незначительном повреждении изоляции, например, при наличии на ней видимых трещин и под воздействием влаги происходит небольшая утечка тока между высоковольтным кабелем и кузовом автомобиля. Если бортовая измерительная система обнаруживает нарушение изоляции, водитель предупреждается загоранием соответствующей контрольной лампы или отображением соответствующего сообщения на комбинации приборов (рис. 13.36).
Как правило, это сопровождается регистрацией кода неисправности в диагностической памяти контроллера, а в некоторых случаях — и автоматическим отключением высоковольтной системы.
Если происходит только одно повреждение изоляции, благодаря соответствующей конструкции высоковольтной сети типа IT, с электрической точки зрения это не представляет серьезной опасности для здоровья и жизни. Даже при оголении токоведущего провода и непосредственном прикосновении человека к этому месту и одновременно кузову автомобиля или другому неповрежденному высоковольтному компоненту или компоненту автомобиля цепь не замкнется. Поскольку IT-системы не заземлены, при повреждении изоляции человеческим телом ток не течет. В этом случае нет необходимости в аварийном отключении высоковольтной системы, и она не отключается сразу во время движения из-за единичного обнаруженного нарушения изоляции. После обнаружения повреждения активируется программа аварийного режима, с более низким напряжением бортовой сети. Управление электромобилем при этом сохраняется, но в ограниченной степени, для того чтобы доехать до пункта ремонта.
Однако, при обнаружении второго повреждения изоляции возникает опасность поражения электрическим током. Когда в такой ситуации человек касается двух мест одновременно различных электрических потенциалов и, таким образом, замыкает цепь, его корпус будет служить элементом, обеспечивающим выравнивание потенциалов, и через него будет протекать ток. В этом случае из-за высоких значений напряжения и тока, протекающих в высоковольтной системе, серьезная возникает большая угроза для жизни человека, поэтому выключение системы в этом случае необходимо.
Ремонт поврежденных высоковольтных кабелей или высоковольтной изоляции не допускается. Это также относится к штекерам и другим компонентам высоковольтных соединений.
Необходимость контролирования сопротивления изоляции возникает в случае обнаружения неисправности на информационном дисплеи или при проведении диагностирования электро- или гибридного-автомобиля.
Наиболее простым способом проверки изоляции обмоток является ее проверка с помощью мегаомметра, приложив щупы его поочередно к каждому выводу и корпусом (рис. 13.37). Если на дисплее высвечивается ноль, то имеет место явный пробой – где-то изоляция перетерлась, и провод напрямую контактирует с корпусом.
Для более точного измерения сопротивления изоляции высоковольтных систем может применяться специальный тестер AVL DiTEST HV Safety 2000 (рис. 13.38).
1 – корпус тестера; 2 – светодиоды, синий и красный / зеленый; 3 – черный защитный колпачок закрывающий черный наконечник зонда; 4 – черный наконечник для подключения к черному тестовому адаптеру; 5 – красный защитный колпачок, закрывающий красный наконечник зонда; 6 – красный наконечник для подключения к красному тестовому адаптеру; 7 – защита от случайного контакта с красным тестовым адаптером; 8 – кнопка на красном тестовом адаптере; 9 – красный тестовый адаптер; 10 – защита от случайного контакта с черным тестовым адаптером; 11 – черный тестовый адаптер; 12 – разъем USB
Этот прибор и его программное обеспечение были специально разработаны для выполнения контрольных измерений на транспортных средствах с высоким напряжением. Тестер позволяет измерять сопротивления изоляции для определения нулевого напряжения измерение с помощью встроенного испытание генератора напряжения и измерение выравнивания потенциалов. После завершения теста формируется отчет, подтверждающий его выполнение и документирующий результаты исследования. Питание устройства контроля напряжения осуществляется через порт USB портативный компьютер (ноутбук). С помощью встроенного генератора напряжения (тока) тестер может производить большой управляющий ток или управляющее напряжение необходимые для измерений. Для активного измерение сопротивления изоляции используется встроенный генератор тестового напряжения (до 1000 В) при очень малом контрольном токе, что не представляет опасности при проведении работ по измерению сопротивления изоляции.
Основными функциями тестера являются:
— измерение напряжения постоянного тока (отсутствие напряжения);
— измерение сопротивления изоляции (расчет сопротивления изоляции путем измерения тока и напряжения);
— измерение сопротивления изоляции в соответствии с SAE J1766 (измерение под нагрузкой с параллельным сопротивлением);
— измерение сопротивления;
— проверка диодов и конденсаторов (рис. 13.39);
— высоковольтная цепь безопасности (автоматическое отключение);
— совместимость между AVL DiTEST HV Safety 2000 и AVL DSS;
— питание через интерфейс USB, 5 В/500 мА (500 мА: максимальное значение);
— интерфейс: USB 2.0.
Независимо от типа используемого измерительного прибора измерение сопротивления изоляции необходимо проводить под нагрузкой, осуществляемой с помощью постоянного управляющего напряжения в диапазоне от более 60 В до 1000 В. Это связано с высокими требованиями к стойкости изоляции к пробою под высоким напряжением. При проведении проверки сопротивления изоляции, высоковольтная система отключается.
Испытательное напряжение и испытательный ток, необходимые для измерения, генерируются измерительным прибором. Таким образом моделируются условия работы высоковольтной системы, обеспечивая при этом безопасность при проведении измерений.
Кроме того, измерение сопротивления изоляции рекомендуется перед началом ремонта автомобиля после ДТП и после выполнения сложного ремонта после ДТП. Контрольная проверка позволяет убедиться, что изоляция высоковольтной системы действительно не была повреждена в результате аварии. Рекомендуется проверять сопротивление изоляции после выполнения любых работ по техническому обслуживанию и ремонту, связанных с высоковольтной системой, перед повторным запуском системы.
Измерение сопротивления изоляции заключается в определении сопротивления между телом и высоковольтной системой. Измерительные наконечники тестера должны соприкасаться с измерительными точками в системе высокого напряжения и кузова. Типичными местами измерения являются точки крепления высоковольтных кабелей в узлах силовой электроники, доступ к которым осуществляется после снятия соответствующей крышки. Характерные точки измерения определяются индивидуально для каждой модели автомобиля. После отключения положительной и отрицательной точек управления в высоковольтной системе сопротивление изоляции измеряют отдельно для каждой из них по отношению к точке контакта с кузовом.
Для измерения сопротивления изоляции в высоковольтной системе положительный измерительный наконечник должен быть подключен к высоковольтному кабелю, а отрицательный измерительный наконечник должен быть подключен к кузову или металлическому корпусу данного высоковольтного элемент напряжения.
Программное обеспечение тестера выполняет измерение сопротивления изоляции на положительной и отрицательной сторонах. На экране монитора высвечиваются показания измеренного сопротивления (рис. 13.40) по которым определяется исправность изоляции.
Обнаружение компонентов или цепей с повреждением изоляции осуществляется последовательным отключением их от бортовой сети путем удаления соответствующего предохранителя с целью измерения их сопротивления изоляции по отдельности. Если при проверке сопротивления изоляции всей системы обнаружено нарушение изоляции, необходимо определить, какой высоковольтный кабель или компонент является причиной неисправности. Поэтому сначала проверяют содержимое диагностической памяти. Если в нем не прописан код неисправности, тогда проверяют последующие части установки. Для этого поочередно отключают отдельные компоненты высоковольтной системы автомобиля, отсоединив штекеры или отсоединив провода. Затем для каждой извлеченной части установки производят контрольный замер сопротивления изоляции. Если при проверке изолированного компонента сопротивление между его электрическим кабелем и его корпусом или корпусом не соответствует требованиям, значит, эта часть высоковольтной системы подлежит замене. Высоковольтные провода в автомобиле также можно проверить описанным методом. Во-первых, оба конца кабеля должны быть отключены от высоковольтной системы. Затем электрический кабель необходимо подключить к одной измерительной клемме контрольного устройства, а другую измерительную клемму тестера к соответствующей точке на кузове. Если отображаемое на измерительном приборе сопротивление изоляции не соответствует требованиям, изоляция кабеля не устойчива к пробою на корпус по причине царапин или пористости.
Измерение уравнивания потенциалов заключается в проверке переходного сопротивления между корпусом высоковольтных элементов и корпусом. В отличие от измерения сопротивления изоляции, в этом случае правильное значение измеряемого сопротивления должно быть минимальным. Чтобы правильно проводить измерения, программное обеспечение HV Safety 2000 от AVL Ditest изменяет испытательное напряжение по сравнению с измерением сопротивления изоляции. Для измерения выравнивания потенциалов тестер вырабатывает относительно большой испытательный ток (до 1 А), не представляющий опасности для человека. Большое значение управляющего тока, до 1 А, является достаточной нагрузкой на проводник уравнивания потенциалов, что позволяет обнаружение кабеля или обрыва его соединения (переходное сопротивление). Переходное сопротивление влияет на протекание тока, а не на величину напряжения в электрической цепи. Поэтому для испытания уравнивания потенциалов следует использовать высокий испытательный ток, а не высокое напряжение. Благодаря этому измерение выравнивания потенциалов является очень точным измерением сопротивления (с точностью до 1 мОм). Таким образом, при измерении уравнивания потенциалов проверяется, проводит ли соединение выравнивания электрических потенциалов между отдельными высоковольтными компонентами и между высоковольтными компонентами и кузовом соответственно высокий контрольный ток. Система уравнивания потенциалов исправна, когда управляющее сопротивление находится на минимальном значении (рис. 13.41).
Для выполнения контрольного измерения уравнивания потенциалов один измерительный наконечник контрольного тестера должен быть подключен к массе шасси одного из высоковольтных элементов, а другой измерительный наконечник — к кузову. В случае если в результате измерения получено заметное или даже бесконечное значение сопротивления, необходимо проверить места соприкосновения (резьбовые соединения) корпуса с корпусом или кабелями уравнивания потенциалов. При необходимости проверки шины уравнивания потенциалов между двумя высоковольтными элементами измеряют расстояние от корпуса одного из них до корпуса другого. Измеренное сопротивление не должно быть большим.
Контрольное измерение выравнивания потенциалов рекомендуется после аварийного ремонта или после всех работ, потребовавших снятия и установки одного или нескольких высоковольтных компонентов. Перед вводом системы в эксплуатацию такое измерение позволяет определить, правильно ли переустановлены соединения, важные для выравнивания потенциалов. Контрольное измерение выравнивания потенциалов необходимо после нескольких лет эксплуатации автомобиля, особенно при окислении контактов и появлении переходного сопротивления, которое будет мешать выравниванию потенциалов в системе высокого напряжения.