漏电的信号线怎么办

文摘   2024-08-07 11:40   中国台湾  

漏电的信号线怎么办

透过分析可知:这条线跨接的设备-其中一端有漏电但没有电源保护接地,一端有做保护接地;因此设备间的信号线屏蔽层变成了接地线出口,导体细+电阻高=温度高 导致绝缘被融化,属于不当使用情况!!
         

 

         

 

今天早上一位朋友传了这张照片来
对方说:老师早上好!
想问一下 红色那组一边接处理器另一边接扩大机
烧成这样 有可能发生了什么状况呢?    
         

 

看完这张照片之后 惊吓指数满满
以下就来分析
         

 

 2020-10-27 我们发布过一篇  

灯光师你冤不冤?-音响线缆给灯光用过之后为什么噪音大???  

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI4NTM4NTQ2MA==&mid=2247486863&idx=1&sn=174b24d97beec14a484f996c2bece067&chksm=ebedba14dc9a3302c1dcf7c38d308c99d91e6de4abfdd87bfd8a3c63cfaed402e07f3b45f99e&token=515733789&lang=zh_CN#rd
里面就提示过这样的破损情况      

 

这一篇
我们主要从安全的角度来分析 怎么发生的
以及线缆其他通道的幸存可能?
并且透过PDCA 进一步的明确排查与改善作为
         

 

-----以下正文开始-----

*本帖图文转载引用请说明出处

并且必须搭配文字说明

*本文配图里面提及之设备仅为示意,非内文中提及的故障设备,图片来源于网络,著作权利归属原作者所有

         

 

大纲
1.为甚么会这样    
2.线缆损坏了多少?
3.深究风险
4.那我们如何在现场发现问题呢?
5.防止再次发生
         

 

         

 

为甚么会这样
在一般设备上 我们都说他有三种接地
1.信号地
2.机壳地
3.电源保护接地(俗称电源接地脚)
         

 

         

 

AES48标准当中三种接地的连接方式
         

 

   
依据AES48的标准  音频信号地到机器时 要先接到机壳地 然后才到信号电路板
而依据世界上主流的安全规范,除非设备是双重绝缘 否则电源保护接地必须接到金属外壳
换言之 音频设备上”信号地” 与”电源保护接地”
有一个共电压节点 “机壳地”
         

 

而电源保护接地必须接到金属外壳的原因是:
为了防止设备故障时 内部导体碰触到金属外壳 形成漏电时 透过优势导体进行导出


我们看到GB50303-2015《建筑电气工程施工质量验收规范》
18.1.5
Ι类灯具的外露可导电部分必须用铜芯软导线与保护导体可靠连接,连接处应有接地标识,铜芯软导线的截面积应与进入灯具的电源线截面积相同。
---其中要求”铜芯软导线的截面积”就是在创造足够优良的低电阻路径
---这其实适用于任何弱电金属外壳的设备(例如:功放/调音台)
     
灯具金属部位接地图
北美地区的接地线是裸线无护套
并且需要连接配线壳体
图片来自于www.bhg.com
         

 

事实上电源保护接地线有以下的功能:
·使机器外壳与楼板等电位-人体触摸时没有电位差避免感电
·透过优良接地完成漏电能量主要排放-对于人体通过电流最小降低感电风险
·无负载的低电阻路径,可以产生大电流使漏电回路超载-促使空气开关断路器作动断绝电能量持续供应/避免设备烧毁
(够粗=电阻才够低 电流才能够大)     
*欧标工业插/英标家用插要求接地脚要粗于零火线
         

 

英标家用插要求接地脚要粗于零火线
图片来自于网络
         

 

标准上规定 线缆到一定程度之后
才能让地线减半
相线芯线截面S(㎜2
PE线最小截面(㎜2
S16
S
16   <S35            
16
S>35
S/2
         

 





可能情况一:信号线屏蔽层变保护接地?
         

 

   
上面这个图例是:
有一端设备电源保护接地有缺失 加上设备有漏电
此时搭接其中的卡农信号线  因为路过机壳等电位面节点
就会形成唯一的排放路径
向有接地的设备排放
但是信号线的屏蔽层层” 通常很细小
是无法有效执行保护接地线的”电流”工作的!!


这将导致:
·漏电电能正透过导体很细电阻过高的信号屏蔽层接地排放
·可能烧毁线缆(导体面积小电阻高+通过大电流时=导致发热)
·可能烧毁设备(接地电流导致线缆与连接器发热进而烧毁设备)    




更糟的情况是:如果有漏电 而且XLR信号线” PIN1 与外壳接地短接
+拔插时同时按住有接地的机器
此时可能会导致人体通过一定电流
导致发生感电意外
         

 




关于线缆发热绝缘 烧毁的解释如下:
查阅公开的数据:
一般1.5 mm2 电源线 每100M  1.33Ω
多芯缆的接地是0.22mm2  每100M  8Ω
相对高出很多
引用奥姆定律V=IR    
信号接地对于碰壳漏电的机壳是一个等电位面
虽然R增高会导致电流
-但是仅有此路径因此漏电流还是会经过

在截面积不足 高电阻状况下 “过大电流”强行通过就容易被加热发烫


漏电火线电压
110V
110V
漏电线缆
电源线
多芯缆
地线截面积
1.5 mm2
0.22mm2
地线100M电阻
1.33Ω
等同电流
82.7A
13.75A
原面积建议电流
10~13A
2A
超载倍数
7.5~6.4
6.8
         

 

         

 

令人细思极恐的是:
较细的接地导体形成了一个较高阻的漏电通路但是可能无法使断路器(空气开关)作动,但是线缆已经在发烫了-高电阻+超载电流=加热的完美环境
         

 


这将导致:
在漏电回路超载跳脱之前(甚至无法跳脱)
线缆/设备自身可能就已经损坏了!!
甚至造成热源进而导致火灾
(燃烧四要素可燃物/助燃物/热源/连锁反应)



         

 

         

 

损坏情况二”被漏电” :
设备机柜未接地也未漏电,但碰触了某些金属物
此时透过机壳接地或”被漏电” 然后传导到信号地
         

 

   
损坏情况会是:
1.一端设备有保护接地接妥(合规) 两端用卡农线连接
2.卡农线屏蔽层层焊PIN1 (合规)
3.PIN1 与机器壳体短路(合规)
4.但该设备没有保护接地但没有漏电(不合规)
5.机器锁在金属机架上  机架螺丝碰触其他金属物
6.其他金属物有漏电没有接地

那就会形成金属物漏电>>机架>>没接地设备>>信号线PIN1>>信号线>>一端设备有保护接地接妥 >>>排放漏电


         

 

用重现实验证明
为了证明所述正确
我设计了一个”有风险的实验” 并且做好必要的风险评估并予以管理
         

 

实验一
实验设计
以一个E27 LED灯泡为负载
灯泡内点接零 外螺纹接火且经由细信号线接到接地线(模拟直接碰壳)
                 

 

       
细信号线为0.5mm2聚乙烯电话线 约10米 盘成圈(类似舞台未用剩线缆盘成圈) 另一端接到墙插接地
本来预想如果能正常通电将以NCV 确认能否判读信号在线之电压
实验安全措施
确认该插座之断路器 先行关闭 且有人看守
灭火器待命
实验报告
上电后有爆裂声 冒白烟
电话线小面积起火有延燃 灯泡有亮起
立即断电进行灭火
                 

 

稍后检视 靠近接地点 结线先烧毁 铜丝完全烧断
地面有碳化痕迹
线缆绝缘有明显破损
电话线表皮多处碳化穿透 整卷发烫
零线焊点脱落
实验时间短暂,以NCV 确认判读在线电压之企图未能达成
实验分析
                 

 

由于结线处积累电阻高 因此热量累积被优先烧断
电话线由于盘成圈 是为电感状态 且通过大量电流
因此严重发烫        
由于电话线绝缘是聚乙烯-融化温度较低且不阻燃 因此有延燃状况
                 

 

灯泡内点接零 外螺纹接火且有接地线到细信号线
(模拟直接碰壳 并透过信号线对地漏电)
         

 

         

 

   
模拟透过信号线对地漏电
         

 

   
靠近接地点 结线处先烧毁 铜丝完全烧断
地面有碳化痕迹
线缆绝缘有明显破损
零线过热焊点脱落    
   
电话线表皮多处碳化穿透 整卷发烫
         

 

         

 

实验二
实验设计
将实验一的信号线移除
以一个E27 LED灯泡为负载
灯泡内点接零 外螺纹接火且有接地线 (模拟直接碰壳)
并摆放NCV 以便确认能否判读接地在线之电压
实验安全措施
确认该插座之断路器
先行关闭 且有人看守
灭火器待命
实验报告
上电后有爆裂声 冒烟
灯泡有亮起
立即断电进行查看
                 

 

稍后检视 靠近接地点 结线先烧毁 铜丝完全烧断
地面有碳化痕迹
由于绝缘材料是PVC没有延燃

实验时间短暂,以NCV 确认判读在线电压之企图未能达成

实验分析        
                 

 

由于结线处积累电阻高 因此热量累积被优先烧断
由于接地线绝缘材料是PVC没有延燃
         

 

         

 

灯泡内点接零 外螺纹接火且有接地线 (模拟直接碰壳)
并摆放NCV 以便确认能否判读接地在线之电压
靠近接地点 结线先烧毁 铜丝完全烧断    
地面有碳化痕迹
由于绝缘材料是PVC没有延燃
         

 

         

 

         

 

         

 

         

 

从这两个实验可以得到二个很宝贵的讯息
1.在源头可供给大电流 搭配浅负载的状况下
在漏电初期火线电流会大量通过"相对较低阻"的地线运动,而透过负载+零线返回电源来源的较少(但在熔断前也有增加)         

 

-此时地线与机壳连接点/连接器是最有可能断裂的节点

因此如果设备突然有爆裂冒白烟 但是还能持续运行,那么要怀疑地线在机壳接地处有”熔断”的情况!
但是代表机器内仍持续漏电!
         

 

2.而在这种”熔断”的情况下
由于未能引起空气开关跳脱,因此漏电状况仍持续发生且无法终止!    
接点可能略为外露在摇晃后又漏电-在机器内部成为一个电弧放电点,因此只有适当搭配漏电断路器才能发现漏电予以中止!

所以在库房利用漏电断路器对于所有设备进行总检以免漏电很有必要

演出机柜也要依照规定

配置漏电断路器

         

 

         

 

         

 

         

 

线缆损坏了多少?
”重现实验”看到电话线外皮熔破来看
本文一开始这条8通道多芯缆 当中红色通道全毁是肯定的
虽然主线从外观看无恙
但是要知道多芯缆 内部各通道也是紧挨着的
因此同一层相邻两通道 以及上下层通道的绝缘应该也有热融化破损 
         

 

所以需要对于红色信道与每个信道都进行短路测试 如果通道间接地有短路 代表外层绝缘已经破损 该通道应该停用
如果有设备的话-最好使用高阻计进行信道绝缘性能确认 以确保绝缘性能正常
参考绝缘指标 XLR 约为1000MΩ    
         

 

深究风险
这样的事故在职业安全领域
介于虚惊事件 与 意外事故 之间
这两个名词的定义是:

虚惊事件:系指未对人员、设备或环境造成不良影响之偶发事件,也就是说原本可能造成有害结果,但却未发生意外事故,亦可称为潜在 危险事件
         

 

意外事故:当事件导致人体伤害、设备损坏、物质泄漏、对环境造成 冲击与伤害
         

 

本案实际上已经有财损了但是没有传出感电报告-事实上在现场应该是有明显的感电风险的,甚至是有人员感到痛麻 但是没有回报…….!
         

 

         

 

那我们如何在现场发现问题呢?
首先要发现漏电,可以从接地线的电流监控做起
因为一旦感应出了电流就可以向上溯源
         

 

在线缆与设备查找部分
首先建议戴上绝缘手套 确保自己干燥
因为漏电看不到容易忽略-若使用金属验电笔还是存在金属暴露问题 因此我们可以利用NCV 非接触式验电笔来进行排查    
         

 

NCV 非接触式验电笔 图片来自于网络
         

 

如果你要对比敏感度 你可以把ncv 放在电源线 你会听到响亮的叫声
而有漏电的接地线依照电压变化可能会有响亮或是微弱的响声
但是NCV的电压下限大约是12~20V 因此可能会出现有漏电但无反应的情况
         

 

NCV 也可以试着扫过设备机壳,如果金属机壳有些响声 -那么要小心应对! 问题可能在这里    
         

 

但不容乐观的是:基于NCV的”电容探测”特征与金属法拉第笼的特性,
如果机壳没有响声并不代表这是一个确实接地的机壳
只能说明火线没有直接搞到机壳
因为火线在里面如果脱落也有可能被屏蔽...

若有需要排查:
请先切断电源 切实拔除电源线(避免上游零火相反)
卸除外设线材
用阻抗档确认一下
地壳是否短路
然后可以进一步的探测 火地 零地是否有趋近于短路
这是做二次确认,
如果是 那就可以安心地相信 火线没有碰壳

(上述都是在电源线拔除断电状况下执行)
         

 

对!很麻烦!在现场不容易实施!所以在库房就要做好检点!



         

 

防止再次发生-怎么样的连接是正确的呢?
下面条请要做到:
1.电源保护接地要跟金属机壳短接-市面上不少金属插排没有做这个处理 (请立即盘查)    
2.所有电源线的电源保护接地线必须有
3.设备使用国标三极插头(欧标无法在国标插座上接地)
4.供电系统做好保护接地
5.断路器容量依照负载做适当的配置 进行分区域安全管理
6.使用漏电断路保护器对于设备做是否碰壳的检查


前四点有做到
信号线屏蔽层层就不会通过大量电流
也就不会烧毁
你的人身安全也被保障
         

 

第五点旨在接地线失效前能快速跳脱中断电能,阻绝对于不当接地路径的加热以避免电气火灾的发生
         

 

第六点 是进行设备日常检点 以确保没有漏电设备进入演出现场
         

 

以上分享
希望大家用电安全 演出平安
         

 

         

 

   
      
         
 
         

 

   

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