Wie kann ich eine 12-VDC-Stromquelle vor hochohmigen Kurzschlüssen schützen? [geschlossen]

Ich habe einen Pickup mit einem 3-kW-AIMS-Inverter-Ladegerät. Es ist mit einem 4/0-Schweißkabel verdrahtet (sowohl für Plus- als auch für Neutralleiter zurück zur Lichtmaschine), und ich habe einen Block mit einer 300-A-Sicherung im Motorraum so nah wie möglich an der Lichtmaschine installiert. Meine Sorge ist, dass die meisten denkbaren Ereignisse, die einen Kurzschluss verursachen, einen Strompfad mit einem solchen Widerstand haben würden, dass der Kurzschluss viel weniger als 300 A betragen würde und daher die Sicherung nicht durchbrennen würde.

Was ist die empfohlene Vorgehensweise für die Verkabelung solcher Systeme? Ich habe nach „DC-Erdschlussschutz“ gesucht, aber keines der gefundenen Produkte schien für meine Anwendung geeignet zu sein. Wenn ein 300A 12VDC GFCI-Gerät verfügbar wäre, würde ich es gerne kaufen. Vielen Dank im Voraus.

Bearbeiten: Ich spreche von einem Live-to-Ground-Kurzschluss, nicht von Live-to-Neutral. Angenommen, die Isolierung, die das stromführende Kabel zum Wechselrichter umgibt (das entlang des LKW-Rahmens verlegt ist), ist irgendwie aufgeschnitten und das blanke Kabel macht einen schwachen Kurzschluss gegen den Rahmen. Das ist das Ereignis, vor dem ich geschützt sein möchte. Um es klar zu sagen, Antworten in Bezug auf den physischen Schutz des stromführenden Kabels sind hier nicht angemessen; Ich habe bereits Schritte unternommen, um sicherzustellen, dass es so weit wie möglich aus dem Weg ist.

Bearbeiten 2: Dies sind die Ereignisse, die ich möglicherweise als Folge eines Kurzschlusses zwischen Spannung und Masse erwarte (und verhindern möchte): 1) Batterien werden entladen, 2) Batterien explodieren aufgrund eines Kurzschlusses von bis zu 300 A, 3) ein Feuer, das aufgrund der Widerstandserwärmung von einem Kurzschluss von bis zu 300 A durch Komponenten der Karosserie oder des Rahmens ausgelöst wird.

Bearbeiten 3: Ich betone, dass der Wechselrichter einen dedizierten Neutralleiter hat , der direkt mit dem Gehäuse der Lichtmaschine verbunden ist. Daher muss der GESAMTE Rückstrom durch diesen Draht fließen, es sei denn, es liegt irgendwo ein Erdschluss vor. In einem solchen Fall gibt es einen Stromunterschied zwischen dem stromführenden und dem neutralen Draht, was die Bedingung ist, unter der ich möchte, dass mein mysteriöses Gerät auslöst und den stromführenden Draht trennt.

Edit 4: Hier ist ein konkretes Beispiel für eine Situation, die ich verhindern möchte, vor der die Sicherung keinen Schutz bietet. Stellen Sie sich vor, das Fahrzeug ist in eine Kollision verwickelt und die Karosserie des Lastwagens durchsticht die 12-V-Kabelisolierung. Das 12-V-Kabel hat jetzt einen schwachen (die Karosserie des Lastwagens ist lackiert und wahrscheinlich schmutzig) Kurzschluss gegen die Lkw-Karosserie, was zu einem endlichen Strom führt, der möglicherweise weit unter 300 A liegt, aber immer noch ausreicht, um aufgrund der Widerstandserwärmung einen Brand zu verursachen und/oder Batterieexplosion (oder einfach nur die Batterie entleeren und den Stapler unbrauchbar machen).

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Antworten (5)

Wenn Sie Ihren eigenen GFCI "backen zu Hause" machen wollten, könnten Sie das tun.

Was Sie brauchen ist:

  • eine Möglichkeit, den Strom zu messen, der durch jede Ihrer Zuleitungen fließt - Suchen Sie nach "300A Shunt Resistor" (Sie benötigen 2)
  • eine spezielle Art, die Messung auf der 12-V-Leitung vorzuverstärken – Suche nach „High-Side-Strommessverstärker“
  • eine spezielle Art, die Messung auf der "neutralen" Leitung vorzuverstärken -- suche "Strommessverstärker"
  • Eine Möglichkeit, diese beiden Messungen zu vergleichen - ich schlage eine Mikrocontroller-Suche "Arduino" vor
  • Eine Möglichkeit, die Trennung der Leitung zu steuern - Omron hat einige große Relais, die Sie vielleicht interessant finden.

Sie benötigen eine Reihe anderer Klebeschaltkreise, damit all diese Dinge zusammenarbeiten, aber dies ist kein Designservice.

Nebenbei bemerkt, Sie haben möglicherweise mehr Glück, wenn Sie nicht versuchen, einen GFCI für diese Anwendung zu finden. sondern entwerfen Sie lieber einen Weg, bei dem Ihre Zuleitungen weniger wahrscheinlich kurzschließen, 3M stellt Hochtemperatur-Isolierband auf Glasbasis her, in das Sie Ihre Leitungen einwickeln können. Und ehrlich gesagt bezweifle ich, dass die 4/0-Schweißkabelisolierung Sie versagen wird wie auch immer, aber Sie können die Verbindungspunkte abkleben.

Endlich mal eine hilfreiche Antwort. Danke schön. Ich habe den heißen Draht vorsorglich mit Hartplastikdraht umwickelt und bin sehr zuversichtlich, dass er nicht ausfallen wird, aber ich dachte, wenn ein Erdschlussschutzgerät zu einem vernünftigen Preis verfügbar wäre, würde ich es auch kaufen. Abgesehen davon übersteigt Ihre Lösung meine Fähigkeiten bei weitem - es scheint, als müsste ich nur würfeln.
Ehrlich gesagt würde ich die Würfel rollen lassen. Schützen Sie einfach die Verbindungspunkte. Das FI-Schließen der AC-Seite / w von der Stange ist keine schlechte Idee, wenn Ihr Wechselrichter dies nicht bereits tut.
Ja, der Wechselrichter hat eine eingebaute GFCI-Steckdose, und ich lief 10/2 SOOW zur Ladefläche, wo ich eine zusätzliche 20-A-GFCI- und 30-A-Generatorsteckdose (NEMA 14-30) montierte. Meine Sorge war, auf Straßenschutt zu stoßen, der aufwirbeln und den heißen Draht durchschneiden und möglicherweise dazu führen könnte, dass er gegen den Rahmen des Lastwagens kurzschließt. Angesichts der Art und Weise, wie ich die Kabel verlegt habe, und der Menge an physischem Schutz, die ich ihnen gewährt habe, scheint es ein äußerst unwahrscheinliches Szenario zu sein, aber wenn einige handelsübliche Hardware verfügbar wäre, um die Möglichkeit auszuschließen, wäre ich wahrscheinlich bereit, darin zu investieren .

Die Lösung besteht darin, jedes Kabel mit einem Leistungsschalter oder einer Sicherung mit geeignetem Nennwert zu schützen, um zu verhindern, dass das Kabel im Falle eines Kurzschlusses schmilzt.

Der Erdschlussschutz soll Menschen vor winzigen Strömen schützen, die durch eine Person mit hohem Widerstand vom Netz zur Erde fließen. Ein solcher Strom würde die Kabelschutzschalter nicht auslösen, sodass der GFCI auslöst. Es ist nur für Lecks zur Erde nützlich, aber dies ist eine übliche Art und Weise, wie Menschen geschockt werden. Es bietet keinen Schutz vor Live-to-Neutral-Kurzschlüssen.

Ihre Installation sollte an jedem Punkt sicher gegen Erdschluss sein. Wenn Sie ein Kabel mit großem Durchmesser und einer großen Sicherung haben, ist das in Ordnung, aber wenn Sie dann ein kleineres Kabel davon nehmen, benötigt das kleinere Kabel eine kleinere Sicherung, wo es beginnt. Dies geschieht normalerweise in einem Verteiler für das Stromnetz und einem Sicherungskasten in einem Fahrzeug. Kleine Sicherungen werden in das große 12-V-Verteilerfeld gesteckt, und von dort gehen die dünnen Drähte.

Mit Verlaub, das ist einfach ungenau. Die Annahme, dass ein Kurzschluss 4/0-Schweißkabel schmelzen würde, ist nicht vernünftig, und ich habe in meiner Frage ausdrücklich erklärt, dass es mir um Kurzschlüsse mit einem Widerstand geht, bei dem der Strom durch den Kurzschluss deutlich unter der Sicherungs- oder Trennleistung von 300 Ampere liegt . Solche Kurzschlüsse sind in Automobilanwendungen aufgrund der niedrigen Spannung üblich. Außerdem ist der Kurzschluss, den ich beschreibe, Live-zu-Masse, nicht Live-to-Neutral. GFCI bietet definitiv Schutz vor solchen Ereignissen, die Frage ist, ob ein solches Gerät für diese Anwendung existiert.
Wenn Ihre Quelle darauf beschränkt ist, weniger Strom zu erzeugen, als Ihr Kabel verarbeiten kann, warum eine Sicherung einbauen? Jedenfalls sagten Sie, Sie machten sich Sorgen, dass kleinere Geräte beschädigt würden, nicht das dicke Kabel. Schützen Sie sie in diesem Fall mit kleineren Sicherungen, nicht wahr?
Ich habe nichts über den Schutz von Geräten gesagt; Ich mache mir Sorgen über Folgendes: 1) Batterien, die leer sind, 2) Batterien, die aufgrund eines Kurzschlusses von bis zu 300 A explodieren, 3) ein Feuer, das aufgrund der Widerstandserwärmung von einem Kurzschluss von bis zu 300 A durch Körperteile entsteht oder Rahmen.
Ich sehe, wohin du gehst, aber ich denke, eine große Sicherung ist alles, was du brauchst. Wenn der Wechselrichter volle 300 A zieht, zieht ein Kurzschluss mehr. Wenn der Körper 300 A irgendwie nicht tragen kann, braucht er auch Schutz. Wie wäre es mit einer 100 A Sicherung in der Verbindung zwischen Batterieminus und Karosserie?
Ein schwacher Kurzschluss könnte definitiv weniger als 300 A ziehen. Stellen Sie sich vor, das Fahrzeug hatte einen Unfall und die Karosserie des Lastwagens wurde so verformt, dass sie die Isolierung des heißen Drahts einklemmt und durchschneidet und kaum Kontakt damit hat. Jetzt haben wir eine 12-V-Leitung mit Masseschluss gegen die lackierte LKW-Karosserie, die auch verschmutzt ist. Dies ist kein widerstandsloser Kurzschluss. Der Strom wird endlich sein und sehr wahrscheinlich weniger als 300 A betragen. Wie auch immer, die neutrale Leitung ist nicht das Problem, da meine Sorge ein Erdschluss ist.
Ich akzeptiere, dass dieses mysteriöse Gerät möglicherweise nicht existiert. Aber ich akzeptiere nicht, was manche Leute sagen, dass meine Bedenken völlig unbegründet sind oder dass die Sicherung den Schutz bietet, den ich brauche. Ich spreche aus Erfahrung in dieser Angelegenheit, da ich mich mit zahlreichen schwachen Kurzschlüssen befasst habe, die nicht annähernd schwerwiegend genug waren, um etwas zu schmelzen / zu schweißen, aber sicherlich ein Problem genug, dass meine Batterie zwischen dem Zeitpunkt, an dem ich meinen Truck nachts abschaltete, leer war und am nächsten Morgen, wenn ich gehen würde, um es zu starten.

Ein Fehlerstromschutzschalter ist NICHT das, was Sie brauchen. Sie benötigen eine Sicherung oder einen Leistungsschalter in geeigneter Größe.

Fehlerstromunterbrecher sind eine ganz andere Sache. Sie benötigen drei Anschlüsse: einen heißen, einen neutralen und einen Erdungsdraht. Der Strom fließt normalerweise nur durch heiß und neutral. Strom, der von heiß nach Erde fließt, bewirkt, dass der Fehlerstromschutzschalter auslöst.

Ihr DC-System ist heiß und geerdet. Kein Neutralleiter, daher ist ein Fehlerstromschutzschalter nicht möglich.

Sie erwähnen einen Wechselrichter. Ich nehme an, das bedeutet, dass Sie 120 VAC aus der 12 VDC-Versorgung machen.

Es kann sinnvoll sein, einen Fehlerstromschutzschalter auf der AC-Seite zu haben, wenn er geerdet, heiß und neutral ist. Aber das löst ein anderes Problem - es würde Sie vor bestimmten Fehlern auf der AC-Seite schützen.

Diese Antwort ist ein Duplikat der folgenden von @tomnexus und mein Kommentar zu seiner Antwort gilt auch hier. Das in meiner Frage beschriebene Problem wird dadurch nicht gelöst. Außerdem gibt es heiß/neutral/Masse: das 12-V-Kabel, das dedizierte Neutralkabel (durch das der gesamte Rückstrom fließen sollte) und der Rahmen/die Karosserie des Lastwagens ist Masse. Meine 300-A-Sicherung schützt das elektrische System und die Batterien nicht, wenn ein schwacher Kurzschluss zwischen dem stromführenden Kabel und dem Rahmen des Lastwagens auftreten sollte, wie ich in meiner Frage beschrieben habe.
Kein Duplikat - ich habe ein wenig erklärt, was ein Fehlerstromschutzschalter tut. Ein gcfi würde immer noch nicht helfen. Wie würden Sie den Stromfluss durch die gesamte Karosserie und den Rahmen messen? Und können Sie feststellen, ob es durch einen Kurzschluss in Ihrem Hochstromsystem oder ein Problem (oder normalen Betrieb) im regulären 12-V-System verursacht wird? Das kann man nicht wirklich sagen. Also ordentlich absichern und vielleicht ein Amperemeter in der Hochstromleitung.
Es ist überhaupt nicht notwendig, diese Menge zu messen. Der GFI würde über die stromführenden und neutralen Verbindungen installiert werden (ich wiederhole, dass es einen dedizierten Neutralleiter für den Wechselrichter gibt - sein Rückweg führt nicht durch den Rahmen); Jeder Stromunterschied zwischen dem stromführenden und dem neutralen Draht weist auf einen Fehler hin, der das mysteriöse Gerät auslösen sollte, das ich suche!
Ihre Masse ist kein separates Kabel, sondern der gesamte LKW. Sie können den Strom nicht "über" zwei Anschlüsse messen. Sie messen Strom "durch" einen Leiter. Dazu müssen Sie das Amperemeter in Reihe mit dem Leiter schalten. Das kannst du mit dem Neutralleiter machen. Wie beabsichtigen Sie, den Strom durch die LKW-Karosserie und den Rahmen zu messen?
Sie könnten eine Spannungsdifferenz zwischen Neutralleiter und Erde messen, aber Sie können sich nicht sicher sein, was sie bedeutet. Der LKW verwendet die Karosserie und den Rahmen als Rücklauf. Sie könnten also eine Spannungsdifferenz zwischen Ihrem Hochstrom "Neutral" und Masse messen, und dies könnte nur bedeuten, dass ein normaler Strom durch Körper und Rahmen fließt. Sie können es nicht sagen.
Das ist wiederum nicht richtig! Der Rücklauf ist der dedizierte Neutralleiter, der direkt mit dem Generatorgehäuse verbunden ist. Die Karosserie des Lastwagens ist ebenfalls damit verbunden, aber wenn kein Kurzschluss zwischen der heißen und der Karosserie / dem Rahmen besteht, fließt der GESAMTE Rückstrom durch den dedizierten Neutralleiter (auch wenn etwas in die Karosserie um das Gehäuse der Lichtmaschine herum austritt). es stellt Kontakt her).
Die meisten GFIs haben nur zwei Anschlüsse, live und neutral. Der Strom muss bei beiden gleich sein.

Da muss ich @tomnexus zustimmen. Sicherungen werden normalerweise verwendet, um Schmelzen oder kontinuierliche Lichtbogenüberschläge zu verhindern, sei es ein schmelzendes Kabel oder eine explodierende Batterie usw. GFCIs werden zur Sicherheit von Menschen verwendet, da selbst eine kleine Strommenge bei der richtigen Spannung ernsthafte Schäden verursachen kann. Das heißt, ich sehe Ihr Problem und was Sie versuchen zu tun, und es gibt keine einfache Lösung. In Ihrem Fall würde ich empfehlen, einfach zu hoffen, dass kein Kurzschluss auftritt, da jede vernünftige Lösung entweder unerschwinglich teuer oder komplex wäre.

Ich habe dieses Problem kürzlich bei einer der Batterien festgestellt, an denen ich arbeite. Es ist für eine Dauerleistung von 300 kW ausgelegt und verfügt über einen Überlastschutz in der Größenordnung von fast 500 kW. Ein 200-kW-Lichtbogenblitz ist ziemlich stark und sehr gefährlich, dies würde jedoch von der Elektronik als normaler Betrieb angesehen werden. Bei dieser Batterie gibt es eine ganze Reihe von Sensoren, darunter UV für Lichtbögen, Elektrolytsensoren zur Erkennung von gerissenen Zellen usw. Es ist jedoch immer noch ein sehr reales Problem und es gibt keine einfache Lösung.

Ich fürchte, die beste Lösung ist, einfach die stromführenden Drähte so gut wie möglich zu schützen und zu hoffen, dass nichts passiert. Es scheint, dass Sie eine ganze Reihe von Vorkehrungen getroffen haben, um dies zu verhindern, daher ist es sehr unwahrscheinlich, und ich würde mir keine allzu großen Sorgen machen, aber es ist immer eine Möglichkeit, und Sie können nicht viel mehr tun.

Fair genug, ich bin bereit zu akzeptieren, dass es möglicherweise keine kostengünstige Lösung gibt.
Lesen Sie dies einfach noch einmal durch - aus Neugier, welche Art von Batterien haben 300 kW abgegeben? Ich nehme an, dieses Ding muss ungefähr die Größe meines Trucks haben.
@Josh Es ist ungefähr 5'x5'x2' groß. Es hat eine Nennspannung knapp nördlich von 1 kV, also ist es ziemlich beängstigend.
Das ist ziemlich cool. Wie heißt diese Art von Technologie und wo kann ich darüber nachlesen? Wie verhalten sich kJ/kg und kJ/m^3 im Vergleich zu beispielsweise fossilen Brennstoffen wie Gas und Diesel?

Diese Antwort beantwortet Ihre Frage nicht direkt, bietet jedoch einen standardisierteren und möglicherweise besseren alternativen Ansatz.

OK, so wie ich es verstehe, besteht Ihr Hauptproblem hier darin, dass Sie sich Sorgen über eine Situation machen, in der eine große Stromentnahme aus dem elektrischen System des Fahrzeugs auftritt, die durch einen Kurzschluss verursacht wird, der nicht ausreicht, um eine Sicherung auszulösen.

Um dies zu lösen, erwägen Sie die Verwendung eines Zwei-Fehler-Schutzmechanismus in Form eines GFI. Das heißt, damit die Situation, die Sie zu vermeiden versuchen, eintritt, müssen Sie zwei Fehler haben. 1. Irgendwo ein Kurzschluss und 2. Ein Fehler im GFI.

Obwohl dieser Ansatz technisch gültig ist, sind die Kosten und die kommerzielle Verfügbarkeit von 300-A-DC-GFIs unerschwinglich. Das Erstellen einer selbst entwickelten Lösung ist möglich, aber das ist kein kleines Unterfangen, und Sie würden immer noch ein teures Schütz benötigen, um den Stromkreis zu unterbrechen, oder ein Brechstangenelement, um die Sicherung durchzubrennen.

Wie können Sie also einen Zwei-Fehler-Schutz bereitstellen, ohne einen aktiven Unterbrecher hinzuzufügen?

Dies geschieht traditionell durch doppelte Isolierung der Kabel und sogar dreifache Isolierung, wenn ein Schnittrisiko besteht. Wenn Sie einen zusätzlichen Schutz an den Kabeln haben, sodass sowohl der äußere Schutz als auch die Kabelisolierung selbst versagen müssen, haben Sie effektiv einen doppelten Fehlerschutz.

Das erste, was ich tun würde, ist, das Kabel mit einem Kabelkanal zu versehen. Polyamidschläuche sind ein wirklich robustes Material, leicht verfügbar und einfach zu verwenden. Mit 10-20 Cent pro Meter ist es auch sehr günstig.

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Fügen Sie außerdem überall dort, wo der Schlauch durch Löcher in Schotten usw. geführt wird, geeignetes Dichtungsstreifenmaterial hinzu, um den Schlauch vor scharfen Kanten zu schützen.Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Zum Schluss alles festbinden. Verschleiß durch Vibration und Bewegung ist der langfristige Ausfallmodus. Je weniger Dinge sich bewegen, desto länger wird es überleben. Verwenden Sie Zurrgurte und Clips, wo Sie können, und möglicherweise sogar Löcher in Schotten verstopfen.

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Letztendlich bieten Sie durch einen angemessenen Schutz Ihrer Verkabelung auf diese Weise nicht nur den gewünschten Schutz vor zwei Fehlern, sondern reduzieren auch die Wahrscheinlichkeit des primären Fehlers, vor dem Sie ursprünglich geschützt werden wollten, erheblich.

Alles gute Vorschläge. Ich habe einen Kabelbaum verwendet und die Isolierung ist sowieso gut 1/8 "dick. Ich habe einen Zugentlastungs-Klemmverbinder in dem Loch verwendet, das ich auf der Rückseite des Fahrerhauses gebohrt habe, also sollte das auch gut sein. Danke für den Beitrag.
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