漏電流檢測(cè)基本原理以及在電動(dòng)汽車充電樁中漏電流保護(hù)方法的選擇

一、漏電流的產(chǎn)生分類

一般漏電流分為四種,分別為:半導(dǎo)體元件漏電流、電源漏電流、電容漏電流和濾波器漏電流。

1、半導(dǎo)體原件漏電流

PN結(jié)在截止時(shí)流過(guò)的很微小的電流。D-S正向偏置,G-S反向偏置,導(dǎo)電溝道打開(kāi)后,D到S才會(huì)有電流流過(guò)。但實(shí)際上由于自由電子的存在,自由電子的附著在SIO2和N+、導(dǎo)致D-S有漏電流。

2、電源漏電流

開(kāi)關(guān)電源中為了減少干擾,按照國(guó)標(biāo),必須設(shè)有EMI濾波器電路。由于EMI電路的關(guān)系,使得在開(kāi)關(guān)電源在接上市電后對(duì)地有一個(gè)微小的電流,這就是漏電流。如果不接地,計(jì)算機(jī)的外殼會(huì)對(duì)地帶有110伏電壓,用手摸會(huì)有麻的感覺(jué),同時(shí)對(duì)計(jì)算機(jī)工作也會(huì)造成影響。

3、電容漏電流

電容介質(zhì)不可能絕對(duì)不導(dǎo)電,當(dāng)電容加上直流電壓時(shí),電容器會(huì)有漏電流產(chǎn)生。若漏電流太大,電容器就會(huì)發(fā)熱損壞。除電解電容外,其他電容器的漏電流是極小的,故用絕緣電阻參數(shù)來(lái)表示其絕緣性能;而電解電容因漏電較大,故用漏電流表示其絕緣性能(與容量成正比)。

對(duì)電容器施加額定直流工作電壓將觀察到充電電流的變化開(kāi)始很大,隨著時(shí)間而下降,到某一終值時(shí)達(dá)到較穩(wěn)定狀態(tài)這一終值電流稱為漏電流。i=kcu(μa);其中k值為漏電流常數(shù),單位為μa(v·μf)

4、濾波器漏電流

電源濾波器漏電流定義為:在額定交流電壓下濾波器外殼到交流進(jìn)線任意端的電流。

如果濾波器的所有端口與外殼之間是完全絕緣的,則漏電流的值主要取決于共模電容CY的漏電流,即主要取決于CY的容量。

由于濾波器漏電流的大小,涉及到人身安全,國(guó)際上各國(guó)對(duì)它都有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,對(duì)于是220V/50Hz交流電網(wǎng)供電,一般要求噪聲濾波器的漏電流小于1mA。

二、系統(tǒng)漏電檢測(cè)原理

大多數(shù)技術(shù)人員對(duì)接地故障電流檢測(cè)的GFCI傳感器非常熟悉,其檢測(cè)原理如下圖:

一個(gè)三相系統(tǒng),芯片式RCMU(漏電流監(jiān)控單元)被放置在母線上,最重要的是三根母線都隨機(jī)穿過(guò)RCMU的中間線孔。圖示系統(tǒng)沒(méi)有中線,是三相三線交流系統(tǒng)。如果是三相四線的系統(tǒng),若中線上不走電流,中線也可不必穿過(guò)RCMU。假設(shè)一個(gè)連接到一個(gè)480 / 277vac系統(tǒng)10A負(fù)載,RCMU將同時(shí)測(cè)量它。根據(jù)基爾霍夫定律,傳入和傳出的電流會(huì)互相抵消。三根母線的電流矢量和應(yīng)該為零。從圖中可知,不考慮方向的情況下:10A - 5A - 4A = 1A,也就是此事該系統(tǒng)線路上的漏電流值為1A。RCMU基于芯片式的設(shè)計(jì)原理,與無(wú)源的互感器區(qū)別是:對(duì)于不同的漏電成分都能夠檢測(cè),屬于Type-B RCMU。說(shuō)到這里,簡(jiǎn)單的回顧下漏電流類型。

1)AC 型漏電保護(hù)器:

AC 型漏電保護(hù)器是針對(duì)工頻正弦漏電電流研發(fā)設(shè)計(jì)的,對(duì)突然施加及緩慢上升的正弦漏電電流都能可靠保護(hù)。

2)A 型漏電保護(hù)器:

A 型漏電保護(hù)器除對(duì)正弦漏電信號(hào)能夠可靠保護(hù)外,還能對(duì)含有脈動(dòng)直流分量的漏電信號(hào)進(jìn)行可靠保護(hù)。

3)B 型漏電保護(hù)器:

B型漏電保護(hù)器對(duì)正弦交流信號(hào)、脈動(dòng)直流信號(hào)和平滑信號(hào)都能可靠保護(hù)

三、電動(dòng)汽車充電樁中的漏電流保護(hù)應(yīng)用

1、電動(dòng)汽車充電樁一共有4種模式:

1)模式一:

充電不受控制

電源接口:普通電源插座

充電接口:專用充電接口

In≤8A;Un:AC 230,400V

電源側(cè)提供相線、中性線和接地保護(hù)的導(dǎo)體

電氣安全依賴供電電網(wǎng)的安全保護(hù),安全性差,GB/T 18487.1-2標(biāo)準(zhǔn)中予以淘汰

2)模式二:

充電不受控制

電源接口:普通電源插座

充電接口:專用充電接口

In<16A;Un:AC 230

功率與電流:2Kw(1.8Kw)8A 1Ph;3.3Kw(2.8Kw)13A 1Ph

接地保護(hù),過(guò)流(超溫)

電源側(cè)提供相線、中性線和接地保護(hù)的導(dǎo)體

帶保護(hù)裝置/控制的功能

電氣安全依靠供電電網(wǎng)的安全基本保護(hù)和IC-CPD的保護(hù)

3)模式三:

輸入電源:低壓交流電

充電接口:專用充電接口

In<63A;Un:AC 230,400V

功率與電流3.3Kw 16A 1Ph;7Kw 32A 1Ph;40Kw 63A 3Ph

接地保護(hù)過(guò)流

電源側(cè)提供相線、中性線和接地保護(hù)的導(dǎo)體

帶保護(hù)裝置/控制的功能,插頭集成在充電樁上

電氣安全基于專用充電樁及樁-車之間的引導(dǎo)檢測(cè)

4)模式四:

控制充電

站樁式充電機(jī)

功率15KW,30KW,45KW,180KW,240KW,360KW(充電電壓和電流依賴于模塊大小)

帶監(jiān)測(cè)保護(hù)裝置/控制的功能集成到樁上

內(nèi)置的充電站充電電纜

如圖3.1.7四種充電模式中的漏電流保護(hù)點(diǎn):

2、針對(duì)充電樁中的結(jié)構(gòu)區(qū)分為:

1)模塊式的漏電保護(hù)設(shè)計(jì)方法

舉例討論模式二的充電樁,也稱之為IC-CPD(線上充電引導(dǎo)盒)和模式三的漏電保護(hù)應(yīng)用,實(shí)物如圖3.2.1

根據(jù)目前IEC62752的漏電保護(hù)要求,其可設(shè)采用Type A模塊+直流6mA的模塊來(lái)或者直接Type B漏進(jìn)行保護(hù)。對(duì)于模式二IC-CPD的設(shè)計(jì)體積要求,目前基本上都采用Type B的RCMU進(jìn)行設(shè)計(jì)。如圖3.2.2 MAGTRON Type B的RCMU設(shè)計(jì)應(yīng)用方案

對(duì)于模式三交流樁,針對(duì)功率小的單相樁,同樣可以采用模塊式Type B型的漏電流進(jìn)行保護(hù),其效果等同于B型RCCB。如圖3.2.3

2)RCD斷路器保護(hù)設(shè)計(jì)方法

對(duì)于功率較大的充電樁,模塊式的漏電流傳感器滿足不了原邊母線上的大電流電通過(guò),由于大功率樁內(nèi)體積相比要求不高,可以直接選用B型的RCCB進(jìn)行保護(hù)如圖3.2.4。但是,目前普遍的B型RCCB成本相對(duì)較高,也可以暫時(shí)選用Type A/Type F+DC 6mA的模式如圖3.2.5進(jìn)行保護(hù)。

這里借鑒本人之前的文章重新回顧RCD的分類和選型

四、RCD的分類

1、根據(jù)級(jí)數(shù)和電流回路數(shù)分

單級(jí)兩個(gè)電流回路、二級(jí)、三級(jí)、三級(jí)四個(gè)電流回路、四級(jí)RCD

2、RCD按防誤動(dòng)作性能有如下分類

正常耐誤脫扣能力的RCD(一般型)

增強(qiáng)耐誤脫扣能力的RCD(S型)

3、根據(jù)(出現(xiàn)剩余電流時(shí))延時(shí)分

無(wú)延時(shí)的RCD

有延時(shí)的RCD

4、根據(jù)有直流分量的工作狀況分

AC型RCD

A型RCD

5、單相220V電路,選用2P或1P+N型

6、三相三線制380V電源供電的電氣設(shè)備，選用三級(jí)三線制(3P)RCD

3P型RCD只能用于無(wú)中性線的三相三線配電系統(tǒng)中

7、三相四線制380V電電源的電氣設(shè)備,或單項(xiàng)設(shè)備和三相設(shè)備公用的電路,應(yīng)選用三極四線制(3P+N),或四極四線制(4P)的RCD

總而言之,電動(dòng)汽車充電樁中最終的保護(hù)方式都將嚴(yán)格執(zhí)行Type B型的保護(hù)要求。

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