一、漏電流的產生分類
一般漏電流分為四種,分別為:半導體元件漏電流、電源漏電流、電容漏電流和濾波器漏電流
1、半導體原件漏電流
PN結在截止時流過的很微小的電流。D-S正向偏置,G-S反向偏置,導電溝道打開后,D到S才會有電流流過。但實際上由于自由電子的存在,自由電子的附著在SIO2和N+、導致D-S有漏電流。
2、電源漏電流
開關電源中為了減少干擾,按照國標,必須設有EMI濾波器電路。由于EMI電路的關系,使得在開關電源在接上市電后對地有一個微小的電流,這就是漏電流。如果不接地,計算機的外殼會對地帶有110伏電壓,用手摸會有麻的感覺,同時對計算機工作也會造成影響。
3、電容漏電流
電容介質不可能絕對不導電,當電容加上直流電壓時,電容器會有漏電流產生。若漏電流太大,電容器就會發熱損壞。除電解電容外,其他電容器的漏電流是極小的,故用絕緣電阻參數來表示其絕緣性能;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始很大,隨著時間而下降,到某一終值時達到較穩定狀態這一終值電流稱為漏電流。i=kcu(μa);其中k值為漏電流常數,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,國際上各國對它都有嚴格的標準規定,對于是220V/50Hz交流電網供電,一般要求噪聲濾波器的漏電流小于1mA。
二、系統漏電檢測原理
大多數技術人員對接地故障電流檢測的GFCI傳感器非常熟悉,其檢測原理如下圖:
一個三相系統,芯片式RCMU(漏電流監控單元)被放置在母線上,最重要的是三根母線都隨機穿過RCMU的中間線孔。圖示系統沒有中線,是三相三線交流系統。如果是三相四線的系統,若中線上不走電流,中線也可不必穿過RCMU。假設一個連接到一個480 / 277vac系統10A負載,RCMU將同時測量它。根據基爾霍夫定律,傳入和傳出的電流會互相抵消。三根母線的電流矢量和應該為零。從圖中可知,不考慮方向的情況下:10A - 5A - 4A = 1A,也就是此事該系統線路上的漏電流值為1A。RCMU基于芯片式的設計原理,與無源的互感器區別是:對于不同的漏電成分都能夠檢測,屬于Type-B RCMU。說到這里,簡單的回顧下漏電流類型。
1)AC 型漏電保護器:
AC 型漏電保護器是針對工頻正弦漏電電流研發設計的,對突然施加及緩慢上升的正弦漏電電流都能可靠保護。
2)A 型漏電保護器:
A 型漏電保護器除對正弦漏電信號能夠可靠保護外,還能對含有脈動直流分量的漏電信號進行可靠保護。
3)B 型漏電保護器:
B型漏電保護器對正弦交流信號、脈動直流信號和平滑信號都能可靠保護
三、電動汽車充電樁中的漏電流保護應用
1、電動汽車充電樁一共有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
•電源側提供相線、中性線和接地保護的導體
電氣安全依賴供電電網的安全保護,安全性差,GB/T 18487.1-2標準中予以淘汰
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,過流(超溫)
•電源側提供相線、中性線和接地保護的導體
•帶保護裝置/控制的功能
電氣安全依靠供電電網的安全基本保護和IC-CPD的保護
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
•接地保護過流
•電源側提供相線、中性線和接地保護的導體
•帶保護裝置/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-車之間的引導檢測
4)模式四:
控制充電
•站樁式充電機
•功率15KW,30KW,45KW,180KW,240KW,360KW(充電電壓和電流依賴于模塊大小)
•帶監測保護裝置/控制的功能集成到樁上
•內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點:
2、針對充電樁中的結構區分為:
1)模塊式的漏電保護設計方法
舉例討論模式二的充電樁,也稱之為IC-CPD(線上充電引導盒)和模式三的漏電保護應用,實物如圖3.2.1
根據目前IEC62752的漏電保護要求,其可設采用Type A模塊+直流6mA的模塊來或者直接Type B漏電流傳感器進行保護。對于模式二IC-CPD的設計體積要求,目前基本上都采用Type B的RCMU進行設計。如圖3.2.2 MAGTRON Type B的RCMU設計應用方案
對于模式三交流樁,針對功率小的單相樁,同樣可以采用模塊式Type B型的漏電流傳感器進行保護,其效果等同于B型RCCB。如圖3.2.3
2)RCD斷路器保護設計方法
對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,由于大功率樁內體積相比要求不高,可以直接選用B型的RCCB進行保護如圖3.2.4。但是,目前普遍的B型RCCB成本相對較高,也可以暫時選用Type A/Type F+DC 6mA的模式如圖3.2.5進行保護。
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、根據級數和電流回路數分
單級兩個電流回路、二級、三級、三級四個電流回路、四級RCD
2、RCD按防誤動作性能有如下分類
正常耐誤脫扣能力的RCD(一般型)
增強耐誤脫扣能力的RCD(S型)
3、根據(出現剩余電流時)延時分
無延時的RCD
有延時的RCD
4、根據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
3P型RCD只能用于無中性線的三相三線配電系統中
7、三相四線制380V電電源的電氣設備,或單項設備和三相設備公用的電路,應選用三極四線制(3P+N),或四極四線制(4P)的RCD
總而言之,電動汽車充電樁中最終的保護方式都將嚴格執行Type B型的保護要求。
Magtron是All Programamble PGA Sensor、磁電傳感SoC的全球領先企業,致力于實現新一代更智能的、高功率密度和差異化的磁電傳感系統方案。在整個行業向工業物聯網和傳感智能化的大趨勢推動下,Magtron的創新技術Quadcore,RCMU,iShunt等創新技術使得磁電傳感,特別是電流傳感器應用既高度集成易用,同時實現高功率密度化,也首次實現傳感器高速軟件化。
本文由Magtron工程師：John Fang 授權發布，如需轉載請聯系MAGTRON公司~！
