優(yōu)化工業(yè)殘余電流監(jiān)測(cè)：智能警報(bào)閾值與高效系統(tǒng)保護(hù)

保護(hù)目標(biāo)

目前，越來越多的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備都配備了剩余電流測(cè)量裝置。 這種監(jiān)測(cè)措施主要用于實(shí)現(xiàn)斷層和植物保護(hù)目標(biāo)。 在某些特殊情況和條件下，還可以通過符合 IEC 62020 標(biāo)準(zhǔn)的剩余電流監(jiān)控器來映射防火保護(hù)。

除了這些保護(hù)目標(biāo)外，根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，還可以避免作為固定裝置定期檢查一部分的絕緣測(cè)量。

額定電流為 270 A 的生產(chǎn)設(shè)備的剩余電流值

生產(chǎn)設(shè)備大多是復(fù)雜的電氣系統(tǒng)，由不同的電氣設(shè)備組合而成。 在大多數(shù)情況下，PLC 負(fù)責(zé)控制。 雖然單個(gè)電氣設(shè)備的系統(tǒng)相關(guān)泄漏電流受標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)管，但在復(fù)雜的系統(tǒng)中可能會(huì)出現(xiàn)更大的系統(tǒng)相關(guān)泄漏電流。 通常，這些是電容濾波電流，可將諧波成分消散到保護(hù)接地導(dǎo)體中。

在工業(yè)環(huán)境中的生產(chǎn)設(shè)備上檢測(cè)到以下振蕩圖。 可以檢測(cè)到一個(gè)基本振蕩，在 20 毫秒的時(shí)間間隔內(nèi)振蕩了三次。因此，在 FFT 分析中，預(yù)計(jì)最大振幅出現(xiàn)在 150 赫茲處。

由于這些數(shù)值往往很高，因此無法使用傳統(tǒng)的 RCD 來保護(hù)系統(tǒng)的人身安全或防火。 因此，我們干脆省略了可自由接入的插座和相關(guān)的 RCD 個(gè)人保護(hù)裝置。

現(xiàn)在的問題是，如何在剩余電流測(cè)量中處理與系統(tǒng)相關(guān)的較高剩余電流，特別是因?yàn)樵谙到y(tǒng)的各種運(yùn)行狀態(tài)下，很少能建立穩(wěn)定的幅值。 下圖中的測(cè)量值來自一家額定電流為 270 A 的大型制造廠。

如何找到合理的警報(bào)閾值

相對(duì)較大的電流值主要是由于單個(gè)設(shè)備的電容濾波電流造成的。 變頻器是造成這種情況的主要原因。 如果將這些測(cè)得的剩余電流值與 PLC 內(nèi)部的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)聯(lián)系起來，就可以確定設(shè)備的正常狀態(tài)。

該程序可對(duì)設(shè)備進(jìn)行智能監(jiān)控。 也可以用這種方法將開機(jī)峰值宣布為正常狀態(tài)。 不再需要對(duì)用于植物保護(hù)的單個(gè)設(shè)備進(jìn)行成本高昂的單獨(dú)監(jiān)控。

不過，一般來說，還應(yīng)該注意的是，這種溶液未被批準(zhǔn)用于個(gè)人防護(hù)。 如下圖所示，由于增加了電容和電阻電流矢量，TRMS 信號(hào)中的高電容電平幾乎檢測(cè)不到 15 至 30 mA 的電平。

如果沒有 30 mA 電阻分量(IRC)，剩余電流為 250 mA(IRC)。 如果電阻分量增加到 30 mA，則總剩余電流僅為 251.8 mA。

下面將以相同有效值的振蕩圖來說明問題。

電容電流滯后電阻分量 90° 或 5 毫秒。如果電容泄漏電流的頻率較高，是導(dǎo)體中 50 赫茲基頻的整數(shù)倍，如上述 150 赫茲的例子，那么即使 50 赫茲和 150 赫茲信號(hào)之間有不同的偏移，問題也幾乎不會(huì)改變。

對(duì)于相位偏移 90° 或 5 ms 的所有電容電流信號(hào)以及 50 Hz 的所有整數(shù)倍信號(hào)，TRMS 隨電阻電流增加而增加的百分比如下式所示。

在 PLC 控制系統(tǒng)中選擇報(bào)警閾值時(shí)應(yīng)考慮到這些關(guān)系。 在我們的表格中，如果相同的保護(hù)目標(biāo)仍然有效，則必須對(duì)數(shù)值進(jìn)行如下更改。

在一些項(xiàng)目中，測(cè)量到的剩余電流值還通過能量測(cè)量模塊與 PLC 和相應(yīng)的相電流相連。

在某些應(yīng)用中，100 Hz 或 2 kHz 以上的頻率成分被刻意省略。 該設(shè)置可在達(dá)尼森剩余電流監(jiān)控器的操作終端上進(jìn)行。 這樣，頻率較高的電容頻率成分只能以強(qiáng)阻尼形式計(jì)入 TRMS 值。

這樣，與系統(tǒng)相關(guān)的泄漏電流往往可以減少，電阻故障電流的變化也更容易被檢測(cè)到。 這一程序似乎是合理的，因?yàn)閭鹘y(tǒng) RCD 和 RCM 的繼電器功能也可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)較高頻率成分進(jìn)行總體抑制。

結(jié)論

就成本和改造而言，對(duì)工業(yè)制造廠的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行單獨(dú)監(jiān)控往往是不可能的。 一個(gè)很好的替代方法是測(cè)量主連接，并將 4-20 mA 輸出端與 PLC 連接。 這樣，浪涌電流峰值和更高電平就可以與每個(gè)受控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)聯(lián)系起來。 因此，可以更容易地檢測(cè)到 50 赫茲的危險(xiǎn)電阻電流成分。 可能有必要抑制與系統(tǒng)相關(guān)的大殘余電流，以獲得更好的電容電流和電阻電流比。 為充分分析給定的差分電流，建議使用 SRCMH070IB+ 變體和免費(fèi)分析軟件。