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直流漏电保护技术及SoC方案

导读: 电气接线装置被设计成当检测到通电(线路)导体和返回(中性)导体之间的电流不平衡时(如图1.1),快速和自动地断开电路。电流泄漏可能导致电击造成的伤害或死亡,特别是如果泄漏的电流通过人体的躯干。

◆剩余电流概述◆Magtron ASIC 方案结构◆B型开关产品分析◆新能源汽车充电桩B型RCD的技术需求◆Magtron 漏电开关整体解决方案简介一、剩余电流概述

1.1 剩余电流在线路中的存在

电气接线装置被设计成当检测到通电(线路)导体和返回(中性)导体之间的电流不平衡时(如图1.1),快速和自动地断开电路。电流泄漏可能导致电击造成的伤害或死亡,特别是如果泄漏的电流通过人体的躯干。大约30mA的电流潜在,足以引起心脏骤停或严重伤害。

1.2 剩余电流检测类型

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ype AC: 正弦交流剩余电流

Type A:

包含AC型波形;

脉动直流剩余电流(叠加6mA平滑直流剩余电流)

Type F:

包含A型(叠加电流改为叠加10mA平滑直流剩余电流);

由相线和中性线或者相线和接地的中间导体供电的电路中突然施加或缓慢上升的复合剩余电流

Type B:

包含F所有波形——在交流剩余电流上叠加0.4倍额定剩余动作电流(IΔn) 的平滑直流剩余电流或10 mA的平滑直流剩余电流 (两者取较大值);

1kHZ及以下正弦交流剩余电流;交流剩余电流叠加平滑直流剩余电流;平滑直流剩余电流。

Type B+: 包含B型所有波形;20kHZ及以下正弦交流剩余电流。

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1.3 剩余电流发生情况——举例变频电机驱动

一个三相驱动系统来驱动可变速度运行异步电动机(如图电路由整流、逆变组成),根据故障位置不同会产生不同的剩余电流。可能发生在直流部分,产生平滑的直流漏电;逆变部分产生交直混合流漏电;后端会产生高谐波含量的高频接地故障电流(如图波形); 因此系统中至少用B型剩余电流装置检测。

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二、Magtron ASIC 技术方案2.1 ASIC技术

Programmable Gain:

Vout=Vref+Vout*(GAIN/PGA)

Vout=2.5V+2.028*(2/2.028)V

=4.5V

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三、B型开关产品分析3.1除了A型和AC型之外,目前的漏电检测要求:

1)F型剩余电流装置

如符合IEC 61008-1或IEC 61009-1中的A型那样确保脱扣,此外还能在下列电流下确保脱扣的剩余电流装置:

——由相线和中性线或者相线和接地的中间导体供电的电路中突然施加或缓慢上升的复合剩余电流;

——脉动直流剩余电流叠加10 mA平滑直流剩余电流。

2)B型剩余电流装置

如F型那样确保脱扣,此外还能在下列电流下确保脱扣的剩余电流装置:

——1 000 Hz 及以下的正弦交流剩余电流;

——在交流剩余电流上叠加0.4倍额定剩余动作电流(IΔn) 的平滑直流剩余电流或10 mA的平滑直流剩余电流 (两者取较大值);

——在脉动直流剩余电流上叠加0.4倍额定剩余动作电流(IΔn)的平滑直流剩余电流或10 mA的平滑直流剩余电流 (两者取较大值)

3.2 B型产品的现状

1)国内现状

·国内对于新型保护需求的领域,因受限于现有产品的单一性,仍用AC型、A型替代保护。

·随着新能源充电桩市场的发展,B型产品的市场需求愈发明显,典型的代表企业如常熟开关,正泰电器已经陆续推出B型产品。

·B型的标准已经逐步跟上国际发展的方向(GB 22794)。

2)国外现状

·起步于以德国为主的西欧市场,Siemens、Doepke、Bender等公司最早展开B型剩余电流检测装置的研制,之后ABB、Sehneider等代表企业相继推出带平滑直流检测功能的B型产品。

·B型产品在欧洲市场应用广泛。

·应用的研究深入,标准相对成熟。

3)B型产品价格高昂的因素。

·相对成熟产品几乎被国外产品垄断,导致单只产品的价格高昂。

·国内下游B型RCMU(剩余电流检测装置)元器件成熟企业稀少,国外B型RCMU产品价格高居不下,B型开关产品的开发收到限制。

3.3 B型RCD断路器应用方案

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四、新能源充电桩B型RCD的技术需求

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4.1 模式二(IC-CPD)相关标准(IEC62752)

1)标准额定剩余动作电流的值(In)——5.3.3

0,006 A–0,01 A–0,015 A–0,02 A–0,03 A

2)额定剩余不动作电流标准值——5.3.4

交替的剩余不动作电流标准值为0.5In;

当有保护导体传递时,30mA的漏电流检测可以降低到1/4。

3)额定频率的值

标准要求工频50/60Hz(具体根据各个国家电网要求)——5.3.5。

(测试要求里面所涉及到针对某个剩余电流检测点的高频需求,这里的高频信号只是测试IC-CPD时候的外界施加的干扰信号)

4.2 额定频率下交流残余电流断开时间的极限值(IEC62752)

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4.3 平滑直流残余电流断开时间的极限值

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4.4 平滑直流残余电流断开时间的极限值

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4.5 国内标准情况

我们国内的标准也随着行业的进步在不断更新,最新起草的CQC认证中已将检测6mA平滑直流电的要求写进规范要求(如下图节选)。

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4.6 B型RCD IC-CPD应用方案五、Magtron 漏电开关整体解决方案简介

5.1 漏电检测核心和整体方案

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5.2 在VDE0126-1-1中,指出对突变漏电流要求的响应时间如表所示:

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摘自VDE0126-1-1 4.7.1章节

并且《光伏发电并网逆变器技术规范》的规定内容:

a)连续残余电流。如果连续残余电流超过如下限值,逆变器应当在0.3s内断开并发出故障发生信号;

1)对于额定输出小于或等于30KVA的逆变器,300mA;

2)对于额定输出大于30KVA的逆变器,10mA/KVA。

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