Abstract: Recently it’s complained some times by our customs that the earth leakage circuit breaker installed before the vary frequency converter especially Danfoss. The ELCB tended to trip at the moment switched on. The document will discuss it from the scheme of the VFD，and introduce the corresponding resulotion.
最近，經(jīng)常有用戶反映，變頻器前端加裝漏電保護(hù)開關(guān)時(shí)遇到問題，尤其是丹佛斯變頻器，一送電漏電保護(hù)開關(guān)就會動(dòng)作。本文將根據(jù)變頻器的設(shè)計(jì)原理對此問題進(jìn)行深入分析，并且提出相應(yīng)的解決方案。
關(guān)鍵詞：
ELCB ： Earth Leakage Circuit Breaker 漏電保護(hù)斷路器
RCD： Residual Current Device 剩余電流保護(hù)器
一、用電安全要求的保護(hù)
人身安全：
防止用電事故，一般是通過電器和設(shè)備的可靠制造--即通過基礎(chǔ)絕緣--來確保安全性。然而當(dāng)基礎(chǔ)絕緣受到損壞時(shí)，可能引起的故障就需要有防止過高人身電流的補(bǔ)充保護(hù)措施。
在防止危險(xiǎn)的身體電流時(shí)，必須區(qū)分為直接接觸與間接接觸。在間接接觸時(shí)，電氣設(shè)備上出現(xiàn)絕緣故障而產(chǎn)生的剩余電流是經(jīng)過保護(hù)地線(PE線)而流向大地的。在出現(xiàn)故障時(shí)，如有人正好觸及含有故障的電器，則當(dāng)事人就與故障回路相并聯(lián)。根據(jù)保護(hù)導(dǎo)線/人體的電阻比例，最大部分的電流流經(jīng)保護(hù)地線。
另一種情況是，由于粗心大意而直接觸及在正常工作是帶電的部件或者觸及了外界的，不接地的導(dǎo)電部件，而在故障情況下又是帶電的部件。人在這里充當(dāng)著保護(hù)導(dǎo)線的作用，剩余電流流過人體，導(dǎo)致觸電。
防火：
短路或接地短路，尤其當(dāng)故障回路具有相當(dāng)高的電阻出現(xiàn)在電弧位置上時(shí)，這種“不完全的”短路或接地短路就具有火災(zāi)危險(xiǎn)性。由于出現(xiàn)的剩余電流有時(shí)甚至遠(yuǎn)低于前接過流保護(hù)裝置的額定電流，所以不能指望過電流保護(hù)裝置(如小型斷路器或熔斷器)來分?jǐn)噙@類故障。
剩余電流保護(hù)器能在這方面提供全面保護(hù)。在DIN VDE 0100-720中，對含有火災(zāi)危險(xiǎn)的工作場所，為了防止由于絕緣故障而引起的火災(zāi)，已規(guī)定了下述要求：只能采用額定剩余動(dòng)作電流最大為0.5A的剩余電流保護(hù)器作為預(yù)防措施。為了更可靠地防火，在實(shí)踐中大多數(shù)使用額定剩余動(dòng)作電流I△N≤0.3A的剩余電流保護(hù)器。
二、普通剩余電流保護(hù)器的功能及原理
普通剩余電流保護(hù)器工作原理
如圖，剩余電流保護(hù)器對正常的負(fù)載電流不予檢測，但它能檢測出主回路中對保護(hù)地線PE的剩余電流(漏電流)，這種電流多數(shù)是因?yàn)橛秒娫O(shè)備絕緣損壞而產(chǎn)生的。
剩余電流保護(hù)器的首要功能是對有致命危險(xiǎn)的人身觸電提供間接接觸保護(hù)，額定剩余動(dòng)作電流I△N≤30mA的剩余電流保護(hù)器在其他保護(hù)措施失效時(shí)，也可作為直接接觸的補(bǔ)充保護(hù)，但不能作為唯一的直接接觸保護(hù)。
三、變頻器產(chǎn)生的剩余電流
變頻器會產(chǎn)生相當(dāng)大的對地漏電流，這是由變頻器的輸出固有電壓特性決定的。變頻器輸出的PWM電壓波形含有大量諧波，這些諧波會通過電機(jī)繞組的對地寄生電容和電機(jī)電纜線的對地寄生電容產(chǎn)生出對地漏電流。
上述漏電流可能會遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于50mA，而實(shí)際的具體數(shù)據(jù)，將與以下幾個(gè)因素有關(guān)：
1.電機(jī)電纜線的長度;
2.電機(jī)電纜線是否有屏蔽;
3.變頻器的調(diào)制頻率;
4.是否使用無線電射頻干擾(RFI)濾波器;
5.電機(jī)是否接地。
四、丹佛斯變頻器的設(shè)計(jì)特點(diǎn)
丹佛斯變頻器原理圖
1. 根據(jù)圖示，丹佛斯變頻器在輸入側(cè)的相間與線地之間都設(shè)計(jì)安裝了吸收保護(hù)電容，由于丹佛斯變頻器支持內(nèi)置的RFI濾波器，因此在整流單元后面也設(shè)計(jì)安裝了吸收保護(hù)電容。由圖可見，兩組吸收保護(hù)電容都接地。
2. 根據(jù)漏電保護(hù)器的原理和丹佛斯變頻器的設(shè)計(jì)可見，當(dāng)變頻器送電時(shí)，主回路要對那些吸收保護(hù)電容充電，瞬間會產(chǎn)生相當(dāng)大的對地漏電流。
3. 丹佛斯變頻器在設(shè)計(jì)上的優(yōu)越性：
憑此設(shè)計(jì)，丹佛斯變頻器可以保證完全滿足EMC電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)EN55011 1A/1B的要求;
由于有幾組的電容保護(hù)，丹佛斯變頻器可以承受較大的來自電網(wǎng)的電壓突波，比如雷擊等，而不至于損壞;
五、結(jié)論：
1. 變頻器在運(yùn)行時(shí)，視實(shí)際電機(jī)接線情況，可能產(chǎn)生遠(yuǎn)大于50mA的漏電流;
2. 丹佛斯變頻器由于其設(shè)計(jì)中的固有特點(diǎn)，在送電瞬間會產(chǎn)生相當(dāng)大的漏電流;
3. 普通剩余電流保護(hù)器不適用于保護(hù)變頻器，特別是電磁兼容性能較好的丹佛斯VLT系列變頻器。
六、適用于變頻器類負(fù)載的剩余電流保護(hù)器：
早期使用的剩余電流保護(hù)器，根據(jù)實(shí)際要求，只在正弦交流剩余電流時(shí)才脫扣。由于在工業(yè)用電設(shè)備中，三相橋式整流的電路應(yīng)用日益增多，這類電路在發(fā)生故障時(shí)出現(xiàn)的是平滑直流型或略帶紋波的平滑直流剩余電流。
普通交流和脈動(dòng)直流敏感型剩余電流保護(hù)器并不能檢測和分?jǐn)噙@類直流剩余電流。因此在故障時(shí)產(chǎn)生這類剩余電流的用電設(shè)備只允許使用全電流敏感型剩余電流保護(hù)器。全電流敏感型剩余電流保護(hù)器，用于交流型和脈動(dòng)直流型剩余電流時(shí)是采用DIN VDE0664的規(guī)定，對于平滑直流型剩余電流則采用IEC60479的規(guī)定。全電流敏感型剩余電流保護(hù)器滿足國際標(biāo)準(zhǔn)IEC60755修訂版“剩余電流動(dòng)作保護(hù)裝置—B型的一般要求”。
國際電工協(xié)會(IEC)早在1992年就根據(jù)剩余電流保護(hù)器的動(dòng)作特性，將剩余電流保護(hù)器分為：AC、A、B型。
AC型— 對突然施加或緩慢上升的交流正弦波剩余電流能可靠脫扣
A型 — 對突然施加或緩慢上升的交流正弦波剩余電流，脈動(dòng)直流剩余電流和脈動(dòng)直流剩余電流疊加0.006A平滑直流能可靠脫扣
B型 — 全電流剩余電流保護(hù)型
全電流保護(hù)型剩余電流保護(hù)器工作原理
根據(jù)IEC60755 第二次修訂版以及德國電氣協(xié)會DIN VDE0664-100標(biāo)準(zhǔn)，B型剩余電流保護(hù)器應(yīng)具備以下的特點(diǎn)：
在送電的瞬間不動(dòng)作;
在設(shè)備長時(shí)間運(yùn)行過程中，漏電保護(hù)動(dòng)作值為300mA;
完全適用于剩余電流含直流分量的場合。
由此可見，B型剩余電流保護(hù)器充分考慮到了電磁兼容性變頻器的特點(diǎn)，很好地解決了具有三相整流裝置的電氣設(shè)備的漏電保護(hù)問題。
七、丹佛斯變頻器漏電保護(hù)的解決方案：
1. 建議采用符合IEC60755，或DIN VDE0664-100標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的B型剩余電流保護(hù)器。
例如：西門子5SM系列漏電保護(hù)開關(guān)，B型，額定電流16—63A
2. 如果不具備安裝專用剩余電流保護(hù)器的條件，則可以不在變頻器前端安裝漏電保護(hù)開關(guān)。但是，為了符合EN50178安全標(biāo)準(zhǔn)，必須保證變頻器可靠接地，接地線的導(dǎo)線截面積要為普通接地線的2倍或至少10mm2以上，以免造成人身傷害。
中國國家標(biāo)準(zhǔn)目前還沒有單獨(dú)的B型剩余電流保護(hù)器的分類，但根據(jù)GB 6829-1995，
額定剩余電流動(dòng)作的值有0.006，0.01，0.03，0.05，0.1，0.3，0.5，1，3，5，10，20A這幾個(gè)規(guī)格;用于間接接觸保護(hù)的剩余電流保護(hù)器可以延時(shí)動(dòng)作，延時(shí)時(shí)間有0.2，0.4，0.8，1，1.5，2秒這幾個(gè)規(guī)格。因此可以選用額定剩余動(dòng)作電流值為0.3A，動(dòng)作延時(shí)0.4-1秒左右的剩余電流保護(hù)器作丹佛斯變頻器的漏電保護(hù)。
國內(nèi)生產(chǎn)的剩余電流保護(hù)器主要型號有JD1、JD3、DBL等。其中JD1是電磁式剩余電流繼電器，額定電壓380V，額定電流200A，額定剩余動(dòng)作電流為30、100mA和300mA，分?jǐn)鄷r(shí)間不小于0.2s。JD3為電子式剩余電流繼電器，額定電壓380V，額定電流100～800A，額定剩余動(dòng)作電流從30mA～1A分級可調(diào)，分?jǐn)鄷r(shí)間分一般型和延時(shí)型兩種。一般型的分?jǐn)鄷r(shí)間不大于0.2s，延時(shí)型的延時(shí)時(shí)間有0.2、0.4、0.8s和1s等幾種。
(在實(shí)際應(yīng)用中，據(jù)說有些用戶采用完全電磁式的ELCB，額定剩余電流動(dòng)作值為0.3A的ELCB，效果就不錯(cuò))。
參考資料：
[1] 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)——剩余電流動(dòng)作保護(hù)器的一般要求. GB6829-1995
[2] VLT2800系列變頻器設(shè)計(jì)指南. (MG.27.E2.02). 丹佛斯公司出版. 134—137
[3] VLT5000系列變頻器設(shè)計(jì)指南 (MG.52.B2.02). 丹佛斯公司出版. 10--12
[4] 國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn). IEC60755. 1992年第二次修訂版
[5] 德國電氣協(xié)會標(biāo)準(zhǔn). DIN VDE0664-100. 2002年版
[6] 德國電氣協(xié)會標(biāo)準(zhǔn). DIN VDE0100-720
[7] 歐洲電工標(biāo)準(zhǔn)化委員會標(biāo)準(zhǔn). EN55011. 1A/1B
