優(yōu)化工業(yè)殘余電流監測：智能警報閾值與高效系統保護

保護目標

目前，越來(lái)越多的工業(yè)生產(chǎn)設備都配備了剩余電流測量裝置。 這種監測措施主要用于實(shí)現斷層和植物保護目標。 在某些特殊情況和條件下，還可以通過(guò)符合 IEC 62020 標準的剩余電流監控器來(lái)映射防火保護。

除了這些保護目標外，根據國際標準，還可以避免作為固定裝置定期檢查一部分的絕緣測量。

額定電流為 270 A 的生產(chǎn)設備的剩余電流值

生產(chǎn)設備大多是復雜的電氣系統，由不同的電氣設備組合而成。 在大多數情況下，PLC 負責控制。 雖然單個(gè)電氣設備的系統相關(guān)泄漏電流受標準監管，但在復雜的系統中可能會(huì )出現更大的系統相關(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接地導體中。

在工業(yè)環(huán)境中的生產(chǎn)設備上檢測到以下振蕩圖。 可以檢測到一個(gè)基本振蕩，在 20 毫秒的時(shí)間間隔內振蕩了三次。因此，在 FFT 分析中，預計最大振幅出現在 150 赫茲處。

由于這些數值往往很高，因此無(wú)法使用傳統的 RCD 來(lái)保護系統的人身安全或防火。 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)人保護裝置。

現在的問(wèn)題是，如何在剩余電流測量中處理與系統相關(guān)的較高剩余電流，特別是因為在系統的各種運行狀態(tài)下，很少能建立穩定的幅值。 下圖中的測量值來(lái)自一家額定電流為 270 A 的大型制造廠(chǎng)。

如何找到合理的警報閾值

相對較大的電流值主要是由于單個(gè)設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。 如果將這些測得的剩余電流值與 PLC 內部的設備運行狀態(tài)聯(lián)系起來(lái)，就可以確定設備的正常狀態(tài)。

該程序可對設備進(jìn)行智能監控。 也可以用這種方法將開(kāi)機峰值宣布為正常狀態(tài)。 不再需要對用于植物保護的單個(gè)設備進(jìn)行成本高昂的單獨監控。

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

如果沒(méi)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(lái)說(shuō)明問(wèn)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，是導體中 50 赫茲基頻的整數倍，如上述 150 赫茲的例子，那么即使 50 赫茲和 150 赫茲信號之間有不同的偏移，問(wèn)題也幾乎不會(huì )改變。

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

在 PLC 控制系統中選擇報警閾值時(shí)應考慮到這些關(guān)系。 在我們的表格中，如果相同的保護目標仍然有效，則必須對數值進(jìn)行如下更改。

在一些項目中，測量到的剩余電流值還通過(guò)能量測量模塊與 PLC 和相應的相電流相連。

在某些應用中，100 Hz 或 2 kHz 以上的頻率成分被刻意省略。 該設置可在達尼森剩余電流監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阻尼形式計入 TRMS 值。

這樣，與系統相關(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到。 這一程序似乎是合理的，因為傳統 RCD 和 RCM 的繼電器功能也可根據標準對較高頻率成分進(jìn)行總體抑制。

結論

就成本和改造而言，對工業(yè)制造廠(chǎng)的運行設備進(jìn)行單獨監控往往是不可能的。 一個(gè)很好的替代方法是測量主連接，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)受控設備的運行狀態(tài)聯(lián)系起來(lái)。 因此，可以更容易地檢測到 50 赫茲的危險電阻電流成分。 可能有必要抑制與系統相關(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+ 變體和免費分析軟件。