使用Danisense剩余電流監控器 SRCMH070IB+ 對生產設備進行剩余電流監控

如今，速度可控的三相電機已成為所有自動化加工廠和商業建筑的標準配置。 高效異步電機，尤其是永磁電機、EC 電機和同步磁阻電機等電機技術，需要通過變頻器進行控制；對于許多電機類型而言，通過標準三相電源直接運行甚至已不再可能。

與這一發展形成鮮明對比的是數十年來的安全指令，這些指令旨在確保對人員、火災和設備的保護。 例如，必須根據 IEC 60364-6（2016-04 版 2.0）對低壓設備進行定期檢查。 第 6.5.1.2 點要求，除其他外，檢查絕緣電阻，在相應導體和 PE 保護電位之間施加測試電壓。 許多變頻器制造商明確禁止在其設備上進行這種測試。 因此，在測量時必須斷開變頻器的連接，以免造成損壞。 IEC 60364-6 的第 6.5.1.2 點也為我們提供了一條出路。 標準在此作了解釋：

“如果電路由符合 IEC 62020 標準的 RCM 監控……如果……的功能，則沒有必要測量絕緣電阻…… RCM 是正確的"。

與 RCM（剩余 電流 監控裝置）有關的 IEC 62020 標準描述了剩余電流監控裝置必須滿足的技術邊界條件，以替代傳統的絕緣電阻測量方法。 殘余電流監控器測量到的電平升高可能表明設備的絕緣出現故障。 隨后可對設備進行定時檢查，以避免設備失控停機和不必要的生產流程中斷。 與傳統的絕緣測量相比，該系統通過剩余電流監測對系統進行不間斷監測，可立即發現絕緣故障。

因此，這是一種可歸類為預測性維護解決方案的程序。 在調試剩余電流監控器時，通常必須遵守幾個邊界條件，以確保其正確運行。

由于在生產設備中使用變頻器，在大多數情況下都會產生與系統相關的漏電流，這可能會給傳統的變頻器帶來問題。 R個別 C電流保護 D設備 (RCD)。 故障電流大多由高電阻成分組成，而與系統相關的泄漏電流則主要是電容性的。 然而，RCD 無法區分不同的泄漏電流。 因此，如果所有漏電流之和高于跳閘閾值，它就會跳閘。 這在正常運行時也是可能的。

如圖所示，從直流到幾千赫茲的殘余電流中會出現不同的頻率成分。 在分析測量到的殘余電流時，必須始終考慮到與系統相關的殘余電流，因為盡管存在的絕緣，殘余電流在技術上是無法分離的。 此外，由于電感（如電機）的存在，在接通過程中可能會產生高電流峰值，從而導致 RCD 和 RCM 繼電器跳閘。

一般來說，頻率成分可作如下解釋。

安裝剩余電流監控器時，必須了解與系統相關的實際泄漏電流。 只有這樣，才能設置適當的警告閾值和繼電器跳閘閾值。

Danisense公司的剩余電流監控器（SRCMH070IB+）可通過 USB 接口，使用專門為 Windows 系統開發的軟件進行讀取。 有了這樣的設置，我們現在就可以使用裝有各種機器人系統和速度可控電機的生產設備了。 由于安裝了變頻器，與系統相關的泄漏電流的不同頻率分量應可檢測到。

軟件的用戶界面提供了以下概覽。

在 1000 毫秒的積分時間間隔內檢測到 290.1 毫安的真實有效值。我們從 1000 mA 集成繼電器的最大觸發閾值開始，通過 FFT 標簽查看差分電流信號。

信號在 0.1 秒的時間間隔內繪制。 在 20 毫秒的時間間隔內（一個 50 赫茲的正弦波），我們檢測到 3 次振蕩。 因此，150 赫茲的基本振蕩構成了我們信號中的最大振幅。 FFT 分析證實了我們的假設。

應該注意的是，繼電器不會對剩余電流的所有頻率分量進行同等加權，因此計算出的真實有效值（210.6 mA）較小。

用戶界面中的繼電器功能。 這是因為根據 IEC 62020，RCD 的規范性規定也適用于 RCM。

上圖顯示的是 B+ 型 RCD，它可以檢測到直流和 20 kHz 之間的剩余電流。 如上圖所示，只有在……

50 赫茲和 100 赫茲以 1:1 的比例計入繼電器的相關電流值。 低頻和高頻成分的權重較弱。 30 mA 的跳閘值為

在 50 赫茲的主頻率范圍內，故障電流的可能性最大。 允許跳閘值隨著頻率的增加而增加。 這意味著變頻器的高頻泄漏電流已被部分考慮在內。 這種加權也適用于剩余電流監控器的繼電器輸出。 因此，在繼電器輸出的相關波形中，高頻電流分量被明顯減弱，真實有效值小于傳統的真實有效值。

上圖顯示了繼電器輸出信號中較高頻率成分的明顯衰減。

為了實現穩定的監控，同時防止誤報，我們現在來看看機器在不同運行模式下產生的剩余電流的不同值。

這些數值由 Danisense 軟件以 .csv 文件格式生成。同時還提供了 4-20 mA 直流輸出的數值。該機器曾進行過絕緣測量。未發現缺陷。由于積分間隔超過 1000 毫秒，接通和斷開過程中的電流峰值被平滑化，因此通過 TRMS 計算無法識別明顯增加的數值。差分電流在 236.5 至 333.7 mA 之間擺動。通過 4-20 mA 接口，現在可以在 PLC 或通用測量設備中定義 450 或 550 mA 的兩個報警閾值。繼電器輸出可設置為 1000 mA。根據相關標準，這里定義了 50%至 100%（500 至 1000 mA）之間的跳閘。因此，應使用這些參數對系統進行合理監控。

在兩個月的時間里，沒有發現任何誤報。

將積分間隔縮短至 400 毫秒也能提供可用的數值，從而對設備進行可靠的監測。

為了快速調試 RCM，還可通過集成算法對差分電流進行自動分析。 這是通過操作終端上的特定組合鍵來實現的。

在許多關鍵設備中，如數據中心或成本密集型生產設施，已經使用剩余電流監測器來防止失控停機或節省耗時的絕緣測量。 同樣，殘余電流監測器可與 RCD（300 mA）并行用于火災危險作業場所，以提供殘余電流值增加的早期信息。