使用Danisense剩余電流監控器 SRCMH070IB+ 對生產(chǎn)設備進(jìn)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(dòng)化加工廠(chǎng)和商業(yè)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(shù)，需要通過(guò)變頻器進(jìn)行控制；對于許多電機類(lèi)型而言，通過(guò)標準三相電源直接運行甚至已不再可能。

與這一發(fā)展形成鮮明對比的是數十年來(lái)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(jìn)行定期檢查。 第 6.5.1.2 點(diǎn)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(jìn)行這種測試。 因此，在測量時(shí)必須斷開(kāi)變頻器的連接，以免造成損壞。 IEC 60364-6 的第 6.5.1.2 點(diǎn)也為我們提供了一條出路。 標準在此作了解釋?zhuān)?/span>

“如果電路由符合 IEC 62020 標準的 RCM 監控……如果……的功能，則沒(méi)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(guān)的 IEC 62020 標準描述了剩余電流監控裝置必須滿(mǎn)足的技術(shù)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(jìn)行定時(shí)檢查，以避免設備失控停機和不必要的生產(chǎn)流程中斷。 與傳統的絕緣測量相比，該系統通過(guò)剩余電流監測對系統進(jìn)行不間斷監測，可立即發(fā)現絕緣故障。

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

由于在生產(chǎn)設備中使用變頻器，在大多數情況下都會(huì )產(chǎn)生與系統相關(guān)的漏電流，這可能會(huì )給傳統的變頻器帶來(lái)問(wèn)題。 R個(gè)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(guān)的泄漏電流則主要是電容性的。 然而，RCD 無(wú)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(huì )跳閘。 這在正常運行時(shí)也是可能的。

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

一般來(lái)說(shuō)，頻率成分可作如下解釋。

安裝剩余電流監控器時(shí)，必須了解與系統相關(guān)的實(shí)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(guò) USB 接口，使用專(zhuān)門(mén)為 Windows 系統開(kāi)發(fā)的軟件進(jìn)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(chǎn)設備了。 由于安裝了變頻器，與系統相關(guān)的泄漏電流的不同頻率分量應可檢測到。

軟件的用戶(hù)界面提供了以下概覽。

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

信號在 0.1 秒的時(shí)間間隔內繪制。 在 20 毫秒的時(shí)間間隔內（一個(gè) 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(shí)了我們的假設。

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

用戶(hù)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(guān)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(zhù)頻率的增加而增加。 這意味著(zhù)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(guān)波形中，高頻電流分量被明顯減弱，真實(shí)有效值小于傳統的真實(shí)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(shí)現穩定的監控，同時(shí)防止誤報，我們現在來(lái)看看機器在不同運行模式下產(chǎn)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(shí)還提供了 4-20 mA 直流輸出的數值。該機器曾進(jìn)行過(guò)絕緣測量。未發(fā)現缺陷。由于積分間隔超過(guò) 1000 毫秒，接通和斷開(kāi)過(guò)程中的電流峰值被平滑化，因此通過(guò) TRMS 計算無(wú)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(dòng)。通過(guò) 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(gè)報警閾值。繼電器輸出可設置為 1000 mA。根據相關(guān)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(jìn)行合理監控。

在兩個(gè)月的時(shí)間里，沒(méi)有發(fā)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(jìn)行可靠的監測。

為了快速調試 RCM，還可通過(guò)集成算法對差分電流進(jìn)行自動(dòng)分析。 這是通過(guò)操作終端上的特定組合鍵來(lái)實(shí)現的。

在許多關(guān)鍵設備中，如數據中心或成本密集型生產(chǎn)設施，已經(jīng)使用剩余電流監測器來(lái)防止失控停機或節省耗時(shí)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(yè)場(chǎng)所，以提供殘余電流值增加的早期信息。