源信變頻器應用中漏電保護開關跳閘處理方案

前 言

有用戶反映，在變頻器輸入電路中配置漏電保護器的，但是送電后或運行變頻時，漏電保護器經常會跳脫，原因又找不到，許多人都認為是變頻器品質出了問題，其實這里面是有原因的，本文將根據源信變頻器的設計原理對此問題進行深入分析，并且提出相應的解決方案。

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漏電保護開關的工作原理

如圖（一）所示，漏電保護開關檢測的是輸入共模電流，也就是所說的對地漏電流，檢測漏電流的電流互感器是同時穿過了R/S/T三根火線和零線，在沒有漏電流的情況下，不論接三相負載還是接單相負載，R/S/T和N線這4根線中流過的電流之和總是為零。當負載側有對地短路現象或者對地有較大的電容時，輸出側的電流就會通過大地返回電網，此時流過電流互感器的電流之和不為零，這個電流就稱之為漏電流。當檢測到的電流大到一定程度就會觸發保護開關脫扣。

圖（一）

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使用變頻器對地漏電流的產生原因分析

在應用中為何會產生較大的漏電流

普通電機的繞組和機殼之間存在著較大的分布電容，在電網供電的情況下，電源線上只有50Hz的工頻電壓，由于頻率很低，通過分布電容的漏電流很小。但在用變頻器驅動電機時，由于變頻器輸出的是幾kHz的PWM(高頻脈寬調制）的電壓波形，輸出電壓是在0V到530V之間快速跳變的脈動電壓，該脈動電壓產生諧波，這些諧波對于同樣的電機同樣的分布電容，漏電流會增大百倍以上，因此容易發生一運行變頻，漏電開關就跳閘現象。

源信變頻器輸入端安規電容的作用

輸入端安規電容的作用主要是減小變頻器內部對外部電網的干擾影響，由于有幾組的電容保護，變頻器可以承受較大的來自電網的電壓突波，比如雷擊等，而不至于損壞；

由于變頻器中安規電容取值很小（4700PF），對于工頻的阻抗很大（1.4M），對漏電流的貢獻很小（每相約0.15mA ,且三相平衡時基波漏電流之和為零）。

但如果電網中的電壓諧波很高時，電網灌入變頻器的漏電流就會明顯加大，且三相不會抵消，漏電流的值與電壓諧波的頻率成正比，與諧波電壓的幅值成正比。因此容易發生漏電開關一合閘就會跳閘現象。

總結

上述漏電流可能會遠遠大于50mA，而實際的具體數據，將與以下幾個因素有關：

   1、電機電纜線的長度；

   2、電機電纜線是否有屏蔽；

   3、變頻器的調制頻率；

   4、是否使用無線電射頻干擾（RFI）濾波器；

   5、電機是否接地。

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減小漏電流的方法

載波頻率

載波頻率越高，漏電流越大，漏電流的有效值與頻率約為開方關系。

輸出頻率

在較高輸出頻率的情況下，漏電流與輸出頻率關系不大，但在零頻附近時，由于變頻器三相輸出的漏電流是疊加關系，漏電流的有效值會變大。

“零地合一”接線方式對漏電流的影響

所謂零地合一指的是將電網的零線當作地線接到變頻器的PE端子，由于變頻器及負載對機殼的漏電流是通過零線返回電網的，而漏電保護開關檢測不到這部分漏電流，理論上講如果變頻器和電機負載的機殼均不接大地（主要是電機機殼），則漏電流可以為零，但實際上無法做到，只能改善減小漏電流。

輸出電抗器的作用

在變頻器U/V/W輸出端加電抗器,提高了負載的高頻阻抗，可以減小漏電流。

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源信變頻器漏電保護的解決方案

變頻器一般情況不會使用漏電斷路器，一般采用接地、等電位等措施來解決漏電問題。但是，為了符合EN50178安全標準，必須保證變頻器可靠接地，接地線的導線截面積要為普通接地線的2倍或至少10平方毫米以上，以免造成人身傷害。

對于必須要加裝漏電保護要求的場合，建議采用符合IEC60755，或DIN VDE0664-100標準所規定的B型漏電保護開關。該漏電保護開關充分考慮到了電磁兼容性變頻器的特點，很好地解決了具有三相整流裝置的電氣設備的漏電保護問題。

建議請采用完全電磁式，額定漏電動作電流值為200mA以上，動作延時0.4-1秒左右的漏電保護開關作變頻器的漏電保護。但不保證該漏電保護開關一定不會跳閘，如跳閘則調整變頻器載最低波頻率和延長漏電動作時間。

變頻器操作輸出側的漏電流大約為工頻操作時的3倍多，外加電動機等漏電流，選擇漏電保護器的動作電流應該大于工頻時漏電流的10倍。必須考慮下列各因素才能決定系統漏電電流之大小，并選定適當的漏電保護開關及必要措施來改善送電后漏電保護開關跳脫之現象。

一般漏電斷路開關之額定電流選擇計算公式

I△n ≧ 10×〔Ig1+Ign+3×(Ig2+Igm)〕

注：Ig1、Ig2：實際運轉時電纜線之漏電電流；

   Ign：變頻器輸入側噪聲濾波器之漏電電流；

   Igm：實際運轉時電機之漏電電流。

由上述公式之相關變動參數得知，會影響漏電電流大小之因素有：

1、電纜線的漏電電流(有二部分）。

        &  漏電斷路開關濾波器的電纜線長之漏電電流。

        &  變頻器、電機的電纜線長之漏電電流。

2、濾波器的漏電電流(包含變頻器在內)。

3、馬達的漏電電流。

各部分漏電電流值(單位：mA)

1、電纜線的漏電電流=A×(實際電纜線長/1000m);電纜廠商提供各線徑每1000m之漏電電流值A。

2、濾波器的漏電電流(包含變頻器在內)一由供應廠商提供。有的濾波器其漏電電流最大值為75mA。

3、電機的漏電電流一電機供應廠商提供。

設計舉例

使用變頻器的數控車床系統中，前端使用了漏電保護，但是經常跳脫，分析如下：變 頻器功率5.5KW，漏電斷路器漏電電流75mA。以過去經驗來評估時，在一切正常的情況下其中因電纜線長及電機本體的漏電電流影響不大，主要影響因素有濾波器的漏電電流(含變頻器在內)及負載側是否依第3種接地(10Q以下)施工，故建議如下：

若電源側一定要裝漏電斷路開關，建議選擇200mA以上的感度電流且動作時間為 0.1秒以上之漏電斷路關開，但不保證該漏電斷路關開一定不會跳脫，必須符合在 它對象(電纜線長及電機)是正常的漏電流范圍內及負載側是依第3種接地(10Q以下) 施工下才有效。