DQZHAN技術(shù)訊：電源保護(hù)技術(shù)——漏電流的客觀分析
EMC的一般特性和濾波器的功能原理
電氣設(shè)備在其電磁環(huán)境中必須能正常運(yùn)行并不對(duì)其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無(wú)法忍受的電磁騷擾。這種能力被稱作電磁兼容性。我們將電磁干擾分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。傳導(dǎo)干擾包括對(duì)稱和不對(duì)稱干擾(也稱作差模干擾和共模干擾)。對(duì)稱干擾在相線和中線之間流動(dòng)，而不對(duì)稱干擾在相線、中線對(duì)地線之間流動(dòng)。造成這些干擾的原因包括網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、變頻器、處理器、電子產(chǎn)品或電氣設(shè)備中的切換操作、電動(dòng)機(jī)控制等。
采用X電容可降低對(duì)稱干擾。就降低不對(duì)稱干擾而言，電流補(bǔ)償扼流圈用于低干擾頻率，Y電容用于高干擾頻率。
這些Y電容連接于相線/中線和地線之間，并將不對(duì)稱干擾從相線/中線傳導(dǎo)至地線，從而產(chǎn)生漏電流(參見(jiàn)圖1)。電容越大，衰減效果越好，漏電流也就相應(yīng)地越高。
圖1：不對(duì)稱干擾的泄漏
可保證設(shè)備**運(yùn)行的限流值
設(shè)備或裝置的寄生耦合電容和長(zhǎng)電源線都會(huì)導(dǎo)致濾波器的漏電流。它們將導(dǎo)致漏電流總量流經(jīng)接地線，引發(fā)**風(fēng)險(xiǎn)。接地線的電阻抗越高，使用者面臨的**風(fēng)險(xiǎn)越大。如果一個(gè)人碰觸了具有破損接地線的設(shè)備，漏電流將流經(jīng)人體到達(dá)大地(參見(jiàn)圖2)。
圖2：漏電流在破損接地導(dǎo)線中的路徑
另一方面，由于漏電流過(guò)高，任何連入建筑物網(wǎng)絡(luò)的剩余電流斷路器都會(huì)影響設(shè)備的可靠運(yùn)行。這些剩余電流斷路器會(huì)對(duì)流入接地線的電流進(jìn)行檢測(cè)，一旦電流超過(guò)一定的限流值，電源電壓就會(huì)斷開(kāi)。因此，漏電流限流值能夠使設(shè)備可靠運(yùn)行，并確保甚至是在接地線破損時(shí)，仍不會(huì)有人受傷。
對(duì)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)商的要求
設(shè)備和裝置制造商必須確保其產(chǎn)品滿足漏電流和電磁兼容性的相關(guān)要求。然而其目的是相互沖突的。通常情況下，可以滿足這兩種基本條件，且無(wú)需采用任何特殊措施。然而，重要的是，我們必須了解，我們涉及的是電壓領(lǐng)域，若濾波效果良好，高漏電流會(huì)自動(dòng)生成。
濾波器漏電流規(guī)范存在的問(wèn)題
另濾波器制造商會(huì)在其數(shù)據(jù)表中對(duì)漏電流加以說(shuō)明。然而，IEC濾波器標(biāo)準(zhǔn)并沒(méi)有對(duì)如何執(zhí)行規(guī)范做出規(guī)定。從而造成了這樣一種現(xiàn)狀：不同的制造商沒(méi)有義務(wù)采用相同的方法測(cè)定漏電流。因此，各制造商提供的數(shù)據(jù)沒(méi)有直接可比性。另一方面，設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)如辦公室設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)IEC 60950、醫(yī)療設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)60601- 1或家用設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)IEC 60335-1詳細(xì)規(guī)定了門(mén)限值和確定門(mén)限值應(yīng)采用的方法。因此，設(shè)備和裝置制造商面臨著遵守管理其產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)題，同時(shí)不得不試圖對(duì)各濾波器制造商進(jìn)行評(píng)估，并有所保留地對(duì)比制造商提供的有關(guān)漏電流的信息?？墒褂糜?jì)算模型來(lái)測(cè)定漏電流。這些模型都基于理想化條件。這樣一來(lái)，電容和電網(wǎng)電壓公差就被納入考量，而寄生效應(yīng)卻被忽略。然而，當(dāng)與計(jì)算中使用的相對(duì)較高的公差進(jìn)行對(duì)比時(shí)，理想模型中采用化簡(jiǎn)所導(dǎo)致的誤差可以忽略不計(jì)。因此，電容器的電容公差規(guī)定為+/-20%，而在現(xiàn)實(shí)中，相關(guān)經(jīng)驗(yàn)顯示電容公差實(shí)際上更小。測(cè)定漏電流后，單相濾波器和三相濾波器之間必須做出區(qū)分。
單相濾波器的漏電流
就單相濾波器而言，假設(shè)中線和接地線處于同一電勢(shì)。為此，圖3中顯示的濾波器電路得以簡(jiǎn)化，并被圖4中的替代電路所代表。
圖3：?jiǎn)蜗酁V波器內(nèi)的電容器網(wǎng)絡(luò)
圖4：測(cè)定*大漏電流的簡(jiǎn)化電路圖
現(xiàn)在漏電流的測(cè)定可以更加容易：
預(yù)計(jì)出現(xiàn)*大漏電流的條件是電網(wǎng)電壓公差為+10 %，電容公差為+20%，以及電網(wǎng)頻率為60Hz.
三相濾波器的漏電流
假設(shè)負(fù)載對(duì)稱且平衡，理想的三相濾波器甚至在遭受*大不對(duì)稱干擾情況下都不會(huì)產(chǎn)生漏電流。圖5為Y電容在三相濾波器中的截面圖。
圖5：三相濾波器中的Y電容
然而，在現(xiàn)實(shí)中，出于下列原因，三相濾波器的負(fù)載一直處于失衡狀態(tài)：
- Y電容的公差
-供電網(wǎng)絡(luò)失衡
-非對(duì)稱負(fù)載
-不理想的元件配置造成濾波器的不對(duì)稱。
在三相濾波器中，漏電流的各相向量之和，形成了產(chǎn)生放電的電流(參見(jiàn)圖6)。
圖6：三相濾波器各相漏電流之和的測(cè)定
漏電流分類
為將漏電流的各類要求納入考量，制造商對(duì)其產(chǎn)品進(jìn)行了分類。于是，市場(chǎng)上出現(xiàn)了針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用、醫(yī)療應(yīng)用、工業(yè)應(yīng)用等的濾波器。由于病人會(huì)直接接觸設(shè)備，正是由于這樣，醫(yī)療領(lǐng)域?qū)β╇娏饕蟾?。為保持門(mén)限值，多數(shù)情況下不采用或采用少量Y電容器。例如，SCHURTER推出的M5濾波器的*大漏電流為5μA(沒(méi)采用Y電容器)，或M80濾波器，其*大漏電流為80μA.
然而，沒(méi)有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定漏電流的級(jí)別、名稱以及適用的相應(yīng)門(mén)限值。雖然如此，這個(gè)領(lǐng)域可幫助用戶能夠迅速找到適合其應(yīng)用的產(chǎn)品。
