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漏电流检测基本原理以及在电动汽车充电桩中漏电流保护方法的选择

2018-06-29 18:25 来源: 盖世汽车

一、漏电流的产生分类

一般漏电流分为四种,分别为 : 半导体元件漏电流、电源漏电流、电容漏电流和滤波器漏电流

1、半导体原件漏电流

PN 结在截止时流过的很微小的电流。D-S 正向偏置,G-S 反向偏置,导电沟道打开后,D 到 S 才会有电流流过。但实际上由于自由电子的存在,自由电子的附着在 SIO2 和 N+、导致 D-S 有漏电流。

漏电流检测基本原理以及在电动汽车充电桩中漏电流保护方法的选择

图 1.1.1 带 IGBT 开关逆变中的漏电流

2、电源漏电流

开关电源中为了减少干扰,按照国标,必须设有 EMI 滤波器电路。由于 EMI 电路的关系,使得在开关电源在接上市电后对地有一个微小的电流,这就是漏电流。如果不接地,计算机的外壳会对地带有 110 伏电压,用手摸会有麻的感觉,同时对计算机工作也会造成影响。

3、电容漏电流

电容介质不可能绝对不导电,当电容加上直流电压时,电容器会有漏电流产生。若漏电流太大,电容器就会发热损坏。除电解电容外,其他电容器的漏电流是极小的,故用绝缘电阻参数来表示其绝缘性能 ; 而电解电容因漏电较大,故用漏电流表示其绝缘性能 ( 与容量成正比 ) 。

对电容器施加额定直流工作电压将观察到充电电流的变化开始很大,随着时间而下降,到某一终值时达到较稳定状态这一终值电流称为漏电流。i=kcu ( μ a ) ; 其中 k 值为漏电流常数,单位为 μ a ( v • μ f )

漏电流检测基本原理以及在电动汽车充电桩中漏电流保护方法的选择

图 1.3.1 电源 Y 电容、EMI 及漏电流之间的三角关系

4、滤波器漏电流

电源滤波器漏电流定义为 : 在额定交流电压下滤波器外壳到交流进线任意端的电流。

如果滤波器的所有端口与外壳之间是完全绝缘的,则漏电流的值主要取决于共模电容 CY 的漏电流,即主要取决于 CY 的容量。

由于滤波器漏电流的大小,涉及到人身安全,国际上各国对它都有严格的标准规定,对于是 220V/50Hz 交流电网供电,一般要求噪声滤波器的漏电流小于 1mA。

漏电流检测基本原理以及在电动汽车充电桩中漏电流保护方法的选择

图 1.4.1 电磁兼容滤波器中的漏电流

二、系统漏电检测原理

大多数技术人员对接地故障电流检测的 GFCI 传感器非常熟悉,其检测原理如下图:

漏电流检测基本原理以及在电动汽车充电桩中漏电流保护方法的选择

图 2.1.1

一个三相系统,芯片式 RCMU(漏电流监控单元)被放置在母线上,最重要的是三根母线都随机穿过 RCMU 的中间线孔。图示系统没有中线,是三相三线交流系统。如果是三相四线的系统,若中线上不走电流,中线也可不必穿过 RCMU。假设一个连接到一个 480 / 277vac 系统 10A 负载,RCMU 将同时测量它。根据基尔霍夫定律,传入和传出的电流会互相抵消。三根母线的电流矢量和应该为零。从图中可知,不考虑方向的情况下:10A - 5A - 4A = 1A,也就是此事该系统线路上的漏电流值为 1A。RCMU 基于芯片式的设计原理,与无源的互感器区别是:对于不同的漏电成分都能够检测,属于 Type-B RCMU。说到这里,简单的回顾下漏电流类型。

1)AC 型漏电保护器:

AC 型漏电保护器是针对工频正弦漏电电流研发设计的,对突然施加及缓慢上升的正弦漏电电流都能可靠保护。

2)A 型漏电保护器:

A 型漏电保护器除对正弦漏电信号能够可靠保护外,还能对含有脉动直流分量的漏电信号进行可靠保护。

3)B 型漏电保护器:

B 型漏电保护器对正弦交流信号、脉动直流信号和平滑信号都能可靠保护

三、电动汽车充电桩中的漏电流保护应用

1、电动汽车充电桩一共有 4 种模式:

1)模式一:

漏电流检测基本原理以及在电动汽车充电桩中漏电流保护方法的选择

图 3.1.1

•充电不受控制

•电源接口:普通电源插座

•充电接口:专用充电接口

• In ≤ 8A;Un:AC 230,400V

•电源侧提供相线、中性线和接地保护的导体

电气安全依赖供电电网的安全保护,安全性差,GB/T 18487.1-2 标准中予以淘汰

2)模式二:

漏电流检测基本原理以及在电动汽车充电桩中漏电流保护方法的选择

图 3.1.2

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