关于变频器漏电的若干问题.docx

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关于变频器漏电的若干问题

对于变频器漏电的若干问题

对于变频器应用中漏电保护开关跳闸问题剖析报告

一，漏电保护开关的工作原理

以下图所示，漏电保护开关检测的是输入共模电流，也就是所

说的对地漏电流，检测漏电流的电流互感器是同时穿过了

R/S/T三根火线和零线，在没有漏电流的状况下，无论接三

相负载仍是接单相负载，R/S/T和N线这4根线中流过的电流之和老是为零。

当负载侧有对地短路现象或许对地有较大

的电容时，输出侧的电流就会经过大地返回电网，此时流过电流互感器的电流之和不为零，这个电流就称之为漏电流。

当检测到的电流大到必定程度就会触发保护开关脱扣。

二，对地漏电流的产生原由和电流通路剖析

1，变频器应用中为何会产生较大的漏电流

一般电机的绕组和机壳之间存在着较大的散布电容，在电网

供电的状况下，电源线上只有50Hz的工频电压，因为频次

很低，经过散布电容的漏电流很小。

但在用变频器驱动电机

时，因为变频器输出的是几kHz的高频脉宽调制的电压波形，

输出电压是在0V到530V之间迅速跳变的脉动电压，对于同

样的电机相同的散布电容，漏电流会增大百倍以上，这是由

变频器的工作原理决定的。

上图是实测的是输出零频时变频器输入端的漏电流波形，能够看出，主要成分是5kHz的开关频次。

说明漏电流的主假如因为变频器输出的PWM波。

2，输入端安规电容的作用

输入端安规电容的作用主假如减小变频器内部对外面电网

的扰乱影响，因为变频器中安规电容取值很小（2200P），

对于工频的阻抗很大（1.4M），对漏电流的贡献很小（每相

约0.15mA,且三相均衡时基波漏电流之和为零）。

但假如电网中的电压谐波很高时，电网灌入变频器的漏电流就会显然加大，且三相不会抵消，漏电流的值与电压谐波的频次成正比，与谐波电压的幅值成正比。

3，电机机壳接地的地点

为了减小输入的漏电流，能够调整电机机壳的接地地点：

将

电机机壳的接地线接至变频器上的ＰＥ端子，以以下图所示，

依据这种接法，变频器内部的安规电容供给了负载侧漏电流

的一个循环通路，能够减小电网侧的漏电流。

但因为电机侧

很难与大地隔绝，这一举措对减小漏电流有改良，但成效有

限（特别是当电机距离变频器较远时，变频器与负载电机之

间连结的PE线对高频的阻抗变大，以致于大于电机机壳接

地阻抗）

三，减小漏电流的方法

1，变频器工作状态对漏电流的影响：

a）载波频次：

载波频次越高，漏电流越大，漏电流的有效值与频次约为开方关系。

b）输出频次：

在较高输出频次的状况下，漏电流与输出频次关系不大，但在零频邻近时，因为变频器三相输出的漏电流是叠加关系，

漏电流的有效值会变大。

c）变频器的发波方式：

因为五段发波时，每一相的输出电压有1/3左右时间是没有开关动作的，所以相同条件下七段发波方式比五段发波方式

产生的漏电流大；HC变频器低频输出时默认采纳的是七段发

波方式，所以漏电流低频比高频大；矢量控制方式下采纳的

是七段发波，所以矢量控制方式的漏电流大于V/F方式。

d）

2，接线方式对漏电流的影响

a）零地合一为何能够减小漏电保护开关的漏电流：

所谓零地合一指的是将电网的零线看作地线接到变频器的

PE端子，以以下图所示，因为变频器及负载对机壳的漏电流是

经过零线返回电网的，而漏电保护开关检测不到这部分漏电

流，理论上讲假如变频器和电机负载的机壳均不接大地（主

假如电机机壳），则漏电流能够为零，但实质上没法做到。

所以只好改良减小漏电流

b）撤消变频器输入安规电容为何对漏电流减小有利处：

对于理想电网，安规电容对漏电流的影响特别小，但因为电网电压谐波的影响，特别是在多台变频器同时工作时，电网电压谐波会比较大，造成安规电容上的漏电流变大。

当没法防止电机机壳经过机架接地时，撤消安规电容会有必定的好

处。

c）输出电抗器的作用：

在变频器U/V/W输出端加电抗器因为提升了负载的高频阻抗，对减小漏电流也有较好的帮助。

近来，常常实用户反应，变频器前端加装漏电保护开关时遇

到问题，特别是丹佛斯变频器。

一送电漏电保护开关就会动

作。

本文将依据变频器的设计原理对此问题进行深入剖析，

而且提出相应的解决方案。

重点词：

ELCB：

EarthLeakageCircuitBreaker漏电保护

断路器

RCD：

ResidualCurrentDevice节余电流保护器

一、用电安全要求的保护

DINVDE

人身安全：

防备用电事故，一般是经过电器和设施的靠谱制造--即经过基础绝缘--来保证安全性。

但是当基础绝缘遇到破坏时，可

能惹起的故障就需要有防备过高人身电流的增补保护举措。

在防备危险的身体电流时，一定划分为直接接触与间接接触。

在间接接触时，电气设施上出现绝缘由障而产生的节余电流是经过保护地线（PE线）而流向大地的。

在出现故障时，若有人正好涉及含有故障的电器，则当事人就与故障回路相并联。

依据保护导线/人体的电阻比率，最大多半的电流流经保护地线。

另一种状况是，因为马马虎虎而直接涉及在正常工作是带电的零件或许涉及了外界的，不接地的导电零件，而在故障状况下又是带电的零件。

人在这里充任着保护导线的作用，节余电流流过人体，致使触电。

防火：

短路或接地短路，特别当故障回路拥有相当高的电阻出此刻电弧地点上时，这种“不完整的”短路或接地短路就拥有火灾危险性。

因为出现的节余电流有时甚至远低于前接过流保护装置的额定电流，所以不可以盼望过电流保护装置（如小型断路器或熔断器）来分断这种故障。

节余电流保护器能在这方面供给全面保护。

在

0100-720中，对含有火灾危险的工作场所，为了防备因为绝缘由障而惹起的火灾，已规定了下述要求：

只好采纳额定节余动作电流最大为0.5A的节余电流保护器作为预防举措。

为了更靠谱地防火，在实践中大多半使用额定节余动作电流I△N≤0.3A的节余电流保护器。

二、一般节余电流保护器的功能及原理

一般节余电流保护器工作原理

如图，节余电流保护器对正常的负载电流不予检测，但

它能检测出主回路中对保护地线PE的节余电流（漏电流），

这种电流多半是因为用电设施绝缘破坏而产生的。

节余电流保护器的首要功能是对有致命危险的人身触电提

供间接接触保护，额定节余动作电流I△N≤30mA的节余

电流保护器在其余保护举措无效时，也可作为直接接触的补

充保护，但不可以作为独一的直接接触保护。

三、变频器产生的节余电流

变频器会产生相当大的对地漏电流，这是由变频器的输出固有电压特征决定的。

变频器输出的PWM电压波形含有大批谐波，这些谐波会经过电机绕组的对地寄生电容和电机电缆

线的对地寄生电容产生出对地漏电流。

上述漏电流可能会远远大于50mA，而实质的详细数据，将与以下几个要素有关：

1．电机电缆线的长度；

2．电机电缆线能否有障蔽；

3．变频器的调制频次；

4．能否使用无线电射频扰乱（RFI）滤波器；

5．电机能否接地。

四、丹佛斯变频器的设计特色

丹佛斯变频器原理图

1.依据图示，丹佛斯变频器在输入侧的相间与线地之间都设计安装了汲取保护电容，因为丹佛斯变频器支持内置的

RFI滤波器，所以在整流单元后边也设计安装了汲取保护电

容。

由图可见，两组汲取保护电容都接地。

2.依据漏电保护器的原理和丹佛斯变频器的设计可见，当变频器送电时，主回路要对那些汲取保护电容充电，瞬时会产生相当大的对地漏电流。

3.丹佛斯变频器在设计上的优胜性：

凭此设计，丹佛斯变频器能够保证完整知足EMC电磁兼容

性标准EN550111A/1B的要求；

因为有几组的电容保护，丹佛斯变频器能够蒙受较大的来自

电网的电压突波，比方雷击等，而不至于破坏；

五、结论：

1.变频器在运行时，视实质电机接线状况，可能产生远大于50mA的漏电流；

2.丹佛斯变频器因为其设计中的固有特色，在送电瞬时会产生相当大的漏电流；

3.一般节余电流保护器不合用于保护变频器，特别是电磁兼容性能较好的丹佛斯VLT系列变频器。

六、合用于变频器类负载的节余电流保护器：

初期使用的节余电流保护器，依据实质要求，只在正弦沟通节余电流时才脱扣。

因为在工业用电设施中，三相桥式整流的电路应用日趋增加，这种电路在发生故障时出现的是光滑直流型或略带纹波的光滑直流节余电流。

一般沟通和脉动直流敏感型节余电流保护器其实不可以检测和

分断这种直流节余电流。

所以在故障时产生这种节余电流的

用电设施只同意使用全电流敏感型节余电流保护器。

全电流

敏感型节余电流保护器，用于沟通型和脉动直流型节余电流

时是采纳DINVDE0664的规定，对于光滑直流型节余电

流则采纳IEC60479的规定。

全电流敏感型节余电流保护

器知足国际标准IEC60755订正版“节余电流动作保护装

置—B型的一般要求”。

国际电工协会（IEC）早在1992年就依据节余电流保护器

的动作特征，将节余电流保护器分为：

AC、A、B型。

AC型—对忽然施加或迟缓上涨的沟通正弦波节余电流能

靠谱脱扣

A型—对忽然施加或迟缓上涨的沟通正弦波节余电流，脉

动直流节余电流和脉动直流节余电流叠加0.006A光滑直

流能靠谱脱扣

B型—全电流节余电流保护型

全电流保护型节余电流保护器工作原理

依据IEC60755第二次订正版以及德国电气协会DIN

VDE0664-100标准，B型节余电流保护器应具备以下的特色：

在送电的瞬时不动作；

在设施长时间运行过程中，漏电保护动作值为300mA；

完整合用于节余电流含直流重量的场合。

因而可知，B型节余电流保护器充足考虑到了电磁兼容性变频器的特色，很好地解决了拥有三相整流装置的电气设施的漏电保护问题。

七、丹佛斯变频器漏电保护的解决方案：

1.建议采纳切合

IEC60755

，或

DINVDE0664-100

标准所规定的

比如：

西门子

16—63A

B型节余电流保护器。

5SM系列漏电保护开关，

B型，额定电流

2.假如不具备安装专用节余电流保护器的条件，则能够不在变频器前端安装漏电保护开关。

可是，为了切合

EN50178安全标准，一定保证变频器靠谱接地，接地线的导线截面积要为一般接地线的2倍或起码10mm2以上，免得造成人身损害。

中国国家标准当前还没有独自的

类，但依据GB6829-1995

，

B型节余电流保护器的分

额定节余电流动作的值有0.006，0.01，0.03，0.05，0.1，0.3，0.5，1，3，5，10，20A这几个规格；用于

间接接触保护的节余电流保护器能够延时动作，延不时间有0.2，0.4，0.8，1，1.5，2秒这几个规格。

所以能够选

用额定节余动作电流值为0.3A，动作延时0.4-1秒左右的节余电流保护器作丹佛斯变频器的漏电保护。

国内生产的节余电流保护器主要型号有JD1、JD3、

DBL等。

此中JD1是电磁式节余电流继电器，额定电压

380V，额定电流200A，额定节余动作电流为30、

100mA和300mA，分断时间不小于0.2s。

JD3为电

子式节余电流继电器，额定电压

800A，额定节余动作电流从

380V，额定电流100～

30mA～1A分级可调，分断

时间分一般型和延时型两种。

一般型的分断时间不大于

0.2s，延时型的延不时间有0.2、0.4、0.8s和1s等几

种。

（在实质应用中，听说有些用户采纳完整电磁式的ELCB额定节余电流动作值为0.3A的ELCB，成效就不错）。

，

参照资料：

[1]中华人民共和国国家标准——节余电流动作保护器的一般要求.GB6829-1995

[2]VLT2800系列变频器设计指南.（MG.27.E2.02）.

丹佛斯企业第一版.134—137

[3]VLT5000系列变频器设计指南（MG.52.B2.02）.

丹佛斯企业第一版.10--12

[4]国际电工委员会标准

.IEC60755.1992

年第二次修

订版

[5]德国电气协会标准

.DINVDE0664-100.2002

年

版

[6]德国电气协会标准.DINVDE0100-720

[7]欧洲电工标准化委员会标准.EN55011.1A/1B

常常有人问到变频器用漏电保护常常要跳的问题，我也说一说我的见解。

变频器一般状况不会使用漏电断路器，一般采纳接地、等电位等举措来解决漏电问题，我们企业也实用在漏电断路器下的变频器（４极，３００mＡ），也没有遇到过会有这么大的漏电电流，可是有人甚至说他的变频器漏电电流能够达到1500mA，一般能够必定，该变频器存在质量问题或许安装使用不完整切合规范，比方说电缆长度不切合标准、未使用变频电机，ＡＢＢ变频器说明书上甚至要求使用专用的变频电缆。

加装输出电抗器也是一个方法。

详细状况可参照详尽的变频器安装使用说明书。

此刻已经有专用的变频器漏电保护，你也能够按下边方法进行漏电断路器额定电流设计：

变频器输出是以PWM（脉宽调制，近似高速开关）方式

控制，所以会发生高频次的漏电电流，若要在变频器一次侧

加装一般漏电断路开关时，建议请以每台变频器选择

200mA以上的感度电流且动作时间为0.1秒以上的漏电断

路关开使用，但不保证该漏电断路关开必定不会跳脱，一定

考虑以下各要素才能决定系统漏电电流之大小，并选定适合

的漏电断路开关及必需举措来改良送电后漏电断路器跳脱

之现象。

一般漏电断路开关之额定电流选择计算公式以下:

I△n≧10*〔Ig1+Ign+3*（Ig2+Igm）〕

Ig1、Ig2：

实质运行时电缆线之漏电电流。

Ign：

变频器输入侧噪声滤波器之漏电电流。

Igm：

实质运行时马达之漏电电流。

由上述公式之有关改动参数得悉，会影响漏电电流大小

之要素有：

（1）电缆线的漏电电流（有二部分）

漏电断路开关滤波器的电缆线长之漏电电流。

变频器马达的电缆线长之漏电电流。

（2）滤波器的漏电电流（包括变频器在内）。

（3）马达的漏电电流。

各部分漏电电流值（单位：

mA）

（1）电缆线的漏电电流=A*（实质电缆线长/1000m）；

电缆厂商供给各线径每1000m之漏电电流值A。

（2）滤波器的漏电电流（包括变频器在内）——变频器供给厂商供给。

比如：

台达VFD055B43B用滤波器为

26TDT1W4B4其漏电电流最大值为70mA。

（3）马达的漏电电流——马达供给厂商供给。