使用 Danisense 剩余電流監測器 SRCMH070IB+ 對生產設備進行剩余電流監測

今天，速度控制的三相電機是所有自動化過程工廠和商業建筑中的標準元件。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，需要通過變頻器進行控制；對于許多電機類型，通過標準三相電源直接運行甚至根本不可能。

這一發展與數十年的安全指令形成鮮明對比，這些指令旨在保證對人員、火災和工廠的保護。例如，低壓裝置的定期檢查必須按照 IEC 60364-6（2.0 2016-04 版）進行。除其他事項外，第 6.5.1.2 點要求檢查絕緣電阻，其中在相應導體和 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行此測試。因此，在進行此測量時必須斷開變頻器，以防止可能的損壞。IEC 60364-6 還為我們提供了第 6.5.1.2 點的出路。這里標準解釋：

“如果電路由符合 IEC 62020 的 RCM 永久監控……如果……RCM 的功能正確，則無需測量絕緣電阻。”

與 RCM（剩余電流監測設備）相關的 IEC 62020描述了剩余電流監測器必須滿足的技術邊界條件，才能完全替代傳統的絕緣電阻測量。剩余電流監測器測量值的增加可能表明裝置的絕緣故障。然后可以定時對工廠進行后續檢查，以避免工廠不受控制的關閉和生產過程的意外中斷。與傳統的絕緣測量相比，系統通過剩余電流監測不間斷地監測，并且可以立即檢測到絕緣故障。

因此，它是一個可以歸類為預測性維護解決方案的程序。在調試剩余電流監測器時，通常必須遵守幾個邊界條件以確保正常運行。

由于在生產機器中使用變頻器，在大多數情況下會出現與系統相關的漏電流，這可能會給傳統的剩余電流保護裝置( RCD ) 帶來問題。雖然故障電流主要由高電阻分量組成，但與系統相關的泄漏電流主要是電容性的。但是，RCD 無法區分不同的泄漏電流。因此，如果所有泄漏電流的總和高于跳閘閾值，它可能已經跳閘。這在正常操作期間也是可能的。

如圖所示，剩余電流中會出現不同的頻率分量，從直流到幾kHz。在分析測量的剩余電流時，必須始終考慮與系統相關的剩余電流，因為盡管絕緣完美，但仍存在該剩余電流，并且在技術上無法分離。此外，由于電感（例如電機），在接通過程中會產生高電流峰值，這可能導致 RCD 和 RCM 處的繼電器跳閘。

一般來說，頻率分量可以解釋如下。

安裝剩余電流監測器時，了解與系統相關的實際泄漏電流非常重要。只有這樣才能設置適當的警告閾值和繼電器跳閘閾值。

Danisense 的剩余電流監測器 (SRCMH070IB+) 可以使用專門為 Windows 系統開發的軟件通過 USB 插座讀取。有了這個設置，我們現在轉移到具有各種機器人系統和速度控制電動機的生產機器。這個大型生產工廠的額定電流接近 300 A。由于安裝了變頻器，應該可以檢測到與系統相關的泄漏電流的不同頻率分量。

該軟件的用戶界面提供以下概述。

在 1000 ms 的積分間隔內檢測到 290.1 mA 的真 RMS 值。我們從 1000 mA 的集成繼電器的最大觸發閾值開始，并通過 FFT 選項卡查看差分電流的信號。

在 0.1 秒的時間間隔內繪制信號。在 20 ms 的時間間隔內（一個正弦波 @ 50 Hz），我們檢測到 3 個振蕩。因此，150 Hz 的基本振蕩在我們的信號中形成了最大幅度。FFT 分析證實了我們的假設。

需要注意的是，繼電器不會對剩余電流的所有頻率分量進行同等加權，因此會在用戶界面中為繼電器功能計算較小的真有效值 (210.6 mA) 。這是由于 RCD 的規范性規定，這也適用于根據 IEC 62020 的 RCM。

上圖顯示了一個 RCD 類型 B+，它可以檢測 DC 和 20 kHz 之間的剩余電流。如上圖所示，只有

50 到 100 Hz 之間的頻率分量 1:1 包含在與繼電器相關的電流值中。低頻和高頻分量的權重較弱。30 mA 的跳閘值為

在 50 Hz 的電源頻率范圍內給出，因為那里發生故障電流的可能性最大。允許的跳閘值隨著頻率的增加而增加。這意味著已經部分考慮了變頻器的高頻漏電流。這種加權也適用于剩余電流監視器的繼電器輸出。因此，繼電器輸出的相關波形中的高頻電流分量顯著衰減，真有效值小于傳統確定的真有效值。

上圖顯示了與繼電器輸出相關的信號中較高頻率分量的明顯衰減。

為了產生穩定的監控并同時防止誤報，我們現在查看機器在不同操作模式下產生的不同剩余電流值。

這些值是從 Danisense 軟件生成的 .csv 文件。同時，還提供了 4-20 mA DC 輸出的值。機器之前已經進行了絕緣測量。找不到缺陷。由于積分間隔超過 1000 ms，開啟和關閉過程中的電流峰值被平滑，因此通過 TRMS 計算無法識別出明顯增加的值。差分電流在 236.5 和 333.7 mA 之間振蕩。通過 4-20 mA 接口，現在可以在 PLC 或通用測量設備中以 450 或 550 mA 定義兩個警報閾值。繼電器輸出可設置為 1000 mA。根據相關標準，此處定義了 50% 到 100%（500 到 1000 mA）之間的跳閘。因此，

在兩個月的時間里，沒有檢測到誤報。

積分間隔減少到 400 ms 也提供了有用的值，可以對工廠進行可靠的監控。

為了快速調試 RCM，還可以通過集成算法自動分析差動電流。這是通過操作終端中的特定按鍵組合來執行的。

在許多關鍵屬性中，例如數據中心或成本密集型生產設施，剩余電流監視器已用于防止不受控制的關閉或節省耗時的絕緣測量。同樣，剩余電流監測器可以與 RCD (300 mA) 并聯在火災危險的操作場所使用，以便提供有關剩余電流值增加的早期信息。