許多電流互感器和電流傳感器越來越多地被測試并規(guī)定其帶寬。標(biāo)準(zhǔn)化也在定義更高頻率組件的精度等級。IEC61869系列的基礎(chǔ)在2023年進(jìn)行了更新。高達(dá)150 kHz的精度等級主要用于電力質(zhì)量應(yīng)用。

圖1：電流互感器和電流傳感器的精度等級

150至500 kHz的范圍適用于基于行波的保護(hù)應(yīng)用。

只有少數(shù)實(shí)驗(yàn)室提供這些精度測試。一般來說，測試裝置也不符合根據(jù)IEC 17025的測量參考系統(tǒng)，這意味著應(yīng)該選擇有良好聲譽(yù)的測試實(shí)驗(yàn)室。

制造商和用戶也可以進(jìn)行自己的測試。然而，目前市場上還沒有標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備。應(yīng)該提前仔細(xì)考慮設(shè)置。

增益相位測量

2012年的技術(shù)報(bào)告IEC TR 61869-103已經(jīng)提供了初步的幫助，其中發(fā)布了首個(gè)合適的測試裝置。

圖2：根據(jù)IEC TR 61869-103的CT頻率響應(yīng)測試電路圖

現(xiàn)在也有一些設(shè)備非常完善的網(wǎng)絡(luò)分析儀，它們提供了易于使用的軟件來進(jìn)行這些測試?？梢栽趲酌腌妰?nèi)完成800個(gè)或更多的測量點(diǎn)的頻率掃描。一個(gè)例子是OMICRON Lab的Bode 100。其結(jié)構(gòu)在下面的示意圖中以圖解方式顯示。

圖3：帶有Bode 100和Danisense DS50UB-10V的測試裝置

建議使用輸出電壓為10伏的Danisense磁通門電流傳感器作為參考傳感器。這個(gè)輸出信號也與Bode 100的輸入通道兼容。在Bode Analyzer Suite中，你可以輕松選擇參考傳感器和被測試設(shè)備（DUT）的傳遞比。

分析不同的波形

網(wǎng)絡(luò)分析儀的輸出信號總是正弦波形。

通常也需要確定實(shí)際傳感器可以傳輸哪些信號形式。為此使用示波器。下面顯示了Danisense參考傳感器和測試傳感器的波形。

多個(gè)歐洲國家的幾項(xiàng)研究表明，建筑物內(nèi)外火災(zāi)常見的原因分為兩類：電力（30-35%）和人為錯(cuò)誤（15-20%）。盡管有先進(jìn)的電氣安全系統(tǒng)，但建筑物火災(zāi)的報(bào)告仍然不斷。電氣供應(yīng)系統(tǒng)中常見的故障是絕緣故障導(dǎo)致的導(dǎo)線與地之間的故障電流。本文探討了殘余電流監(jiān)測中可能的故障機(jī)制，并提供了一個(gè)概述。

建筑物中的電路由兩種不同的斷路器保護(hù)。

1. 過載保護(hù)裝置，也稱為電氣保險(xiǎn)絲或過電流保護(hù)（OCP），如果電流超過特定電流值超過特定時(shí)間，則中斷電路。有各種類型的過載保護(hù)裝置，如保險(xiǎn)絲或斷路器。房屋或公寓中的所有電氣保險(xiǎn)絲通常與其他斷路器一起安裝在配電盤內(nèi)。

過載裝置保護(hù)電纜或其他設(shè)備免受過電流引起的過度加熱造成的損害，這種損害會(huì)因過電流持續(xù)較長時(shí)間而發(fā)生。過電流可能是由于過載或短路引起的。根據(jù)大多數(shù)國家的建筑法規(guī)和電氣安裝標(biāo)準(zhǔn)，過載保護(hù)是強(qiáng)制性的。

2. 殘余電流裝置（RCD）是一種救生裝置，旨在防止人們在直接接觸帶電導(dǎo)線（如裸露導(dǎo)線）時(shí)受傷。RCD提供了普通保險(xiǎn)絲和斷路器無法提供的一種個(gè)人保護(hù)水平。

RCD是一種敏感的安全裝置，如果發(fā)生故障，會(huì)自動(dòng)切斷電源。RCD旨在防止由接地故障引起的觸電和火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。例如，如果有人在浴室觸摸裸露的電線，而潮濕的地板與接地的散熱器有電氣連接。

在過去幾年中，RCD領(lǐng)域發(fā)生了重要的變化和發(fā)展。因此，下面描述了這一領(lǐng)域的重要?jiǎng)?chuàng)新。正確選擇已經(jīng)提供的設(shè)備可能最小化電氣系統(tǒng)中火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)。

RCD的原理

RCD的原理如下圖所示。如果一個(gè)人觸摸到一個(gè)未絕緣的導(dǎo)體，一部分電流可以通過人體流動(dòng)，因?yàn)槿梭w的電阻大約是800歐姆。在許多情況下，這種電阻對地來說是一個(gè)相當(dāng)?shù)偷碾娮琛＿@部分電流通過地面返回到電壓源（變壓器接地的二次側(cè)）。如果電流沒有通過總和電流互感器流回，就會(huì)發(fā)生殘余電流。如果這個(gè)值足夠高，RCD就會(huì)跳閘并中斷整個(gè)電路。

國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在額定殘余電流的50%到1之間跳閘。如果30毫安的RCD跳閘，必須有15到30毫安的殘余電流。30毫安的閾值旨在確保個(gè)人保護(hù)，這是在任何可以自由訪問的插座可用的地方都需要的。

在工業(yè)環(huán)境中，除了使用30毫安RCD保護(hù)的行政大樓外，我們通常還會(huì)發(fā)現(xiàn)用于生產(chǎn)的較大機(jī)器。即使這些機(jī)器沒有任何可以自由訪問的插座，使用RCD進(jìn)行保護(hù)也是有意義的。機(jī)器中的絕緣故障也可能導(dǎo)致火災(zāi)或故障，這也代表了一種危險(xiǎn)源。市場上有不同跳閘值的RCD，因此追求不同的保護(hù)目的。有三種不同類型的保護(hù)及其相應(yīng)的跳閘電流，如下表所示。

表1：殘余電流裝置（RCD）及其不同用途

在導(dǎo)體和地面之間流動(dòng)并至少以60瓦的熱能發(fā)出的電流可能會(huì)引起火災(zāi)。在230伏的供電電壓下，這相當(dāng)于大約300毫安。因此，用于防火的RCD的最大跳閘值為300毫安。

不同信號波形的RCD

除了電流值之外，電流的信號形式現(xiàn)在對于RCD的正確運(yùn)作也至關(guān)重要。如今，許多電氣負(fù)載必須被標(biāo)記為非線性負(fù)載，因?yàn)檫@些設(shè)備從主電源中吸取非正弦波電流。因此，RCD檢測到的殘余電流通常具有非正弦曲線形狀。為確保RCD正確運(yùn)作，必須考慮連接的負(fù)載與將要使用的RCD的關(guān)系。

表2：RCD的類型

例如，如果購買了一臺新洗衣機(jī)，手冊指定使用B型個(gè)人電路斷路器（30毫安），而這一點(diǎn)沒有被考慮，可能會(huì)出現(xiàn)以下情況。

由于故障，洗衣機(jī)產(chǎn)生了8毫安的直流作為殘余電流。然而，配電柜中的各個(gè)電路只由A型RCD保護(hù)。A型RCD沒有指定直流電流。至少6毫安的直流電流會(huì)推動(dòng)安裝在A型中的小型電流互感器進(jìn)入磁飽和狀態(tài)。然后吹風(fēng)機(jī)掉入充滿水的浴缸中。在這里，差分電流現(xiàn)在通過浴水流入電氣接地，然后返回到公用事業(yè)公司的變壓器接地的二次繞組。這個(gè)殘余電流現(xiàn)在具有脈沖或正弦波形，實(shí)際上被A型RCD覆蓋。如果這個(gè)殘余電流現(xiàn)在是40毫安，例如，A型RCD應(yīng)該跳閘。然而，在這種情況下，RCD沒有跳閘，因?yàn)殡娏?a data-mid="283" href="http://baiqian008.cn/a/341.html">互感器的鐵芯已經(jīng)被8毫安的直流電流完全磁化，以至于電流互感器無法將40毫安轉(zhuǎn)換到次級側(cè)。如果在電氣配電系統(tǒng)中安裝了B型或B+型RCD，RCD肯定會(huì)跳閘，因?yàn)闅堄嚯娏髦狄呀?jīng)超過了48毫安的跳閘閾值。

機(jī)器和RCD

如果在工業(yè)系統(tǒng)中沒有可以自由訪問的插座，操作員沒有義務(wù)用RCD保護(hù)系統(tǒng)。從安全角度來看，總是建議保護(hù)免受殘余電流的影響。然而，通常在電機(jī)或其他感性設(shè)備的啟動(dòng)過程中出現(xiàn)的電流峰值可能導(dǎo)致誤跳閘，這可能對生產(chǎn)過程產(chǎn)生有害影響。

也可能存在與系統(tǒng)相關(guān)的殘余電流。電流信號中的高頻分量可以通過濾波器或電纜電容流向地面。在下圖中，使用變頻器的例子，以示意圖形式展示了這些與系統(tǒng)相關(guān)的殘余電流。

圖2：具有系統(tǒng)相關(guān)殘余電流和不同電路中的故障電流的變頻器

這些系統(tǒng)相關(guān)的殘余電流肯定會(huì)達(dá)到一定水平，以至于不能再使用RCD進(jìn)行防火保護(hù)（300毫安）。

殘余電流監(jiān)測器可以為這種情況提供解決方案。下圖3顯示，與RCD不同，RCM不能獨(dú)立切斷供電線路。殘余電流只通過適當(dāng)?shù)慕涌谶M(jìn)行測量和輸出。此外，RCM有一個(gè)或多個(gè)繼電器輸出，這些輸出反過來可以用來控制斷路器。

Danisense解決方案

Danisense的RCM解決方案具有繼電器輸出和一個(gè)TRMS值，該值被轉(zhuǎn)換成4-20毫安的直流標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器信號，可以被可編程邏輯控制器（PLC）或通用測量設(shè)備輕松處理。為了進(jìn)行更深入的分析，可以連接USB接口到裝有SRCM軟件工具的筆記本電腦。通過這種配置，可以更詳細(xì)地分析電流信號。該軟件提供了示波器視圖和FFT分析等功能。

通過PLC進(jìn)行殘余電流監(jiān)測

在復(fù)雜的工業(yè)機(jī)器中，各種各樣的電氣組件形成一個(gè)通過PLC控制的系統(tǒng)。因此，這些工廠的殘余電流水平可能高于上文提到的表格中的值。例如，以下值來自一個(gè)額定電流為235安培的生產(chǎn)工廠。

圖5：一個(gè)額定電流為235安培的生產(chǎn)工廠的系統(tǒng)相關(guān)殘余電流（值由Danisense軟件工具為SRCM保存）

即使由于國際標(biāo)準(zhǔn)化，連續(xù)的殘余電流監(jiān)測可以取代絕緣測試，但通過上述測量值分析絕緣電阻并不簡單。在工廠中，各種各樣的單個(gè)消費(fèi)者被控制，總體上產(chǎn)生不同的殘余電流水平。

因此，一些PLC制造商已經(jīng)在他們的產(chǎn)品組合中提供了可以連接到PLC的機(jī)器標(biāo)準(zhǔn)信號的殘余電流傳感器。通過在啟動(dòng)后和成功的安全測試后將各種機(jī)器狀態(tài)與測量的殘余電流水平直接關(guān)聯(lián)，可以在PLC中保存一個(gè)“健康”的RC基線。有了這些數(shù)據(jù)，可以對生產(chǎn)工廠進(jìn)行可靠和有意義的監(jiān)測。

結(jié)論

總的來說，RCM可以用作早期預(yù)警系統(tǒng)，因?yàn)樵S多絕緣故障會(huì)導(dǎo)致殘余電流緩慢增加。因此，這些設(shè)備被歸類為預(yù)測性維護(hù)措施。在許多情況下，可以避免進(jìn)行許多監(jiān)管機(jī)構(gòu)要求的定期安全檢查中的絕緣測試。RCM設(shè)備已經(jīng)在關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的財(cái)產(chǎn)中成為強(qiáng)制性的，如數(shù)據(jù)中心和醫(yī)院。在工業(yè)應(yīng)用中，RCM也是提高絕緣故障情況下的安全性和系統(tǒng)可用性的解決方案，因?yàn)橐馔獾臋C(jī)器故障是一個(gè)問題。

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引言

基于寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)（如氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC））的功率轉(zhuǎn)換產(chǎn)品現(xiàn)在可以在顯著更高的開關(guān)頻率下運(yùn)行，這可以產(chǎn)生幾乎W美的正弦波形。由于扼流圈的電感值和電容器的電容值與開關(guān)頻率成反比，因此可以制造更小、更輕的濾波元件，如扼流圈和電容器。未來，基于SiC和GaN的組件將繼續(xù)在更多應(yīng)用中獲得認(rèn)可。

Danisense推出了新型號DW500UB-2V，它能夠處理現(xiàn)在所需的寬頻帶。

電力分析儀背景

電力分析儀通常使用以下基本公式來計(jì)算有功功率。

因此，電壓 v(t) 和電流 i(t) 的數(shù)字化瞬時(shí)值被相乘，并將結(jié)果在一個(gè)定義的時(shí)間窗口內(nèi)累加起來。基本上，直流分量、所有諧波和非諧波分量，直到功率分析儀的帶寬限制或?yàn)V波器截止頻率，都被考慮在內(nèi)。高端市場的功率分析儀已經(jīng)可以運(yùn)行到10 MHz的頻率。在大多數(shù)情況下，電壓信號由功率分析儀直接處理，以便可以使用功率分析儀的完整帶寬。

對于大于30 A的電流測量，通常使用電氣隔離的電流傳感器，這些傳感器必須以高精度將初級信號傳輸?shù)酱渭墏?cè)。這些電流傳感器的主要部件是銅線圈和鐵芯。此外，羅戈夫斯基線圈由繞有銅線的線圈體組成。這種構(gòu)造導(dǎo)致線圈電感，以及在各個(gè)線圈之間和各個(gè)線圈層之間總是形成的不想要的電容。因此，每個(gè)銅線圈都代表一個(gè)潛在的振蕩電路。通過湯姆森振蕩方程，可以計(jì)算出共振頻率。

這意味著電流傳感器通常具有有限的帶寬。為了相應(yīng)地減少功率計(jì)算的帶寬，激活了功率分析儀內(nèi)部的濾波器。否則，如下面的圖1所示，功率分析中的高頻分量有時(shí)會(huì)被電流傳感器強(qiáng)烈扭曲。

圖1：測量設(shè)備的截止頻率與電流傳感器的頻率響應(yīng)

在測量設(shè)備中，這些看起來混亂的誤差曲線只能進(jìn)行有限的補(bǔ)償，因?yàn)檎袷幪匦詮?qiáng)烈依賴于銅線圈的電容，因此隨著溫度變化，曲線會(huì)發(fā)生偏移。

下一代功率電子學(xué)的高開關(guān)頻率

特別是當(dāng)使用高開關(guān)頻率的變頻器控制電動(dòng)機(jī)時(shí)，功率的有源分量也可以在三位數(shù)的千赫茲范圍內(nèi)找到，因?yàn)楦鶕?jù)下面的公式，開關(guān)頻率的倍數(shù)會(huì)顯示在電流和電壓信號中。

開關(guān)頻率及其諧波由有功和無功功率分量組成。為了以足夠的精度測量這些分量，除了幅度誤差外，相位誤差也必須非常精確。

相位位移

特別是當(dāng)使用電動(dòng)機(jī)等感性負(fù)載時(shí)，負(fù)載的感性分量隨著頻率的增加而增加。功率因數(shù)相應(yīng)地隨著頻率的增加而降低。這反過來又導(dǎo)致相位誤差對功率計(jì)算的影響越來越大。這種相關(guān)性在圖3中顯示。

圖3：在更高頻率下的有功功率和相位誤差的影響

相同的相位誤差會(huì)導(dǎo)致有功功率計(jì)算中的誤差更大（紅色標(biāo)記）。不同相位誤差的更精確值可以在下面的圖4中找到。

圖4：電流傳感器的相位位移及其對有功功率測量的影響，取決于系統(tǒng)功率因數(shù)角Θ

DW500UB-2V

DW500UB-2V在10 MHz以下沒有共振干擾。這是線性傳輸行為直到10 MHz的基本要求。相位誤差由固定的時(shí)延組成，主要是由2米同軸電纜引起的。測試協(xié)議中提到了這個(gè)時(shí)延。如果測量設(shè)備可以補(bǔ)償固定的時(shí)延，相位誤差可以顯著降低。這在下面的圖5中有所說明。

圖5：DW500UB-2V在2米RG58電纜下，有和沒有補(bǔ)償12.5納秒時(shí)延的頻率響應(yīng)

例如，在ZES ZIMMER的LMG671的選擇菜單中，有一個(gè)相應(yīng)的輸入模板，可以輸入時(shí)延。

除了精度之外，還必須考慮在較高頻率下主導(dǎo)體的電流承載能力。電流傳感器及其銅線圈也必須相應(yīng)地設(shè)計(jì)。DW500UB-2V能夠在25°C下處理高達(dá)100 kHz的整個(gè)額定電流。

在德國，直流分量可以在《低壓技術(shù)安裝指南》（TAR）低壓部分的5.4.4.9點(diǎn)“向低壓電網(wǎng)注入直流電流”中找到。這里特別指出：

5.4.4.9 向低壓網(wǎng)絡(luò)注入直流電流

轉(zhuǎn)換器注入的直流電流不得超過其額定電流的0.5%或最大20毫安（應(yīng)選擇較高值）。

注1：直流電流的測量基于DIN EN 61000-4-7（VDE 0847-4-7）標(biāo)準(zhǔn)，測量周期為10個(gè)基本振蕩周期。

注2：直流電流可能導(dǎo)致電纜腐蝕損壞，對其他設(shè)備造成損害，以及變壓器和其他電感器的飽和。

標(biāo)準(zhǔn)文本明確列出了轉(zhuǎn)換器作為不希望出現(xiàn)的直流電源。在其他國家也可以找到直流分量的最大值。以下表格列出了三個(gè)例子。

表1：國家標(biāo)準(zhǔn)中的直流限制

轉(zhuǎn)換器上的直流測量

2019年IEEE的一份出版物檢查了三種典型太陽能逆變器的直流分量。結(jié)果如下表所示。

表2：轉(zhuǎn)換器上的直流測量 - 參數(shù)

A型和B型超過了德國新低壓指令（TAR）規(guī)定的20毫安直流電流的限制。

轉(zhuǎn)換器中的直流源

轉(zhuǎn)換器中有多個(gè)直流源，如下圖所示的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)圖所示。

圖1：LCL型并網(wǎng)電壓源轉(zhuǎn)換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

單元證書與例行測試

通常，直流分量的測試已經(jīng)在當(dāng)前低壓電網(wǎng)發(fā)電設(shè)備單元證書的標(biāo)準(zhǔn)中成為強(qiáng)制性要求。直流分量的測量在IEEE Std 1547.1-2020標(biāo)準(zhǔn)下的5.9.2項(xiàng)中有所描述。在德國預(yù)標(biāo)準(zhǔn)VDE V 0124-1005中，測試在5.2.6.1項(xiàng)下有所描述。

然而，一般來說，單元證書是一種類型測試，其中只測試整個(gè)系列中的一個(gè)單元作為示例。

輸出直流分量的根本原因可能來自多種來源，如制造質(zhì)量或安裝功率晶體管的不對稱性，這些可能會(huì)因設(shè)備而略有不同。為了了解真實(shí)的直流貢獻(xiàn)，應(yīng)由逆變器制造商重新建立對每個(gè)生產(chǎn)的逆變器進(jìn)行例行測試。因此，即使擁有好的單元證書的逆變器也不能排除作為向電網(wǎng)輸出功率時(shí)的寄生直流源。

用于單元證書和電力質(zhì)量測量的測量設(shè)備

事實(shí)上，電網(wǎng)連接點(diǎn)的電壓質(zhì)量不僅因地點(diǎn)而異，而且隨時(shí)間變化。因此，在電網(wǎng)電壓條件較差的情況下，例如，已經(jīng)存在的直流分量可能會(huì)對轉(zhuǎn)換器的直流電流分量產(chǎn)生負(fù)面影響。在現(xiàn)場電力質(zhì)量測量中使用的羅戈夫斯基線圈只能檢測電流信號中的交流分量。帶有霍爾元件的電流鉗通常由于測量不確定性而不夠準(zhǔn)確。因此，在認(rèn)證公司的測量實(shí)驗(yàn)室中使用丹麥公司Danisense生產(chǎn)的高精度磁通門電流傳感器。這些傳感器在丹麥直接在公司自己的IEC 17025認(rèn)證測量實(shí)驗(yàn)室中校準(zhǔn)，并提供必要的校準(zhǔn)證書。

圖2：Danisense DS50UB-10V磁通門傳感器，帶有電壓輸出和低初級電流的精度數(shù)據(jù)。

在最初的試點(diǎn)項(xiàng)目中，這些磁通門傳感器也與高精度電力質(zhì)量分析儀一起使用。對于并網(wǎng)電廠中小直流分量的苛刻測量，電力質(zhì)量分析儀（PQA）應(yīng)具有非常好的信噪比，否則低于或高于額定頻率的較小水平將在噪聲中丟失。

圖3：具有不同信噪比的PQ分析儀

同時(shí)，PQA（電力質(zhì)量分析儀）應(yīng)該提供補(bǔ)償電流傳感器可能的直流偏移的可能性，以便即使是最小的水平也能非常準(zhǔn)確地測量。使用Neo Messtechnik的PQA8000H電力質(zhì)量分析儀，可以連接磁通門傳感器。除了非常好的信噪比外，F(xiàn)FT分析的頻率參數(shù)也可以自由選擇。通常按照IEC 61000-4-7進(jìn)行的分組對于進(jìn)一步分析來說往往太粗糙，特別是在低頻范圍內(nèi)。因此，PQA也可以在高壓電網(wǎng)中使用，以檢測從0到1赫茲范圍內(nèi)由地球磁場引起的準(zhǔn)直流電流。

使用高精度磁通門傳感器也可以直接在轉(zhuǎn)換器中進(jìn)行直流測量。對于較小額定電流，磁通門傳感器可作為PCB安裝，以便變頻器可以自行檢查輸出電流。

圖4：Danisense DP50IP-B - 可編程磁通門傳感器，最高可達(dá)50安培

電廠證書

如果將多個(gè)經(jīng)過認(rèn)證的光伏模塊和逆變器組合成一個(gè)大型發(fā)電廠，除了制造商的個(gè)別單元證書外，還需要一個(gè)電廠證書。在德國，所有大于135千瓦的電廠都需要電廠證書。連接點(diǎn)通常位于中壓級別，以最小化傳輸損失。變壓器之后不再需要直流測量。然而，低壓側(cè)的直流電流可以顯著縮短變壓器的壽命。因此，在低壓側(cè)進(jìn)行直流測量絕對符合電廠運(yùn)營商的利益，以在整個(gè)變壓器的使用壽命期間最小化停機(jī)時(shí)間和維護(hù)成本。

除了光伏轉(zhuǎn)換器外，風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的強(qiáng)大轉(zhuǎn)換器也可能產(chǎn)生直流分量。由于在大多數(shù)情況下風(fēng)力發(fā)電廠包括中壓變壓器，因此這里不再需要進(jìn)行直流測量以獲得電廠證書，如下圖所示。

圖5：帶有自有中壓變壓器的風(fēng)力渦輪機(jī)電廠證書

變壓器和直流注入

遭受單向飽和的磁芯的變壓器會(huì)產(chǎn)生更高的激勵(lì)電流，這可能導(dǎo)致磁芯過熱。此外，還可能發(fā)生振動(dòng)、噪音和熱應(yīng)力，最終縮短變壓器的壽命。下圖顯示了由疊加的低頻振蕩引起的半波飽和。

圖6：變壓器的半波飽和

此外，在半波飽和期間，變壓器變成一個(gè)非線性運(yùn)行設(shè)備。在這里，變壓器的磁操作范圍被推入飽和范圍。磁滯曲線的線性范圍變小。因此，中壓側(cè)電壓信號的畸變因子增加。

結(jié)論

在可再生能源應(yīng)用中的電力轉(zhuǎn)換技術(shù)不僅受到諧波的潛在源的影響。近年來，越來越多的調(diào)查報(bào)告顯示，在許多情況下也發(fā)生了直流注入。除了逆變器，非線性負(fù)載也可以產(chǎn)生直流分量。感應(yīng)設(shè)備如電動(dòng)機(jī)和變壓器并未設(shè)計(jì)來處理這些負(fù)載。盡管轉(zhuǎn)換器制造商方面做出了一些努力來最小化直流分量，但在使用交流/直流傳感器進(jìn)行低壓網(wǎng)絡(luò)的電力質(zhì)量測量時(shí)，仍然經(jīng)常檢測到不可忽視的直流分量。

圖7：Danisense磁通門電流傳感器與Neo Messtechnik的PQA8000組合使用

可靠的高性能電流傳感器和非常好的PQA是這項(xiàng)要求苛刻的測量成功的基本要求。

當(dāng)測量頻率超過1MHz的電流時(shí)，測量設(shè)置對于測量精度變得格外重要。

為了獲得最高的測量精度，從電流傳感器的角度來看，電流場盡可能對稱是非常重要的。

1. 母線必須在電流傳感器中居中。

2. 電流返回路徑必須盡可能對稱。

理想情況下，可以說電流路徑應(yīng)該像同軸電纜一樣，中心母線作為核心，返回電流路徑作為圍繞中心母線的外屏蔽層。在高電流使用電流傳感器的情況下，這樣的設(shè)置并不實(shí)用，因此建議使用兩種更簡單的設(shè)置。

對于最高2MHz的設(shè)置，為了獲得好的精度，建議至少使用兩個(gè)對稱的返回路徑——參見圖1-1，使用Danisense DT系列。

圖1-1 兩個(gè)對稱的返回路徑（實(shí)心圓點(diǎn)表示電流進(jìn)入視圖的方向，X標(biāo)記表示電流遠(yuǎn)離視圖的方向）

對于最高10MHz的設(shè)置，為了獲得好的精度，建議至少使用四個(gè)對稱的返回路徑——參見圖1-2，使用Danisense DW系列。

圖1-2 四個(gè)對稱的返回路徑（實(shí)心圓點(diǎn)表示電流進(jìn)入視圖的方向，X標(biāo)記表示電流遠(yuǎn)離視圖的方向）

在許多質(zhì)量控制體系中，保持傳感器的校準(zhǔn)狀態(tài)是一個(gè)重要要求，但必要的校準(zhǔn)間隔取決于特定系統(tǒng)的要求。 

對于Danisense傳感器的一般校準(zhǔn)間隔建議是1-2年。 

必要的校準(zhǔn)間隔由用戶需求決定?？紤]到測量儀器的穩(wěn)定性和允許的測量不確定性，可以選擇一個(gè)合適的校準(zhǔn)間隔。這可能因儀器而異。儀器的穩(wěn)定性可以從其校準(zhǔn)歷史中確定。如果一個(gè)儀器在校準(zhǔn)之間顯示出非常低的漂移，可能可以接受增加該儀器的校準(zhǔn)間隔。另一方面，如果有一個(gè)非常嚴(yán)格的不確定性預(yù)算，可能需要一個(gè)較短的校準(zhǔn)間隔。 

通常，磁通門傳感器本身非常穩(wěn)定，但如果傳感器包含測量電阻，電阻可能會(huì)導(dǎo)致顯著的漂移。這就是為什么建議對含有測量電阻的傳感器進(jìn)行比純電流傳感器更頻繁的校準(zhǔn)。這種漂移還取決于儀器的使用方式。通常，電阻的負(fù)載越大，其值的漂移就越大。

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如今，速度可控的三相電機(jī)已成為所有自動(dòng)化加工廠和商業(yè)建筑的標(biāo)準(zhǔn)配置。 高效異步電機(jī)，尤其是永磁電機(jī)、EC 電機(jī)和同步磁阻電機(jī)等電機(jī)技術(shù)，需要通過變頻器進(jìn)行控制；對于許多電機(jī)類型而言，通過標(biāo)準(zhǔn)三相電源直接運(yùn)行甚至已不再可能。

與這一發(fā)展形成鮮明對比的是數(shù)十年來的安全指令，這些指令旨在確保對人員、火災(zāi)和設(shè)備的保護(hù)。 例如，必須根據(jù) IEC 60364-6（2016-04 版 2.0）對低壓設(shè)備進(jìn)行定期檢查。 第 6.5.1.2 點(diǎn)要求，除其他外，檢查絕緣電阻，在相應(yīng)導(dǎo)體和 PE 保護(hù)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(shè)備上進(jìn)行這種測試。 因此，在測量時(shí)必須斷開變頻器的連接，以免造成損壞。 IEC 60364-6 的第 6.5.1.2 點(diǎn)也為我們提供了一條出路。 標(biāo)準(zhǔn)在此作了解釋：

“如果電路由符合 IEC 62020 標(biāo)準(zhǔn)的 RCM 長久監(jiān)控……如果……的功能，則沒有必要測量絕緣電阻…… RCM 是正確的”。

與 RCM（剩余 電流 監(jiān)控裝置）有關(guān)的 IEC 62020 標(biāo)準(zhǔn)描述了剩余電流監(jiān)控裝置必須滿足的技術(shù)邊界條件，以完全替代傳統(tǒng)的絕緣電阻測量方法。 殘余電流監(jiān)控器測量到的電平升高可能表明設(shè)備的絕緣出現(xiàn)故障。 隨后可對設(shè)備進(jìn)行定時(shí)檢查，以避免設(shè)備失控停機(jī)和不必要的生產(chǎn)流程中斷。 與傳統(tǒng)的絕緣測量相比，該系統(tǒng)通過剩余電流監(jiān)測對系統(tǒng)進(jìn)行不間斷監(jiān)測，可立即發(fā)現(xiàn)絕緣故障。

如今，速度可控的三相電機(jī)已成為所有自動(dòng)化加工廠和商業(yè)建筑的標(biāo)準(zhǔn)配置。 高效異步電機(jī)，尤其是永磁電機(jī)、EC 電機(jī)和同步磁阻電機(jī)等電機(jī)技術(shù)，需要通過變頻器進(jìn)行控制；對于許多電機(jī)類型而言，通過標(biāo)準(zhǔn)三相電源直接運(yùn)行甚至已不再可能。

與這一發(fā)展形成鮮明對比的是數(shù)十年來的安全指令，這些指令旨在確保對人員、火災(zāi)和設(shè)備的保護(hù)。 例如，必須根據(jù) IEC 60364-6（2016-04 版 2.0）對低壓設(shè)備進(jìn)行定期檢查。 第 6.5.1.2 點(diǎn)要求，除其他外，檢查絕緣電阻，在相應(yīng)導(dǎo)體和 PE 保護(hù)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(shè)備上進(jìn)行這種測試。 因此，在測量時(shí)必須斷開變頻器的連接，以免造成損壞。 IEC 60364-6 的第 6.5.1.2 點(diǎn)也為我們提供了一條出路。 標(biāo)準(zhǔn)在此作了解釋：

“如果電路由符合 IEC 62020 標(biāo)準(zhǔn)的 RCM 長久監(jiān)控……如果……的功能，則沒有必要測量絕緣電阻…… RCM 是正確的”。

與 RCM（剩余 電流 監(jiān)控裝置）有關(guān)的 IEC 62020 標(biāo)準(zhǔn)描述了剩余電流監(jiān)控裝置必須滿足的技術(shù)邊界條件，以完全替代傳統(tǒng)的絕緣電阻測量方法。 殘余電流監(jiān)控器測量到的電平升高可能表明設(shè)備的絕緣出現(xiàn)故障。 隨后可對設(shè)備進(jìn)行定時(shí)檢查，以避免設(shè)備失控停機(jī)和不必要的生產(chǎn)流程中斷。 與傳統(tǒng)的絕緣測量相比，該系統(tǒng)通過剩余電流監(jiān)測對系統(tǒng)進(jìn)行不間斷監(jiān)測，可立即發(fā)現(xiàn)絕緣故障。

因此，這是一種可歸類為預(yù)測性維護(hù)解決方案的程序。 在調(diào)試剩余電流監(jiān)控器時(shí)，通常必須遵守幾個(gè)邊界條件，以確保其正確運(yùn)行。

由于在生產(chǎn)設(shè)備中使用變頻器，在大多數(shù)情況下都會(huì)產(chǎn)生與系統(tǒng)相關(guān)的漏電流，這可能會(huì)給傳統(tǒng)的變頻器帶來問題。 R個(gè)別 C電流保護(hù) D設(shè)備 (RCD)。 故障電流大多由高電阻成分組成，而與系統(tǒng)相關(guān)的泄漏電流則主要是電容性的。 然而，RCD 無法區(qū)分不同的泄漏電流。 因此，如果所有漏電流之和高于跳閘閾值，它就會(huì)跳閘。 這在正常運(yùn)行時(shí)也是可能的。

如圖所示，從直流到幾千赫茲的殘余電流中會(huì)出現(xiàn)不同的頻率成分。 在分析測量到的殘余電流時(shí)，必須始終考慮到與系統(tǒng)相關(guān)的殘余電流，因?yàn)楸M管存在W美的絕緣，殘余電流在技術(shù)上是無法分離的。 此外，由于電感（如電機(jī)）的存在，在接通過程中可能會(huì)產(chǎn)生高電流峰值，從而導(dǎo)致 RCD 和 RCM 繼電器跳閘。

一般來說，頻率成分可作如下解釋。

安裝剩余電流監(jiān)控器時(shí)，必須了解與系統(tǒng)相關(guān)的實(shí)際泄漏電流。 只有這樣，才能設(shè)置適當(dāng)?shù)木骈撝岛屠^電器跳閘閾值。

丹尼森斯Danisense公司的剩余電流監(jiān)控器（SRCMH070IB+）可通過 USB 接口，使用專門為 Windows 系統(tǒng)開發(fā)的軟件進(jìn)行讀取。 有了這樣的設(shè)置，我們現(xiàn)在就可以使用裝有各種機(jī)器人系統(tǒng)和速度可控電機(jī)的生產(chǎn)設(shè)備了。 由于安裝了變頻器，與系統(tǒng)相關(guān)的泄漏電流的不同頻率分量應(yīng)可檢測到。

軟件的用戶界面提供了以下概覽。

在 1000 毫秒的積分時(shí)間間隔內(nèi)檢測到 290.1 毫安的真實(shí)有效值。我們從 1000 mA 集成繼電器的最大觸發(fā)閾值開始，通過 FFT 標(biāo)簽查看差分電流信號。

信號在 0.1 秒的時(shí)間間隔內(nèi)繪制。 在 20 毫秒的時(shí)間間隔內(nèi)（一個(gè) 50 赫茲的正弦波），我們檢測到 3 次振蕩。 因此，150 赫茲的基本振蕩構(gòu)成了我們信號中的最大振幅。 FFT 分析證實(shí)了我們的假設(shè)。

應(yīng)該注意的是，繼電器不會(huì)對剩余電流的所有頻率分量進(jìn)行同等加權(quán)，因此計(jì)算出的真實(shí)有效值（210.6 mA）較小。
用戶界面中的繼電器功能。 這是因?yàn)楦鶕?jù) IEC 62020，RCD 的規(guī)范性規(guī)定也適用于 RCM。

上圖顯示的是 B+ 型 RCD，它可以檢測到直流和 20 kHz 之間的剩余電流。 如上圖所示，只有在……
50 赫茲和 100 赫茲以 1:1 的比例計(jì)入繼電器的相關(guān)電流值。 低頻和高頻成分的權(quán)重較弱。 30 mA 的跳閘值為
在 50 赫茲的主頻率范圍內(nèi)，故障電流的可能性最大。 允許跳閘值隨著頻率的增加而增加。 這意味著變頻器的高頻泄漏電流已被部分考慮在內(nèi)。 這種加權(quán)也適用于剩余電流監(jiān)控器的繼電器輸出。 因此，在繼電器輸出的相關(guān)波形中，高頻電流分量被明顯減弱，真實(shí)有效值小于傳統(tǒng)的真實(shí)有效值。

上圖顯示了繼電器輸出信號中較高頻率成分的明顯衰減。

為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的監(jiān)控，同時(shí)防止誤報(bào)，我們現(xiàn)在來看看機(jī)器在不同運(yùn)行模式下產(chǎn)生的剩余電流的不同值。

這些數(shù)值由 Danisense 軟件以 .csv 文件格式生成。同時(shí)還提供了 4-20 mA 直流輸出的數(shù)值。該機(jī)器曾進(jìn)行過絕緣測量。未發(fā)現(xiàn)缺陷。由于積分間隔超過 1000 毫秒，接通和斷開過程中的電流峰值被平滑化，因此通過 TRMS 計(jì)算無法識別明顯增加的數(shù)值。差分電流在 236.5 至 333.7 mA 之間擺動(dòng)。通過 4-20 mA 接口，現(xiàn)在可以在 PLC 或通用測量設(shè)備中定義 450 或 550 mA 的兩個(gè)報(bào)警閾值。繼電器輸出可設(shè)置為 1000 mA。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，這里定義了 50%至 1（500 至 1000 mA）之間的跳閘。因此，應(yīng)使用這些參數(shù)對系統(tǒng)進(jìn)行合理監(jiān)控。

在兩個(gè)月的時(shí)間里，沒有發(fā)現(xiàn)任何誤報(bào)。

將積分間隔縮短至 400 毫秒也能提供可用的數(shù)值，從而對設(shè)備進(jìn)行可靠的監(jiān)測。

為了快速調(diào)試 RCM，還可通過集成算法對差分電流進(jìn)行自動(dòng)分析。 這是通過操作終端上的特定組合鍵來實(shí)現(xiàn)的。

在許多關(guān)鍵設(shè)備中，如數(shù)據(jù)中心或成本密集型生產(chǎn)設(shè)施，已經(jīng)使用剩余電流監(jiān)測器來防止失控停機(jī)或節(jié)省耗時(shí)的絕緣測量。 同樣，殘余電流監(jiān)測器可與 RCD（300 mA）并行用于火災(zāi)危險(xiǎn)作業(yè)場所，以提供殘余電流值增加的早期信息。