優化工業殘余電流監測：智能警報閾值與高效系統保護

保護目標

目前，越來越多的工業生產設備都配備了剩余電流測量裝置。 這種監測措施主要用于實現斷層和植物保護目標。 在某些特殊情況和條件下，還可以通過符合 IEC 62020 標準的剩余電流監控器來映射防火保護。

除了這些保護目標外，根據國際標準，還可以避免作為固定裝置定期檢查一部分的絕緣測量。

額定電流為 270 A 的生產設備的剩余電流值

生產設備大多是復雜的電氣系統，由不同的電氣設備組合而成。 在大多數情況下，PLC 負責控制。 雖然單個電氣設備的系統相關泄漏電流受標準監管，但在復雜的系統中可能會出現更大的系統相關泄漏電流。 通常，這些是電容濾波電流，可將諧波成分消散到保護接地導體中。

在工業環境中的生產設備上檢測到以下振蕩圖。 可以檢測到一個基本振蕩，在 20 毫秒的時間間隔內振蕩了三次。因此，在 FFT 分析中，預計最大振幅出現在 150 赫茲處。

由于這些數值往往很高，因此無法使用傳統的 RCD 來保護系統的人身安全或防火。 因此，我們干脆省略了可自由接入的插座和相關的 RCD 個人保護裝置。

現在的問題是，如何在剩余電流測量中處理與系統相關的較高剩余電流，特別是因為在系統的各種運行狀態下，很少能建立穩定的幅值。 下圖中的測量值來自一家額定電流為 270 A 的大型制造廠。

如何找到合理的警報閾值

相對較大的電流值主要是由于單個設備的電容濾波電流造成的。 變頻器是造成這種情況的主要原因。 如果將這些測得的剩余電流值與 PLC 內部的設備運行狀態聯系起來，就可以確定設備的正常狀態。

該程序可對設備進行智能監控。 也可以用這種方法將開機峰值宣布為正常狀態。 不再需要對用于植物保護的單個設備進行成本高昂的單獨監控。

不過，一般來說，還應該注意的是，這種溶液未被批準用于個人防護。 如下圖所示，由于增加了電容和電阻電流矢量，TRMS 信號中的高電容電平幾乎檢測不到 15 至 30 mA 的電平。

如果沒有 30 mA 電阻分量(IRC)，剩余電流為 250 mA(IRC)。 如果電阻分量增加到 30 mA，則總剩余電流僅為 251.8 mA。

下面將以相同有效值的振蕩圖來說明問題。

電容電流滯后電阻分量 90° 或 5 毫秒。如果電容泄漏電流的頻率較高，是導體中 50 赫茲基頻的整數倍，如上述 150 赫茲的例子，那么即使 50 赫茲和 150 赫茲信號之間有不同的偏移，問題也幾乎不會改變。

對于相位偏移 90° 或 5 ms 的所有電容電流信號以及 50 Hz 的所有整數倍信號，TRMS 隨電阻電流增加而增加的百分比如下式所示。

在 PLC 控制系統中選擇報警閾值時應考慮到這些關系。 在我們的表格中，如果相同的保護目標仍然有效，則必須對數值進行如下更改。

在一些項目中，測量到的剩余電流值還通過能量測量模塊與 PLC 和相應的相電流相連。

在某些應用中，100 Hz 或 2 kHz 以上的頻率成分被刻意省略。 該設置可在達尼森剩余電流監控器的操作終端上進行。 這樣，頻率較高的電容頻率成分只能以強阻尼形式計入 TRMS 值。

這樣，與系統相關的泄漏電流往往可以減少，電阻故障電流的變化也更容易被檢測到。 這一程序似乎是合理的，因為傳統 RCD 和 RCM 的繼電器功能也可根據標準對較高頻率成分進行總體抑制。

結論

就成本和改造而言，對工業制造廠的運行設備進行單獨監控往往是不可能的。 一個很好的替代方法是測量主連接，并將 4-20 mA 輸出端與 PLC 連接。 這樣，浪涌電流峰值和更高電平就可以與每個受控設備的運行狀態聯系起來。 因此，可以更容易地檢測到 50 赫茲的危險電阻電流成分。 可能有必要抑制與系統相關的大殘余電流，以獲得更好的電容電流和電阻電流比。 為充分分析給定的差分電流，建議使用 SRCMH070IB+ 變體和免費分析軟件。