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優(yōu)化工業(yè)殘余電流監(jiān)測:智能警報閾值與高效系統(tǒng)保護

點擊次數(shù):411 更新時間:2024-09-10

優(yōu)化工業(yè)殘余電流監(jiān)測:智能警報閾值與高效系統(tǒng)保護

 

保護目標(biāo)

目前,越來越多的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備都配備了剩余電流測量裝置。 這種監(jiān)測措施主要用于實現(xiàn)斷層和植物保護目標(biāo)。 在某些特殊情況和條件下,還可以通過符合 IEC 62020 標(biāo)準(zhǔn)的剩余電流監(jiān)控器來映射防火保護。

 


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除了這些保護目標(biāo)外,根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn),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(chǎn)設(shè)備的剩余電流值

生產(chǎn)設(shè)備大多是復(fù)雜的電氣系統(tǒng),由不同的電氣設(shè)備組合而成。 在大多數(shù)情況下,PLC 負責(zé)控制。 雖然單個電氣設(shè)備的系統(tǒng)相關(guān)泄漏電流受標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)管,但在復(fù)雜的系統(tǒng)中可能會出現(xiàn)更大的系統(tǒng)相關(guān)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(dǎo)體中。

 

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在工業(yè)環(huán)境中的生產(chǎn)設(shè)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(nèi)振蕩了三次。因此,在 FFT 分析中,預(yù)計最大振幅出現(xiàn)在 150 赫茲處。

 

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由于這些數(shù)值往往很高,因此無法使用傳統(tǒng)的 RCD 來保護系統(tǒng)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(guān)的 RCD 個人保護裝置。

現(xiàn)在的問題是,如何在剩余電流測量中處理與系統(tǒng)相關(guān)的較高剩余電流,特別是因為在系統(tǒng)的各種運行狀態(tài)下,很少能建立穩(wěn)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。

 

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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(shè)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(nèi)部的設(shè)備運行狀態(tài)聯(lián)系起來,就可以確定設(shè)備的正常狀態(tài)。

 

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

不過,一般來說,還應(yīng)該注意的是,這種溶液未被批準(zhǔn)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。

 

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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。

 

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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(dǎo)體中 50 赫茲基頻的整數(shù)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。

 

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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(shù)倍信號,TRMS 隨電阻電流增加而增加的百分比如下式所示。

 

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在 PLC 控制系統(tǒng)中選擇報警閾值時應(yīng)考慮到這些關(guān)系。 在我們的表格中,如果相同的保護目標(biāo)仍然有效,則必須對數(shù)值進行如下更改。

 

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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(yīng)的相電流相連。

在某些應(yīng)用中,100 Hz 或 2 kHz 以上的頻率成分被刻意省略。 該設(shè)置可在達尼森剩余電流監(jiān)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。

 

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這樣,與系統(tǒng)相關(guān)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(tǒng) RCD 和 RCM 的繼電器功能也可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對較高頻率成分進行總體抑制。

 

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結(jié)論

就成本和改造而言,對工業(yè)制造廠的運行設(shè)備進行單獨監(jiān)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(shè)備的運行狀態(tài)聯(lián)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(tǒng)相關(guān)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。



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