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標準中的要求 保護接地器在電氣設備出現故障或發生短路時，保護用戶不會受到危險接觸電壓的傷害。為確保此基本功能，保護接地線上的電流必須加以限制，這是為什么大多數產品安全標準中包含漏電流測量和限制條款的原因。辦公室設備和信息技術設備的產品安全標準EN 60950-1進行了相關說明。 盡管都使用漏電流這個術語進行描述，但是標準在實際上對接觸電流和保護導體電流進行了區分。接觸電流是人在接觸電氣裝置或設備時，流過人體的所有電流。另一方面，保護導體電流是在設備或裝置正常運行時，流過保護接地導體的電流。此電流也稱為漏電流。 所有電氣設備的設計都必須避免產生危及用戶的接觸電流和保護導體電流。一般來說，接觸電流不得超過3.5mA，采用下文所述的測量方法進行測量。 3.5mA的極限值并不適用于所有設備，因此，在標準中，還對配備工業型電源接線器（B型可插拔設備）和保護接地器的設備進行了補充規定。如果保護接地電流不超過輸入電流的5％，那么接觸電流可以超過3.5mA。另外，等電位聯結導體的最小截面積必須符合EN 60950-1的規定。最后，但不是最不重要的，制造商必須在電氣設備上附帶下述警告標簽之一。 “警告！強接觸電流。先接地。” “警告！強漏電流。先接地。” 除了普通的產品安全標準之外，還有關于無源EMI濾波器的安全標準。在歐洲，新頒布了EN 60939，自2006年1月1日起代替了當時現行的EN 133200。然而，此標準沒有關于濾波器漏電流的附加要求。美國的EMI濾波器標準，UL 1283，與此不同。不僅需要進行所有常規安全試驗，還需要確認濾波器的漏電流。在默認情況下，此漏電流不允許超過0.5mA。否則，濾波器必須附帶一個安全警告，說明濾波器不適用于住宅區。必須提供接地連接器以防觸電，另外濾波器必須連接到接地電源引出線或接頭上。 漏電流的計算 本節將說明計算漏電流的方法。因為元件存在誤差，并且電網（對于3相供電網）的不平衡只能估計，所以實際結果不一定等于測量結果。另一方面，對順序生產的每一個濾波器都進行漏電流測量是不合理的，所以一般來說，制造商提供的漏電流都是根據計算值。 對于所有的計算，磁性元件的寄生元件及保護接地器的阻抗均忽略不計。計算時只考慮濾波器電容的誤差。EMI濾波器電容一般用來抑制差模和共模干擾。對于前者，在相位之間，以及相位和中性導體之間，連接有所謂的X電容。對于共模抑制，相位和接地之間采用Y電容。 電容器對于頻率和電壓的依存關系也沒有考慮。這對于陶瓷電容器是非常重要的，因為這種電容器會受到電壓和頻率的明顯影響。因此，采用陶瓷電容器的濾波器的漏電流也比計算結果更大。 3相供電網中的漏電流 要計算3相供電網中的漏電流，需要確定電源中性點MQ和負載中性點ML之間的電壓。在電源端，是3個相電壓UL1、UL2和UL3，與中性點MQ相連接。在負載端，是3個阻抗Z1、Z2和Z3，也與一個星型相連接。兩個中性點MQ和ML通過阻抗ZQL相連，此阻抗上的壓降為UQL。 圖1：電源和負載和星型連接 阻抗ZQL的實際電壓UQL可以使用下述公式計算： 無源3相濾波器的一種常見配置是3個X電容器的中性點連接，并通過Y電容器與地電位或者濾波器的外殼相連接。對于平衡電容電網，漏電流可以忽略。另一方面，當相位之間達到最高的不平衡時，電網達到最高的漏電流值。不平衡的原因包括電容器值的公差，以及供電網的電壓不平衡。 圖2：3相濾波器的典型電容器配置 因此，漏電流的關鍵要素是電容器CX1、CX2和CX3的不平衡產生的電壓UQL。對于大多數濾波器，額定值是相同的，但是也存在制造公差的影響。電容器CY處的壓降UQL產生的漏電流Ileak, max可以根據下式確定： 當 時 大多數制造商在確定無源濾波器中的電容器的額定值時，公差為±20%。CY的最高壓降發生在兩個X電容器具有最小的公差，而一個電容器具有最大公差的時候。另外，假設CY的公差值最大。將這些假設代入方程(1)和(2)，則漏電流為： 為更好地了解此理論，可以提供一個480V 3相濾波器的計算實例。電容器值為CX=4.4F、CY=1.8F；所有電容器的公差均為制造商規定的±20%。不考慮電源電壓的不平衡，計算出的漏電流大約為23mA。 實踐經驗表明電容器的公差差距不會如此之大。比較真實的公差范圍從-20％至0％。根據此假設，上述計算得出的漏電流大約為10 mA。應該指出：不同制造商采用的濾波器漏電流計算方法并不統一。因此，即使兩個濾波器的電路圖和元件值相同，但是漏電流可能不同。 到目前為止，在計算中并沒有考慮供電網的電壓不平衡。在實際應用中，供電網確實存在不平衡。為在計算中考慮進此因素，采用了供電網標準EN 50160，此標準規定了公共供電網的狀態。根據此標準，地區供電網的電壓不平衡應該不超過3％。將此條件代入前述計算，當電容器公差為±20%時，漏電流上升到26mA，當公差為+0/-20%時，漏電流為13mA。 單相供電網中的漏電流 與3相供電網相比，單相供電網中的漏電流計算要容易的多。在電壓和頻率給定之后，漏電流只取決于總電容。圖3所示是單相濾波器的典型電容器回路。 圖3：單相濾波器的典型電容器配置 在正常工作時，漏電流由電容器CYL和CYN決定。總電流值由下式給出： 當CX=100nF、CY=2.2nF，并且給定的公差為±20%時，漏電流為190A。最壞的情形發生在中性導體斷開的時候。此時，總電容由兩個平行電容器組成：一邊是CYL，另一邊是串聯的CX和CYN。圖4是等效電路圖。 圖4：中性導體斷開時的總電容 總電容根據下述公式計算： 在發生故障時，最大漏電流可以高達377。 漏電流的測量 計算漏電流是一件事情，進行測量又是另外一件事情。各種產品安全標準規定了必要的測量方法。盡管不同標準之間存在差異，基本方法是類似的。下文將詳細敘述根據EN 60950進行計算。 根據EN 60950進行測量 我們在“標準中的要求”中提到：EN 60950使用術語“接觸電流”和“保護接地電流”而不是“漏電流”。測得的電流總是接觸電流。因為單相和3相供電網所用的方法非常類似，所以只敘述單相設備所用的方法。 基本測量設置如圖5所示。測量設備的輸出B與系統的接地中性導體相連接。輸出A通過開關STEST與設備的接地端子相連接。開關SPE打開。 圖5：接觸電流的測量設置 另外，測量必須采用反極性。為此，電路使用了開關SPOL。許可漏電流取決于設備的類型，并在標準中進行了規定。 另外，設備可操作件的接觸電流的測量與設備類型無關。然而，并沒有詳細描述該測量，因為與漏電流自身無關。 圖5所示的測量設備可以有2種版本。第一種可能性采用下圖所示的電壓測量回路。 圖6：電壓測量設備 RS 1500 ? RB 500 ? R1 10 ? CS 0.22 ? C1 0.022 ? 測量電壓U2所需的輸入阻抗必須大于1M?，輸入電容必須小于200pF。頻率范圍需要在15Hz至1MHz之間。U2到Ileak的轉換公式為： 除了根據圖6測量電壓之外，還可以根據圖7所示的電路測量電流。 圖7：電流測量設備 M 動圈式儀表 R1+ RV1+ Rm 在C=150 nF±1%時，1500±1%，或者 在C=112 nF±1%且0.5 mA DC時，2000±1% D 測量整流器 RS 無感應電阻器，量程X 10 S 量程選擇器 對于非正弦波形，并且頻率超過100Hz，則圖6所示電壓測量可以獲得更為精確的結果。 供電網拓撲對漏電流的影響 在“漏電流的測量”中，已經提到當供電網和電容網絡取得平衡時，漏電流最低。任何不平衡都將增大漏電流。 考慮到這一點，很明顯供電網拓補對于設備漏電流具有明顯的影響。對于某些供電網，甚至需要設計專用濾波器來降低漏電流。特別是在日本供電網中使用歐洲生產的濾波器。 日本供電網的特殊性是一個事實，一個相直接接地。如圖8所示。 圖8：日本供電網的原理 這種設置類型的并聯連接是一個分支為LL2，另一個分支為CL2和C0。等效電路如圖9所示。 圖9：圖8的等效電路 對于這種布局，接地阻抗完全不同，從而產生不同的壓降和漏電流。因此，歐洲濾波器的漏電流額定值不能自動用在日本供電網中。 一種可能的解決方案是更改濾波器接地相的阻抗，從而產生不平衡的濾波器。另外一種備選方案是增加所有相位的阻抗，從而降低濾波器的總接地電容（Y電容），這樣保持了濾波器的對稱設置并且沒有顯著增大漏電流。 總結 出于安全考慮，在使用無源EMI濾波器時，需要考慮漏電流的影響。一般來說，大多數制造商定義了正常運行時每個相位的漏電流。 一般來說，漏電流的額定值不是測量的結果，而是計算值。計算前提并沒有統一的標準，而是由制造商規定。這些前提包括元件的公差、 電源電壓的不平衡和操作模式（正常運行、故障狀態）。因此，即使兩個濾波器的電路圖和元件的額定值相同，但是漏電流可能明顯不同。 各種產品安全標準中規定了漏電流的測量，因此易于復制。然而，不能100％地進行生產測試。只在驗證過程中，才進行類型測試。 最后，但不是最不重要的，漏電流還在很大程度上取決于供電網。在歐洲供電網中漏電流很低的濾波器在日本供電網中就表現出很大的漏電流。因此，很容易使現有的漏電流斷路器跳閘。 盡責的制造商在其規范中總是標注可能發生的最大漏電流。最終用戶很難可靠地計算設備或裝置的總漏電流。 |
