残留電流監視のための合理的なアラームしきい値
保護対象
現在、産業部門では、残留電流測定を装備した生産プラントが増えている。
この監視手段は、主に故障保護とプラント保護の保護目標に使用されます。
特殊なケースや条件下では、IEC 62020に準拠した残留電流モニタによって火災保護もマッピングできます。
これらの保護目標に加えて、国際標準化によれば、固定設備の定期検査の一部である絶縁測定を回避することができる。
定格電流270Aの生産プラントの残留電流値
生産プラントは複雑な電気システムがほとんどで、さまざまな電気機器の組み合わせによって実現されている。
ほとんどの場合、PLCが制御を引き継ぎます。
個々の電気機器はシステム関連の漏れ電流に関して規格で規制されていますが、複雑なシステムではより大きなシステム関連の漏れ電流が発生する可能性があります。
通常、これらは保護接地導体に高調波成分を放散する容量性フィルター電流である。
以下のオシログラムは、産業環境の生産工場で検出されたものです。
基本波が検出され、20msの時間間隔で3回振動している。FFT分析では、150Hzで最大の振幅が予想されます。
これらの値はしばしば高いため、従来の個人保護や防火用の漏電遮断器でシステムを保護することはできなかった。
このため、自由にアクセスできるソケットと、それに付随する個人保護用の漏電遮断器は省略された。
特に、システムの様々な動作状態にわたって安定した振幅が確立されることはめったにないためです。
次の図に示す測定値は、定格電流270Aの大規模な製造プラントから得られたものです。
妥当なアラームしきい値の見つけ方
比較的大きな電流値は、主に個々の機器の容量性フィルター電流によるものである。
周波数コンバータがこの主な原因である。
これらの測定された残留電流値が、PLCの内部でプラントのそれぞれの運転状態とリンクされていれば、プラントの正常な状態を定義することができます。
この手順により、プラントのインテリジェントな監視が可能になる。
スイッチオンのピークも、この方法で正常な状態として宣言することができます。
プラント保護のために、コストのかかる個々の機器の監視は、もはや必要ありません。
しかし、一般的に、このソリューションは個人保護用としては承認されていないこともここで留意すべきである。
容量性電流ベクトルと抵抗性電流ベクトルが加わるため、TRMS信号の高い容量性レベルでは、以下の図が明らかにしているように、15～30 mAのレベルはほとんど検出できません。
30mAの抵抗成分（IR）がなければ、残留電流は250mA（IRC）である。抵抗成分が30 mAに増加すると、総残留電流はわずか251.8 mAとなる。
以下では、この問題を同じ実効値のオシログラムで説明する。
容量性電流は抵抗性成分に90°または5ms遅れる。上記の150Hzの例のように、容量性漏れ電流が高周波で、導体で一般的な50Hzの基本周波数の整数倍である場合、50Hzと150Hzの信号間のシフトが異なっても、問題はほとんど変わらない。
位相オフセットが90°または5msで、50Hzの整数倍のすべての容量性電流信号について、抵抗性電流の増加に伴うTRMSの増加率は以下の式で与えられる。
これらの関係は、PLC 制御システムでアラームしきい値を選択する際に考慮する必要があります。
この表では、同じ保護ターゲットが有効である場合、以下のように値を変更する必要があります。
いくつかのプロジェクトでは、測定された残留電流値は、エネルギー測定モジュールを介して、それぞれの相電流とともにPLCに追加接続されます。
アプリケーションによっては、100 Hzまたは2 kHzを超える周波数成分は意図的に省略されます。
この設定はDanisense残留電流モニターの操作端子で行うことができます。
この方法では、より高い周波数を持つ容量性周波数成分は、強く減衰された形でTRMS値にのみ考慮されます。
このようにすることで、システム関連の漏れ電流が減少し、抵抗性故障電流の変化が検出しやすくなることが多い。
従来の漏電遮断器やRCMのリレー機能は、規格に準拠した高周波成分の一般的な減衰も提供しているため、この手順は正当であると思われる。
結論
産業用製造プラントの稼動機器を個別に監視することは、コストやレトロフィットの点で不可能な場合が多い。
良い代替案は、主接続を測定し、4-20 mA出力をPLCとリンクさせることです。
こうすることで、突入電流のピークやそれ以上のレベルを各制御機器の動作状態にリンクさせることができます。
このようにして、50 Hzでの危険な抵抗電流成分をより簡単に検出することができます。
容量性電流と抵抗性電流の間のより良い比率を得るために、システムに関連した大きな残留電流を減衰させる必要がある場合があります。
与えられた差動電流を十分に解析するには、無償の解析ソフトウェアを備えたSRCMH070IB+をお勧めします。