使用达尼森剩余电流监控器 SRCMH070IB+ 对生产设备进行剩余电流监控

如今,速度可控的三相电机已成为所有自动化加工厂和商业建筑的标准配置。 高效异步电机,尤其是永磁电机、EC 电机和同步磁阻电机等电机技术,需要通过变频器进行控制;对于许多电机类型而言,通过标准三相电源直接运行甚至已不再可能。

与这一发展形成鲜明对比的是数十年来的安全指令,这些指令旨在确保对人员、火灾和设备的保护。 例如,必须根据 IEC 60364-6(2016-04 版 2.0)对低压设备进行定期检查。 第 6.5.1.2 点要求,除其他外,检查绝缘电阻,在相应导体和 PE 保护电位之间施加测试电压。 许多变频器制造商明确禁止在其设备上进行这种测试。 因此,在测量时必须断开变频器的连接,以免造成损坏。 IEC 60364-6 的第 6.5.1.2 点也为我们提供了一条出路。 标准在此作了解释:

“如果电路由符合 IEC 62020 标准的 RCM 永久监控……如果……的功能,则没有必要测量绝缘电阻…… RCM 是正确的”。

与 RCM(剩余 电流 监控装置)有关的 IEC 62020 标准描述了剩余电流监控装置必须满足的技术边界条件,以完全替代传统的绝缘电阻测量方法。 残余电流监控器测量到的电平升高可能表明设备的绝缘出现故障。 随后可对设备进行定时检查,以避免设备失控停机和不必要的生产流程中断。 与传统的绝缘测量相比,该系统通过剩余电流监测对系统进行不间断监测,可立即发现绝缘故障。

The Danisense Residual Current Monitoring (RCM) device SRCMH070IB+ with its software solution

因此,这是一种可归类为预测性维护解决方案的程序。 在调试剩余电流监控器时,通常必须遵守几个边界条件,以确保其正确运行。

由于在生产设备中使用变频器,在大多数情况下都会产生与系统相关的漏电流,这可能会给传统的变频器带来问题。 R个别 C电流保护 D设备 (RCD)。 故障电流大多由高电阻成分组成,而与系统相关的泄漏电流则主要是电容性的。 然而,RCD 无法区分不同的泄漏电流。 因此,如果所有漏电流之和高于跳闸阈值,它就会跳闸。 这在正常运行时也是可能的。

Residual current monitoring electrical equivalent circuit diagram

如图所示,从直流到几千赫兹的残余电流中会出现不同的频率成分。 在分析测量到的残余电流时,必须始终考虑到与系统相关的残余电流,因为尽管存在完美的绝缘,残余电流在技术上是无法分离的。 此外,由于电感(如电机)的存在,在接通过程中可能会产生高电流峰值,从而导致 RCD 和 RCM 继电器跳闸。

一般来说,频率成分可作如下解释。

Diagram with different frequencies in residual current signals

安装剩余电流监控器时,必须了解与系统相关的实际泄漏电流。 只有这样,才能设置适当的警告阈值和继电器跳闸阈值。

达尼森公司的剩余电流监控器(SRCMH070IB+)可通过 USB 接口,使用专门为 Windows 系统开发的软件进行读取。 有了这样的设置,我们现在就可以使用装有各种机器人系统和速度可控电机的生产设备了。 由于安装了变频器,与系统相关的泄漏电流的不同频率分量应可检测到。

软件的用户界面提供了以下概览。

User interface of the Danisense Windows software for the residual current monitor SRCMH070IB+ from Danisense

在 1000 毫秒的积分时间间隔内检测到 290.1 毫安的真实有效值。我们从 1000 mA 集成继电器的最大触发阈值开始,通过 FFT 标签查看差分电流信号。

Signal of the measured residual current

信号在 0.1 秒的时间间隔内绘制。 在 20 毫秒的时间间隔内(一个 50 赫兹的正弦波),我们检测到 3 次振荡。 因此,150 赫兹的基本振荡构成了我们信号中的最大振幅。 FFT 分析证实了我们的假设。

Diagram with The Fast Fourier Transform (FFT) of the signal

应该注意的是,继电器不会对剩余电流的所有频率分量进行同等加权,因此计算出的真实有效值(210.6 mA)较小。
用户界面中的继电器功能。 这是因为根据 IEC 62020,RCD 的规范性规定也适用于 RCM。

Diagram with the weighing of different frequency components relevant for the delay

上图显示的是 B+ 型 RCD,它可以检测到直流和 20 kHz 之间的剩余电流。 如上图所示,只有在……
50 赫兹和 100 赫兹以 1:1 的比例计入继电器的相关电流值。 低频和高频成分的权重较弱。 30 mA 的跳闸值为
在 50 赫兹的主频率范围内,故障电流的可能性最大。 允许跳闸值随着频率的增加而增加。 这意味着变频器的高频泄漏电流已被部分考虑在内。 这种加权也适用于剩余电流监控器的继电器输出。 因此,在继电器输出的相关波形中,高频电流分量被明显减弱,真实有效值小于传统的真实有效值。

Diagram with the Signal for the relay function with damped frequencies above 100 Hz

上图显示了继电器输出信号中较高频率成分的明显衰减。

为了实现稳定的监控,同时防止误报,我们现在来看看机器在不同运行模式下产生的剩余电流的不同值。

Diagram with the TRMS values of the residual current over an integration interval of 1000 ms

这些数值由 Danisense 软件以 .csv 文件格式生成。同时还提供了 4-20 mA 直流输出的数值。该机器曾进行过绝缘测量。未发现缺陷。由于积分间隔超过 1000 毫秒,接通和断开过程中的电流峰值被平滑化,因此通过 TRMS 计算无法识别明显增加的数值。差分电流在 236.5 至 333.7 mA 之间摆动。通过 4-20 mA 接口,现在可以在 PLC 或通用测量设备中定义 450 或 550 mA 的两个报警阈值。继电器输出可设置为 1000 mA。根据相关标准,这里定义了 50%至 100%(500 至 1000 mA)之间的跳闸。因此,应使用这些参数对系统进行合理监控。

在两个月的时间里,没有发现任何误报。

将积分间隔缩短至 400 毫秒也能提供可用的数值,从而对设备进行可靠的监测。

TRMS values of the residual current over an integration interval of 400 ms

为了快速调试 RCM,还可通过集成算法对差分电流进行自动分析。 这是通过操作终端上的特定组合键来实现的。

在许多关键设备中,如数据中心或成本密集型生产设施,已经使用剩余电流监测器来防止失控停机或节省耗时的绝缘测量。 同样,残余电流监测器可与 RCD(300 mA)并行用于火灾危险作业场所,以提供残余电流值增加的早期信息。

更多信息请访问我们的网站

www.danisense.com/products/residual-current-monitoring

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