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分布式光伏逆变器漏电流检测单元(RCMU)的测试规范与认证要求探讨

国际太阳能光伏网  来源:中国网  日期:2017-12-04
   2017年被众多光伏人认为是分布式光伏发展元年,仅2017年上半年分布式光伏新增装机就有700万KW,这个规模相当于去年同期的3倍!于此同时,光伏逆变器里的安全性也成为大家越来越关注的焦点之一。各种标准的解读,各种安全规范的落实,各种相关认证的升级。今天我们来聊聊分布式光伏逆变器中漏电检测单元(RCMU)的测试规范与认证要求。
 
  测试回路需求 (模型基于VDE0126)
 
  断路装置按照正常使用装配。对于测试回路的电感,其感值必须到可忽略的大小并符合下图片。用于测量故障电流的测试仪器必须适合class 0.5,且仪器“Ammeter”必须能测量到有效值为2KHz的频率。用于测量时间的测量仪器相对误差不得大于测量值的10%。
 
  以30KW举例:
 
  
 
  1. 突变漏电流测试要求:
 
  
 
  在容性漏电的基础上突加阻性漏电
 
  测试前,需要缓慢增加电容C1,至产生容性漏电流等于300mA/rms持续漏电流值减去1.5倍对应突变电流值。调节电阻值R1,验证30mA,60mA,150mA突变漏电断路功能是否符合Table 31的对应时间。反向相同测试。
 
  
 
  注:逆变器内部漏电流保护要求是基于IEC61008,即RCD的标准。
 
  1. 持续漏电流测试要求:
 
  
  缓慢增加组性漏电
 
  测试开关S1 闭合。调节R1使故障电流不断上升,让电流值在30 秒内达到达到300mA。触发电流被测量5 次。所有5 个测试值都必须≤300mA(30KW)。反向亦然。
 
  漏电检测带宽要求
 
  测试模型中的“Ammeter”上显示的是你的真实漏电流值,用于基础参考。
 
  有人会对这里的2K Hz带宽有疑问。不明白出处在哪里。其实这要从逆变器漏电流的保护说起。
 
  光伏逆变器最初内部是不带RCMU漏电监测的,与其他电器设备一样,都是通过外部的RCD来进行防护的。在选择RCD类型上都以AC型及A型的为主。由于光伏电站中存在大量的直流系统,检测直流漏电的需求迫在眉睫,以Doepke和Siemens为首的两家断路器公司纷纷推出了自己的B型RCCB。但B型的RCCB成本实在太贵,单个件能卖到1000欧,显然不适合用在逆变器中。欧洲的逆变器公司开始寻找其他方案,于是出现了SMA将Bender在工程建筑上的RCM(带宽500Hz)试用于逆变器内部。同段时间,VDE0126也正式认可RCMU作为部分工况下可替代Type B型RCD的漏电监测方案。包括ICE62109-2也注明了其漏电测试标准直接基于IEC61008-1。
 
  
  从标准来看,无论是内置的RCMU及外部的RCD,遵循的规则都是Type B的标准。而根据IEC61009对Type B带宽的要求,可以明确需要响应1K Hz波形和对应的脱扣测试即可。这意味着,内置RCMU遵循同样的规则。回到2K Hz的需求,“Ammeter”作用是检测真实漏电流,且必须比RCMU的带宽高才能确保它的检测值有参考意义。(现在更多的是直接用示波器代替),TypeB的要求为响应1KHz(非采集),根据根据奈奎斯特原理,此时的采样带宽最少为2倍,才能保证最大1K Hz的波形能被有效检测到。这就是“Ammeter”选择2K Hz的原因。
 
  而内部的RCMU原则上就不需要带宽至2KHz。
 
  纯容性漏电检测是否有必要
 
  大家比较关心的另一个问题是容性漏电流检测。首先再次确认IEC62109-2-4.8.3.5中的漏电测试的需求。
 
  1. 突变漏电测试:持续容性叠加突变阻性测试。
 
  2. 持续漏电测试:缓慢增加的阻性漏电测试。(不含有持续纯容性漏电流的测试,参考IEC62109-4.8.3.5)
 
  
 
  实际测试中逆变器厂家也在考虑是否要将纯容性漏电测试加入到测试中去。
 
  根据:
 
  
 
  容性漏电的大小和光伏系统中的寄生电容以及电压变化值都呈正比。随着逆变器功率段的增大,其匹配的光伏组件将会增多。对应组件与大地之间的寄生电容就会增大,尤其是清晨初阳有露珠时以及雨后有太阳的情况。
 
  
 
  为了确认是否要检测持续的容性漏电流。
 
  我们先要弄清楚不同漏电保护的对象是谁。针对不同级别的保护,其对应值有所不同。在常见的工业中领域,保护阈值设定最大的地方是在火灾防护上,一般在300mA/rms;然后是绝缘保护,阈值设定在30mA/rms;再接着是接触漏电保护,阈值在10mA~20mA/rms;最后是新增的磁检测保护,阈值为6mA/DC。
 
  
 
  逆变器突变漏电最小30mA是为了保护人生安全。如有人突然触碰到逆变器的直流端,造成电源通过人体与大地间构成回路。
 
  
 
  而持续漏电的保护值设定的比较大,为30KW以下300mA;30KW以上10mA/KW。其保护对象为逆变器本身。为防止逆变器内部逐渐老化等原因导致的不平衡电流慢慢增大直至着火(fire hazard)。
 
  这里可以引入交直流拉弧的例子:
 
  纯阻性的直流漏电类似于直流拉弧,它是长期存在且不易消失的。一旦引起不通过外部影响很难熄灭。而容性漏电类似于交流拉弧。是由无数个幅值、带宽都不相同的谐波构成。其电流瞬时值随时间变化,每周期内两次过零点。电流经过零点时对应的能量最小,温度就对应下降了。理论上频率越高的波形过零点就越多,对器件着火的概率就越小。
 
  另外,高频的谐波不论大小都会对电子器件产生影响,这需要逆变器本身通过控制算法等来降低。比如通过控制电压来降低容性漏电流。
 
  漏电流保护值的阈值设定
 
  如NB/T32004中所规定的,针对80KW的逆变器,着火漏电流需要设定在800mA。同时,在某些工况下必须在外部增加TypeB型的RCD进行保护(如输出端无隔离变压器)。B型RCD的功能要覆盖逆变器内部RCMU的功能,因为前者是对逆变器进行保护,而后者是对整个系统进行保护。而现在很多国内的电站中由于B型成本原因,清一色的使用A型甚至AC型,并未严格按照安规执行。
 
  一旦降低了外部的保护要求,就需要提高内部的要求。这时候逆变器的持续漏电设置点就不能太高了。
 
  
 
  且外部B型RCD的高频(1KHz)漏电流的保护点最大允保护值许在14倍的I△n即420mA/rms。不管逆变器420mA动不动做,整个系统都会在到达该点时出断开。
 
  科普下漏电流保护阈值的设定。根据国标GB13955中对漏电流保护的设定,分为剩余动作电流I△n,及剩余不动作电流I△no。在没有明确I△no值的时候,该值设定为I△n的一半。如保护值为800mA,其不动作定值应为400mA。即400mA~800mA都可保护。
 
  
  举例全球知名的断路器厂家Doepke(全球最先做出B型RCD的公司之一)对保护要求的说明:300mA的保护点,甚至允许在100mA~300mA进行保护。可以很清晰的看到,漏电流的保护点应设在满足合理正常工况范围内,且阈值不应定的过高。
 
  
 
  Magtron是All Programamble PGA Sensor、磁电传感SoC的全球领先企业,致力于实现新一代更智能的、高功率密度和定制化的磁电传感系统方案。在整个行业向工业物联网和传感智能化的大趋势推动下,Magtron的创新技术Quadcore,RCMU,iShunt等创新技术使得磁电传感,特别是电流传感器应用既高度集成易用,同时实现高功率密度化,也首次实现传感器高速软件化。
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