使用Danisense剩余電流監(jiān)控器 SRCMH070IB+ 對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行剩余電流監(jiān)控

如今，速度可控的三相電機(jī)已成為所有自動(dòng)化加工廠和商業(yè)建筑的標(biāo)準(zhǔn)配置。 高效異步電機(jī)，尤其是永磁電機(jī)、EC 電機(jī)和同步磁阻電機(jī)等電機(jī)技術(shù)，需要通過(guò)變頻器進(jìn)行控制；對(duì)于許多電機(jī)類型而言，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)三相電源直接運(yùn)行甚至已不再可能。

與這一發(fā)展形成鮮明對(duì)比的是數(shù)十年來(lái)的安全指令，這些指令旨在確保對(duì)人員、火災(zāi)和設(shè)備的保護(hù)。 例如，必須根據(jù) IEC 60364-6（2016-04 版 2.0）對(duì)低壓設(shè)備進(jìn)行定期檢查。 第 6.5.1.2 點(diǎn)要求，除其他外，檢查絕緣電阻，在相應(yīng)導(dǎo)體和 PE 保護(hù)電位之間施加測(cè)試電壓。 許多變頻器制造商明確禁止在其設(shè)備上進(jìn)行這種測(cè)試。 因此，在測(cè)量時(shí)必須斷開(kāi)變頻器的連接，以免造成損壞。IEC 60364-6 的第 6.5.1.2 點(diǎn)也為我們提供了一條出路。 標(biāo)準(zhǔn)在此作了解釋：

“如果電路由符合 IEC 62020 標(biāo)準(zhǔn)的 RCM 永久監(jiān)控……如果……的功能，則沒(méi)有必要測(cè)量絕緣電阻…… RCM 是正確的”。

與 RCM（剩余電流監(jiān)控裝置）有關(guān)的 IEC 62020 標(biāo)準(zhǔn)描述了剩余電流監(jiān)控裝置必須滿足的技術(shù)邊界條件，以完全替代傳統(tǒng)的絕緣電阻測(cè)量方法。 殘余電流監(jiān)控器測(cè)量到的電平升高可能表明設(shè)備的絕緣出現(xiàn)故障。 隨后可對(duì)設(shè)備進(jìn)行定時(shí)檢查，以避免設(shè)備失控停機(jī)和不必要的生產(chǎn)流程中斷。 與傳統(tǒng)的絕緣測(cè)量相比，該系統(tǒng)通過(guò)剩余電流監(jiān)測(cè)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行不間斷監(jiān)測(cè)，可立即發(fā)現(xiàn)絕緣故障。

因此，這是一種可歸類為預(yù)測(cè)性維護(hù)解決方案的程序。 在調(diào)試剩余電流監(jiān)控器時(shí)，通常必須遵守幾個(gè)邊界條件，以確保其正確運(yùn)行。

由于在生產(chǎn)設(shè)備中使用變頻器，在大多數(shù)情況下都會(huì)產(chǎn)生與系統(tǒng)相關(guān)的漏電流，這可能會(huì)給傳統(tǒng)的變頻器帶來(lái)問(wèn)題。R個(gè)別C電流保護(hù)D設(shè)備 (RCD)。 故障電流大多由高電阻成分組成，而與系統(tǒng)相關(guān)的泄漏電流則主要是電容性的。 然而，RCD 無(wú)法區(qū)分不同的泄漏電流。 因此，如果所有漏電流之和高于跳閘閾值，它就會(huì)跳閘。 這在正常運(yùn)行時(shí)也是可能的。

如圖所示，從直流到幾千赫茲的殘余電流中會(huì)出現(xiàn)不同的頻率成分。 在分析測(cè)量到的殘余電流時(shí)，必須始終考慮到與系統(tǒng)相關(guān)的殘余電流，因?yàn)楸M管存在完美的絕緣，殘余電流在技術(shù)上是無(wú)法分離的。 此外，由于電感（如電機(jī)）的存在，在接通過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生高電流峰值，從而導(dǎo)致 RCD 和 RCM 繼電器跳閘。

一般來(lái)說(shuō)，頻率成分可作如下解釋。

安裝剩余電流監(jiān)控器時(shí)，必須了解與系統(tǒng)相關(guān)的實(shí)際泄漏電流。 只有這樣，才能設(shè)置適當(dāng)?shù)木骈撝岛屠^電器跳閘閾值。

達(dá)尼森公司的剩余電流監(jiān)控器（SRCMH070IB+）可通過(guò) USB 接口，使用專門為 Windows 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的軟件進(jìn)行讀取。 有了這樣的設(shè)置，我們現(xiàn)在就可以使用裝有各種機(jī)器人系統(tǒng)和速度可控電機(jī)的生產(chǎn)設(shè)備了。 由于安裝了變頻器，與系統(tǒng)相關(guān)的泄漏電流的不同頻率分量應(yīng)可檢測(cè)到。

軟件的用戶界面提供了以下概覽。

在 1000 毫秒的積分時(shí)間間隔內(nèi)檢測(cè)到 290.1 毫安的真實(shí)有效值。我們從 1000 mA 集成繼電器的最大觸發(fā)閾值開(kāi)始，通過(guò) FFT 標(biāo)簽查看差分電流信號(hào)。

信號(hào)在 0.1 秒的時(shí)間間隔內(nèi)繪制。 在 20 毫秒的時(shí)間間隔內(nèi)（一個(gè) 50 赫茲的正弦波），我們檢測(cè)到 3 次振蕩。 因此，150 赫茲的基本振蕩構(gòu)成了我們信號(hào)中的最大振幅。 FFT 分析證實(shí)了我們的假設(shè)。

應(yīng)該注意的是，繼電器不會(huì)對(duì)剩余電流的所有頻率分量進(jìn)行同等加權(quán)，因此計(jì)算出的真實(shí)有效值（210.6 mA）較小。

用戶界面中的繼電器功能。 這是因?yàn)楦鶕?jù) IEC 62020，RCD 的規(guī)范性規(guī)定也適用于 RCM。

上圖顯示的是 B+ 型 RCD，它可以檢測(cè)到直流和 20 kHz 之間的剩余電流。 如上圖所示，只有在……

50 赫茲和 100 赫茲以 1:1 的比例計(jì)入繼電器的相關(guān)電流值。 低頻和高頻成分的權(quán)重較弱。 30 mA 的跳閘值為

在 50 赫茲的主頻率范圍內(nèi)，故障電流的可能性最大。 允許跳閘值隨著頻率的增加而增加。 這意味著變頻器的高頻泄漏電流已被部分考慮在內(nèi)。 這種加權(quán)也適用于剩余電流監(jiān)控器的繼電器輸出。 因此，在繼電器輸出的相關(guān)波形中，高頻電流分量被明顯減弱，真實(shí)有效值小于傳統(tǒng)的真實(shí)有效值。

上圖顯示了繼電器輸出信號(hào)中較高頻率成分的明顯衰減。

為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的監(jiān)控，同時(shí)防止誤報(bào)，我們現(xiàn)在來(lái)看看機(jī)器在不同運(yùn)行模式下產(chǎn)生的剩余電流的不同值。

這些數(shù)值由 Danisense 軟件以 .csv 文件格式生成。同時(shí)還提供了 4-20 mA 直流輸出的數(shù)值。該機(jī)器曾進(jìn)行過(guò)絕緣測(cè)量。未發(fā)現(xiàn)缺陷。由于積分間隔超過(guò) 1000 毫秒，接通和斷開(kāi)過(guò)程中的電流峰值被平滑化，因此通過(guò) TRMS 計(jì)算無(wú)法識(shí)別明顯增加的數(shù)值。差分電流在 236.5 至 333.7 mA 之間擺動(dòng)。通過(guò) 4-20 mA 接口，現(xiàn)在可以在 PLC 或通用測(cè)量設(shè)備中定義 450 或 550 mA 的兩個(gè)報(bào)警閾值。繼電器輸出可設(shè)置為 1000 mA。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，這里定義了 50%至 100%（500 至 1000 mA）之間的跳閘。因此，應(yīng)使用這些參數(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行合理監(jiān)控。

在兩個(gè)月的時(shí)間里，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何誤報(bào)。

將積分間隔縮短至 400 毫秒也能提供可用的數(shù)值，從而對(duì)設(shè)備進(jìn)行可靠的監(jiān)測(cè)。

為了快速調(diào)試 RCM，還可通過(guò)集成算法對(duì)差分電流進(jìn)行自動(dòng)分析。 這是通過(guò)操作終端上的特定組合鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

在許多關(guān)鍵設(shè)備中，如數(shù)據(jù)中心或成本密集型生產(chǎn)設(shè)施，已經(jīng)使用剩余電流監(jiān)測(cè)器來(lái)防止失控停機(jī)或節(jié)省耗時(shí)的絕緣測(cè)量。 同樣，殘余電流監(jiān)測(cè)器可與 RCD（300 mA）并行用于火災(zāi)危險(xiǎn)作業(yè)場(chǎng)所，以提供殘余電流值增加的早期信息。

審核編輯 黃宇