有的客户反应,在贴标设备发到客户公司后,发现贴标一通上电源,就会发生外接电源上的漏电保护跳闸的情况,这种情况基本都是贴标机上的变频器导致。
贴标机增加变频器后导致漏电保护器跳闸,这是一个非常常见而且十分典型的工业电气问题。主要原因在于变频器工作时会产生高频漏电流(共模电流),当多台变频器并联运行时,这些漏电流会叠加,最终超过了漏电保护器的动作阈值(通常为30mA),导致其误动作跳闸。
以下是详细的原因分析和解决方法:
一、 主要原因分析
变频器产生高频漏电流:
变频器通过内部的IGBT等功率器件进行高速开关(PWM调制),将工频交流电整流成直流,再逆变成频率和电压可调的交流电驱动电机。
这种高速开关过程(通常几千Hz到十几kHz)会产生高频谐波。
高频谐波会通过变频器内部器件(如IGBT、散热器)与机壳之间的寄生电容、电机电缆芯线与屏蔽层/地之间的分布电容、以及电机绕组与机壳之间的寄生电容形成回路,产生对地的高频漏电流(也称为共模电流)。
这个漏电流的频率远高于工频50Hz。
多台变频器叠加效应:
贴标机上每增加一台变频器,就增加了一个高频漏电流源。
当多台变频器同时工作,并且它们的输出电缆、电源输入电缆可能敷设在同一线槽或彼此靠近时,它们产生的高频漏电流会在线路中叠加。
叠加后的总高频漏电流有效值很容易超过漏电保护器(RCD/RCCB)的额定剩余动作电流(如30mA)。
漏电保护器的工作原理与局限性:
普通电磁式或电子式漏电保护器主要设计用于检测工频(50/60Hz)的剩余电流(相线电流与中性线电流的矢量和)。
对于变频器产生的高频(kHz级别)漏电流:
电磁式RCD:其内部互感器对高频信号的响应会衰减,灵敏度下降,但叠加后足够大的高频电流仍可能引起磁饱和或产生足够大的次级电流使其误动作。
电子式RCD:其内部电子线路可能对高频信号更敏感,更容易被干扰或误触发。
更重要的是,漏电保护器无法区分是真正危险的工频接地故障电流,还是由变频器产生的无害(但对设备有干扰)的高频漏电流。只要总电流(包含高频分量)的有效值超过阈值,它就会跳闸。
其他可能加剧因素:
电缆长度和质量: 电机电缆越长,芯线与屏蔽/地之间的分布电容越大,产生的对地高频漏电流也越大。屏蔽层接地不良也会加剧干扰和漏电流。
接地系统: 设备接地不良、接地线过长或过细、接地环路等,可能导致高频漏电流没有良好泄放路径,使得更多的电流流经漏保的检测回路。
电源质量: 电网谐波污染严重也可能加剧问题。
二、 解决方法
解决这个问题的核心思路是:减少流入漏电保护器检测回路的高频漏电流,或者使用对高频漏电流不敏感的专用保护装置。
为每台变频器加装变频器专用输出滤波器:
共模扼流圈: 串联在变频器输出端,专门抑制共模电流(即流向地线的漏电流)。这是最常用且有效的解决方案之一。
dv/dt滤波器: 抑制变频器输出端电压的急剧变化率(dv/dt),既能保护电机绝缘,也能减少因高dv/dt通过电缆电容产生的漏电流。
正弦波滤波器: 将PWM波滤成接近正弦波,能显著降低高频成分,从而大幅减小漏电流和电磁干扰,但成本较高。
选择要点: 根据变频器功率和电缆长度选择合适的滤波器型号,并严格按照滤波器说明书安装(特别是接地要求)。
在变频器输入侧加装变频器专用输入滤波器(EMC滤波器):
这种滤波器通常包含共模扼流圈和X/Y电容,安装在变频器电源输入端。
主要作用是防止变频器产生的高频干扰传导回电网污染电源,同时也能在一定程度上减少从电网侧看到的变频器产生的共模电流。
对解决输出侧漏电流导致的漏保跳闸问题效果不如输出滤波器直接,但可以作为辅助手段或用于解决输入侧干扰问题。
使用变频器专用漏电保护器:
专门设计用于变频器负载的漏电保护器(常标有“变频器适用”、“抗谐波”、“Type B”或“Type F”等)。
原理:
更高的动作阈值: 例如100mA或300mA(需进行风险评估,确保安全)。
延时动作: 提供短暂的延时,避免高频脉冲引起的瞬时跳闸。
频率特性优化: 对高频成分的灵敏度降低,主要检测工频剩余电流。
Type B/F: 能检测包含直流分量的剩余电流(某些变频器故障可能产生直流分量),安全性更高,通常也具备更好的抗高频干扰能力。
注意: 务必确认选用的专用漏保符合当地电气安全规范,并进行充分的安全评估。不能简单地禁用或换用大阈值普通漏保。
加装隔离变压器:
在变频器群的电源输入端加装一台隔离变压器(△/Y接法效果更佳)。
作用:
提供电源隔离,切断高频漏电流通过电源线返回上一级漏保的路径。
变压器绕组间的分布电容构成了高频漏电流的一个新的低阻抗对地回路,使大部分高频漏电流在变压器次级侧(变频器侧)就流回地线或中性线,而不会流经上级的漏电保护器。
改善电源质量,抑制电网侧干扰传入。
注意: 隔离变压器次级侧的中性点需要可靠接地(根据供电系统类型TN-S/TT等)。变压器本身也需要良好接地。
优化布线和接地:
电机电缆: 使用屏蔽电缆,并确保屏蔽层在变频器端和电机端都360度环接到接地端子排上。缩短电缆长度。避免多根变频器输出电缆长距离平行捆扎敷设,尽量分开或垂直交叉。
接地系统:
确保所有变频器、电机、滤波器、柜体等都有独立、粗短、低阻抗的接地线连接到主接地端子排/接地极。
检查并改善主接地系统的连接和接地电阻。
避免形成接地环路。
电源输入电缆: 变频器电源输入侧也可以考虑使用屏蔽电缆。
(谨慎使用!临时措施)调整或旁路漏电保护器:
提高阈值: 将现有漏保换成更高额定剩余动作电流(如100mA或300mA)的型号。必须进行严格的风险评估! 确保在发生真实的工频接地故障时,提高阈值后的漏保仍能在规定时间内动作以保证人身安全(需计算预期故障电流)。这不是推荐的首选方案。
拆除漏保: 在某些安全标准允许且进行充分风险评估后,对于纯设备供电回路(无人直接接触风险),在确保其他保护措施(如过流保护、设备良好接地)完备的情况下,可以考虑拆除该漏保。这涉及到重大安全责任,务必极其谨慎并符合当地法规! 通常不建议。
分级保护: 在上级使用普通或专用漏保(阈值较高或延时),在最终可能接触的插座等回路使用高灵敏度(30mA)漏保。但这可能不适用于贴标机整体供电。
推荐的处理流程
测量验证: 使用能测量高频电流(真有效值RMS,最好有频率分析功能)的钳形电流表,测量疑似回路的地线电流或漏保下方的相线中性线矢量和电流,确认在变频器工作时总漏电流确实超过漏保阈值(>30mA)。
优先尝试经济有效方案:
为新增的变频器或所有变频器加装输出端共模扼流圈。 这是成本相对较低且效果显著的首选。
检查并优化所有变频器电机电缆的屏蔽层接地(两端接地)。
检查并强化设备整体接地系统。
效果不佳时考虑:
加装输入滤波器。
加装隔离变压器。
考虑更换保护装置: 如果以上措施效果不理想或需要更完善的解决方案,考虑更换为变频器专用漏电保护器(Type B/F,300mA等)。
寻求专业帮助: 如果问题复杂或涉及安全评估,务必咨询有经验的电气工程师或变频器厂家技术支持。
⚠ 重要安全提示
处理电气问题必须遵守安全规程,断电操作或由持证电工进行。
在调整漏电保护措施(如提高阈值、拆除)前,必须进行全面的电气安全风险评估,确保不会降低对人身触电的防护等级。安全永远是第一位的。
变频器相关的滤波、接地等措施需要严格按照设备手册和专业规范执行。
天铨认为,解决多台变频器导致漏保跳闸最常用有效的方法是为每台变频器加装输出端共模扼流圈,并确保良好的电缆屏蔽接地和设备整体接地。 根据现场情况和预算,再考虑滤波器、隔离变压器或专用漏保等方案。Jinpack提醒务必优先确保电气安全!