电动汽车充电桩漏电流保护深度剖析
电动汽车充电桩漏电流保护深度剖析
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一、漏电流的产生分类 一般漏电流分为四种,分别为:半导体元件漏电流、电源漏电流、电容漏电流和滤波器漏电流 1、半导体原件漏电流 PN结在截止时流过的很微小的电流。D-S正向偏置,G-S反向偏置,导电沟道打开后,D到S才会有电流流过。但实际上由于自由电子的存在,自由电子的附着在SIO2和N+、导致D-S有漏电流。 图1.1.1 带IGBT开关逆变中的漏电流 2、电源漏电流 开关电源中为了减少干扰,按照国标,必须设有EMI滤波器电路。由于EMI电路的关系,使得在开关电源在接上市电后对地有一个微小的电流,这就是漏电流。如果不接地,计算机的外壳会对地带有110伏电压,用手摸会有麻的感觉,同时对计算机工作也会造成影响。 3、电容漏电流 电容介质不可能绝对不导电,当电容加上直流电压时,电容器会有漏电流产生。若漏电流太大,电容器就会发热损坏。除电解电容外,其他电容器的漏电流是极小的,故用绝缘电阻参数来表示其绝缘性能;而电解电容因漏电较大,故用漏电流表示其绝缘性能(与容量成正比)。 对电容器施加额定直流工作电压将观察到充电电流的变化开始很大,随着时间而下降,到某一终值时达到较稳定状态这一终值电流称为漏电流。i=kcu(μa);其中k值为漏电流常数,单位为μa(v·μf) 图1.3.1 电源Y电容、EMI及漏电流之间的三角关系 4、滤波器漏电流 电源滤波器漏电流定义为:在额定交流电压下滤波器外壳到交流进线任意端的电流。 如果滤波器的所有端口与外壳之间是完全绝缘的,则漏电流的值主要取决于共模电容CY的漏电流,即主要取决于CY的容量。 由于滤波器漏电流的大小,涉及到人身安全,国际上各国对它都有严格的标准规定,对于是220V/50Hz交流电网供电,一般要求噪声滤波器的漏电流小于1mA。 图1.4.1 电磁兼容滤波器中的漏电流 二、系统漏电检测原理 大多数技术人员对接地故障电流检测的GFCI传感器非常熟悉,其检测原理如下图: 图2.1.1 一个三相系统,芯片式RCMU(漏电流监控单元)被放置在母线上,最重要的是三根母线都随机穿过RCMU的中间线孔。图示系统没有中线,是三相三线交流系统。如果是三相四线的系统,若中线上不走电流,中线也可不必穿过RCMU。假设一个连接到一个480 / 277vac系统10A负载,RCMU将同时测量它。根据基尔霍夫定律,传入和传出的电流会互相抵消。三根母线的电流矢量和应该为零。从图中可知,不考虑方向的情况下:10A - 5A - 4A = 1A,也就是此事该系统线路上的漏电流值为1A。RCMU基于芯片式的设计原理,与无源的互感器区别是:对于不同的漏电成分都能够检测,属于Type-B RCMU。说到这里,简单的回顾下漏电流类型。 1)AC 型漏电保护器: AC 型漏电保护器是针对工频正弦漏电电流研发设计的,对突然施加及缓慢上升的正弦漏电电流都能可靠保护。 2)A 型漏电保护器: A 型漏电保护器除对正弦漏电信号能够可靠保护外,还能对含有脉动直流分量的漏电信号进行可靠保护。 3)B 型漏电保护器: B型漏电保护器对正弦交流信号、脉动直流信号和平滑信号都能可靠保护 三、电动汽车充电桩中的漏电流保护应用 1、电动汽车充电桩一共有4种模式: 1)模式一: 图3.1.1 •充电不受控制 •电源接口:普通电源插座 •充电接口:专用充电接口 •In≤8A;Un:AC 230,400V •电源侧提供相线、中性线和接地保护的导体 电气安全依赖供电电网的安全保护,安全性差,GB/T18487.1-2标准中予以淘汰 2)模式二: 图3.1.2 •充电不受控制 •电源接口:普通电源插座 •充电接口:专用充电接口 •In<16A;Un:AC 230 •功率与电流:2Kw(1.8Kw)8A 1Ph;3.3Kw(2.8Kw)13A 1Ph •接地保护,过流(超温) •电源侧提供相线、中性线和接地保护的导体 •带保护装置/控制的功能 电气安全依靠供电电网的安全基本保护和IC-CPD的保护 3)模式三: 图3.1.3 连接方式B 图3.1.4 连接方式C •输入电源:低压交流电 •充电接口:专用充电接口 •In<63A;Un:AC230,400V •功率与电流3.3Kw 16A 1Ph;7Kw 32A 1Ph;40Kw 63A 3Ph •接地保护过流 •电源侧提供相线、中性线和接地保护的导体 •带保护装置/控制的功能,插头集成在充电桩上 电气安全基于专用充电桩及桩-车之间的引导检测 4)模式四: 图3.1.5 图3.1.6 控制充电 •站桩式充电机 •功率15KW,30KW,45KW,180KW,240KW,360KW(充电电压和电流依赖于模块大小) •带监测保护装置/控制的功能集成到桩上 •内置的充电站充电电缆 如图3.1.7四种充电模式中的漏电流保护点: 图3.1.7 2、针对充电桩中的结构区分为: 1)模块式的漏电保护设计方法 举例讨论模式二的充电桩,也称之为IC-CPD(线上充电引导盒)和模式三的漏电保护应用,实物如图3.2.1 图3.2.1 根据目前IEC62752的漏电保护要求,其可设采用Type A模块+直流6mA的模块来或者直接Type B漏电流传感器进行保护。对于模式二IC-CPD的设计体积要求,目前基本上都采用Type B的RCMU进行设计。如图3.2.2 MAGTRON Type B的RCMU设计应用方案 图3.2.2 对于模式三交流桩,针对功率小的单相桩,同样可以采用模块式Type B型的漏电流传感器进行保护,其效果等同于B型RCCB。如图3.2.3 图3.2.3 2)RCD断路器保护设计方法 对于功率较大的充电桩,模块式的漏电流传感器满足不了原边母线上的大电流电通过,由于大功率桩内体积相比要求不高,可以直接选用B型的RCCB进行保护如图3.2.4。但是,目前普遍的B型RCCB成本相对较高,也可以暂时选用Type A/Type F+DC 6mA的模式如图3.2.5进行保护。 图3.2.4 图3.2.5 四、RCD的分类 1、根据级数和电流回路数分 单级两个电流回路、二级、三级、三级四个电流回路、四级RCD 2、RCD按防误动作性能有如下分类 正常耐误脱扣能力的RCD(一般型) 增强耐误脱扣能力的RCD(S型) 3、根据(出现剩余电流时)延时分 无延时的RCD 有延时的RCD 4、根据有直流分量的工作状况分 AC型RCD A型RCD 5、单相220V电路,选用2P或1P+N型 [文章纠错] 文章网友提供,仅供学习参考,版权为原作者所有,如侵犯到 你的权益请联系qchjl_admin@126.com,我们会及时处理。 |手机版|小黑屋|Archiver|汽车工程师之家 ( 渝ICP备18012993号-1 ) GMT+8, 28-3-2024 20:32 , Processed in 0.454915 second(s), 24 queries . Powered by Discuz! X3.5 © 2001-2013 Comsenz Inc. |
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