Небажане спрацювання ПЗВ — діагностика кумулятивного струму витоку

Перевірка ПЗВ — час спрацювання та струм уставки описує, як ПЗВ періодично перевіряється на струм уставки, для якого воно спроєктоване. Ця стаття розглядає іншу, часто заплутану проблему: ПЗВ, яке спрацьовує під час нормальної експлуатації без виявлення будь-якої помітної несправності (пошкодження ізоляції, короткого замикання) — і яке при перевірці просто відповідає нормі.

Чому «несправність не знайдено» — не те саме, що «немає струму витоку»

Кожне навантаження з ЕМС-фільтром — частотні перетворювачі, LED-драйвери, імпульсні блоки живлення, комп'ютерне обладнання — має невеликий безперервний струм витоку на землю через конденсатори фільтра між фазою/нулем та заземленням фільтра. Це не несправність: це невіддільна частина роботи ЕМС-фільтра і перебуває в межах значень струму витоку, вказаних виробником для пристрою. Проблема виникає, коли кілька таких пристроїв підключені до однієї групи чи до одного ПЗВ: їхні індивідуальні струми витоку додаються. Один пристрій зі струмом витоку 1-2 мА безпечний; десять таких пристроїв на одній групі можуть разом вже спричиняти 10-20 мА фонового струму витоку — задовго до того, як щось дійсно вийде з ладу.

Емпіричне правило: одна третина від номінального струму уставки

На практиці часто застосовується емпіричне правило, згідно з яким безперервний фоновий струм витоку групи не повинен перевищувати приблизно одну третину від номінального струму уставки (IΔn) ПЗВ. Для стандартного ПЗВ на 30 мА це означає практичний запас близько 10 мА фонового струму витоку, перш ніж невеликий додатковий піковий струм витоку під час комутації (наприклад, при вмиканні ще одного пристрою чи короткочасному збуренні мережевої напруги) виявиться достатнім, щоб усе ж спричинити спрацювання ПЗВ. Цей запас не є нормативним значенням зі стандарту IEC, а є практичним емпіричним правилом для збереження достатнього відступу від порогу спрацювання за відсутності фактичного пошкодження ізоляції.

Частотні перетворювачі як окреме джерело

Частотні перетворювачі є особливо значущим джерелом такого роду струму витоку, оскільки високочастотні фронти перемикання вихідних транзисторів стікають на землю через паразитну ємність кабелю двигуна — ефект, що зростає з довжиною кабелю та частотою перемикання перетворювача. Див. також залишкову напругу шини постійного струму частотних перетворювачів щодо іншого практичного моменту стосовно тих самих пристроїв. Цей високочастотний струм витоку також є однією з причин, чому для частотних перетворювачів часто вимагається ПЗВ типу B замість звичайного типу A — див. огляд типів ПЗВ AC/A/F/B — хоча за небажаного спрацювання йдеться насамперед про величину струму витоку, а не лише про його форму.

Як це діагностується на практиці

1. Виміряйте фоновий струм витоку групи струмовими кліщами витоку (кліщовий вимірювач, що охоплює всі активні провідники одночасно), поки навантаження працює у звичайному режимі — а не лише після того, як вже відбулося відключення.
2. Порівняйте це з емпіричним правилом однієї третини від IΔn ПЗВ, що захищає цю групу.
3. Розділіть групу, якщо фоновий струм витоку наближається до запасу чи перевищує його — розподіліть пристрої, що спричиняють струм витоку, по кількох групах із власними ПЗВ, замість того щоб розміщувати їх усі за одним ПЗВ.
4. Виділіть окрему групу для частотного перетворювача з довгим кабелем двигуна, з власним (переважно типу B) ПЗВ, замість того щоб ділити її з іншим чутливим обладнанням.

Практична значущість

За скарги на ПЗВ, що спрацьовує «без причини», тоді як періодична перевірка (часу спрацювання та струму уставки) не показує жодних відхилень, вимірювання кумулятивного фонового струму витоку групи — і порівняння його з правилом однієї третини — часто є більш інформативним, ніж заміна самого ПЗВ, яка рідко вирішує проблему, якщо причина криється в сумарному підключеному навантаженні.

Часті помилки

1. Заміна ПЗВ без вимірювання фонового струму витоку — якщо причина полягає в кумулятивному струмі витоку підключеного навантаження, нове ПЗВ того самого типу нічого не вирішує.
2. Підключення всього обладнання з ЕМС-фільтрами до однієї групи без урахування суми їхніх індивідуальних струмів витоку.
3. Встановлення ПЗВ із вищим IΔn, щоб припинити спрацювання, без оцінки того, чи дозволяє це й надалі забезпечити необхідний максимальний час відключення за напруги дотику для цієї групи.
4. Ігнорування частотних перетворювачів із довгими кабелями двигуна як окремого джерела струму витоку, тоді як їхній високочастотний ємнісний струм витоку через кабель двигуна якраз є одним із більших чинників.

Пов'язане

• Перевірка ПЗВ — час спрацювання та струм уставки
• Типи ПЗВ AC/A/F/B — класифікація та вибір
• Селективність ПЗВ — тип S та каскадування
• Залишкова напруга шини постійного струму частотних перетворювачів