充电设备漏电流检测

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中国电力企业联合会和国网电力科学研究院有限公司等单位共同修订起草了《电动汽车供电设备安全要求》这一强制性国家标准。该标准的制定旨在统一电动汽车供电设备的安全规范，推动电动汽车及其配套设施健康、有序地发展。

 

一、标 准 

 

GB/T 39752—2023《电动汽车供电设备安全要求》是一项强制性国家标准，主要针对电动汽车供电设备的安全性进行规范。

 

该标准以GB/T 39752—2021《电动汽车供电设备安全要求及试验规范》为基础进行修订，旨在确保供电设备在使用过程中的安全性和可靠性。它适用于各种类型的电动汽车供电设备，包括但不限于充电模式2、充电模式3和充电模式4的充电设备。

 

规定了符合性试验使用的仪器设备、试验条件、试验部位、试验方法和计算方法等，为设备的检测和认证提供了统一的标准。标准的适用范围广泛，包括额定输出电压为1000V AC或1500V DC及以下的各类型供电设备，具有很强的实用性和指导性。

 

 

     《电动汽车供电设备安全要求》强制性国家标准的征集意见

 

二、新国标充电桩漏保要求  

 

自今年4月1日开始正式实施GB/T 18487.1-2023以来，国标中对于漏电保护的要求和IEC欧标趋于一致，在11.3.1中提出供电设备的剩余电流保护应具备保护交流剩余电流、脉动直流剩余电流、和6mA及以上平滑直流剩余电流的功能。

 

 

 

 

 

三、强制性国家标准充电桩漏保要求

 

征集草案中对于剩余电流保护部分与GB/T 18487.1-2023中相同。

 

 

 

 

 

 

草案提议中对交流供电设备的剩余电流保护均依据GB/T 18487.1-2023的要求。

 

 四、原理分析 

 

1、漏电流的产生和分类  

 

一般漏电流分为以下四种：半导体元件漏电流、电源漏电流、电容漏电流、滤波器漏电流。

 

（1）半导体元件漏电流

 

半导体元件（如PN结）在截止时，理论上不应有电流流过。

但实际上，由于自由电子的存在，它们可能会附着在SIO2和N+等位置，导致D-S之间有微小的漏电流。

例如在反向偏置的二极管中，一些电流流过耗尽区，该电流称为漏电流。

 

 

 

      《二极管反向偏置时电流载体的反应》

 

（2）电源漏电流 

 

在开关电源中，为了减少电磁干扰（EMI），通常会设置EMI滤波器电路。这个电路会导致电源在接上市电后对地有一个微小的电流，这就是电源漏电流。

如果不接地，设备的外壳可能会对地带有电压，不仅可能对人体造成不适，还可能影响设备的正常工作。

 

（3）电容漏电流

 

电容器的介质并非完全不导电，当电容加上直流电压时，会有漏电流产生。这种漏电流的大小与电容器的绝缘性能有关。除电解电容外，其他电容器的漏电流通常很小，用绝缘电阻参数表示其绝缘性能；而电解电容因漏电较大，直接用漏电流表示其绝缘性能。

 

 

 

《漏电流对采样精度的影响》

 

（4）滤波器漏电流

 

在额定交流电压下，滤波器外壳到交流进线任意端的电流即为滤波器漏电。如果滤波器的所有端口与外壳之间是完全绝缘的，那么漏电流的值主要取决于共模电容CY的漏电流，即CY的容量。

 

由于滤波器漏电流的大小涉及人身安全，国际上各国都有严格的标准规定。例如，对于220V/50Hz交流电网供电的设备，一般要求噪声滤波器的漏电流小于1mA。

 

 

《电磁兼容滤波器中的漏电流》

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2、漏电流的危害   

 

（1）漏电流对人体的危害

 

在有防止触电保护装置的情况下，人体允许通过的电流一般可按30mA考虑，10mA则是作为人体的安全电流。电流在体内的持续时间是电流强度的函数，在该图表中，交流电流的影响分为四个区域。

✦ 感知阈：通过人体能够引起任何接触电流的最小值；

✦ 反应阈：通过人体能够引起肌肉不自觉收缩的接触电流最小值；

✦ 摆脱阈：人可以主动摆脱电极的接触电流最大值；

✦ 心室颤动阈：通过人体引起心室纤维性颤动的接触电流最小值，注：曲线c1以上会发生烧伤/心博停止/呼吸停止。

 

 

 

《交流电流对人体影响的四个区域》

 

（2）漏电流对设备电网的损害

 

① 在带隔离变压器的系统中，如果直流分量超过一定值，就会造成隔离变压器饱和，导致系统过流保护，甚至损坏功率器件。

② 在不带隔离变压器的系统中直流分量将直接对负载供电。对于非线性负载，直流分量会造成电流的严重不对称，损坏负载。

③ 直流分量不仅给电源系统本身和用电设备带来不良影响，还会对并网电流的谐波产生放大效应，从而产生电能质量问题。增加电网电缆的腐蚀，导致较高的瞬时电流峰值，可能烧毁熔断器，引起断电。国际上目前对直流分量上限规定基本一致，中国、美国、英国等的相关并网标准规定直流分量不允许超过每相电流额定值的0.5%或5mA。

 

3、漏电流的类型

 

 

《漏电分类及保护等级》

 

① TypeAC适用于电路中仅带有正弦交流漏电成分的情况。

② TypeA除了对正弦漏电信号能提供可靠保护外，还能对含有脉动直流分量的漏电信号进行可靠保护。它不仅能处理交流漏电，还能应对包含脉动直流成分的复杂漏电情况。

③ TypeB在TypeA的基础上，增加了对平滑直流信号的保护能力。它不仅能对正弦交流电流、脉动直流电流进行保护，还能对平滑直流电流进行保护。

 

4、磁通门  

 

（1）磁通门电流测量

 

被测磁场中高导磁率磁芯在交变磁场的饱和激励下，其磁感应强度与磁场强度的非线性关系来测量弱磁场的。这种物理现象对被测环境磁场来说好像是一道“门”，通过这道“门”，相应的磁通量即被调制，并产生感应电动势。利用这种现象来测量电流所产生的磁场，从而间接达到测量电流的目的。

 

（2）传感器电流测量

 

整个过程可以概括为：磁通门电流传感器通过测量在交变激励磁场和直流被测磁场共同作用下磁芯磁化过程的不对称性（即输出电压曲线中的振幅差），来间接检测磁环中所通过的电流。

 

 

《磁通门测量电流原理》

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5、平滑直流检测必要性

 

通过车载OBC充电时，会存在两相/三相整流滤波等交直流变换环节，当回路中有漏电情况时，会存在脉动直流电流、平滑直流电流或含有平滑直流成分的复杂交流电流。

 

 

 

 

《车载OBC充电漏电流的产生》

 

为了满足包括GB/T 40820《电动汽车模式3充电用直流剩余电流检测电器(RDC-DD)》和GB/T 41589《电动汽车模式2充电的缆上控制与保护装置（IC-CPD）》在内的标准，电动汽车的充电需要一个剩余电流传感器，以避免车辆电池（DC）连接到家用电源（AC）的危险情况。

 

传感器仅满足GB/T 40820和GB/T 41589标准的关断特性（监测剩余电流），必须使用额外的驱动电路来驱动GB/T 40820和GB/T41589中定义的动作执行机构。

 

 

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《电动汽车模式2/模式3漏电流检测》

 

6、RCD的致盲性 

 

保护人身安全一直是电气系统设计的首要任务，当保护回路含有直流剩余电流成份时，普通的AC型RCD（剩余电流保护装置）可能存在“致盲性”。

 

直流分量将会降低AC型RCD内互感器的磁场强度和磁感应电势（磁芯将被该直流电流预磁化）并且可能导致对剩余电流不敏感，使RCD拒动作。为此，在给电动汽车充电时，需采用A型（防脉动直流）或B型（防平滑直流）RCD来进行保护。

 

注：国外要求A型RCD基础上还需单独增加一个RDC-DD(6mA平滑直流检测装置，目前新国标和强制性国家标准也更新了此要求。

 

 

 

《RCD的致盲性》

 

《电动汽车供电设备安全要求》这一标准的制定和实施，对于提升电动汽车供电设备的安全性、推动电动汽车行业的健康发展、加强行业监管、保障公众利益等方面都具有重要的影响和意义。

(内容来自巨磁智能公司MAGTRON）