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作者：浙江巨磁智能技術(shù)有限公司 朱佳超 “十四五”期間，隨著(zhù)“雙碳”政策（碳達峰、碳中和）的提出和持續推進(jìn)，新能源汽車(chē)、儲能應用、光儲充一體化、分布式光伏整縣推進(jìn)等新型熱點(diǎn)越來(lái)越被人所熟知，對于加快構建新型電力系統，是滿(mǎn)足高比例新能源和多元負荷高效靈活接入的必由之路。 電力一直是我們生活的重要組成部分，對于此類(lèi)新型電力系統和負載，如果不重視、電氣安裝沒(méi)有正確設計、建造和驗證，沒(méi)有適當合適的保護設備，它可能會(huì )對人員人身安全和財產(chǎn)帶來(lái)風(fēng)險，現有的電力裝置也應按相關(guān)標準要求進(jìn)行改進(jìn)和更新。 電動(dòng)汽車(chē)充電（EV）、太陽(yáng)能光伏發(fā)電(PV)、光儲充一體化等應用正在逐漸添加到現有的電力結構中去，到 2035年，預計將使相關(guān)電力應用需求成倍數增長(cháng)。 一、構建以新能源為主體的新型電力系統 
圖1.構建以新能源為主體的新型電力系統 在此類(lèi)相關(guān)應用中，大量使用了升壓降壓電路，由于開(kāi)關(guān)模式電源 (SMPS)具有緊湊性和能源效率的優(yōu)勢，導致其使用數量激增，然而，這些和其他類(lèi)型的開(kāi)關(guān)模式轉換器會(huì )產(chǎn)生大量的高頻“電容性漏地電流”。 開(kāi)關(guān)電源——將交流轉換為直流供電給電子設備： 太陽(yáng)能光伏發(fā)電； 電動(dòng)汽車(chē)充電； 各種變頻家用電器； LED 照明； USB插座； 智能家居和數據網(wǎng)絡(luò )等等；
圖2.基本的SMPS拓撲：buck、boost和buck-boost 以上應用共同特點(diǎn)就是會(huì )導致脈動(dòng)直流或高頻諧波進(jìn)入電源側，這些都不可避免的影響交流側回路里不再那么“干凈”。 在新能源汽車(chē)充電、光儲充一體化、光伏發(fā)電應用中，還存在大量交直流變換（整流/逆變）電路。
圖3.光儲充一體化 在這些AC-DC轉換電路中不單只有工頻的AC正弦波剩余電流，電路中還存在兩相/三相整流濾波產(chǎn)生的直流剩余電流、 平滑直流剩余電流等，以及一些電容對地產(chǎn)生的剩余電流等，下圖是一些典型的復雜剩余電流波形：
圖4.剩余電流波形 因此，在安全性上帶來(lái)的問(wèn)題就是以前使用在純粹交流回路的RCD（剩余電流保護裝置）不再那么可靠。
圖5.《IEC 60479-1 電流對人和家畜的影響》中人體對電流的反應 在上圖中，交流電流的影響分為四個(gè)區域： ①感知閾：通過(guò)人體能夠引起任何接觸電流的最小值； ②反應閾：通過(guò)人體能夠引起肌肉不自覺(jué)收縮的接觸電流最小值； ③擺脫閾：人可以主動(dòng)擺脫電極的接觸電流最大值； ④心室顫動(dòng)閾：通過(guò)人體引起心室纖維性顫動(dòng)的接觸電流最小值， 注：曲線(xiàn)c1以上就會(huì )發(fā)生燒傷/心博停止/呼吸停止。 注：RCD 的動(dòng)作閾值需要低于該閾值以確保對人體的保護，同時(shí)高于容性漏地電流以避免任何意外跳閘。 RCD關(guān)鍵技術(shù)是具有檢測剩余電流的高靈敏度磁感應線(xiàn)圈和磁芯，如果被檢測回路里有直流成分，直流成分使得高靈敏度磁感應線(xiàn)圈的磁感應迅速進(jìn)入磁滯曲線(xiàn)的飽和區，這時(shí)磁感應線(xiàn)圈對剩余電流不再敏感、甚至沒(méi)有反應，因此存在RCD的致盲性，危及人身安全和設備安全。
圖6.普通AC型 RCD存在致盲性 電氣設備中的一個(gè)重要挑戰就是對上面這些技術(shù)應用進(jìn)行適當和充分的保護，以提供其應用的安全性。 RCD（剩余電流保護裝置）根據剩余電流含有直流分量的動(dòng)作特性分，可分為下圖幾種類(lèi)型，依次是包含遞增的關(guān)系。 AC 型 這是一直以來(lái)我們最常用的RCD，適合交流回路里沒(méi)有直流成分，符號為：
A 型 適用于A(yíng)C類(lèi) + 脈動(dòng)直流或具有疊加在6mA平滑直流上的脈動(dòng)直流，符號為：
F 型 適用于A(yíng)類(lèi) + 伴有高達1KHz的高頻電流，符號為：
B 型 適用于F類(lèi) + 伴有高達1kHz的高頻電流或兩相三相整流以及純平滑直流剩余電流，符號為：
RCD（剩余電流保護裝置）根據不同電路選用漏電檢測類(lèi)型大致如下：
圖7.漏電檢測 因此，在使用高比例新能源和多元負荷時(shí)，應根據存在直流分量和相應頻率來(lái)正確選擇不同類(lèi)型的剩余電流動(dòng)作保護裝置。 二、應用場(chǎng)景：電動(dòng)汽車(chē)充電 未來(lái)汽車(chē)電動(dòng)化趨勢不可避免，在電動(dòng)汽車(chē)充電時(shí)，充電站需要為所有用戶(hù)提供適當的保護，電動(dòng)汽車(chē)充電點(diǎn)經(jīng)常由非技術(shù)用戶(hù)進(jìn)行密集的插拔，許多充電點(diǎn)位于室外，觸電的風(fēng)險可能會(huì )大于室內。 在標準IEC60364-7-722 部分-電動(dòng)車(chē)供電里要求：應選擇B型或A型30mA 動(dòng)作的RCD作為直流接地故障防護措施（722.531.2條）。
圖8. IEC 60364-7-722 是低壓電氣裝置-電動(dòng)車(chē)供電的標準 注：特別注明了如使用A型，還需要使用符合IEC 62955的RDC-DD（直流剩余電流檢測裝置）來(lái)進(jìn)行配套檢測純平滑直流剩余電流。 注：在IEC 61851/IEC62752中也提到了相關(guān)要求。 在2021年實(shí)行的上海地標DB31/T 1296-2021《電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁智能充電及互動(dòng)響應技術(shù)要求》中也更新了相關(guān)要求，相關(guān)的國標也正在更新中。
圖9. DB31/T 1296-2021《電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁智能充電及互動(dòng)響應技術(shù)要求》 三、應用場(chǎng)景：光伏發(fā)電 光伏（PV）發(fā)電是一種可再生能源，是應對全球氣候惡化挑戰和滿(mǎn)足可持續發(fā)展迫切需求的最有前途的技術(shù)之一。光伏發(fā)電有幾個(gè)好處： 太陽(yáng)能是無(wú)限量的，可以在全球范圍內使用； 在運行過(guò)程中不排放溫室氣體 (GHG) 或其他污染物，并且消耗很少，也不產(chǎn)生廢水； 光伏面板發(fā)電時(shí)不會(huì )產(chǎn)生噪音，此外維護也方便。 同時(shí)，光伏發(fā)電減少了對能源進(jìn)口的依賴(lài)，從長(cháng)遠來(lái)看，能夠提高能源供應的安全性，穩定發(fā)電成本。在國家參與、可持續能源發(fā)展政策、技術(shù)開(kāi)發(fā)和成本降低的推動(dòng)下，今天的光伏裝機容量正在快速增長(cháng)。
圖10.中國，1990-2025年光伏容量趨勢，來(lái)源IEA國際能源機構 根據IEC 62109-2：2011規定，為了保證人身安全和建筑物不起火，直接并網(wǎng)的逆變器必須自帶剩余電流（漏電流）保護功能。 在標準IEC60364-7-712 部分 – 太陽(yáng)能光伏電源系統里要求：應選擇B型RCD用于PV裝置交流供電回路的保護（712.530.3.101條）。 圖11.《IEC60364-7-712 部分 – 太陽(yáng)能光伏電源系統里要求》 國內根據IEC標準,剛在11月1號實(shí)行了相應標準，GB/T 16895.32-2021 《低壓電氣裝置 第7-712部分：特殊裝置或場(chǎng)所的要求 太陽(yáng)能光伏（PV）電源系統》。 圖12.《GB/T 16895.32-2021部分 – 太陽(yáng)能光伏（PV）電源系統》 綜合上述，如果類(lèi)似環(huán)境使用了大量直流負荷或變頻負荷，選用AC類(lèi)型的RCD就不再是安全之策。 與此同時(shí)，一種B型漏電流傳感器檢測方案正在普及，在電動(dòng)汽車(chē)充電中，模式二便攜式充電槍和模式三充電樁（墻盒）中，已經(jīng)有集成A+6mA檢測或者符合B型漏電流檢測的傳感器應用。 同樣，在光伏并網(wǎng)逆變器中，具備符合B型漏電流檢測的傳感器也已經(jīng)規�；�，可符合B型相關(guān)剩余電流保護。 四、Magtron公司AC/DC漏電流檢測方案 浙江巨磁智能技術(shù)有限公司是一家致力于從IC開(kāi)始一直到模塊及應用都自主研發(fā)生產(chǎn)的高科技公司。自2014年開(kāi)始基于mSafe漏電專(zhuān)用檢測芯片的AC/DC漏電保護模塊已經(jīng)被廣泛的應用在新能源光伏逆變器（戶(hù)用型）、電動(dòng)汽車(chē)充電保護領(lǐng)域，產(chǎn)品市場(chǎng)占有率名列前茅。 AC/DC型漏電流檢測方案：
圖13. AC/DC漏電流傳感器
圖15. 可提供多種安裝方式 參考文獻： 1、《How to Protect New Types of Loads To Ensure Electrical Safety》 2、《IEC快遞 | 剩余電流保護器》 3、GB/T 16895.32-2021 《低壓電氣裝置 第7-712部分：特殊裝置或場(chǎng)所的要求 太陽(yáng)能光伏（PV）電源系統》 4、光伏儲能 | 直流供電，未來(lái)可期？ 5、IEC 60364-7-712-2017 《低壓電氣裝置.第7-712部分：特殊裝置或地點(diǎn)的要求 太陽(yáng)能光伏(PV)電源系統》 6、EC60364-7-722 -2018《低壓電氣裝置 第7-722 部分：特殊裝置或位置的要求-電動(dòng)汽車(chē)的供應》 7、DB31/T 1296-2021《電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁智能充電及互動(dòng)響應技術(shù)要求》 8、《 IEC 60479-1 電流對人和家畜的影響》 |
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