Charging pile - 充电桩的漏电流 - 剩余电流保护装置（RCD）

我国的剩余电流保护装置（RCD）指导性标准GB／Z 6829－2008（IEC／TR 60755：2008，MOD）《剩余电流动作保护器的一般要求》从产品的基本结构、剩余电流类型、脱扣方式等方面作了划分。
根据剩余电流类型可将RCD分为AC型、A型、B型。

• AC型剩余电流保护器：对突然施加或缓慢上升的剩余正弦交流电流确保脱扣的RCD。
• A型剩余电流保护器：包含AC型的特性并对脉动直流剩余电流、脉动直流剩余电流叠加6mA平滑剩余电流确保脱扣的RCD。
• B型剩余电流保护器：包含A型的保护特性，此外，还能对1000Hz及以下的正弦交流剩余电流、交流剩余电流叠加平滑直流剩余电流、脉动直流剩余电流叠加平滑剩余电流、两相或多相整流电路产生的脉动直流剩余电流、平滑直流剩余电流确保脱扣的RCD。
  

目前，由于B型RCD价格过于昂贵，国内大部分的交流充电桩内部安装的都是A型剩余电流保护器。

RCD（Residual Current Device，剩余电流装置），是指在正常工作条件下，接通负载和断开电流；而当电路的剩余电流在规定的条件下达到其规定值时，引起触头动作而断开主电路的一种保护器。

剩余电流装置可能是检测剩余电流和接通及断开主电路电流的各种元件的组合体。

一、充电桩测试检测漏电流现象 　　
充电桩一般有四种类型的漏电流，即：

• 半导体部分元件中存在的漏电流、
• 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 　　
当关闭时，有微小电流在PN结流过。 D-S正向偏置，G-S反向偏置，导电通道打开后，从D到S才会有电流流过。 但实际上，由于自由电子的存在，自由电子对SIO2和N+的粘附导致电流D-S泄漏。

半导体元件漏电流

2、电源漏电流　　
为了减少对开关电源的干扰，在国家标准，必须安装 EMI 屏蔽电路。由于EMI电路的关系，开关电源接入电后，对地会有少量电流泄漏，如果不接地，电脑外壳会在地面上产生110伏或者其它不同的电压，用手触摸会感觉麻麻的，影响电脑正常工作。　　

3、电容漏电流　　
电容在任何时候都不会出现不导电情况（也就是所谓的内阻（容抗），这个实际上也是会导电，虽然很小）。当电容与直流电源一起使用时，直流电源调高电压的话，电容会泄漏电流。如果漏电流过大，电容器会过热而损坏。除了电解电容，其他电容的漏电都非常小，所以用电阻参数来表示其绝缘性能;并且电解电容漏电面积大，所以现在用漏电来表示它的绝缘性能(和容量体积成正比)。　　

电容漏电流

当使用的直流电的工作电压施加到电容器上时，会注意到电流变化显着，并随着时间的推移而减小。当其达到某个最终值时，它就达到了稳定状态。 i = kcu (μa);其中k值为当前电流，单位为 μa (v · μf) 　　

4、滤波器漏电流　　
电源滤波器漏电流定义为：对额定交流电压下滤波器到交流进线的任何一端进行滤波。　　

滤波器漏电流

如果家中所有的端口都得到了完全的保护，那么现在的泄漏值在很大程度上取决于CY系统的正常泄漏，即取决于CY的大小。　　由于滤波器泄漏的电源大小会影响到人身安全，世界各国对其都有严格的标准。对于220V/50Hz交流电源，整个噪声漏电流应小于1mA。 　　

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:

对接地故障电流检测的GFCI传感器原理

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。从上图中可知，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：

电动汽车充电桩电流保护应用 - 模式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/T 18487.1-2标准中予以淘汰

2) 模式二：

电动汽车充电桩电流保护应用 - 模式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<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：

电动汽车充电桩电流保护应用 - 模式3

• 输入电源：低压交流电
• 充电接口：专用充电接口
• In<63A；Un:AC 230,400V
• 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：

电动汽车充电桩电流保护应用 - 模式4

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
  

四种充电模式中的漏电流保护点：

四种充电模式中的漏电流保护点

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，如下图所示，直接外部采购合格的且有相关认证的漏电保护模块。

模块式的漏电保护设计

根据目前IEC 62752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。如下图所示MAGTRON Type B的RCMU设计应用方案。

MAGTRON Type B的RCMU设计应用方案

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。如下图所示：

采用模块式Type B型的漏电流传感器进行保护

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进行保护如下图 上半部分。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的模式如下图 下半部分进行保护。

充电桩漏电流RCD断路器保护设计方法

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

单相220V电路,选用2P或1P+N型

6) 、三相三线制380V电源供电的电气设备，选用三相三线制（3P）RCD，3P型RCD只能用于无中性线的三相三线配电系统中

7) 、三相四线制380V电电源的电气设备，或单项设备和三相设备公用的电路，应选用三极四线制(3P+N)，或四极四线制(4P)的RCD

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GFCI 是英文Ground Fault Circuit Interrupter的简称，中文称接地故障电流漏电保护器；是针对北美市场的一种特殊保护设备，工作电压264VAC-102VAC,工作温度-35Deg~66Deg,断开时间<25mS（在500欧的TRIP CURRENT时）,断开电流: 4~6 mA ;北美对GFCI的认证极为严格，主要有UL和ETL认证，如果做UL认证，产品的所有测试在美国UL实验室进行；如果做ETL认证，可在国内进行测试。

GFCI 品牌在美国市场上比较常见到的插头式GFCI品牌有LEVITON，TOWER，ELEGRP, DEFOND，NANDAO等 GFCIA漏电保护插座 GFCIA漏电保护插座(9张) GFCI 品牌在国内市场上常见到的有漏电保护头、漏电保护插座。

GFCI - Ground Fault Circuit Interrupter - 接地故障电流漏电保护器