電力一直是我們生活的重要組成部分，對于此類新型 電力系統(tǒng)和負載，如果不重視、電氣安裝沒有正確設(shè)計、 建造和驗證，沒有適當合適的保護設(shè)備，它可能會對人員 人身安全和財產(chǎn)帶來風險，現(xiàn)有的電力裝置也應(yīng)按相關(guān)標 準要求進行改進和更新。

　　電動汽車充電(EV)、太陽能光伏發(fā)電(PV)、光儲 充一體化等應(yīng)用正在逐漸

添加到現(xiàn)有的電力結(jié)構(gòu)中去，到 2035年，預(yù)計將使相關(guān)電力應(yīng)用需求成倍數(shù)增長。

　　1 構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)

　　如圖1，在此類相關(guān)應(yīng)用中，大量使用了升壓降壓電路，由于開關(guān)模式電源 (SMPS)具有緊湊性和能源效率的 優(yōu)勢，導(dǎo)致其使用數(shù)量激增，然而，這些和其他類型的開 關(guān)模式轉(zhuǎn)換器會產(chǎn)生大量的高頻“電容性漏地電流”。

　　開關(guān)電源 —— 將交流轉(zhuǎn)換為直流供電給電子設(shè)備， 包括如圖2：

　　圖 1 構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)

　　圖 2 基本的 SMPS 拓撲：Buck、Boost 和 Buck-boost

　　? 太陽能光伏發(fā)電;

　　? 電動汽車充電;

　　? 各種變頻家用電器;

　　? LED 照明;

　　? USB插座;

　　? 智能家居和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)等等。

　　以上應(yīng)用共同特點就是會導(dǎo)致脈動直流或高頻諧波進 入電源側(cè)，這些都不可避免的影響交流側(cè)回路里不再那么 “干凈”。

　　在新能源汽車充電、光儲充一體化、光伏發(fā)電應(yīng)用 中， 還存在大量交直流變換(整流/逆變)電路(如圖3)。

　　在這些AC - DC轉(zhuǎn)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，圖4是一些典型的復(fù)雜剩余電流波形。

　　圖 3 光儲充一體化

　　圖 4 剩余電流波形

　　因此， 在安全性上帶來的問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(如圖5) 。

　　圖 5 《IEC 60479-1 電流對人和家畜的影響》 中人體對電流的反應(yīng)

　　在圖5中，交流電流的影響分為四個區(qū)域：

　　①感知閾：通過人體能夠引起任何接觸電流的最小值;

　?、诜磻?yīng)閾：通過人體能夠引起肌肉不自覺收縮的接觸 電流最小值;

　　③擺脫閾：人可以主動擺脫電極的接觸電流最大值;

　?、苄氖翌潉娱摚和ㄟ^人體引起心室纖維性顫動的接觸 電流最小值。

　　(注：曲線c1以上就會發(fā)生燒傷/心博停止/呼吸停止。

　　注：RCD 的動作閾值需要低于該閾值以確保對人體 的保護，同時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(yīng) 線圈和磁芯， 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(yīng)線圈的磁感應(yīng)迅速進入磁滯曲線的飽和 區(qū)，這時磁感應(yīng)線圈對剩余電流不再敏感、甚至沒有反應(yīng)， 因此存在RCD的致盲性，危及人身安全和設(shè)備安全(如圖6) 。 

　　圖 6 普通 AC 型 RCD 存在致盲性

　　電氣設(shè)備中的一個重要挑戰(zhàn)就是對上面這些技術(shù)應(yīng)用 進行適當和充分的保護，以提供其應(yīng)用的安全性。

　　RCD(剩余電流保護裝置)根據(jù)剩余電流含有直流分 量的動作特性分，可分為下圖幾種類型，依次是包含遞增 的關(guān)系。

　　? AC 型

　　這是一直以來我們最常用的RCD，適合交流回路里沒有直流成分，符號為：

　　? A 型

　　適用于AC類 + 脈動直流或具有疊加在6mA平滑直流 上的脈動直流，符號為：

　　? F 型

　　適用于A類 + 伴有高達1KHz的高頻電流，符號為：

　　? B 型

　　適用于F類 + 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(jù)不同電路選用漏電檢 測類型大致如圖7所示。

　　圖 7 漏電檢測

　　因此，在使用高比例新能源和多元負荷時，應(yīng)根據(jù)存 在直流分量和相應(yīng)頻率來正確選擇不同類型的剩余電流動作保護裝置。

　　2 應(yīng)用場景電動汽車充電

　　未來汽車電動化趨勢不可避免，在電動汽車充電時， 充電站需要為所有用戶提供適當?shù)谋Ｗo，電動汽車充電點

　　經(jīng) 常 由 非 技 術(shù) 用 戶 進 行 密 集 的 插 拔， 許 多 充 電 點 位 于 室外，觸電的風險可能會大于室內(nèi)。

　　在標準IEC60364 - 7 - 722 部分 - 電動車供電里要求： 應(yīng)選擇B型或A型30mA 動作的RCD作為直流接地故障防 護措施(722. 531.2條)(如圖8)。

　　(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)來進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。)

　　圖 8 IEC 60364-7-722 是低壓電氣裝置 - 電動車供電的標準

　　在2021年實行的上海地標DB31/T 1296 - 2021《電 動汽車智能充電樁智能充電及互動響應(yīng)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(如圖9)。

　　圖 9 DB31/T 1296-2021

　　《電動汽車智能充電樁智能充電及互動響應(yīng)技術(shù)要求》

　　3 應(yīng)用場景光伏發(fā)電

　　光伏(PV) 發(fā)電是一種可再生能源，是應(yīng)對全球氣 候惡化挑戰(zhàn)和滿足可持續(xù)發(fā)展迫切需求的最有前途的技術(shù) 之一。光伏發(fā)電有幾個好處：

　　太陽能是無限量的，可以在全球范圍內(nèi)使用。

　　在運行過程中不排放溫室氣體 (G HG ) 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)電時不會產(chǎn)生噪音，此外維護也方便。

　　同時，光伏發(fā)電減少了對能源進口的依賴，從長遠來看，能夠提高能源供應(yīng)的安全性，穩(wěn)定發(fā)電成本。在國家 參與、可持續(xù)能源發(fā)展政策、技術(shù)開發(fā)和成本降低的推動 下，今天的光伏裝機容量正在快速增長(如圖10)。

　　圖 10 中國 1990-2025 年光伏容量趨勢

　　(來源：IEA 國際能源機構(gòu))

　　根據(jù)IEC 62109 - 2：2011規(guī)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 – 太陽能光伏電源系 統(tǒng)里要求：應(yīng)選擇B型RCD用于PV裝置交流供電回路的保 護(712. 530. 3. 101條)(如圖11)。

　　圖 11 《IEC60364-7-712 部分 – 太陽能光伏電源系統(tǒng)里要求》

　　國內(nèi)根據(jù)IEC標準,剛在1 1 月1 號實行了相應(yīng)標準， GB/T 16895.32-2021 《低壓電氣裝置 第7-712部分：特殊裝 置或場所的要求 太陽能光伏(PV) 電源系統(tǒng)》(如圖12) 。

　　圖 12 《GB/T 16895.32-2021 部分 – 太陽能光伏(PV)電源系統(tǒng)》

　　圖 13 交、直流漏電流傳感器

　　圖 14 可提供多種安裝方式

　　綜合上述，如果類似環(huán)境使用了大量直流負荷或變頻 負荷，選用AC類型的RCD就不再是安全之策。

　　與此同時，一種B型漏電流傳感器檢測方案正在普 及，在電動汽車充電中，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(yīng)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(guī)模化，可符合B型相關(guān)剩余電流保護。

　　4 Magtron公司交、直流漏電流檢測方案

　　浙江巨磁智能技術(shù)有限公司是一家致力于從IC開始一 直到模塊及應(yīng)用都自主研發(fā)生產(chǎn)的高科技公司。自2014 年開始基于mSafe漏電專用檢測芯片的交、直流漏電保護 模塊已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在新能源光伏逆變器(戶用型)、 電動汽車充電保護領(lǐng)域，產(chǎn)品市場占有率名列前茅。交、 直流型漏電流檢測方案如圖13、圖14示所。