充電樁剩余電流保護(hù)器的選用

一、簡(jiǎn)介

剩余電流動(dòng)作保護(hù)裝置(RCD)作為漏電保護(hù)器廣泛應(yīng)用于低壓配電系統(tǒng)中，以防止觸電事故、電氣設(shè)備漏電損壞和電氣火災(zāi)。同樣在電動(dòng)汽車充電領(lǐng)域，RCD作為基本的電氣保護(hù)器件被廣泛使用。2012年至2016年，全球新能源乘用車保有量從11.6萬(wàn)輛增長(zhǎng)至75.1萬(wàn)輛，近5年保持75%的年均增速。中國(guó)新能源汽車市場(chǎng)自2014年開(kāi)始高速增長(zhǎng)，2014-2015年增速超過(guò)200%。2016年中國(guó)新能源汽車市場(chǎng)在補(bǔ)貼欺詐和政策沖擊下仍保持63%的增速.

新能源汽車市場(chǎng)的增長(zhǎng)離不開(kāi)基礎(chǔ)充電設(shè)施的建設(shè)。如何保證充電過(guò)程中的用電安全，尤其是防止漏電對(duì)生命財(cái)產(chǎn)造成危害，是需要關(guān)注的問(wèn)題。

二、電動(dòng)汽車的四種充電模式

GB/T 18487.1-2015《電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng)第1部分：通用要求》中電動(dòng)汽車充電方式有四種：

方式一： 剩余電流保護(hù)主要依靠樓宇配電箱中的剩余電流保護(hù)裝置（RCD）。由于不能保證所有現(xiàn)有的建筑設(shè)備都裝有RCD，這種方法非常危險(xiǎn)，已被禁止。

方式二：充電連接線上安裝線控保護(hù)裝置（ic-cpd）。IC-CPD 具有檢測(cè)剩余電流的功能。

方式三：采用專用供電設(shè)備將電動(dòng)汽車直接接入交流電網(wǎng)，控制引導(dǎo)裝置安裝在專用供電設(shè)備上。專用供電設(shè)備為交流充電樁。

方式四：電動(dòng)汽車接入交流或直流電網(wǎng)時(shí)，采用具有控制引導(dǎo)功能的直流供電設(shè)備，即直流充電樁。

這里主要討論模式3和模式4充電樁剩余電流保護(hù)器的選擇。

根據(jù)GB/T 18487.1-2015的要求，交流供電設(shè)備的剩余電流保護(hù)器應(yīng)為A型或B型，滿足GB 14084.2-2008、GB 16916.1-2014和GB 22794-2008的相關(guān)要求

什么是A型或B型剩余電流保護(hù)器？標(biāo)準(zhǔn)GB/Z 6829-2008（IEC/TR 60755:2008,MOD），剩余電流動(dòng)作保護(hù)器的通用要求，分為產(chǎn)品的基本結(jié)構(gòu)、剩余電流類型和脫扣方式。根據(jù)剩余電流類型，RCD可分為AC型、A型和B型。交流型剩余電流保護(hù)器：保證在突然或緩慢上升的剩余正弦交流電流下脫扣的RCD。A型剩余電流保護(hù)器：具有交流型特性并疊加6mA平滑剩余電流以確保脫扣的RCD。B型剩余電流保護(hù)器：包含A型的保護(hù)功能，此外，還適用于1000赫茲的剩余電流和正弦波交流，剩余電流的交流疊加平滑直流剩余電流，脈沖直流剩余電流疊加平滑剩余電流，脈動(dòng)直流剩余電流的兩相或多相整流電路，平滑直流剩余電流確保RCD跳閘。目前，由于B型RCD價(jià)格較高，國(guó)內(nèi)大部分交流充電樁都安裝了A型剩余電流保護(hù)器。

交流充電樁內(nèi)部結(jié)構(gòu)，采用A型剩余電流保護(hù)裝置。A型剩余電流保護(hù)器能否滿足充電樁的漏電保護(hù)要求？讓我們分析一下充電過(guò)程中可能產(chǎn)生的剩余電流的類型。

A型剩余電流保護(hù)器能否滿足充電樁的漏電保護(hù)要求？讓我們分析一下充電過(guò)程中可能產(chǎn)生的剩余電流的類型。 使用交流充電樁充電時(shí)，交流充電樁和車輛耦合器接入公共電網(wǎng)。如果電樁發(fā)生絕緣失效，可能會(huì)產(chǎn)生工頻交流漏電流。在電動(dòng)車部分，可能的漏電流主要來(lái)自車載充電機(jī)的漏電流，而充電機(jī)的一般拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要是AC/DC和DC/DC。

下圖為常見(jiàn)車載充電機(jī)的主電路圖。

車載充電器主電路示意圖

AC/DC單相輸入的交流電先經(jīng)過(guò)EMI濾波，然后在Boost APFC電路的作用下將85~265V的交流電整流成穩(wěn)定輸出的DC 400V電壓，為后臺(tái)。DC/DC部分采用移相全橋LLC主電路，將400V的直流電壓轉(zhuǎn)換為電池可接受的電壓。當(dāng)電路板與設(shè)備外殼之間的絕緣損壞時(shí)，整流部分可能會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)直流剩余電流，Boost APFC電路中可能會(huì)產(chǎn)生紋波系數(shù)很小的直流剩余電流。

這里借用Bender的圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明直流剩余電流的產(chǎn)生和危害。

隔離式充電機(jī)直流漏電的產(chǎn)生

由此可見(jiàn)，DC/DC部分推挽全橋變換器可能會(huì)出現(xiàn)直流漏電。我國(guó)低壓配電系統(tǒng)一般采用TN供電。設(shè)備金屬外殼接工作零線。通過(guò)等效電路的仿真，發(fā)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的電流波形會(huì)發(fā)生變化，如下圖所示。

充電機(jī)直流故障系統(tǒng)電流波形

可見(jiàn)，后端發(fā)生直流漏電后，前端電路也會(huì)受到影響。整流后的紋波直流波形會(huì)發(fā)生畸變，產(chǎn)生尖刺，一步步干擾后端電路，影響充電效果，甚至影響電池壽命。另一方面，由于TN系統(tǒng)的存在，這種故障不會(huì)在車體形成較大的電壓，對(duì)人體的危害較小。但是，如果連接系統(tǒng)的地線缺失或PE線斷開(kāi)，這部分電壓會(huì)對(duì)人體造成傷害。事實(shí)上，中國(guó)很多地方，特別是農(nóng)村地區(qū)，PE線的連接都存在問(wèn)題。

現(xiàn)有的A型RCD只能在6ma直流電流干擾下檢測(cè)脈動(dòng)直流漏電，不能檢測(cè)DCD漏電和斷路保護(hù)，當(dāng)直流漏電大于6ma時(shí)，由于直流剩余電流會(huì)引起鐵心磁化超前，使跳閘值增大，導(dǎo)致A型RCD不能正常動(dòng)作，因此必須使用B型RCD保護(hù)！

三、結(jié)語(yǔ)

同樣，在直流充電樁中，市電通過(guò)非車載充電機(jī)轉(zhuǎn)換為高精度直流電，為電池充電。

直流充電樁漏電保護(hù)分為交流側(cè)和直流側(cè)。理論上交流側(cè)應(yīng)加B型RCD保護(hù)，直流側(cè)加裝直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)CD正負(fù)絕緣檢測(cè)。在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，隨著新能源汽車走進(jìn)千家萬(wàn)戶，充電樁將成為人們生活中不可或缺的一部分。因此，有必要對(duì)充電樁中的剩余電流保護(hù)裝置進(jìn)行升級(jí)。

審核編輯：湯梓紅