电源线路滤波器中的漏电流

1、电源线路滤波器中的漏电流虹如殓匝及1.标准中的要求保护接地器在电气设备出现故障或发生短路时，保护用户不会受到危险接触电压的伤害。 为确保此基本功能，保护接地线上的电流必须加以限制，这是为什么大多数产品安全标准中包 含漏电流测量和限制条款的原因。办公室设备和信息技术设备的产品安全标准EN 60950-1进行了相关说明。尽管都使用漏电流这个术语进行描述，但是标准在实际上对接触电流和保护导体电流进行 了区分。接触电流是人在接触电气装置或设备时，流过人体的所有电流。另一方面，保护导体 电流是在设备或装置正常运行时，流过保护接地导体的电流。此电流也称为漏电流。所有电气设备的设计都必须避免产生危及用户的接

2、触电流和保护导体电流。一般来说，接 触电流不得超过 3.5 mA ,采用下文所述的测量方法进行测量。3.5 mA的极限值并不适用于所有设备，因此，在标准中，还对配备工业型电源接线器（B型可插拔设备）和保护接地器的设备进行了补充规定。如果保护接地电流不超过输入电流的 5%,那么接触电流可以超过 3.5 mA。另外，等电位联结导体的最小截面积必须符合EN 60950-1的规定。最后，但不是最不重要的，制造商必须在电气设备上附带下述警告标签之一。警告！强接触电流。先接地。”警告！ 强漏电流。先接地。”除了普通的产品安全标准之外，还有关于无源EMI滤波器的安全标准。在欧洲，新颁布了EN 60939 ,

3、自2006年1月1日起代替了当时现行的 EN 133200。然而，此标准没有关于滤波 器漏电流的附加要求。美国的EMI滤波器标准，UL 1283 ,与此不同。不仅需要进行所有常规安全试验，还需要确认滤波器的漏电流。在默认情况下，此漏电流不允许超过0.5 mA o否则,滤波器必须附带一个安全警告，说明滤波器不适用于住宅区。必须提供接地连接器以防触电， 另外滤波器必须连接到接地电源引出线或接头上。2 .漏电流的计算本节将说明计算漏电流的方法。因为元件存在误差，并且电网（对于3相供电网）的不平衡只能估计，所以实际结果不一定等于测量结果。另一方面，对顺序生产的每一个滤波器都进行漏电流测量是不合理的，所

4、以一般来说，制造商提供的漏电流都是根据计算值。对于所有的计算，磁性元件的寄生元件及保护接地器的阻抗均忽略不计。计算时只考虑滤波器电容的误差。EMI滤波器电容一般用来抑制差模和共模干扰。对于前者，在相位之间，以及相位和中性导体之间，连接有所谓的X电容。对于共模抑制，相位和接地之间采用Y电容电容器对于频率和电压的依存关系也没有考虑。这对于陶瓷电容器是非常重要的，因为这 种电容器会受到电压和频率的明显影响。因此，采用陶瓷电容器的滤波器的漏电流也比计算结 果更大。3 .相供电网中的漏电流要计算3相供电网中的漏电流，需要确定电源中性点MQ和负载中性点 ML之间的电压。在电源端，是3个相电压UL1、UL2

5、和UL3,与中性点 MQ相连接。在负载端，是 3个阻抗Z1、Z2和Z3,也与一个星型相连接。两个中性点 MQ和ML通过阻抗ZQL相连，此阻抗上的 压降为UQL。图1 :电源和负载和星型连接阻抗ZQL的实际电压UQL可以使用下述公式计算:旦口 x Un , 口口 +Zi /%1 -1+ +Zi Z M无源3相滤波器的一种常见配置是3个X电容器的中性点连接， 并通过Y电容器与地电位或者滤波器的外壳相连接。对于平衡电容电网，漏电流可以忽略。另一方面，当相位之间达到最高 的不平衡时，电网达到最高的漏电流值。不平衡的原因包括电容器值的公差，以及供电网的电压不平衡。图2: 3相滤波器的典型电容器配置因此，

6、漏电流的关键要素是电容器 CX1、CX2和CX3的不平衡产生的电压 UQL。对于大 多数滤波器，额定值是相同的，但是也存在制造公差的影响。电容器 CY处的压降UQL产生的 漏电流Ileak, max可以根据下式确定：山二2 后大多数制造商在确定无源滤波器中的电容器的额定值时，公差为年0%。CY的最高压降发生在两个X电容器具有最小的公差，而一个电容器具有最大公差的时候。另外，假设CY的公差值最大。将这些假设代入方程（1）和，则漏电流为：,. U Cy -UI *I ISP. 一 HIia X ,111III i'E由 2 cZ+2CZ+C-4 .QT：1-1 ,aiDir jQD1为更好

7、地了解此理论，可以提供一个480V F ;考虑电源电压的不平衡，计算出的漏电流大约为所有电容器的公差均为制造商规定的年0% o不23NF、CY=1.8因相滤波器的计算实例。电容-20%至0%。根据器值为CX=4.4 mA实践经验表明电容器的公差差距不会如此之大。比较真实的公差范围从此假设，上述计算得出的漏电流大约为10 mA。应该指出：不同制造商采用的滤波器漏电流计算方法并不统一。因此，即使两个滤波器的电路图和元件值相同，但是漏电流可能不同到目前为止，在计算中并没有考虑供电网的电压不平衡。在实际应用中，供电网确实存在不平衡。为在计算中考虑进此因素，采用了供电网标准EN 50160 ,此标准规定

8、了公共供电网的状态。根据此标准，地区供电网的电压不平衡应该不超过3%。将此条件代入前述计算，当电容器公差为 n0%时，漏电流上升到 26 mA ,当公差为+0/-20%时，漏电流为13 mA。4 .单相供电网中的漏电流与3相供电网相比，单相供电网中的漏电流计算要容易的多。在电压和频率给定之后，漏电流只取决于总电容。图3所示是单相滤波器的典型电容器回路。图3 :单相滤波器的典型电容器配置在正常工作时，漏电流由电容器CYL和CYN决定。总电流值由下式给出:CYL ,另一边是串联的当CX=100 nF、CY=2.2 nF ,并且给定的公差为 ±20%时，漏电流为190 A。最坏的情形发生在

9、中性导体断开的时候。此时，总电容由两个平行电容器组成：一边是CX和CYN。图4是等效电路图。N图4 :中性导体断开时的总电容总电容根据下述公式计算:在发生故障时，最大漏电流可以高达3775 .漏电流的测量计算漏电流是一件事情，进行测量又是另外一件事情。各种产品安全标准规定了必要的测 量方法。尽管不同标准之间存在差异，基本方法是类似的。下文将详细叙述根据EN 60950进行计算。根据EN 60950进行测量我们在标准中的要求”中提到：EN 60950使用术语接触电流”和保护接地电流”而不是漏 电流”。测得的电流总是接触电流。因为单相和3相供电网所用的方法非常类似，所以只叙述单相设备所用的方法。基

10、本测量设置如图 5所示。测量设备的输出 B与系统的接地中性导体相连接。输出A通过开关STEST与设备的接地端子相连接。开关 SPE打开。接电源(Power connection )被测设备(EUT )测量设备(Measurement equipment )图5:接触电流的测量设置另外，测量必须采用反极性。为此，电路使用了开关 SPOL。许可漏电流取决于设备的类型，并在标准中进行了规定。另外，设备可操作件的接触电流的测量与设备类型无关。然而，并没有详细描述该测量，因为与漏电流自身无关。图5所示的测量设备可以有 2种版本。第一种可能性采用下图所示的电压测量回路。因 测试连接(Test connec

11、tions )图6 :电压测量设备RB 500R1 10-CS 0.22-C1 0.022，输入电容必须小于 200 c测量电压U2所需的输入阻抗必须大于1 M pF。频率范围需要在15 Hz至1 MHz之间。U2至ij Ileak的转换公式为：科.l500Q除了根据图6测量电压之外，还可以根据图7所示的电路测量电流。* 、口.三R_ 弗-一"B -/_ 5 safetyemcxn测试连接(Test connections )图7 :电流测量设备M动圈式仪表D测量整流器RS无感应电阻器，量程 X 10S量程选择器对于非正弦波形，并且频率超过100 Hz ,则图6所示电压测量可以获得更

12、为精确的结果。供电网拓扑对漏电流的影响在 漏电流的测量”中，已经提到当供电网和电容网络取得平衡时，漏电流最低。任何不平衡 都将增大漏电流。甚至考虑到这一点， 很明显供电网拓补对于设备漏电流具有明显的影响。对于某些供电网，需要设计专用滤波器来降低漏电流。特别是在日本供电网中使用欧洲生产的滤波器。日本供电网的特殊性是一个事实，一个相直接接地。如图8所示。ui后r%IW忆！ %= =-囱 safetymcxnEMI 滤波器(EMI Filter )图8:日本供电网的原理这种设置类型的并联连接是一个分支为LL2 ,另一个分支为 CL2和C0o等效电路如图 9所示。国 图9:图8的等效电路对于这种布局，

13、接地阻抗完全不同，从而产生不同的压降和漏电流。因此，欧洲滤波器的漏电流额定值不能自动用在日本供电网中。一种可能的解决方案是更改滤波器接地相的阻抗，从而产生不平衡的滤波器。另外一种备选方案是增加所有相位的阻抗，从而降低滤波器的总接地电容（ Y电容），这样保持了滤波器的对 称设置并且没有显著增大漏电流。6.总结出于安全考虑，在使用无源EMI滤波器时，需要考虑漏电流的影响。一般来说，大多数制造商定义了正常运行时每个相位的漏电流。一般来说，漏电流的额定值不是测量的结果，而是计算值。计算前提并没有统一的标准，而是由制造商规定。这些前提包括元件的公差、电源电压的不平衡和操作模式（正常运行、故障状态）。因此，即使两个滤波器的电路图和元件的额定值相