充电桩剩余电流保护器的选用

一、简介

剩余电流动作保护装置(RCD)作为漏电保护器广泛应用于低压配电系统中，以防止触电事故、电气设备漏电损坏和电气火灾。同样在电动汽车充电领域，RCD作为基本的电气保护器件被广泛使用。2012年至2016年，全球新能源乘用车保有量从11.6万辆增长至75.1万辆，近5年保持75%的年均增速。中国新能源汽车市场自2014年开始高速增长，2014-2015年增速超过200%。2016年中国新能源汽车市场在补贴欺诈和政策冲击下仍保持63%的增速.

新能源汽车市场的增长离不开基础充电设施的建设。如何保证充电过程中的用电安全，尤其是防止漏电对生命财产造成危害，是需要关注的问题。

二、电动汽车的四种充电模式

GB/T 18487.1-2015《电动汽车传导充电系统第1部分：通用要求》中电动汽车充电方式有四种：

方式一： 剩余电流保护主要依靠楼宇配电箱中的剩余电流保护装置（RCD）。由于不能保证所有现有的建筑设备都装有RCD，这种方法非常危险，已被禁止。

方式二：充电连接线上安装线控保护装置（ic-cpd）。IC-CPD 具有检测剩余电流的功能。

方式三：采用专用供电设备将电动汽车直接接入交流电网，控制引导装置安装在专用供电设备上。专用供电设备为交流充电桩。

方式四：电动汽车接入交流或直流电网时，采用具有控制引导功能的直流供电设备，即直流充电桩。

这里主要讨论模式3和模式4充电桩剩余电流保护器的选择。

根据GB/T 18487.1-2015的要求，交流供电设备的剩余电流保护器应为A型或B型，满足GB 14084.2-2008、GB 16916.1-2014和GB 22794-2008的相关要求

什么是A型或B型剩余电流保护器？标准GB/Z 6829-2008（IEC/TR 60755:2008,MOD），剩余电流动作保护器的通用要求，分为产品的基本结构、剩余电流类型和脱扣方式。根据剩余电流类型，RCD可分为AC型、A型和B型。交流型剩余电流保护器：保证在突然或缓慢上升的剩余正弦交流电流下脱扣的RCD。A型剩余电流保护器：具有交流型特性并叠加6mA平滑剩余电流以确保脱扣的RCD。B型剩余电流保护器：包含A型的保护功能，此外，还适用于1000赫兹的剩余电流和正弦波交流，剩余电流的交流叠加平滑直流剩余电流，脉冲直流剩余电流叠加平滑剩余电流，脉动直流剩余电流的两相或多相整流电路，平滑直流剩余电流确保RCD跳闸。目前，由于B型RCD价格较高，国内大部分交流充电桩都安装了A型剩余电流保护器。

交流充电桩内部结构，采用A型剩余电流保护装置。A型剩余电流保护器能否满足充电桩的漏电保护要求？让我们分析一下充电过程中可能产生的剩余电流的类型。

A型剩余电流保护器能否满足充电桩的漏电保护要求？让我们分析一下充电过程中可能产生的剩余电流的类型。 使用交流充电桩充电时，交流充电桩和车辆耦合器接入公共电网。如果电桩发生绝缘失效，可能会产生工频交流漏电流。在电动车部分，可能的漏电流主要来自车载充电机的漏电流，而充电机的一般拓扑结构主要是AC/DC和DC/DC。

下图为常见车载充电机的主电路图。

车载充电器主电路示意图

AC/DC单相输入的交流电先经过EMI滤波，然后在Boost APFC电路的作用下将85~265V的交流电整流成稳定输出的DC 400V电压，为后台。DC/DC部分采用移相全桥LLC主电路，将400V的直流电压转换为电池可接受的电压。当电路板与设备外壳之间的绝缘损坏时，整流部分可能会产生脉动直流剩余电流，Boost APFC电路中可能会产生纹波系数很小的直流剩余电流。

这里借用Bender的图来详细说明直流剩余电流的产生和危害。

隔离式充电机直流漏电的产生

由此可见，DC/DC部分推挽全桥变换器可能会出现直流漏电。我国低压配电系统一般采用TN供电。设备金属外壳接工作零线。通过等效电路的仿真，发现整个系统的电流波形会发生变化，如下图所示。

充电机直流故障系统电流波形

可见，后端发生直流漏电后，前端电路也会受到影响。整流后的纹波直流波形会发生畸变，产生尖刺，一步步干扰后端电路，影响充电效果，甚至影响电池寿命。另一方面，由于TN系统的存在，这种故障不会在车体形成较大的电压，对人体的危害较小。但是，如果连接系统的地线缺失或PE线断开，这部分电压会对人体造成伤害。事实上，中国很多地方，特别是农村地区，PE线的连接都存在问题。

现有的A型RCD只能在6ma直流电流干扰下检测脉动直流漏电，不能检测DCD漏电和断路保护，当直流漏电大于6ma时，由于直流剩余电流会引起铁心磁化超前，使跳闸值增大，导致A型RCD不能正常动作，因此必须使用B型RCD保护！

三、结语

同样，在直流充电桩中，市电通过非车载充电机转换为高精度直流电，为电池充电。

直流充电桩漏电保护分为交流侧和直流侧。理论上交流侧应加B型RCD保护，直流侧加装直流绝缘监测装置检测CD正负绝缘检测。在可预见的未来，随着新能源汽车走进千家万户，充电桩将成为人们生活中不可或缺的一部分。因此，有必要对充电桩中的剩余电流保护装置进行升级。

审核编辑：汤梓红