HRG 系统如何运作？HRG 系统中接地故障监测所面临的各种挑战？如何解决这些技术挑战？
高电阻接地系统具有很多优点，但随着变频器的使用越来越普及，使其对接地故障和其他问题的监测变得困难。采用新技术的接地故障继电器可以极大地消除这些问题，从而带来更加安全和可靠的电气系统。
--Littelfuse 执业工程师Mervin Savostianik
瞬态电流
瞬态电流也会导致问题：当电机直接启动时，无法对开关闭合的交流循环部分进行预测；这可能会产生瞬时直流分量，从而导致 CT 产生输出。万幸的是，这可以通过增加 GFR 的跳闸延迟时间或使用数字滤波器来排斥直流分量而轻松纠正。
与 VFD 有关的问题
变频器（也称为变速驱动器或可调速驱动器）在工业应用中变得越来越流行，但是在 HRG 系统中存在自身的问题。在许多 VFD 中，如果接地电流达到固定值（如满载电流的 33% 或 50%）时，内置接地故障保护将会跳闸。然而，在 HRG 系统中，接地故障电流被限制在较小的值（通常只有几个安培），因此变频器永远不会在出现接地故障时跳闸。这意味着 VFD 应使用 GFR 加以支持，从而必须正确选择 GFR。
常规的 GFR 在电源线频率（50/60 Hz）及以上时检测接地故障电流。高端 GFR 可过滤高频以防止谐波噪声跳闸。一些 VFD 应用通常在 120 Hz 或以上直至 0 Hz（直流）条件下运作。大多数接地故障继电器在低输出频率（低于 20 Hz）或直流电压下不工作。有直流接地故障继电器，但大多数这种继电器无法检测到交流故障，因此不能与 VFD 一起使用。
谐波电流
VFD 的输出波形不是纯正弦波，因此包含几个谐波频率分量（基波输出频率的倍数）。由于系统电容的电抗与频率成反比，较高次谐波电流将更容易流过系统电容接地。如果电容和电压平衡，所有三相的谐波电流是相同的，总和为零，且对接地电流没有影响。然而，不平衡的影响在较高频率下会被放大。第三谐波（系统以 60 Hz 运行时为 180 Hz 等），也称为三次谐波，彼此处于同相位，可以产生足够的接地电流以引起接地故障跳闸。通过增加 GFR 上的跳闸设定或使用具有可以抑制三次谐波电流的内置数字滤波器的 GFR。
VFD 的另一个问题是载波频率泄漏电流。VFD 的输出包括载波频率的分量。在较高频率下，电容和电压不平衡的影响较大，电流流向接地，不会出现故障。
电机过热
以低速运转的点击会丧失冷却能力，因为它们的轴式风扇以低速降低输出（由离心风扇推动的空气量随轴速度的平方而变化）。即使由独立的风扇冷却的电机，如果风道堵塞，也会产生过热。电机保护继电器在这种情况下发挥作用，它们相对于 VFD 所提供的功能来说是多余的。幸运的是，现在的一些接地故障继电器可以接受内置于电机绕组中的温度传感器（RTD 或 PTC 热敏电阻）的输入，以比电机保护继电器低得多的成本提供电机过热警告。
低频接地故障的检测
虽然电流互感器被用来测量直流可能看起来是反直觉的，但事实上电流互感器被用于测量大粒子加速器中的束电流的科学应用中。在使用接地故障继电器的情况下，设备尺寸以英寸而不是英尺或英里测量的，但其原理是相同的：检测由直流电流引起的磁芯饱和度的变化。电流互感器的次级被施加电压；根据 V = -Ldi/dt 定律，随着电流上升，磁芯最终开始饱和。电路检测到这一点并反转所施加的电压，当系统在两个方向的饱和电流店铺之间来回切换时产生方波。任何流过初级的直流或低频交流电流都会在一个方向上偏置磁芯中的磁场，从而使饱和发生的次级电流具有极性敏感性。其结果是方波的占空比的发生变化，可以转化为初级中的电流的测量值。
法规
到目前为止，还没有官方规定的低频和直流保护，但 MSHA 一直建议用户安装低频接地故障保护。目前加拿大还没有重视这一问题，而澳大利亚当局却非常清楚这个问题，并且着手制定解决方案。
低频故障问题解决方案
Littelfuse 最近推出了一款基于微处理器的接地故障继电器，EL731 AC/DC 敏感漏电继电器（图 4）。该器件利用上述技术来测量低至 0 Hz 的接地电流，可以通过直流供电并用作直流接地故障继电器。在大多数情况下，其与一个 CT （针对 0 至 100 Hz 的输出频率）一起使用，并且可以使用与以前型号相同的电流互感器来实现，这意味着可以用其替换现有的 GFR 而无需更换 CT。在使用较高的电机频率或需要测量谐波和载波频率的情况下，可以添加第二个 CT 以将覆盖范围扩展到 15 kHz。该组件还可提供在 30 至 5000 mA 范围中的两个可调整的设定值，一个用于警告，另一个用于触发停机，以及三个可编程的输出继电器。
EL731 还具有可与电机内置 RTD 或 PTC 温度传感器配合使用的温度输入，同时可显示电机（或变频器）温度和过热跳闸。
其他特性
EL731 的其他特性包括一块 2 x 16 字符的 OLED 显示屏、电流和温度测量、编程和菜单导航按钮、密码安全、LED 跳闸和报警指示、自动复位报警和带有前面板和遥控复位的锁定跳闸、跳闸记忆、4 至 20-mA 模拟输出、带 LED 指示的 CT 验证和保形涂层电路。其他特点包括面板或表面贴装、参数设置密码保护、以太网通讯和易于升级的固件。
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