1 引言
在電氣設(shè)備的正常運(yùn)行過(guò)程中，一部分電流沿著保護(hù)接地導(dǎo)體流入大地。這些電流稱為漏電流，是用戶的一個(gè)安全隱患，因此，大多數(shù)產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)均對(duì)漏電流進(jìn)行了限制。人們?cè)絹?lái)越多地使用剩余電流設(shè)備或者漏電流斷路器，當(dāng)檢測(cè)到漏電流過(guò)高時(shí)，這些設(shè)備將斷開電源。
電源線路濾波器，或者emc濾波器，通過(guò)它們的對(duì)地電容器影響設(shè)備的總漏電流。當(dāng)今的技術(shù)已使噪聲抑制濾波器的使用成為必需，這樣，漏電流對(duì)于最終用戶更為重要。客戶經(jīng)常對(duì)漏電流的額定值感到困惑，因?yàn)闉V波器制造商不使用統(tǒng)一的方法進(jìn)行計(jì)算。因此，采用相同的電路，但是由不同制造商制造的濾波器的漏電流不能直接比較。本文敘述了關(guān)于漏電流的基本內(nèi)容，包括計(jì)算和測(cè)量方法等。

2 標(biāo)準(zhǔn)中的要求
保護(hù)接地器在電氣設(shè)備出現(xiàn)故障或發(fā)生短路時(shí)，保護(hù)用戶不會(huì)受到危險(xiǎn)接觸電壓的傷害。為確保此基本功能，對(duì)保護(hù)接地線上的電流必須加以限制，這是為什么大多數(shù)產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)中包含漏電流測(cè)量和限制條款的原因。對(duì)辦公室設(shè)備和信息技術(shù)設(shè)備的產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)en 60950-1進(jìn)行了相關(guān)說(shuō)明。
盡管都使用漏電流這個(gè)術(shù)語(yǔ)進(jìn)行描述，但是標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)際上對(duì)接觸電流和保護(hù)導(dǎo)體電流進(jìn)行了區(qū)分。接觸電流是人在接觸電氣裝置或設(shè)備時(shí)，流過(guò)人體的所有電流。另一方面，保護(hù)導(dǎo)體電流是在設(shè)備或裝置正常運(yùn)行時(shí)，流過(guò)保護(hù)接地導(dǎo)體的電流。此電流也稱為漏電流。
所有電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)都必須避免產(chǎn)生危及用戶的接觸電流和保護(hù)導(dǎo)體電流。一般來(lái)說(shuō)，接觸電流不得超過(guò)3.5ma，采用下文所述的測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量。
3.5ma的極限值并不適用于所有設(shè)備，因此，在標(biāo)準(zhǔn)中，還對(duì)配備工業(yè)型電源接線器（b型可插拔設(shè)備）和保護(hù)接地器的設(shè)備進(jìn)行了補(bǔ)充規(guī)定。如果保護(hù)接地電流不超過(guò)輸入電流的5％，那么接觸電流可以超過(guò)3.5ma。另外，等電位聯(lián)結(jié)導(dǎo)體的最小截面積必須符合en 60950-1的規(guī)定。最后，但不是最不重要的，制造商必須在電氣設(shè)備上附帶下述警告標(biāo)簽之一。
“警告！強(qiáng)接觸電流。先接地。”；“警告！強(qiáng)漏電流。先接地?！?BR>除了普通的產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)之外，還有關(guān)于無(wú)源emi濾波器的安全標(biāo)準(zhǔn)。在歐洲，新頒布了en 60939，自2006年1月1日起代替了當(dāng)時(shí)現(xiàn)行的en 133200。然而，此標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有關(guān)于濾波器漏電流的附加要求。美國(guó)的emi濾波器標(biāo)準(zhǔn)，ul 1283，與此不同。不僅需要進(jìn)行所有常規(guī)安全試驗(yàn)，還需要確認(rèn)濾波器的漏電流。在默認(rèn)情況下，此漏電流不允許超過(guò)0.5ma。否則，濾波器必須附帶一個(gè)安全警告，說(shuō)明濾波器不適用于住宅區(qū)。必須提供接地連接器以防觸電，另外濾波器必須連接到接地電源引出線或接頭上。

3 漏電流的計(jì)算
本節(jié)將說(shuō)明計(jì)算漏電流的方法。因?yàn)樵嬖谡`差，并且電網(wǎng)（對(duì)于三相供電網(wǎng)）的不平衡只能估計(jì)，所以實(shí)際結(jié)果不一定等于測(cè)量結(jié)果。另一方面，對(duì)連續(xù)生產(chǎn)的每一個(gè)濾波器都進(jìn)行漏電流測(cè)量是不合理的，所以一般來(lái)說(shuō)，制造商提供的漏電流都是根據(jù)計(jì)算值。
對(duì)于所有的計(jì)算，磁性元件的寄生元件及保護(hù)接地器的阻抗均忽略不計(jì)。計(jì)算時(shí)只考慮濾波器電容的誤差。emi濾波器電容一般用來(lái)抑制差模和共模干擾。對(duì)于前者，在相位之間，以及相位和中性導(dǎo)體之間，連接有所謂的x電容。對(duì)于共模抑制，相位和接地之間采用y電容。
電容器對(duì)于頻率和電壓的依存關(guān)系也沒(méi)有考慮。這對(duì)于陶瓷電容器是非常重要的，因?yàn)檫@種電容器會(huì)受到電壓和頻率的明顯影響。因此，采用陶瓷電容器的濾波器的漏電流也比計(jì)算結(jié)果更大。
3.1 三相供電網(wǎng)中的漏電流
要計(jì)算三相供電網(wǎng)中的漏電流，需要確定電源中性點(diǎn)mq和負(fù)載中性點(diǎn)ml之間的電壓。在電源端，是3個(gè)相電壓ul1、ul2和ul3，與中性點(diǎn)mq相連接。在負(fù)載端，是3個(gè)阻抗z1、z2和z3，也與一個(gè)星形相連接，如圖1所示。兩個(gè)中性點(diǎn)mq和ml通過(guò)阻抗zql相連，此阻抗上的壓降為uql。

供電網(wǎng)（源）：supply network(source)

圖1 電源和負(fù)載和星型連接

阻抗zql的實(shí)際電壓uql可以使用下述公式計(jì)算：
（1）
無(wú)源三相濾波器的一種常見(jiàn)配置是3個(gè)x電容器的中性點(diǎn)連接，并通過(guò)y電容器與地電位或者濾波器的外殼相連接，如圖2所示。對(duì)于平衡電容電網(wǎng)，漏電流可以忽略。另一方面，當(dāng)相位之間達(dá)到最高的不平衡時(shí)，電網(wǎng)達(dá)到最高的漏電流值。不平衡的原因包括電容器值的公差，以及供電網(wǎng)的電壓不平衡。

供電網(wǎng)（源）：supply network(source)

圖2 三相濾波器的典型電容器配置

因此，漏電流的關(guān)鍵要素是電容器cx1、cx2和cx3的不平衡產(chǎn)生的電壓uql。對(duì)于大多數(shù)濾波器，額定值是相同的，但是也存在制造公差的影響。電容器cy處的壓降uql產(chǎn)生的漏電流ileak,max可以根據(jù)下式確定：
（2）
(當(dāng)時(shí))
大多數(shù)制造商在確定無(wú)源濾波器中的電容器的額定值時(shí)，公差為±20%。cy的最高壓降發(fā)生在兩個(gè)x電容器具有最小的公差，而一個(gè)電容器具有最大公差的時(shí)候。另外，假設(shè)cy的公差值最大。將這些假設(shè)代入方程(1)和(2)，則漏電流為：
（3）
為更好地了解此理論，可以提供一個(gè)480v三相濾波器的計(jì)算實(shí)例。電容器值為cx=4.4μf、cy=1.8μf；所有電容器的公差均為制造商規(guī)定的±20%。不考慮電源電壓的不平衡，計(jì)算出的漏電流大約為23ma。
實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明電容器的公差差距不會(huì)如此之大。比較真實(shí)的公差范圍從-20％至0％。根據(jù)此假設(shè)，上述計(jì)算得出的漏電流大約為10ma。應(yīng)該指出：不同制造商采用的濾波器漏電流計(jì)算方法并不統(tǒng)一。因此，即使兩個(gè)濾波器的電路圖和元件值相同，但是漏電流也可能不同。
到目前為止，在計(jì)算中并沒(méi)有考慮供電網(wǎng)的電壓不平衡。在實(shí)際應(yīng)用中，供電網(wǎng)確實(shí)存在不平衡。為在計(jì)算中考慮進(jìn)此因素，采用了供電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)en 50160，此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了公共供電網(wǎng)的狀態(tài)。根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，地區(qū)供電網(wǎng)的電壓不平衡應(yīng)該不超過(guò)3％。將此條件代入前述計(jì)算，當(dāng)電容器公差為±20%時(shí)，漏電流上升到26ma，當(dāng)公差為+0/-20%時(shí)，漏電流為13ma。
3.2 單相供電網(wǎng)中的漏電流
與三相供電網(wǎng)相比，單相供電網(wǎng)中的漏電流計(jì)算要容易的多。在電壓和頻率給定之后，漏電流只取決于總電容。圖3所示是單相濾波器的典型電容器回路。

圖3 單相濾波器的典型電容器配置

在正常工作時(shí)，漏電流由電容器cyl和cyn決定?？傠娏髦涤上率浇o出：
（4）
當(dāng)cx=100nf、cy=2.2nf，并且給定的公差為±20%時(shí)，漏電流為190μa。最壞的情形發(fā)生在中性導(dǎo)體斷開的時(shí)候。此時(shí)，總電容由兩個(gè)平行電容器組成：一邊是cyl，另一邊是串聯(lián)的cx和cyn。圖4是等效電路圖。

圖4 中性導(dǎo)體斷開時(shí)的總電容

總電容根據(jù)下述公式計(jì)算：
（5）
在發(fā)生故障時(shí)，最大漏電流可以高達(dá)377μa。

4 漏電流的測(cè)量
計(jì)算漏電流是一回事，進(jìn)行測(cè)量又是另外一回事。各種產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了必要的測(cè)量方法。盡管不同標(biāo)準(zhǔn)之間存在差異，基本方法是類似的。下文將詳細(xì)敘述根據(jù)en 60950進(jìn)行計(jì)算。
我們?cè)凇皹?biāo)準(zhǔn)中的要求”中提到：en 60950使用術(shù)語(yǔ)“接觸電流”和“保護(hù)接地電流”而不是“漏電流”。測(cè)得的電流總是接觸電流。因?yàn)閱蜗嗪腿喙╇娋W(wǎng)所用的方法非常類似，所以只敘述單相設(shè)備所用的方法。
基本測(cè)量設(shè)置如圖5所示。測(cè)量設(shè)備的輸出b與系統(tǒng)的接地中性導(dǎo)體相連接。輸出a通過(guò)開關(guān)stest與設(shè)備的接地端子相連接。開關(guān)spe打開。

圖5 接觸電流的測(cè)量設(shè)置

圖５中： 接電源（power connection）
被測(cè)設(shè)備（eut）
測(cè)量設(shè)備（measurement equipment）
測(cè)量必須采用反極性。為此，電路使用了開關(guān)spol。許可漏電流取決于設(shè)備的類型，并在標(biāo)準(zhǔn)中進(jìn)行了規(guī)定。
另外，設(shè)備可操作件的接觸電流的測(cè)量與設(shè)備類型無(wú)關(guān)。然而，并沒(méi)有詳細(xì)描述該測(cè)量，因?yàn)榕c漏電流自身無(wú)關(guān)。
圖5所示的測(cè)量設(shè)備可以有二種版本。第一種可能性采用圖6所示的電壓測(cè)量回路。

測(cè)試連接（test connections）

圖6 電壓測(cè)量設(shè)備

圖６中：
rs——1500ω
rb——500ω
r1——10kω
cs——0.22μf
c1——0.022μf
測(cè)量電壓u2所需的輸入阻抗必須大于1mω，輸入電容必須小于200pf。頻率范圍需要在15hz至1mhz之間。u2到ileak的轉(zhuǎn)換公式為：
（6）
除了根據(jù)圖6測(cè)量電壓之外，還可以根據(jù)圖7所示的電路測(cè)量電流。

測(cè)試連接（test connections）

圖7 電流測(cè)量設(shè)備

圖７中：
m——?jiǎng)尤κ絻x表
r1+rv1+rm——在c=150nf±1%時(shí)，1500ω±1%，或者在c=112nf±1%且0.5ma ｄｃ時(shí)，2000ω±1%
d——測(cè)量整流器
rs——無(wú)感應(yīng)電阻器，量程x10
s——量程選擇器
對(duì)于非正弦波形，并且頻率超過(guò)100hz，則圖6所示電壓測(cè)量可以獲得更為精確的結(jié)果。

5 供電網(wǎng)拓樸對(duì)漏電流的影響
在“漏電流的測(cè)量”中，已經(jīng)提到當(dāng)供電網(wǎng)和電容網(wǎng)絡(luò)取得平衡時(shí)，漏電流最低。任何不平衡都將增大漏電流。
考慮到這一點(diǎn)，很明顯供電網(wǎng)拓樸對(duì)于設(shè)備漏電流具有明顯的影響。對(duì)于某些供電網(wǎng)，甚至需要設(shè)計(jì)專用濾波器來(lái)降低漏電流。特別是在日本供電網(wǎng)中使用歐洲生產(chǎn)的濾波器。
日本供電網(wǎng)的特殊性是一個(gè)事實(shí)，一相直接接地。如圖8所示。

emi濾波器（emi filter）

圖8 日本供電網(wǎng)的原理

這種設(shè)置類型的并聯(lián)連接是一個(gè)分支為ll2，另一個(gè)分支為cl2和c0。等效電路如圖9所示。

圖9 圖8的等效電路

對(duì)于這種布局，接地阻抗完全不同，從而產(chǎn)生不同的壓降和漏電流。因此，歐洲濾波器的漏電流額定值不能自動(dòng)用在日本供電網(wǎng)中。
一種可能的解決方案是更改濾波器接地相的阻抗，從而產(chǎn)生不平衡的濾波器。另外一種備選方案是增加所有相位的阻抗，從而降低濾波器的總接地電容（y電容），這樣保持了濾波器的對(duì)稱設(shè)置并且沒(méi)有顯著增大漏電流。

6 結(jié)束語(yǔ)
出于安全考慮，在使用無(wú)源emi濾波器時(shí)，需要考慮漏電流的影響。一般來(lái)說(shuō)，大多數(shù)制造商定義了正常運(yùn)行時(shí)每個(gè)相位的漏電流。
一般來(lái)說(shuō)，漏電流的額定值不是測(cè)量的結(jié)果，而是計(jì)算值。計(jì)算前提并沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而是由制造商規(guī)定。這些前提包括元件的公差、電源電壓的不平衡和操作模式（正常運(yùn)行、故障狀態(tài)）。因此，即使兩個(gè)濾波器的電路圖和元件的額定值相同，但是漏電流可能明顯不同。
各種產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了漏電流的測(cè)量，因此易于復(fù)制。然而，不能100％地進(jìn)行生產(chǎn)測(cè)試。只在驗(yàn)證過(guò)程中，才進(jìn)行類型測(cè)試。
最后，但不是最不重要的，漏電流還在很大程度上取決于供電網(wǎng)。在歐洲供電網(wǎng)中漏電流很低的濾波器在日本供電網(wǎng)中就表現(xiàn)出很大的漏電流。因此，很容易使現(xiàn)有的漏電流斷路器跳閘。
盡責(zé)的制造商在其規(guī)范中總是標(biāo)注可能發(fā)生的最大漏電流。最終用戶很難可靠地計(jì)算設(shè)備或裝置的總漏電流。