用于交流电网中绝缘及故障电流监控的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于交流电网中绝缘及故障监控的方法及装置，其中在交流电网中测量至少两个电网导体之间的、由矢量和构成的差值电流并当该差值电流超过一预定响应门限值时，执行对负载的关断，根据本发明专利技术指出：检测作为第一电网参数的差值电流的交流分量，检测作为第二电网参数的至少两根电网导线之间或一根电网导线及一根电位均衡导线或一根中性导线之间的电网交流电压；求出差值电流的交流电流分量的幅值与两个所检测的电网参数之间的相位角的余弦值的乘积作为阻性故障电流的量度；及当所求得的乘积超过一预定响应门限值时，执行对负载的关断。该乘积可直接计算或最好不识别单个参数地间接求得。特别有利的是，在包括差值电流直流分量的情况下对交直流传感地工作，因为现在的交流电网通常具有显著的直流分量，其如阻性ＡＣ分量那样成为危及人身安全的故障电流的一部分。根据本发明专利技术可以作到同时进行人身保护及设备保护。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在交流电网中对绝缘及故障电流监控的方法及装置，其中在交流电网中测量至少两个电网导体之间的、由矢量和构成的差值电流，并在其中当该差值电流超过一预定响应门限值时，执行对负载的关断。在电网中可能由于绝缘的故障经过地或接地保护导体流过故障电流。由于故障电流在可触及的、常规工作时电压的部件上产生的电压降可能危及人身安全(间接接触)。当直接接触到一个电流回路中敞开的电压引导部件时，可能通过人体流过故障电流，该故障电流仅能受到人体电阻的限制。除人身安全危害外，故障电流可能通过电系统的影响或故障点热量的形成引起物质损失。为了进行保护以免由故障电流引起人身危害及物质损失，除另外的保护措施外将使用故障电流保护开关(FI保护开关或RCD’s)。这种装置通过一个总电流互感器构成电网导线电流的矢量和，并由总差值电流的结果构成其幅值。该总差值电流可包含交流电流分量，并在接有直流电流耗电器、如由带有直流中间回路的变频器驱动的情况下也可包含直流分量。当该总差值电流超过一预定极限值或响应门限值时，将使具有故障的电流回路开断。根据有关专业领域的一般知识，故障电流保护开关仅能应用在有限容量的电网中，因为否则固有的容性漏电流将大于为了人身保护所必须的故障电流的极限值。其后果将是负载的误断开或不希望或不需要的负载断开。因此，本专利技术的任务在于设计一种前序部分中所述类型的方法，该方法能通过使阻性故障电流与正常容性电网漏电流的区分也可毫无问题地应用于大的交流电网，及在小电网中亦可实现故障电流的精确监测。为了解决所提出之任务，给出了一种在权利要求1前序部分中所述类型的方法，根据本专利技术，该权利要求特征部分中所描述的特征在于检测作为第一电网参数的差值电流交流分量；检测作为第二电网参数的至少两根电网导线之间的、或一根电网导线及一根电位均衡导线或一根中性导线之间的电网交流电压；及求出差值电流的交流电流分量的幅值与两个所检测的电网参数之间的相位角的余弦函数值的乘积来作为阻性故障电流的量度；及当所求得的乘积超过一预定响应门限值时，执行对负载的关断。这样一种方法可具有所述的多方面应用，并且可在单相或多相交流电网中可靠及精确又不受干扰影响地监控电网。这尤其也适用于具有相对大固有(容性)电网漏电流的大交流电网，在大电网的情况下至今本专业领域的观点是，借助故障电流保护开关及总电流互感器不能对此实现可靠的故障电流及绝缘监控。根据权利要求2，通过计算原则上可实现所述乘积的直接确定，而权利要求3至7的措施能以不同的方式实现该乘积的间接确定，即，根据权利要求3、4通过有功功率或根据权利要求5、6或根据权利要求7通过同步整流来确定。在这些还要详细描述的方法中，根据权利要求3、4的方法尤为有利，主要因为它们也能简单地考虑到非电网频率的故障电流。在交流电网中不断地采用经常使用的且本身不可控的耗电器，它们可能产生直流漏电流及故障直流电流。这些直流电流可能由电子器件，如整流器、晶闸管、三端双向晶闸管或晶体管引起；这些电子器件用于交流电压至直流电压或至另一频率的交流电压的变换。在这些器件后面的绝缘故障的情况下，故障电流包含相当大的直流(DC)分量。这种装置的例子为在电子装置中日益增长地应用的、原边脉冲控制的开关电源部件，不停电电源中的变流器或电动机调速传动中的变频器。出于可靠的原因，因此特别有利的是不仅能考虑到电网的阻性交流电流，而且可根据权利要求8设置一种全电流检测的差值电流检测装置，也就是，其中也考虑总是作为阻性评价的直流电流分量的这种装置。由此即使在现今包含相当大直流分量的通用交流电网上也可实现实质上多方面及可靠的应用。在这种情况下，可根据权利要求9有利地作到将检测的对交直流传感的差值电流分解成一个AC分量及一个总作为故障电流估值的DC分量，然后由该AC分量根据上述方法求出阻性AC故障电流信号，并接着对阻性AC及DC故障电流求平方和。最好根据权利要求10及11，在AC分量的滤出后立即经过一次用于人体保护的频率估值，例如一次模仿人体频率相关性的低通滤波。根据有利的权利要求12至14，设置了两个不同大小的极限值或响应门限值，即用于与求得的阻性故障电流比较的较小门限值，如30mA；及用于与传感交直流地测得的总差值电流相比较的较大门限值，如300mA。当该门限值被超过时，将执行负载或电网的断开。该门限值可被调节，并根据权利要求14可灵合地适应于届时的电网状态。在大容量电网中，使用迄今设有人身保护门限值的故障电流保护装置已不能进行保护，因为由于设备结构引起的或在许多情况下无法减小的固有漏电流超过了保护装置的门限值。在许多应用方面，例如在具有工作中可能受损坏的电缆的施工场所是非常成问题的并在现今仍时常导致事故。由于在本方法中，对作为总差值电流的阻性故障电流有目的地求值并估价，就首次地实现了对人身保护及设备保护相应的区别对待及分开监控。类似地，也未知道装置的技术解决方案，尽管自从具有配电电网以来，使得FI或故障保护开关不能进行人身保护的大漏电电流问题就已经存在。设置了两种不同的极限值或响应门限值，为了能同时地实现人身保护及设备保护，对它们也进行不同的频率估值。迄今仅能单独使用具有较低门限值(如30mA)的故障电流保护措施用于人身保护或单独使用具有较高门限值(如300mA)的设备保护措施。并且在公知的无源保护装置中至今也不能作到用低通滤波器对于人身保护进行频率估值及用宽带滤波器对于设备保护进行频率估值，因为这些无源装置由于所需的灵敏度必须优化到电网频率上并由此具有很小的带宽(约30Hz至最大1KHz)。仅在用有源故障电流保护装置(使用辅助电压及电子电路)尝试的情况下，频率范围需通过一个低通滤波器向上限制到约1KHz，因为在具有高次谐波的电网中该保护装置需要由此产生的容性漏电流(及非阻性故障电流)的高次谐波来导致故障释放。权利要求15及16的有利特征可以在一个设有电位均衡导线的交流电网上实现其功能检验。这出于可靠性原理是特别有利的，因为在电位均衡导线故障时总电网漏电流或传感交直流地检测到的总差值电流会成为对人身有危险的故障电流。这种危险情况可根据权利要求15这样地检测，在电位均衡导线中确定一个相对大的电流下降、在最坏情况下下降到零。在正常状态下，总的差值电流被相应地分为保护导线或电位均衡导线中电阻上的电流及一个附加接地线中电阻(接地电阻)上的电流。因此在正常情况下在总差值电流及电位均衡导线中的电流之间存在正比关系。权利要求17中的特征可实现本方法用于三相交流电网的合乎目的的扩展。出于可靠性的原因，根据权利要求18在故障状态下负载或电网所有导线均断开即全开断是很可取的。这也尤其适合于根据权利要求19的进一步构型，因为由此可以避免虽然仍具有绝缘故障还可以执行重合闸。如果没有该措施，将会产生多余的且危险的重复复合闸及跳闸。本专利技术还具有的任务是，即建立一种能实施根据本专利技术方法的合适装置。为此目的，设置了一种装置，它具有围绕一个交流电网的至少两个电网导线的差值电流传感器及一个差值电流继电器，一旦差值电流超过一确定的响应门限值时，该差值电流继电器将通过一个功率或负载开关执行负载或电网的断开，根据本专利技术该任务通过权利要求20特征部分的特征来实现，即该装置的特征在于差值电流继电器具本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于交流电网中绝缘及故障电流监控的方法，其中在交流电网中测量至少两个电网导体之间的、由矢量和构成的差值电流，并在其中当该差值电流超过一预定响应门限值时，执行对负载的关断，其特征在于： 检测作为第一电网参数的差值电流的交流分量， 检测作为第二电网参数的至少两根电网导线之间的、或一根电网导线及一根电位均衡导线或一根中性导线之间的电网交流电压， 求出差值电流的交流电流分量的幅值与两个所检测的电网参数之间的相位角的余弦函数值的乘积来作为阻性故障电流的量度；及 当所求得的乘积超过一预定响应门限值时，执行对负载的关断。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DE 1997-6-17 19725532.91.用于交流电网中绝缘及故障电流监控的方法，其中在交流电网中测量至少两个电网导体之间的、由矢量和构成的差值电流，并在其中当该差值电流超过一预定响应门限值时，执行对负载的关断，其特征在于检测作为第一电网参数的差值电流的交流分量，检测作为第二电网参数的至少两根电网导线之间的、或一根电网导线及一根电位均衡导线或一根中性导线之间的电网交流电压，求出差值电流的交流电流分量的幅值与两个所检测的电网参数之间的相位角的余弦函数值的乘积来作为阻性故障电流的量度；及当所求得的乘积超过一预定响应门限值时，执行对负载的关断。2.根据权利要求1的方法，其特征在于由两个所检测的电网参数确定这两个电网参数之间的相位角，及计算差值电流交流分量的幅值与该相位角的余弦值之间的乘积。3.根据权利要求1的方法，其特征在于通过有功功率测量来间接地求得差值电流交流分量的幅值与相位角的余弦值之间的乘积。4.根据权利要求3的方法，其特征在于在有功功率测量时，进行差值电流交流分量与一个乘法信号的乘法，并接着构成算术平均值，其中乘法信号相应于其有效值保持恒定的电网交流电压或第二电网参数。5.根据权利要求1的方法，其特征在于通过同步整流(相位正确的整流)来间接地求得差值电流交流分量的幅值与相位角的余弦值之间的乘积。6.根据权利要求5的方法，其特征在于在同步整流时，进行差值电流交流分量与相位有关的全波整流并接着构成算术平均值。7.根据权利要求5的方法，其特征在于在同步整流时，进行差值电流交流分量与一个乘法信号的乘法并接着构成算术平均值，其中乘法信号是与电网交流电压或与第二电网参数对称的、与电网同步的无直流电压的方渡信号或恒定幅值的正弦信号。8.根据权利要求1至7中一项的方法，其特征在于，对交、直流传感地检测包含交流及直流分量的交流电网的差值电流。9.根据权利要求8的方法，其特征在于通过一个具有低于电网频率的第一极限频率，如约15Hz的第一极限频率的高通滤波器来获得对交直流传感地测到的差值电流中的包含容性及阻性成分的交流电流分量，通过一个具有低于第一极限频率的第二极限频率如约10Hz的第二极限频率的低通滤波器来获得对交直流传感地测到的差值电流中作为阻性故障电流信号求值的直流信号分量，及为了求得阻性总故障电流信号对直流侧阻性故障电流信号与由交流电流分量求得的交流侧阻性故障电流信号进行平方和计算。10.根据权利要求9的方法，其特征在于为了人身保护对高通滤波后的差值电流交流分量进行与频率相关的求值，其中随频率的增大求值或考察减少。11.根据权利要求10的方法，其特征在于为了人身保护使经过高频滤波的差值电流的交流分量进行对频率估值的低频滤波。12.根据权利要求1至11中一项的方法，其特征在于将所求得的阻性故障电流与一个对人身保护适用的较小响应门限值相比较，将测得的包含交流分量及可能包含附加直流分量的总差值电流与一个对设备保护适用的较大响应门限值相比较，及当至少一个响应门限值被超过时，执行负载或电网的断开。13.根据权利要求12的方法，其特征在于较小的响应门限值和/或较大的响应门限值是可调节的。14.根据权利要求13的方法，其特征在于用于人身保护的较小的响应门限值灵活地与运行中存在的电网情况相适应，其中测量阻性接地电阻并这样地调节响应门限值，即该门限值将相应于最大允许的接触电压与阻性接地电阻的商。15.根据权利要求1至14中一项的用于设有一个电位均衡导线的交流电网的方法，其特征在于为了检验电位均衡导体的功能，对在正常状态下作为总差值电流确定分量的流过电位均衡导线的电流进行测量，及当该电流小于该确定分量时，执行负载或电网的断开。16.根据权利要求1至14中一项的用于设有一个电位均衡导线的交流电网的方法，其特征在于为了检验电位均衡导线的功能，向其中耦合入一个检验电流；检测在正常情况下流过该电位均衡导线及阻性接地电阻的检验电流；及当识别出总接地电阻升高到超过一允许值时，执行负载或电网的断开。17.根据权利要求1至16中一项的方法，其特征在于为了监控具有或不具有中性导线的一个三相交流电网，对于三个电网导线中的每个分开地实行该方法，其中测量作为第一电网参数的所有三相电网导线差值电流的交流分量，其中还测量每个电网导线及一个中性导线之间的三个电网交流电压，或在其故障情况下测量每个电网导线及一个电位均衡导线之间的三个电网交流电压，及其中求解差值电流交流分量幅值及相位角的余弦值之间的相应三个乘积，其中当这些乘积中的一个超过确定的响应门限值时，执行负载的断开。18.根据权利要求1至17中一项的方法，其特征在于执行负载或电网所有导线的断开。19.根据权利要求1至18中一项的方法，其特征在于在由差值电流或故障电流引起的负载或电网开断或其它原因的电网开断后，对被开断的电网的绝缘电阻进行测量并与一个代表正常状态的门限...

【专利技术属性】
技术研发人员：M卡默，KH考尔，D哈基，
申请(专利权)人：瓦尔特本德工程师股份有限两合公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]