專利名稱：用于寄生電流檢測的方法和設備的制作方法
用于寄生電流檢測的方法和設備本發(fā)明涉及一種用于在供電系統(tǒng)中進行寄生電流檢測的方法，該供電系統(tǒng)包括至少一個電氣單元、具有用于向該電氣單元提供電力的輸電線路的電網(wǎng)、和用于將電功率饋送到電網(wǎng)中的中心饋電設備，其中饋電設備連接至輸電線路中的存在基準電位的第一輸電線路，并連接至輸電線路中的存在用于產(chǎn)生流過該電氣單元的工作電流的電位的至少一個第二輸電線路，其中第一輸電線路通過第一輸電線路的連接部的特定第一接地支路接地，所述連接部或者直接連接至饋電設備或者無支路。本發(fā)明還涉及一種用于實現(xiàn)該方法的設備?；鶞孰娢辉?jīng)連接至地的供電系統(tǒng)用于不同的應用領域。例如，具有用于產(chǎn)生工作電流的正電位和作為基準電位的接地負電位的24伏DC系統(tǒng)是分布廣泛的。此外，例如已知230伏AC系統(tǒng)，其中存在于中性導體的基準電位(中性導體電位)至少在一個點接地(TN或TT系統(tǒng))。在通過在接地基準電位(例如，負電位)條件下工作而供應任何類型的直流電壓的應用中，已發(fā)現(xiàn)基準電位的多點接地可引起不可接受的影響和工作中斷，并且甚至可能導致連接至所述系統(tǒng)的電氣單元或饋電設備被破壞。由于所述多點接地，所以寄生的直流電流或任何頻率的交流電流(簡稱寄生電流)能以線傳導方式(流電地)滲透供電系統(tǒng)，并且能干涉工作參數(shù)。該類型的供電系統(tǒng)通常沒有在關鍵的多點接地出現(xiàn)時進行顯示的監(jiān)測機構。因此，在大多數(shù)情況下初始地未能發(fā)現(xiàn)基準電位的多點接地。以前，已知用于檢測寄生電流的系統(tǒng)解決方案，所述系統(tǒng)解決方案在第一輸電線路的特定接地支路上監(jiān)測作為接地故障電流的電流。所述監(jiān)測裝置理想地檢測直流和/或交流電流，從而是對交流電流和直流電流都敏感的。如果由于已經(jīng)具有接地基準電位的接地支路存在額外的接地連接，所以電流流過接地連接和第一輸電線路或者由用于產(chǎn)生工作電流的未接地的電位疊加了電流，則例如由于設備的接地電位均等系統(tǒng)的電位差或者通過起動饋電設備本身，所以先前提及的監(jiān)測裝置檢測該電流。一旦超過預定的閾值，就發(fā)出信號。然而，該檢測方法具有的缺點是，在實踐中出現(xiàn)的不可避免的疊加交流電流可導致發(fā)出故障信號，所述不可避免的疊加交流電流例如從EMC濾波器產(chǎn)生，還由諸如電氣單元和饋電設備的線路系統(tǒng)和裝置的自然固有電容產(chǎn)生。用于產(chǎn)生工作電流的在正常工作狀況下未接地電位的接地故障在該情況下同樣可導致發(fā)出故障信號。因此，本發(fā)明的目的是提供用于檢測寄生電流的方法和用于實現(xiàn)該方法的設備，所述方法和設備能區(qū)別由疊加交流電流產(chǎn)生的信號與由寄生電流(系統(tǒng)寄生電流)產(chǎn)生的信號。該目的根據(jù)本發(fā)明由權利要求1和8中的特征部分實現(xiàn)。在從屬權利要求中公開了本發(fā)明的有利實施例。采用根據(jù)用于檢測供電系統(tǒng)中的寄生電流的本發(fā)明的方法，通過對工作電流與流過接地支路的接地故障電流進行比較來建立寄生電流(系統(tǒng)寄生電流)。為此，確定流過接地支路的接地故障電流，并且通過電流測量建立第二輸電線路中的工作電流。換句話說，動態(tài)地實現(xiàn)確定接地故障電流和建立工作電流的所述兩個過程，即實現(xiàn)為連續(xù)的或實際上連續(xù)的過程。該動態(tài)優(yōu)選地以從OHz到近似IkHz的頻率范圍為特征。該方法使實際解決方案成為可能，該實際解決方案根據(jù)供電系統(tǒng)的工作電流的瞬時值，“隱蔽(ausgeblendet)”電容地耦聯(lián)到供電系統(tǒng)的基準電位中或從所述基準電位耦聯(lián)出的(寄生)電流，并形成動態(tài)指令量，用于與流過接地支路、即流過在基準電位與接地之間的線路的接地故障電流進行比較。根據(jù)本發(fā)明的有利實施例，通過至少在第二輸電線路的一個連接部測量電流來建立供電系統(tǒng)的工作電流(負載電流)，所述連接部或者直接連接至饋電設備或者無支路。由于饋電設備是電網(wǎng)的中心饋電設備，所以該措施確保測量整個工作電流，即流過電氣單元的總電流。根據(jù)本發(fā)明的另一有利實施例，為了比較而確定與接地故障電流成比例的第一量和與建立的工作電流成比例的第二量，并且通過建立所述兩個量之間的差來進行比較。尤其地，所述兩個量為電壓量。在該情況下，用于確定流過接地支路的接地故障電流的傳感器的輸出量是與工作電流的實際值成比例的電壓值，并且用于建立工作電流的設備的輸出量是與工作電流成比例的電壓值。特別地，兩電壓值通過規(guī)定的電壓分配器轉換成彼此能比較的量。尤其地，通過包括比較器的比較器電路進行比較。比較器電路優(yōu)選地還包括電壓分配器。兩個電壓分配器的輸出被引導至比較器的輸入。為了檢測寄生電流，比較器確定對應量之間的差。與工作電流成比例的電壓值是動態(tài)指令量，并且與接地故障電流成比例的電壓值是與這些動態(tài)指令量比較的值。根據(jù)本發(fā)明的有利實施例，超過閾值的比較結果觸發(fā)供電系統(tǒng)的信號輸出和/或安全措施。在該情況下，尤其地提供多個閾值。例如，在偏差(差值)小的第一閾值時，輸出信號“建議注意”。該類型的偏差的原因例如包括過高的泄漏電流和/或低的蠕變電阻(Niederohmigkeit)0如果超過進一步的更高的閾值，貝1J輸出信號“需要注意”。如果超過該類型的進一步的閾值，則將采用多點接地。如果仍然超過更高的閾值，則從而可完全地或部分地斷開系統(tǒng)。這種情形的原因例如可以是短路(高的DC部分)或過低的寄生電流部分。根據(jù)本發(fā)明的另一有利實施例，供電系統(tǒng)是直流電壓系統(tǒng)，其中用于產(chǎn)生電流的電位與其基準電位之間的電位差大致恒定。上述表達“大致恒定”允許由可能總是存在于這樣的系統(tǒng)的負載所引起的電壓波動。尤其地，在直流電壓系統(tǒng)的情況下，饋電設備是轉換器或包括轉換器。根據(jù)本發(fā)明的替代性實施例，供電系統(tǒng)是交流電壓系統(tǒng)，其中基準電位是中性導體電位、尤其地接地中性導體電位(TN或TT系統(tǒng))，并且用于產(chǎn)生電流的至少一個電位是圍繞基準電位周期性地變化的相電位。交流電壓系統(tǒng)在該情況下可以是單相交流電壓系統(tǒng)或多相交流電壓系統(tǒng)。典型的多相交流電壓系統(tǒng)是三相系統(tǒng)。尤其地，在交流電壓系統(tǒng)的情況下，饋電系統(tǒng)是變壓器或包括變壓器。根據(jù)本發(fā)明的用于實現(xiàn)上述方法的設備包括(a)對交流電流和直流電流都敏感的傳感器，其用于確定流過接地支路的接地故障電流；(b)裝置，其用于在第二輸電線路的至少一個連接部測量電流，并用于確定來自所述至少一個連接部的工作電流；以及(C)比較器電路，其包括用于確定與接地故障電流成比例的第一量和與建立的工作電流成比例的第二量，并包括用于比較兩個量的比較器。由用于電流測量的傳感器和/或裝置實現(xiàn)的電流的實際值的檢測是對交流電流和直流電流都敏感的，換句話說是對直流電流和交流電流部分敏感的。比較器電路優(yōu)選地形成在微控制器(μ C)中，所述微控制器(μ C)還包括用于信號制備和信號評估的模塊。根據(jù)本發(fā)明的有利實施例，裝置包括兩個電壓分配器，所述兩個電壓分配器的輸出連接至比較器的輸入，使得能傳送信號。比較器電路從而包括在優(yōu)選地為可電子編程的比較器的上游連接的兩個電壓分配器。所述兩個電壓分配器可選擇地通過電位計/DIP開關形成。采用超過一個的第二輸電線路，需要另外的電壓分配器。取決于系統(tǒng)的類型，合適地準備所述電壓分配器的信號，然后將所述信號饋送至比較器。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，設備包括通過將比較量與預定的閾值比較用于評估所述比較量的評估單元。如果比較量超過閾值，則評估單元將信號輸出至例如信號輸出裝置。根據(jù)本發(fā)明的另一有利實施例，設備適于在從OHz到至少2kHz、優(yōu)選地從OHz到至少20kHz的動態(tài)范圍內(nèi)的檢測。寄生電流典型地通過電容接地在該頻譜中產(chǎn)生。最后，設備不僅通常是合適的，而且有利的是還特別適合于實現(xiàn)上述方法。對交流電流和直流電流都敏感的傳感器適合于確定流過接地支路的接地故障電流。用于測量電流的裝置適合于在第二輸電線路的至少一個另外連接部測量電流，并建立來自所述至少一個另外連接部的工作電流。比較器電路中的裝置適合于確定與接地故障電流成比例的第一量和與建立的工作電流成比例的第二量，并且比較器電路中的比較器適合于將兩個量比較。本發(fā)明最后還涉及包括饋電設備和實現(xiàn)用于寄生電流檢測的所述方法的上述設備的饋電電流與寄生電流檢測設備。特 別地，饋電設備和用于寄生電流檢測的設備地布置在饋電電流與寄生電流檢測設備的共用殼體中。在下文中將參考附圖并基于優(yōu)選實施例更詳細地說明本發(fā)明。

圖1示出包括用于供給電功率的饋電設備并包括具有第一和第二輸電線路的電網(wǎng)的供電系統(tǒng)，其中接地的基準電位存在于第一輸電線路；圖2示出具有多次電容地接地的基準電位的圖1的供電系統(tǒng)；以及圖3示出具有用于供電系統(tǒng)中的寄生電流檢測的設備的圖1的供電系統(tǒng)。圖1示出了供電系統(tǒng)10，所述供電系統(tǒng)10包括用于將電功率饋送到供電系統(tǒng)10的電網(wǎng)14中的中心饋電設備12。多個電氣單元16連接在電網(wǎng)14中，并由饋電設備12供電。電網(wǎng)14形成為DC電網(wǎng)14，并包括兩個輸電線路18、20。形成為負電位的基準電位φ (“負電位”)存在于第一輸電線路18，并且比基準電位φ 高的電位φ2(“正電位”)存在于第二輸電線路20，以產(chǎn)生通過電網(wǎng)14的工作電流。兩電位φ 、φ2之間的電位差(Δφ=φ2-φ1 )是恒定的。電網(wǎng)14從而是以恒定電壓供電的電網(wǎng)。具有基準電位φ 的第一輸電線路18在電24處通過特定接地支路22連接至地電位?；蛘呓拥刂?2是第一輸電線路18的連接部26的一部分，或者所述連接部26無支路。圖2示出了在遠至第一單元的饋電設備12的區(qū)域中的供電系統(tǒng)10。在該情況下，第一輸電線路18不僅經(jīng)由特定接地支路22連接至基準電位φ ，而且在另一點24’處經(jīng)由線路電容器28電容地連接至地電位，并且在又一點24"處經(jīng)由單元電容器30連接至地電位。地電位的不同的點24、24’、24"又經(jīng)由(特定的)接地電阻32電互連，使得產(chǎn)生或者被稱為接地環(huán)路的三個寄生電流電路34、36、38。這些寄生電流電路34、36、38中的每個寄生電流電路在該情況下經(jīng)過接地支路22。通過確定流過接地支路22的接地故障電流,從而能夠確定寄生電流電路34、36、38的總電流。圖3所示的用于寄生電流檢測的設備40包括為此目的的對應的傳感器42。圖3于是示出了供電系統(tǒng)10的與在圖2中的相同的部分，其中代替寄生電流電路34、36、38示出了用于寄生電流檢測的設備。除用于確定流過接地支路22的接地故障電流的傳感器42之外，設備40具有用于在另一無支路的連接部44處測量電流并建立工作電流46的裝置。設備40還具有比較器電路48，所述比較器電路48包括用于確定與接地故障電流成比例的第一量Vl和與工作電流成比例的第二量V2的裝置50，并包括比較器52。裝置50包括兩個電壓分配器54、56，以匹配所述兩個量。通過設備40，于是通過工作電流與流過接地支路22的接地故障電流的動態(tài)比較來建立寄生電流。為此，通過傳感器42確定與接地故障電流成比例的第一量VI，并通過用于測量電流的裝置46確定與建立的工作電流成比例的第二量V2，兩個量V1、V2通過裝置50彼此匹配并通過比較器52用減法彼此比較。本發(fā)明50在該情況下包括用于匹配形成為電壓量的量V1、V2的兩個電壓分配器54、56。然后又通過評估單元58將比較的結果與閾值S比較。所述評估單元58連接至信號輸出60，并且這樣通過線路連接至所述信號輸出60，以便使得如果所述比較 結果超過閾值S，則所述信號輸出60輸出一信號。該信號例如指示將在供電系統(tǒng)10內(nèi)采用多點接地。實現(xiàn)了以下優(yōu)點根據(jù)本發(fā)明的方法描述了用于“隱蔽”電容地耦聯(lián)到具有基準電位φ2的供電系統(tǒng)10的線路中或從所述線路耦聯(lián)出的電流的實際解決方案。為此，取決于工作電流的瞬時值(工作電流的實際值)為接地支路中的電流檢測的評估單元58形成動態(tài)指令量。該指令量在評估單元58中與可單獨預定的相對閾值比較。如果達到和/或超過該閾值，則促使信號輸出60發(fā)出信號?？蛇x擇地隱蔽或附加地檢測接地故障電流。采用這樣的解決方案，由于系統(tǒng)相關的電容器28、30存在于該供電系統(tǒng)10,但為了識別從該值向上偏離的電容電流并且為了一旦達到或超過閾值就觸發(fā)對應的信號輸出，所以在供電系統(tǒng)的正確地運行的正常工作狀態(tài)下能夠允許朝地電位的可允許的泄漏電流。一方面，從而識別系統(tǒng)接地(基準電位φ2)與地電位之間的電阻層，另一方面，還識別取決于系統(tǒng)負載電流的電容故障電流。該組合在沒有由系統(tǒng)相關的電容泄漏電流觸發(fā)的意外信號輸出的情況下，導致實現(xiàn)了對多點接地或蠕變絕緣電阻降低的識別。強電流領域已知的由EMC濾波器所引起的泄漏電流的最高可允許的量是ImA/kW。通常由在表示上述情形的EMC設備的領域中的從業(yè)者采用具有工作電流的O. 5%至1%的總泄漏電流。如果將供電系統(tǒng)10的瞬時工作電流作為基值，并且由此得到例如1%或2%的相對閾值，則根據(jù)工作電流動態(tài)地修改該閾值。從而依據(jù)負載變化對泄漏電流的影響而“滑動地”檢測負載變化的復雜作用。僅絕緣狀態(tài)的實際變化形成信號輸出的基礎。從而隱蔽由濾波器所引起的泄漏電流。為此目的僅評估由于蠕變絕緣電阻降低導致的電流。與強電流領域形成對比，預防性的防火(300mA)或防觸電(30mA)不是重要的標準，而是在正常工作狀況下未檢測從DC頻率范圍到較低的MHz范圍內(nèi)的耦合寄生電流的影響的風險(由可導致不正確工作的疊加電壓所引起的硬件破壞和信號失真)。該方法 能適用于現(xiàn)有的設備和新的設備。在適用于現(xiàn)有設備的情況下，設備40被引入供電系統(tǒng)10的系統(tǒng)線路，并且評估單元58可與所述系統(tǒng)線路分開布置。所述設備40適用于新的設備。附圖標記列表供電系統(tǒng)10饋電設備12電網(wǎng)14電氣單元16第一輸電線路 18第二輸電線路 20接地支路22具有地電位的點24、24’、24”連接部26線路電容器28單元電容器30接地電阻32寄生電流電路34、36、38用于寄生電流檢測的設備40傳感器42另外的連接部44裝置46比較器電路48裝置50比較器52電壓分配器54、56評估單元58信號輸出60。
權利要求
1.一種用于在供電系統(tǒng)(10)中進行寄生電流檢測的方法，所述供電系統(tǒng)(10)包括至少一個電氣單兀(16)、具有用于向所述電氣單兀(16)供電的輸電線路(18、20)的電網(wǎng)(14)、和用于將電功率饋送到所述電網(wǎng)(14)的中心饋電設備(12)，其中，所述饋電設備(12)連接至所述輸電線路中的存在基準電位(φ )的第一輸電線路(18)，并連接至所述輸電線路中的存在用于產(chǎn)生通過所述電氣單元(16)的工作電流的電位(φ2)的至少一個第二輸電線路(20)，其中，所述第一輸電線路(18)通過所述第一輸電線路(18)的連接部(26)的特定第一接地支路(22)接地，所述連接部(26)直接連接至所述中心饋電設備(12)或者無支路，其特征在于， 通過將所述工作電流與流過所述接地支路(22)的接地故障電流進行比較來建立所述寄生電流。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，通過在所述第二輸電線路(20)的至少一個另外的連接部(44)中測量電流來建立所述工作電流，所述另外的連接部(44)直接連接至所述中心饋電設備(12)或者無支路。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中，為了比較而確定與所述接地故障電流成比例的第一量和與所述已建立的工作電流成比例的第二量，并且通過建立所述兩個量之間的差來進行比較。
4.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的方法，其中，通過包括比較器(52)的比較器電路(48)進行所述比較。
5.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的方法，其中，超過閾值的比較結果觸發(fā)所述供電系統(tǒng)(10)的信號輸出和/或安全措施。
6.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的方法，其中，所述供電系統(tǒng)(10)是直流電壓系統(tǒng)，其中用于產(chǎn)生電流的電位(φ2 )與所述基準電位(φ )之間的電位差基本上恒定。
7.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的方法，其中，所述供電系統(tǒng)(10)是交流電壓系統(tǒng)，其中所述基準電位是中性導體電位，并且用于產(chǎn)生所述電流的至少一個電位是圍繞所述基準電位周期性地變化的相電位。
8.一種用于實現(xiàn)根據(jù)權利要求1至7中的任一項所述的方法的設備(40)，其特征在于包括 AC/DC敏感型傳感器(42)，用于確定流過所述接地支路(22)的所述接地故障電流； 裝置(46)，用于測量所述第二輸電線路(20)的至少一個另外的連接部(44)處的電流，并用于建立來自所述至少一個另外的連接部(44)的所述工作電流；以及 比較器電路(48)，其包括用于確定與所述接地故障電流成比例的所述第一量和與所述已建立的工作電流成比例的所述第二量的裝置(50)，還包括用于比較所述兩個量的比較器(52)。
9.根據(jù)權利要求8所述的設備，其中，所述裝置(50)包括兩個電壓分配器(54、56)，所述兩個電壓分配器(54、56)的輸出端連接至所述比較器(52)的輸入端，以便能夠傳送信號。
10.根據(jù)權利要求8或9所述的設備，其中，所述設備包括用于通過將比較量與預定的閾值(S)相比較來評估所述比較量的評估單元(58)。
11.根據(jù)權利要求8至10中的任一項所述的設備，其中，所述設備(40)適于在從OHz到至少2kHz的動態(tài)范圍內(nèi)進行檢測。
12.根據(jù)權利要求8至11中的任一項所述的設備，其中，所述設備(40)適合于實現(xiàn)根據(jù)權利要求8至12中的至少一項所述的方法。
13.一種饋電電流與寄生電流檢測的設備，其包括根據(jù)權利要求8至12中的至少一項所述的饋電設備(12)和用于寄生電流檢測的設備(40)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在供電系統(tǒng)(10)中進行寄生電流檢測的方法，該供電系統(tǒng)(10)包括至少一個電氣單元(16)、具有用于向所述電氣單元(16)供電的輸電線路(18、20)的電網(wǎng)(14)、和用于將電功率饋送至電網(wǎng)(14)的中心饋電系統(tǒng)(12)，其中饋電系統(tǒng)(12)連接至存在基準電位的第一輸電線路(18)，以及連接至存在用于產(chǎn)生通過所述電氣單元(16)的工作電流的電位的至少一個第二輸電線路(20)，其中第一輸電線路(18)通過第一輸電線路(18)的連接部(26)的特定接地支路(22)接地，所述連接部(26)直接連接至饋電系統(tǒng)(12)或者無支路。根據(jù)本發(fā)明，通過比較工作電流與流過接地支路(22)的接地電流來確定寄生電流。本發(fā)明還涉及一種用于實現(xiàn)所述方法的設備(40)。
文檔編號G01R31/02GK103069287SQ201180038314
公開日2013年4月24日 申請日期2011年8月3日 優(yōu)先權日2010年8月4日
發(fā)明者格哈德·沃爾夫 申請人:菲尼克斯電氣有限兩合公司