本發(fā)明涉及一種用于檢測非接地直流電壓供電系統(tǒng)中有效導(dǎo)體的中斷的方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)給電力設(shè)備(負(fù)載)供能時(shí)，在運(yùn)行、防火和接觸安全幾項(xiàng)必須達(dá)到較高要求的情況下，使用非接地供電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)類型。這種網(wǎng)絡(luò)類型也被稱為絕緣網(wǎng)絡(luò)或it系統(tǒng)。在這種供電系統(tǒng)中，有源部分和地電位是隔離的，亦即是不接地的。這種網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)是it供電系統(tǒng)在第一絕緣故障(例如接地故障或框架故障)發(fā)生時(shí)可以繼續(xù)運(yùn)行，原因在于，在這種第一故障情況下，理想的無窮大阻抗可以避免在網(wǎng)絡(luò)的有效導(dǎo)體(外部導(dǎo)體和潛在存在的中性導(dǎo)體)和地之間形成閉合(故障)回路。

從而，即便發(fā)生第一絕緣故障，it供電系統(tǒng)內(nèi)在的安全性也可以保障連接到it供電系統(tǒng)的設(shè)備，亦即由it供電系統(tǒng)供能的負(fù)載，的持續(xù)電力供應(yīng)。

因此，作為一種節(jié)約能量和材料的解決方案，配置為包括現(xiàn)代變流技術(shù)的400v直流電壓it供電系統(tǒng)的it供電系統(tǒng)(dc-it供電系統(tǒng))在電信領(lǐng)域的應(yīng)用也日益增長。此處，400vdc電壓通常通過上千米長的導(dǎo)線輸送到設(shè)備。為了節(jié)約材料成本，保護(hù)導(dǎo)體被省略。與tt系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)形式中的設(shè)備的獨(dú)立接地類似，設(shè)備的導(dǎo)電可接觸部分的保護(hù)性接地通過建筑的已有接地就地實(shí)現(xiàn)。

這種擴(kuò)展的it供電系統(tǒng)中的線路中斷具有與供電系統(tǒng)中的有效導(dǎo)體直接接觸的風(fēng)險(xiǎn)，從而可能會(huì)導(dǎo)致人身危險(xiǎn)。由于在it供電系統(tǒng)中故障電流未形成回路，與一個(gè)或兩個(gè)有效導(dǎo)體的直接接觸可能無法被dc-it供電系統(tǒng)中的剩余電流裝置安全地檢測到。雖然只直接接觸具有高度絕緣和很小的網(wǎng)絡(luò)泄露電容的dc-it供電系統(tǒng)中的一個(gè)有效導(dǎo)體不會(huì)產(chǎn)生觸電電流，但是在dc-it供電系統(tǒng)中直接接觸兩個(gè)有效導(dǎo)體同樣會(huì)有危險(xiǎn)。

盡管在dc-it供電系統(tǒng)中使用絕緣監(jiān)控裝置以在發(fā)生第一故障時(shí)，亦即由于絕緣電阻未達(dá)到絕緣電阻值而觸發(fā)(主)報(bào)警時(shí)，切斷供電，但是在大多數(shù)絕緣監(jiān)控裝置中，在直接接觸兩個(gè)有效導(dǎo)體時(shí)的自動(dòng)切斷供電無法滿足根據(jù)協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)hd60364-4-41:2007“低壓電氣設(shè)施-4-41部分：安全防護(hù)—電擊防護(hù)”要求的關(guān)于電擊防護(hù)的保護(hù)程度。

如果同時(shí)接觸it供電系統(tǒng)中的兩個(gè)有效導(dǎo)體在風(fēng)險(xiǎn)評估過程中被視為不可接受的剩余風(fēng)險(xiǎn)，那么必須采取措施來減小這種剩余風(fēng)險(xiǎn)。

迄今所采取的保護(hù)措施，例如雙重或加強(qiáng)絕緣或者例如通過安全特低電壓(selv)或通過保護(hù)特低電壓(pelv)進(jìn)行保護(hù)，考慮到供電可靠性和從成本的角度，經(jīng)常與供電系統(tǒng)要達(dá)到的要求背道而馳。

例如，由selv或pelv提供的保護(hù)措施也經(jīng)常用在電信領(lǐng)域，然而，如果由于能量和材料效率的原因而采用400vdc供電系統(tǒng)，則它們由于其低電壓將不再適用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的在于提供一種在非接地直流電壓供電系統(tǒng)中在意外接觸兩個(gè)有效導(dǎo)體時(shí)最小化風(fēng)險(xiǎn)的技術(shù)方案。

在第一可選方案中，此目的是通過根據(jù)本發(fā)明的包括以下步驟的方法實(shí)現(xiàn)的：接入歐姆最小負(fù)載(歐姆極小負(fù)載，電阻極小負(fù)載)，以在有效導(dǎo)體上生成最小負(fù)載電流(極小負(fù)載電流)；確定最小負(fù)載電流；檢驗(yàn)當(dāng)前負(fù)載電流是否未達(dá)到該最小負(fù)載電流的值，并對未達(dá)到進(jìn)行信號(hào)表示。

為了在dc-it供電系統(tǒng)運(yùn)行期間生成流經(jīng)有效導(dǎo)體的最小負(fù)載電流，將最小負(fù)載引入供電系統(tǒng)作為靠近負(fù)載的基本負(fù)載，即，如果可能，緊鄰實(shí)際設(shè)備/負(fù)載連接。

從監(jiān)控當(dāng)前負(fù)載電流的意義上來說，供電系統(tǒng)中流動(dòng)的瞬時(shí)電流在運(yùn)行期間被連續(xù)測量，且由于連接的最小負(fù)載，其至少具有最小負(fù)載電流的值。如果此時(shí)由于例如線路斷開而發(fā)生有效導(dǎo)體的中斷，最小負(fù)載電流也無法繼續(xù)流過。測得的當(dāng)前負(fù)載電流跌落到接近于零的量級，從而未達(dá)到最小負(fù)載電流的值。

此未達(dá)到從而提供有效導(dǎo)體的中斷的明確指示，并被用信號(hào)表示。信號(hào)表示可以以警告信息的形式發(fā)生，響應(yīng)于此，為保證裝置的電氣安全，可采取相應(yīng)的進(jìn)一步措施。信號(hào)表示也可以包括生成與關(guān)閉裝置或欠電流繼電器(見下文)相關(guān)聯(lián)的關(guān)閉信號(hào)，觸發(fā)供電系統(tǒng)的自動(dòng)關(guān)閉。

作為另一優(yōu)點(diǎn)，由于最小負(fù)載靠近負(fù)載連接，總是會(huì)有最小負(fù)載電流流過，因此可以避免供電系統(tǒng)正常運(yùn)行期間由于發(fā)生負(fù)載波動(dòng)而導(dǎo)致的誤關(guān)閉。

在該方法的擴(kuò)展實(shí)施例中，當(dāng)負(fù)載電流未達(dá)到最小負(fù)載電流值時(shí)，通過欠電流繼電器關(guān)閉供電系統(tǒng)。

考慮到進(jìn)一步減小風(fēng)險(xiǎn)，負(fù)載電流未達(dá)到最小負(fù)載電流值時(shí)的信號(hào)表示與供電系統(tǒng)的自動(dòng)關(guān)閉相連。欠電流繼電器檢測到負(fù)載電流未達(dá)到最小負(fù)載電流值，這一步驟無疑同樣也包括確定當(dāng)前負(fù)載電流。如果檢測到上述的未達(dá)到，欠電流繼電器被觸發(fā)，供電系統(tǒng)被關(guān)閉。結(jié)合與欠電流繼電器連接的ac/dc敏感測量電流互感器，根據(jù)第一可選方案的方法可以直接以簡單的方式實(shí)現(xiàn)。

在第二可選方案中，該目標(biāo)通過根據(jù)本發(fā)明的包括以下步驟的方法實(shí)現(xiàn)：在每個(gè)有效導(dǎo)體和接地之間連接高阻值電阻器，通過絕緣監(jiān)控裝置確定供電系統(tǒng)的當(dāng)前總絕緣電阻，檢驗(yàn)當(dāng)前總絕緣電阻是否超出限值，并將超出用信號(hào)表示。

在這一可選方案中，高阻值電阻器被連接在每個(gè)有效導(dǎo)體和接地之間并靠近負(fù)載。電阻器被配置為具有在不影響使得供電網(wǎng)絡(luò)為非接地供電系統(tǒng)的本質(zhì)的同時(shí)，又能在考慮總絕緣電阻時(shí)不被忽略不計(jì)的高電阻。

如果有效導(dǎo)體被中斷，則通過引入的高阻值電阻器的電流通路也同時(shí)被中斷，從而總絕緣電阻增大。

在供電側(cè)，通過絕緣監(jiān)控裝置確定供電系統(tǒng)的當(dāng)前總絕緣電阻，并檢驗(yàn)當(dāng)前總絕緣電阻是否超過限值。將超過極限值和因此將關(guān)于供電系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)用信號(hào)表示。

根據(jù)第二可選方案的方法可以在其中安裝有標(biāo)準(zhǔn)要求的并且按照標(biāo)準(zhǔn)配置的絕緣監(jiān)控裝置的所有dc-it供電系統(tǒng)中直接適用。

在另一實(shí)施例中，總絕緣電阻的限值被定義為供電系統(tǒng)特定的絕緣電阻值的函數(shù)，和連接的高阻值電阻器的函數(shù)。

超出其則用信號(hào)表示潛在危險(xiǎn)的總絕緣電阻的限值是用具體絕緣電阻值表示的所討論的供電系統(tǒng)的各個(gè)絕緣等級和靠近負(fù)載接入的高阻值電阻器得出的。

有利地，如果超出總絕緣電阻的限值，則關(guān)閉供電系統(tǒng)。

為了防止接觸有源裝置部分帶來的任何危險(xiǎn)，信號(hào)表示還包括供電系統(tǒng)的自動(dòng)關(guān)閉。

在第三可選方案中，該目標(biāo)通過根據(jù)本發(fā)明的包括以下步驟的方法實(shí)現(xiàn)：在每個(gè)有效導(dǎo)體和地之間連接高阻值電阻器，確定所有有效導(dǎo)體的交接點(diǎn)和接地之間的當(dāng)前位移電壓，檢驗(yàn)當(dāng)前位移電壓是否超出限值，并將超出用信號(hào)表示。

與第二種方法類似，高阻值電阻器連接在每個(gè)有效導(dǎo)體和接地之間且靠近負(fù)載。在供電側(cè)，從監(jiān)控(與中性點(diǎn)可比較的)所有有效導(dǎo)體的交接點(diǎn)和接地之間的電壓的意義上，對當(dāng)前位移電壓進(jìn)行連續(xù)檢測。當(dāng)至少一個(gè)有效導(dǎo)體中斷時(shí)，檢測到位移電壓值的增大，通過將當(dāng)前位移電壓和位移電壓限值進(jìn)行比較，可以使得有效導(dǎo)體上的中斷被檢測出來，并且在超出位移電壓限值時(shí)以信號(hào)表示危險(xiǎn)狀態(tài)。

在另一實(shí)施例中，位移電壓限值被定義為供電系統(tǒng)特定的絕緣電阻值的函數(shù)，連接的高阻值電阻器的函數(shù)，以及供電系統(tǒng)的標(biāo)稱電壓的函數(shù)。

為了定義超出其則用信號(hào)表示潛在危險(xiǎn)的位移電壓限值，考慮以下變量：用具體絕緣電阻值表示的it供電系統(tǒng)的各個(gè)絕緣等級，接入的高阻值電阻器，以及it供電系統(tǒng)的標(biāo)稱電壓。

有利地，通過電壓繼電器確定當(dāng)前位移電壓并在其超出位移電壓限值時(shí)關(guān)閉供電系統(tǒng)。

為了監(jiān)控當(dāng)前位移電壓，本實(shí)施例采用在超過位移電壓限值時(shí)將供電系統(tǒng)斷開連接的電壓繼電器。

可選地，通過集成在絕緣監(jiān)控裝置中的電壓測量功能確定當(dāng)前位移電壓并通過關(guān)閉裝置在超出位移電壓限值時(shí)關(guān)閉供電系統(tǒng)。

有利地，可以在具有集成電壓測量功能的擴(kuò)展的絕緣監(jiān)控裝置中進(jìn)行當(dāng)前位移電壓的確定。此時(shí)，供電系統(tǒng)的關(guān)閉關(guān)聯(lián)關(guān)閉裝置。

在第四可選方案中，該目標(biāo)通過根據(jù)本發(fā)明的包括以下步驟的方法實(shí)現(xiàn)：在每個(gè)有效導(dǎo)體和地之間連接電容，確定供電系統(tǒng)的當(dāng)前總電容，檢驗(yàn)當(dāng)前總電容是否未達(dá)到限值，并將未達(dá)到用信號(hào)表示。

在每個(gè)有效導(dǎo)體和接地之間連接一個(gè)電容并且該電容靠近負(fù)載。每個(gè)引入的電容具有這樣的電容值：足夠大以使得它們的存在對當(dāng)前總電容產(chǎn)生可測量的貢獻(xiàn)，但是不能大到使由現(xiàn)有泄露電容決定的網(wǎng)絡(luò)的電氣特性受到實(shí)質(zhì)性的影響。

在至少一個(gè)有效導(dǎo)體中斷時(shí)，額外引入的電容被斷開連接，供電系統(tǒng)的總電容值降低。

在裝置的運(yùn)行期間，在供電側(cè)對供電系統(tǒng)的當(dāng)前總電容進(jìn)行連續(xù)確定。檢驗(yàn)獲得的當(dāng)前總電容是否未達(dá)到總電容限值，并對未達(dá)到(如果發(fā)生)進(jìn)行信號(hào)表示。

在另一實(shí)施例中，總電容限值被定義為供電系統(tǒng)特定的泄露電容的函數(shù)，和連接的電容的函數(shù)。

總電容限值來自表征it供電系統(tǒng)特性的泄露電容和來自在負(fù)載附近連接的附加電容。

此外，通過電容測量裝置和/或具有集成的電容測量功能的絕緣監(jiān)控裝置確定當(dāng)前總電容。

如果總電容未達(dá)到總電容限值，供電系統(tǒng)被關(guān)閉。

在第五可選方案中，該目標(biāo)通過根據(jù)本發(fā)明的包括以下步驟的方法實(shí)現(xiàn)：在每個(gè)有效導(dǎo)體和接地之間連接具有足夠大電容值的電容，確定供電系統(tǒng)的當(dāng)前總阻抗，檢驗(yàn)當(dāng)前總阻抗是否超過限值，并將超過用信號(hào)表示。

與第四可選方案類似，在每個(gè)有效導(dǎo)體和接地之間連接一個(gè)電容并且該電容靠近負(fù)載，該電容具有足夠大的電容值。

但是，與第四可選方案不同的是，確定當(dāng)前總阻抗，并檢驗(yàn)當(dāng)前總阻抗是否超過總阻抗限值。

與第四可選方案類似，總阻抗限值被定義為供電系統(tǒng)特定的絕緣電阻值的函數(shù)，供電系統(tǒng)特定的泄露電容的函數(shù)，以及連接的電容的函數(shù)。

有利地，通過阻抗測量裝置和/或具有集成的阻抗測量功能的絕緣監(jiān)控裝置確定當(dāng)前總阻抗。

特別地，采用具有集成的阻抗測量功能的絕緣監(jiān)控裝置簡化根據(jù)第五可選方案的方法的應(yīng)用。

如果超出總阻抗限值，供電系統(tǒng)被關(guān)閉。

此外，該目標(biāo)通過執(zhí)行根據(jù)上面描述的方法的至少兩個(gè)而實(shí)現(xiàn)，以對有效導(dǎo)體的中斷進(jìn)行冗余檢測。

例如，為了增強(qiáng)對導(dǎo)體中斷的檢測的可靠性，同時(shí)應(yīng)用并執(zhí)行根據(jù)第二可選方案的基于確定總絕緣電阻的方法和根據(jù)第三可選方案的基于確定位移電壓的方法。

附圖說明

從下面的描述和從借助示例對本發(fā)明較佳實(shí)施方式進(jìn)行說明的附圖中，其它較佳實(shí)施例的特征將變得明顯。圖中：

圖1示出其中確定當(dāng)前負(fù)載電流的非接地直流電壓供電系統(tǒng)；

圖2示出其中確定當(dāng)前總絕緣電阻的非接地直流電壓供電系統(tǒng)；

圖3示出其中確定當(dāng)前位移電壓的非接地直流電壓供電系統(tǒng)；

圖4示出其中確定當(dāng)前總電容的非接地直流電壓供電系統(tǒng)；

圖5示出其中確定當(dāng)前總阻抗的非接地直流電壓供電系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

在圖1到圖5所示的實(shí)施例中，每個(gè)所請求的可選方案都是基于具有兩個(gè)有效導(dǎo)體l+，l-的非接地直流電壓供電系統(tǒng)(dc-it供電系統(tǒng))2，兩個(gè)有效導(dǎo)體l+，l-在饋電點(diǎn)4經(jīng)受標(biāo)稱電壓un。

負(fù)載(設(shè)備)8在負(fù)載連接點(diǎn)6處連接到有效導(dǎo)體l+和l-。通過連接在有效導(dǎo)體l+、l-和接地pe之間的絕緣監(jiān)控裝置10按照規(guī)定對dc-it供電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。

通過關(guān)閉裝置12關(guān)閉dc-it供電系統(tǒng)。在圖1到圖5中，關(guān)閉裝置12被理解為功能單元，其可以由單獨(dú)的裝置實(shí)現(xiàn)或者可以集成在其它連接到dc-it供電系統(tǒng)2的測量和監(jiān)控裝置中。

作為第一可選方案，在圖1中示出了在有效導(dǎo)體l+、l-之間連接歐姆最小負(fù)載14，結(jié)合當(dāng)前負(fù)載電流i的確定。最小負(fù)載14在盡可能靠近負(fù)載的位置連接，但是至少距離關(guān)閉裝置12足夠遠(yuǎn)以便在關(guān)閉裝置12和最小負(fù)載14的負(fù)載連接點(diǎn)6之間定位期望的線路區(qū)間，該線路區(qū)間被監(jiān)控且在此區(qū)間上可發(fā)生潛在的線路中斷15。

即便在無效負(fù)載8的情況下，最小負(fù)載14也產(chǎn)生通過有效導(dǎo)體l+、l-并始于和終于饋電點(diǎn)4的最小負(fù)載電流imin，從而用于檢測正在運(yùn)行的線路。

最小負(fù)載電流imin和流經(jīng)負(fù)載8的負(fù)載電流iload共同形成當(dāng)前負(fù)載電流i。通過設(shè)置在有效導(dǎo)體l+、l-的一個(gè)上的電流測量裝置16對該當(dāng)前負(fù)載電流i進(jìn)行檢測，以檢驗(yàn)當(dāng)前負(fù)載電流i是否小于最小負(fù)載電流imin的值。當(dāng)在有效導(dǎo)體l+、l-的至少一個(gè)上發(fā)生線路中斷15時(shí)，當(dāng)前負(fù)載電流i跌落到接近于零的量級，從而小于最小負(fù)載電流imin的值。通過電流測量裝置16對此進(jìn)行檢測和信號(hào)表示，該信號(hào)表示包括用于觸發(fā)關(guān)閉裝置12的關(guān)閉信號(hào)17的生成。

作為第二可選方案，圖2示出了連接在每個(gè)有效導(dǎo)體l+、l-和接地pe之間的高阻值電阻器riso1和riso2，結(jié)合通過絕緣監(jiān)控裝置10對供電系統(tǒng)2的當(dāng)前總絕緣電阻riso的確定。

如果在引入的高阻值電阻器riso1和riso2的連接點(diǎn)的上游(從饋電點(diǎn)4的角度看)發(fā)生線路中斷15，則作為流經(jīng)引入的電阻器riso1和riso2的電流路徑的至少一個(gè)的斷路的結(jié)果，供電系統(tǒng)2的當(dāng)前總絕緣電阻r增大。絕緣監(jiān)控裝置10檢測到當(dāng)前總絕緣電阻r超過預(yù)定義的總絕緣電阻限值rlim，并用關(guān)閉信號(hào)17的形式，向關(guān)閉裝置12發(fā)送信號(hào)。

作為第三可選方案，圖3示出了連接在每個(gè)有效導(dǎo)體l+、l-和接地pe之間的高阻值電阻器riso1和riso2，結(jié)合所有有效導(dǎo)體l+、l-的交接點(diǎn)s和接地pe之間的當(dāng)前位移電壓uv的確定。

與第二可選方案類似，高阻值電阻器riso1、riso2連接在有效導(dǎo)體l+、l-和接地pe之間，靠近負(fù)載。

在供電側(cè)，通過具有電壓測量功能的裝置30確定所有有效導(dǎo)體l+、l-的交接點(diǎn)s和接地pe之間的當(dāng)前位移電壓uv。至少一個(gè)有效導(dǎo)體l+、l-的線路中斷15導(dǎo)致位移電壓uv的值增大，使得當(dāng)其超過位移電壓限值uvmax時(shí)，可以用信號(hào)表示危險(xiǎn)狀態(tài)并以關(guān)閉信號(hào)17的形式發(fā)送到關(guān)閉裝置12。

圖4示出了連接在每個(gè)有效導(dǎo)體l+、l-和接地pe之間的電容ce1、ce2，結(jié)合供電系統(tǒng)2的當(dāng)前總電容ce的確定。

靠近負(fù)載的電容ce1、ce2的引入導(dǎo)致供電系統(tǒng)2的常規(guī)運(yùn)行期間的當(dāng)前總電容ce的增大。因此，引入的電容ce1、ce2的斷開可以以當(dāng)前總電容ce下降的形式被具有電容測量功能40的裝置檢測出來。在示出的實(shí)施例示例中，電容測量功能40被集成在絕緣監(jiān)控裝置10中。

如果當(dāng)前總電容ce未達(dá)到總電容限值cemin，則會(huì)被檢測出來并通過關(guān)閉信號(hào)17的形式進(jìn)行信號(hào)表示。

圖5所示的第五可選方案與第四可選方案的區(qū)別僅在于對當(dāng)前總阻抗ze而不是當(dāng)前總電容ce進(jìn)行評估。在具有集成的阻抗測量功能50的絕緣監(jiān)控裝置10中可以有利地實(shí)現(xiàn)確定的當(dāng)前總阻抗ze和總阻抗限值zemin的比較。例如，可以在50hz的網(wǎng)絡(luò)頻率下監(jiān)控總的對地阻抗。如果檢測到由線路中斷15引起的阻抗增加，當(dāng)前總阻抗ze超過總阻抗限值zlim，則絕緣監(jiān)控裝置10向關(guān)閉裝置12發(fā)送關(guān)閉信號(hào)17。