本發(fā)明涉及一種用于在連接至待被關(guān)閉的裝置部分的直流電路中的絕緣故障的情況下關(guān)閉非接地供電系統(tǒng)中設(shè)有連接的設(shè)備的裝置部分的方法及裝置。

背景技術(shù)：

當(dāng)向電氣設(shè)備提供能量時(shí)，如果需要滿足在操作性、火、接觸安全方面上的較高要求，使用網(wǎng)絡(luò)類型的非接地供電系統(tǒng)(也被稱為絕緣網(wǎng)絡(luò)或IT供電系統(tǒng))。在此類型的供電系統(tǒng)中，有效部分與地電勢(shì)分離，即，對(duì)地隔離。這些網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)在于，在第一絕緣故障(如，接地故障或框架故障)的情況下電氣設(shè)備的功能不會(huì)受到影響，因?yàn)樵诖说谝还收系那闆r下，理想地?zé)o窮大阻抗值防止在網(wǎng)絡(luò)的有效導(dǎo)體(外部導(dǎo)體及中性導(dǎo)體)與地之間形成閉合電路。

因此，即使在第一絕緣故障發(fā)生時(shí)，IT供電系統(tǒng)的固有安全性確保連接至IT供電系統(tǒng)的設(shè)備(即，由IT供電系統(tǒng)供電的負(fù)載)的連續(xù)供電。

因此，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IEC 61557-8，通過(guò)絕緣監(jiān)控裝置IMD(該絕緣監(jiān)控裝置連接于IT供電系統(tǒng)的外部導(dǎo)體與地之間)，連續(xù)地監(jiān)控IT供電系統(tǒng)對(duì)地的電阻(絕緣電阻；在故障情況下也稱為絕緣故障、絕緣故障電阻或故障電阻)，因?yàn)樵诹硪挥行?dǎo)體上的另一潛在故障(第二故障)將引起故障環(huán)路及由此產(chǎn)生的故障電流，與過(guò)流保護(hù)裝置相關(guān)聯(lián)，將導(dǎo)致裝置的關(guān)閉以及操作的停滯。

例如，如果受控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)被連接至IT供電系統(tǒng)作為設(shè)備或負(fù)載，則，除交流饋電之外，IT供電系統(tǒng)的裝置部分還可包括直流電路，如用于向三相發(fā)動(dòng)機(jī)供電的逆變器的DC中間電路。由于直流電路的絕緣的不佳狀態(tài)，直流電流(DC)可流向地，這將導(dǎo)致IT供電系統(tǒng)中的外部導(dǎo)體與地之間的位移直流電壓(位移DC電壓)。此位移直流電壓可對(duì)連接的負(fù)載的操作行為具有擾亂性的影響，該擾亂性的影響在不利的條件下將引起負(fù)載失敗。根據(jù)連接至IT供電系統(tǒng)的哪個(gè)設(shè)備可僅受到確定大小的位移直流電壓而無(wú)需遭受損害，從相關(guān)的推薦及標(biāo)準(zhǔn)(參見(jiàn)，例如，MIL-STD-1399-300B，章節(jié)5.2.12)中，此種位移直流電壓可對(duì)操作行為具有負(fù)面影響的事實(shí)也是顯而易見(jiàn)的。結(jié)合臨界位移直流電壓，即使低至100mA的直流電流也可導(dǎo)致敏感控制電路的失靈。

為了抵消位移直流電壓對(duì)設(shè)備的擾亂性影響并觸發(fā)具有直流電路與連接的設(shè)備的故障 裝置部分的關(guān)閉，從現(xiàn)有技術(shù)已知試圖借助于AC/DC-敏感差動(dòng)電流測(cè)量技術(shù)寄存危險(xiǎn)的直流(剩余)電流的技術(shù)方案。

然而，在這種情況下，必須首先考慮，與在接地系統(tǒng)中不同，當(dāng)前考慮的非接地供電系統(tǒng)中的剩余電流保護(hù)裝置(RCD)的可靠功能絕大部分取決于目前網(wǎng)絡(luò)泄漏電容的分布及大小。在所有裝置中無(wú)法確保，在IT供電系統(tǒng)的稍微變化之后(例如在另一負(fù)載分支的連接之后)檢查所有安裝的剩余電流保護(hù)裝置的功能性。

此外，必須考慮，由于大網(wǎng)絡(luò)泄漏電容，在廣泛的三相供電網(wǎng)絡(luò)中可發(fā)生高達(dá)20A(RMS)的泄漏電流(MIL-STD-1399-300B，章節(jié)5.1.2)。這意味著，需要忍受大小為20A(RMS)的電容性泄漏電流而不進(jìn)行關(guān)閉，同時(shí)需要100mA的另一剩余直流電流以造成引起直流電流的故障裝置部分的快速關(guān)閉。

鑒于關(guān)于關(guān)閉時(shí)間的需求，IT供電系統(tǒng)的制造商及運(yùn)營(yíng)商使用剩余電流保護(hù)裝置的特性作為定位點(diǎn)，即，期望關(guān)閉時(shí)間處于40ms至500ms的范圍內(nèi)。

例如，如果企圖通過(guò)濾波解決測(cè)量及檢測(cè)隱藏的剩余直流電流的問(wèn)題，濾波的預(yù)期階躍響應(yīng)時(shí)間非常大，以至于無(wú)法滿足關(guān)于關(guān)閉時(shí)間的需求。

通過(guò)模擬的實(shí)際測(cè)量及證實(shí)進(jìn)一步示出，在第一絕緣故障的情況下，在連接的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中可發(fā)生對(duì)地的位移直流電壓，即使在長(zhǎng)期暴露之后，該連接的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電壓幅值(若短暫的)對(duì)于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)尚非操作上危險(xiǎn)的且對(duì)IT系統(tǒng)的其余部分中的負(fù)載并非臨界的，這意味著驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的快速關(guān)閉是不當(dāng)?shù)?。在小位移直流電壓情況下的過(guò)早關(guān)閉也將過(guò)度地減小驅(qū)動(dòng)的可用性。然而，在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的長(zhǎng)期暴露于絕緣故障下達(dá)數(shù)秒或甚至數(shù)分鐘的時(shí)間段的情況下，可發(fā)生發(fā)動(dòng)機(jī)的增大的壓力及早期故障。

因此，應(yīng)注意，待被滿足的需求延伸至由從現(xiàn)有技術(shù)已知的差動(dòng)電流測(cè)量技術(shù)所提供的實(shí)現(xiàn)的可能性之外。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的在于，在連接至非接地供電系統(tǒng)的直流電路中的絕緣故障的情況下，引起具有直流電路及連接至其的設(shè)備的故障裝置部分的關(guān)閉，以允許非接地供電系統(tǒng)的盡可能可靠的操作。

關(guān)于方法，實(shí)現(xiàn)此目的，其中方法包括以下方法步驟：確定非接地供電系統(tǒng)的絕緣電阻；對(duì)于非接地供電系統(tǒng)的所有外部導(dǎo)體，確定各個(gè)外部導(dǎo)體與地之間的位移直流電壓；如果在可預(yù)確定時(shí)間間隔的期間內(nèi)，獲得的絕緣電阻值小于可預(yù)確定的絕緣電阻限值且獲得的位移直流電壓大于可預(yù)確定的直流電壓限值，則關(guān)閉呈現(xiàn)絕緣故障的系統(tǒng)部分。

根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明的基本思想基于，首先確定IT供電系統(tǒng)的絕緣電阻以測(cè)量存在于 IT供電系統(tǒng)中的位移直流電壓，然后通過(guò)測(cè)量的結(jié)果的組合估計(jì)確定在可預(yù)確定時(shí)間間隔的持續(xù)時(shí)間內(nèi)獲得的位移直流電壓是否造成對(duì)連接的設(shè)備的操作行為的擾亂性影響的風(fēng)險(xiǎn)。如果將預(yù)期到擾亂性影響，則立即將呈現(xiàn)絕緣故障的裝置部分和直流電路及連接至其的設(shè)備一起關(guān)閉。

至于關(guān)閉準(zhǔn)則，基于確定的絕緣電阻評(píng)估獲得的位移直流電壓。

如果IT供電系統(tǒng)的絕緣電阻值的水平足夠高，即使存在位移直流電壓，也無(wú)法引起對(duì)連接的負(fù)載的操作狀態(tài)具有擾亂性影響的足夠高的直流電流。

如果存在第一故障的情況且絕緣電阻值小于可預(yù)確定的絕緣電阻限值，在額外發(fā)生的位移直流電壓將引起擾亂的情況下，只要未確實(shí)發(fā)生臨界位移直流電壓，無(wú)需進(jìn)行關(guān)閉?，F(xiàn)在，如果大于可預(yù)確定的直流電壓限值的位移直流電壓在此狀態(tài)下確實(shí)發(fā)生并維持了可預(yù)確定的時(shí)間間隔，則將觸發(fā)呈現(xiàn)絕緣故障的裝置部分的快速關(guān)閉。

因此，根據(jù)IT供電系統(tǒng)的基本原理，根據(jù)本發(fā)明的方法允許IT供電系統(tǒng)繼續(xù)在第一故障的情況下操作(只要第一故障對(duì)于連接的負(fù)載的操作狀態(tài)為非臨界的)，但是也考慮歸因于位移直流電壓的潛在發(fā)生的擾亂。

利用歸因于位移直流電壓的在待決的臨界操作狀態(tài)情況下的故障裝置部分的選擇性關(guān)閉并利用向無(wú)故障系統(tǒng)部分的供電的同時(shí)維護(hù)，就非接地供電系統(tǒng)的操作而言，如此操作的IT供電系統(tǒng)呈現(xiàn)盡可能可靠且經(jīng)濟(jì)的新的有利特性。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，具有相關(guān)聯(lián)的可預(yù)確定時(shí)間間隔的可預(yù)確定直流電壓限值被確定為具有相關(guān)聯(lián)的第一時(shí)間間隔的第一直流電壓限值與具有相關(guān)聯(lián)的第二時(shí)間間隔的第二直流電壓限值的OR連接，第一直流電壓限值高于第二直流電壓限值，且第一時(shí)間間隔短于第二時(shí)間間隔。

因此，形成兩個(gè)直流電壓限值/時(shí)間間隔對(duì)，該直流電壓限值/時(shí)間間隔對(duì)為OR連接的，且被用作直流電壓限值和時(shí)間間隔參考值，以評(píng)估獲得的位移直流電壓的擾亂可能性。通過(guò)第一直流電壓限值和第一時(shí)間間隔，檢測(cè)歸因于高位移直流電壓的擾亂性影響，由于其大小，甚至在短暫暴露的情況下，這可引起損壞。具有第二時(shí)間間隔的第二直流電壓限值考慮較小的但在較長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)發(fā)生的位移直流電壓的擾亂性影響且因此表示在顯著較慢的響應(yīng)行為處的顯著較低的直流電壓限值---時(shí)間間隔可以是數(shù)秒或甚至數(shù)分鐘。一旦滿足了兩個(gè)成對(duì)的限值條件中的一個(gè)(OR連接)，則關(guān)閉呈現(xiàn)絕緣故障的裝置部分。

在另一有利的實(shí)施例中，根據(jù)連接的設(shè)備的電氣參數(shù)，設(shè)定可預(yù)確定的絕緣電阻限值(Ran)、可預(yù)確定的第一/第二直流電壓限值以及可預(yù)確定的第一/第二時(shí)間間隔。

首要通過(guò)連接的設(shè)備對(duì)于發(fā)生的位移直流電壓的敏感性或魯棒性，確定待被設(shè)定的限值的大小。如果連接的負(fù)載忍受相對(duì)高的位移直流電壓，則對(duì)應(yīng)的直流電壓限值可被設(shè)定 為與小魯棒負(fù)載相比的較高值。

此外，使用數(shù)字濾波算法及同步算法確定絕緣電阻及位移直流電壓。

由于根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IEC 61557-8的強(qiáng)制的絕緣監(jiān)控裝置通常將對(duì)地的有效測(cè)量信號(hào)饋入IT供電系統(tǒng)，需要以這樣的方式設(shè)計(jì)位移直流電壓的確定：應(yīng)用的測(cè)量信號(hào)不會(huì)錯(cuò)誤地導(dǎo)致關(guān)閉或?qū)е驴山邮艿年P(guān)閉時(shí)間的超過(guò)。此外，由不對(duì)稱絕緣故障引起的位移交流電壓(位移AC電壓)也不能消極地影響位移直流電壓的確定。

為了滿足這些需求，執(zhí)行數(shù)字濾波算法和同步算法以確定絕緣電阻及位移直流電壓，所述算法允許期望信號(hào)分量的分離。

在另一實(shí)施例中，確定具有直流電路的關(guān)閉的裝置部分的至少部分絕緣電阻，且如果該至少部分絕緣電阻達(dá)不到部分絕緣電阻限值，則阻止關(guān)閉的裝置部分被連接。

在IT供電系統(tǒng)需要滿足增加的可靠性需求的情況下，在裝置部分被連接之前，確定所述裝置部分的部分絕緣電阻。這優(yōu)選地通過(guò)布置在裝置部分中的一個(gè)或多個(gè)分離的絕緣監(jiān)控裝置(離線IMD)進(jìn)行。

僅在關(guān)閉待被監(jiān)控的裝置部分時(shí)，離線IMD變得有效，且在裝置部分被有效地操作時(shí)，離線IMD為閑置的。在關(guān)閉的裝置部分被報(bào)告為呈現(xiàn)絕緣故障的情況下，可通過(guò)鎖定電路阻止故障裝置部分被連接。

如此，可預(yù)防性的避免對(duì)無(wú)故障裝置部分的潛在的擾亂性影響。與在已知方案中使用測(cè)量差動(dòng)電流(RCD)的技術(shù)不同，在本案中，無(wú)瞬時(shí)故障電流且無(wú)潛在擾亂性關(guān)閉尖峰生成。

關(guān)于裝置，結(jié)合用于在連接至待被關(guān)閉的裝置部分的直流電路中的絕緣故障的情況下關(guān)閉非接地供電系統(tǒng)中設(shè)有連接的設(shè)備的裝置部分的裝置進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)目的，其中，絕緣監(jiān)控裝置包括：電壓測(cè)量裝置，用于確定非接地供電系統(tǒng)的各個(gè)外部導(dǎo)體與地之間的位移直流電壓；以及估計(jì)裝置，用于絕緣電阻值與位移直流電壓的組合估計(jì)。

在根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施中，根據(jù)本發(fā)明的裝置包括：擴(kuò)展的絕緣監(jiān)控裝置，其包括(優(yōu)選地，在一個(gè)結(jié)構(gòu)單元中)：電壓測(cè)量裝置，用于確定位移直流電壓；以及估計(jì)裝置，用于絕緣電阻值與位移直流電壓的組合估計(jì)。

此外，裝置可包括：開(kāi)關(guān)裝置，用于關(guān)閉呈現(xiàn)絕緣故障的裝置部分。

控制關(guān)閉裝置所需的控制信號(hào)由擴(kuò)展的絕緣監(jiān)控裝置中的估計(jì)裝置提供。

在另一實(shí)施例中，裝置包括：一個(gè)或多個(gè)分離的離線絕緣監(jiān)控裝置(離線IMD)，用于確定關(guān)閉的裝置部分的部分絕緣電阻。

通過(guò)離線IMD的關(guān)閉的裝置部分的額外監(jiān)控與增加的安全性及可靠性需求相適應(yīng)。

結(jié)合離線IMD的設(shè)置，絕限監(jiān)控裝置具有鎖定電路，該鎖定電路通過(guò)通信裝置連接至 離線IMD。此種鎖定邏輯避免故障裝置部分被連接。

附圖說(shuō)明

可從以下描述及附圖得出本發(fā)明的進(jìn)一步理解，附圖示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，其中：

圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法的實(shí)施方式；

圖2示出通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的裝置的根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施方式；以及

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的方法的擴(kuò)展實(shí)施方式。

具體實(shí)施方式

圖1示出具有連接的設(shè)備的由三相交流饋電3組成的非接地供電系統(tǒng)(IT供電系統(tǒng))2，裝置部分6連接至三相交流饋電3，且該裝置部分6能夠被關(guān)閉并具有直流電路8和作為負(fù)載的電機(jī)，直流電路8和電機(jī)形成受控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，作為本案中的示例。

用于確定整個(gè)IT供電系統(tǒng)4的絕緣電阻Riso的傳統(tǒng)的絕緣監(jiān)控裝置12布置在三相交流饋電4中。發(fā)生在直流電路8中的絕緣故障Riso2引起剩余直流電流，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，該剩余直流電流通過(guò)差動(dòng)電流測(cè)量技術(shù)被寄存在剩余電流保護(hù)裝置14中。為了能夠檢測(cè)對(duì)負(fù)載10的潛在擾亂影響，負(fù)載10應(yīng)甚至能夠測(cè)量大小為100mA的最小剩余直流電流。由于由泄漏電容Ce2引起的泄漏電流也流過(guò)剩余電流保護(hù)裝置14的差動(dòng)電流測(cè)量裝置(即，測(cè)量電流變流器)，且由于大泄漏電容，所述電容性泄漏電流可產(chǎn)生高達(dá)20A(RMS)的電流強(qiáng)度(尤其在廣泛的網(wǎng)絡(luò)中)，因此在20A(RMS)的電容性泄漏電流的情況下，差動(dòng)電流測(cè)量裝置必須能夠測(cè)量100mA的額外直流電流。然而，當(dāng)前可用的差動(dòng)電流測(cè)量技術(shù)的測(cè)量的分辨率及準(zhǔn)確率都不足以實(shí)現(xiàn)此目的。

用于IT供電系統(tǒng)2中的起作用的差動(dòng)電流測(cè)量的另一先決條件在于，存在流過(guò)剩余電流保護(hù)裝置14的測(cè)量電流變流器的返回路徑，用于泄漏電流流經(jīng)泄漏電容Ce2及用于剩余電流流經(jīng)絕緣故障電阻Riso2。

例如，如果絕緣電阻Riso1及泄漏電容Ce1位于剩余電流保護(hù)裝置14的下游(從饋電點(diǎn)看)，IT供電系統(tǒng)2中的泄漏及剩余電流將繼續(xù)分別流過(guò)Ce1及Riso2，但不會(huì)被剩余電流保護(hù)裝置14寄存且測(cè)量。

因此，存在于剩余電路保護(hù)裝置14的測(cè)量電流變流器的返回路徑中的阻抗的大小對(duì)差動(dòng)電流測(cè)量結(jié)果具有顯著影響且是誤差的來(lái)源。

因此，如果要確定分別由Ce1及Riso2引起的泄漏及剩余電流，則在剩余電流保護(hù)裝置14的測(cè)量電流變流器的返回路徑中的絕緣電阻Riso1及泄漏電容Ce1必須被設(shè)計(jì)為呈現(xiàn) 低電阻。

通過(guò)圖2中示出的根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施方式可避免這些困難。根據(jù)本發(fā)明的裝置包括：具有電壓測(cè)量裝置26及估計(jì)裝置28的擴(kuò)展的絕緣監(jiān)控裝置20。除IT供電系統(tǒng)2的絕緣電阻Riso之外，通過(guò)電壓測(cè)量裝置26確定歸因于絕緣故障電阻Riso2引起的位移直流電壓Uv?？紤]獲取到的絕緣電阻Riso(即結(jié)合測(cè)量的參數(shù)：絕緣電阻Riso及位移直流電壓Uv)，在估計(jì)裝置28中進(jìn)行關(guān)于是否存在對(duì)負(fù)載10臨界的操作狀態(tài)的檢查。僅在獲得的絕緣電阻值Riso達(dá)不到可預(yù)確定的絕緣電阻限值Ran且位移直流電壓Uv超過(guò)可預(yù)確定的直流電壓限值Uan時(shí)，通過(guò)開(kāi)關(guān)裝置22，將呈現(xiàn)絕緣故障的裝置部分6和直流電路8及負(fù)載10一起關(guān)閉。為此目的，估計(jì)裝置28發(fā)送控制信號(hào)27至開(kāi)關(guān)裝置22。

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的方法的擴(kuò)展實(shí)施方式。此處，通過(guò)布置在能夠被關(guān)閉的裝置部分6中的用于確定兩個(gè)部分絕緣電阻的兩個(gè)離線IMD30、32增補(bǔ)圖2中示出的布置。僅在能夠被關(guān)閉的裝置部分6處于預(yù)期連接之前的關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，離線IMD30、32為有效的。如果關(guān)閉的裝置部分6中的至少一個(gè)部分絕緣電阻被評(píng)估為臨界的，則可通過(guò)擴(kuò)展的絕緣監(jiān)控裝置20中的鎖定電路29結(jié)合離線IMD30、32與擴(kuò)展的絕緣監(jiān)控裝置20之間的通信裝置34，避免裝置部分6的連接及因此避免負(fù)載10的激活。