包括信号质量显示的用于绝缘监控的方法和装置制造方法

包括信号质量显示的用于绝缘监控的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及用于未接地的直流或交流电气网络中的绝缘监控的方法和装置，其包括在待监控网络的有源导体和地之间耦合测量信号并且包括登记测量信号的测量值。因此本发明的目的在于进一步开发该方法和装置使得可以快速地和清楚地估计登记的测量信号（测量信号的测量值）的可靠性。该目的通过如下方式达成：以信号质量值的形式确定测量信号的登记的测量值的信号质量并且实现信号质量值的显示。
【专利说明】包括信号质量显示的用于绝缘监控的方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于未接地的直流或交流电气网络中的绝缘监控的方法，其包括如下方法步骤:在待监控网络的有源导体和地之间耦合测量信号以及登记测量信号的测量值。
[0002]此外，本发明涉及一种用于未接地的直流或交流电气网络中的绝缘监控的装置，其包括用于在待监控网络的有源导体和地之间耦合测量信号以及用于登记测量信号的测量值的耦合电路。
【背景技术】
[0003]为了确保电源的高可用性和操作安全性并且为了保证电安装区域中的人员安全，正在越来越多地采用有源部件与地电位分离的供电网络。在被称为未接地的IT系统(DINVDE0100-410:2007-06)的该类型的供电网络中，有源导体可能具有绝缘故障而运行操作不必中断，这是因为由于导体和地之间的理想地无限高的阻抗值，在该第一故障情况下，不会形成闭合电路。在该背景下，IT系统的故障状态，特别是针对框架的故障或者地故障，意味着无源系统部分与导电操作部分的导电连接或者有源导体与地的导电连接，这将被理解为绝缘故障。
[0004]根据该观点而显见的是，必须恒常地监控待监控网络中的电阻，包括所有连接的操作部分到地的所有电阻(绝缘电阻)，因为另一有源导体上的可能的另一故障(第二故障)可能引起故障回路并且其中运行的故障电流与过流保护电路相结合将导致系统关机。通过未接地IT系统的恒常绝缘监控，可以及时检测并报告绝缘电阻的下降。在国际标准IEC61557-8中规定了这种绝缘监控装置必须满足的要求。
[0005]根据现有技术，用于确定绝缘电阻的测量过程原理上基于IT网络的导体和地之间的、在绝缘监控装置中生成的测量电压(测量信号)的叠加，使得出现与绝缘故障成比例的特定的测量电流，其引起绝缘监控装置的测量电阻上的相应的压降(测量信号的登记的测量值)。如果作为下降的绝缘电阻的结果并且作为因此的较高测量电流的结果，压降超过特定值，则触发报告。在现今的现代网络中多个操作部分配备有电子部件，在该网络中为了防止关于可靠绝缘监控的、由例如逆变器生成的直流分量引起的测量失真，已继续进一步开发测量方法。在没有失真的直流分量的纯交流网络中，可以应用叠加测量DC电压的方法，而在故障环境中，采用用于驱动脉冲信号的、受控的、具有特定时钟的测量电压。
[0006]例如，公开文献EP0654673A1描述了一种用于未接地的直流和交流网络中的绝缘监控的方法，其中在避免测量值失真的同时，通过针对网络条件调节具有时钟的交变测量电压的各个脉冲的长度，实现较短的测量时间。
[0007]EP1586910B1公开了用于借助于叠加有DC偏移电压的脉冲测量电压进行绝缘监控以便补偿网络中可能存在的使测量失真的DC电流的方法和装置。
[0008]专利说明书DE10106200C1展现了用于未接地的电气网络的绝缘监控的方法和装置，其中为了避免测量误差，考虑网络的时间常数，将在数值和时长方面可变的交变脉冲电压的测量值与稳定状态下测量的当前控制值进行比较。
[0009]在以上提及的公开文献中，使用微处理器用于控制方法流程并且用于进行计算，以光学和/或声学的方式报告绝缘电阻的响应值的下冲，并且所确定的绝缘电阻值被显示在显示装置上。如例如DIN标准VDE0100-410 (VDE0100-410)所推荐的，“最初的故障应在其实际可能的情况下尽快被矫正”。因此系统操作员希望尽可能快地和清楚地获得关于测量信号的登记的测量值的质量以及关于从其得到的值的信息。
[0010]在文献EP1586910A1中除了显示绝缘电阻的欧姆和电容部分的(绝对)值之外，还显示与测量脉冲的极性相关的信息，使得例如可以识别特定支路中的故障。此外，针对特定的故障情形提供光学和/或声学警报报告。作为显示手段，其中提出了动圈仪器还有数字显示形式。
[0011]由于IT系统中的动态过程，诸如来自频率逆变器的低频电压或者PV安装中的供电电压波动，尽管测量方法适于网络条件，但是仍可能出现错误的警报报告、延长的测量时间或者绝缘电阻测量的失败。
[0012]特别地，在所谓的瞬态地故障或者暂时发生的绝缘故障的情况下，系统操作员可能难于正确地解释绝缘监控装置的报告并且发起适当的措施。时常地，需要维护工人的额外测量或指派以正确地估计IT系统的状态。在最差情况下，失真的测量信号未被注意到并且IT系统在没有绝缘监控的情况下操作。
[0013]迄今为止，检测到的失真测量信号(一些绝缘监控装置通过光学信号报告测量抑制)通常导致绝缘电阻测量的中断。在不可靠的绝缘故障报告之后，常常通过额外的测量装置手动监控IT系统的状态，以便能够在特定的监控时段之后进行诊断。时常地，必须指派专家进行维护以便定位绝缘故障，尽管错误的警报报告是简单地由失真测量信号引起的。
[0014]因此，基于现有技术，除了警报报告和测量值的显示之外，还期望以简单的方式显示测量信号的登记的测量值的瞬时质量，以便允许绝缘监控装置的报告的改进的评估。此夕卜，示出关于故障导体的趋势的显示将是明智的，特别是在AC/DC或DC网络中。

【发明内容】

[0015]因此，本发明的目的在于开发用于未接地的直流或交流电气网络中的绝缘监控的方法和装置，其允许快速地和清楚地估计登记的测量信号(测量信号的测量值)的可靠性。
[0016]该目的通过如下方法来达成，在该方法中以信号质量值的形式确定测量信号的登记的测量值的信号质量并且实现信号质量值的显示。
[0017]除了警报报告以及显示所确定的绝缘电阻值之外，根据本发明，确定具有可靠性信息的意义的至少一个信号质量值，其允许关于测量信号的瞬时登记的测量值的质量的陈述并且因此使得用户能够评估测量结果。因此通过用户可感知的显示来呈现所确定的信号质量值，使得用户能够在显示信息的帮助下评估关于其质量的瞬时测量结果。测量精度的改进的估计使得系统操作员可以进行更成功和更高效的绝缘故障搜索并且因此通过避免不必要的维护指派导致了成本节约。
[0018]在有利方式中，信号质量值的确定基于测量信号的登记的测量值的时间曲线的评估，其中加权组合如下参数中的一个或更多个:登记的测量信号曲线的统计参数、登记的测量信号的形式、登记的测量信号曲线中的离群值、过调制/欠调制、增益检测、时间边际条件。
[0019]为了能够实现关于登记的测量信号的质量陈述，评估登记的测量信号的时间曲线。分析诸如平均值、测量值的方差、离群值和过调制/欠调制的统计参数并且特别地对其进行加权，并且使用所述统计参数确定信号质量值。此外，在信号质量值的确定中可以包括增益检测和诸如测量超时的时间边际条件，以便实现登记的测量信号的质量的更准确的估计。
[0020]在另一实现方案中，有利地对如下另外的参数中的一个或更多个进行加权并且将其包括在测量信号的信号质量的确定中:绝缘电阻值、泄漏容量值、供电电压、供电频率。
[0021]绝缘电阻值和泄漏容量值以及诸如供电电压和供电频率的其他网络参数和测量值包括在信号质量值的计算中。考虑这些额外的值可以进一步增加信号质量的估计的有效性。再者，考虑这些另外的网络参数和测量值允许绝缘监控装置的(调整)参数的最优化以及适当的测量方法的选择，在适当的情况下还可以结合更适合的绝缘监控装置的选择。
[0022]优选地，连同关于测量信号的信号质量的关联信息一起保存警报值。在这种历史存储中，较旧的测量值，特别是较旧的警报报告可以与它们的相应的信号质量值一起被存储，以便能够从其得出关于未来事件的更清楚的评估的结论。这种已知相关性的考虑也可以在学习曲线的意义上自动进行。
[0023]有利地，测量信号的信号质量的显示以光学可感知的方式被实现为条状显示和/或图中的百分比和/或彩色LED显示。为了快速地和清楚地向用户通知信号质量，通过条状显示来显示瞬时信号质量值，这可以例如通过如下方式来实现，在移动无线电装置中显示作为多级柱状示图的信号强度，或者在条状显示中，条的长度对应于特定信号质量值。
[0024]除了光学显示的选项之外，测量信号的信号质量的显示还可以通过声学可感知的方式来实现。通过音量和频率可变的声音可以进行质量上可靠的测量值的信号化。
[0025]此外，对于信号质量值，可以调整阈值，在下切该阈值时实现光学上和/或声学上可感知的报告和/或激活切换输出。用户可以手动确定，在下切特定的信号质量值时，发出报告，从而注意当前的网络状况。除了光学和/或声学的警报报告之外，下切激活了切换输出，信号可以经由该切换输出被输出到其他电部件用于它们的激活。
[0026]在本发明的优选实现方案中，确定并显示故障的有源导体。在故障的情况下，当下冲特定的绝缘电阻值时，还因此向用户通知在IT系统的哪个有源导体中很可能已发生绝缘故障。其中，故障的有源导体的显示优选地以光学可感知的方式实现为具有朝向最可能的故障的有源导体的方向上的趋势指示的条状显示或柱状示图和/或具有朝向最可能的故障的有源导体的方向上的趋势指示的图中的百分比。
[0027]测量信号优选地被耦合为脉冲交变测量电压以防止测量失真。借助于适于网络条件的这种测量脉冲，特别地可以抵消由例如逆变器生成的直流分量。
[0028]对于结合权利要求10的前序部分的装置，本发明所基于的目的进一步通过用于确定测量信号的测量值的信号质量值的计算单元以及用于显示所确定的信号质量值的显示部件来达成。
[0029]对应于根据本发明的方法的方法特征，用于绝缘监控的装置包括用于确定信号质量值的、执行计算，特别是输入信号的加权和适当组合的计算单元。计算单元被实现为微处理器，在该微处理器上在程序代码中以数字方式处理输入信号，并且作为结果，呈递信号质量值。根据本发明，因此确定的信号质量值经由接口被直接地、在易于理解的显示中传递给用户。
[0030]在另一实现中，该装置包括用于登记描述网络的特征的另外的电参数的登记部件。这些参数，诸如泄漏容量值、供电电压或供电频率，被用在用于确定信号质量的计算单元中，以便能够尽可能准确地实现关于测量信号的登记的测量值的质量和可靠性的陈述。
[0031]此外，该装置包括用于连同关于测量信号的信号质量的关联信息一起记录警报值的数据存储器。该数据存储器可以用作用于通过组合警报值和与所述警报值相关联的网络条件来实现关于未来事件的更可靠的陈述和估计的资源。
[0032]优选地，用于显示测量信号的信号质量的显示部件在光学上被实现为条状显示和/或图中的百分比和/或彩色LED显示的形式。这种显示允许用户快速地和清楚地掌握测量信号的瞬时信号质量。此外，用于显示测量信号的信号质量的显示部件可以在声学上被实现为用于使用户了解关键网络情形的发声部件的形式。
[0033]此外，该装置可以包括用于调整信号质量值的阈值的调整装置。该调整装置使得操作员预先确定的阈值的下切可以触发光学和/或声学报告，因此以信号形式清楚地通知关键网络状况。光学信号形式的通知可以通过例如用于显示信号质量的显示装置的闪烁显示或者分离的显示部件来实现。可以在声学上通过警报声音报告下切。
[0034]此外，该装置可以包括在下切关于信号质量值的阈值时激活的切换输出。除了阈值的下切的光学上和/或声学上可感知的显示之外，可以因此激活切换输出，以通过用于调整信号质量值的阈值的调整装置来致动其他连接的电部件。
[0035]在另一优选实施例中，该装置包括用于显示DC或AC/DC网络中的故障的有源导体的另外的显示部件。从也可以被实现为趋势显示的该显示中，在故障情况下用户可以看到哪个有源导体最可能是故障的有源导体。
[0036]该装置有利地包括用于生成作为测量信号的脉冲交变测量电压的生成器电路。该生成器电路使得可以生成适于IT网络的测量脉冲，以便抵消叠加的直流分量引起的测量值的可能的失真。
[0037]通过下面的描述以及以示例形式呈现本发明的优选实施例的附图可以得到另外的有利的实现特征。
【专利附图】

【附图说明】
[0038]图1示出了根据本发明的方法的功能框图，
[0039]图2示出了作为带百分比的柱状示图的信号质量的详细图示，以及
[0040]图3示出了用于确定故障导体的趋势显示。
【具体实施方式】
[0041]图1示出了根据本发明的用于在绝缘监控期间确定信号质量的方法的功能框图。图示了将示例性选择的数据当作输入信号的动作的基本模式。
[0042]从测量信号的登记的测量值3的时间曲线获得的参数方差4a、过调制/欠调制4b/4c和增益检测4d，根据测量信号的登记的测量值3计算的泄露容量6以及与测量信号的测量值3无关地登记的另外的网络参数供电电压8和供电频率10在计算单元中被分别加权12，作为以数字形式提供的输入数据，并且以适当的方式彼此组合14，其中计算单元被优选地实现为微处理器。作为数字信号处理12、14的结果，确定信号质量值16并且以光学形式将其显示为柱状示图18的形式。因此，在绝缘电阻测量期间用户可以直接看到估计的可靠度、特别是登记的绝缘电阻值的可靠度，登记的绝缘电阻值基于测量信号的瞬时登记的测量值3。
[0043]在图2中，在不同的信号质量水平可以看到具有4级柱状示图18的形式的信号质量的详细图示。此外，相应的信号质量值16被显示为百分比20，四个填实的柱的显示对应于登记的测量信号3的满信号质量(100%)
[0044]图3示出了用于确定AC/DC或DC IT网络中的故障的有源导体的图示。趋势显示24是显示26的一部分，显示26额外地包括作为柱状示图18的信号质量值16的显示和作为关于绝缘电阻值的信息的另外的图形指示以及警告标志28。从本示例中可以获知，如警告标志28所指示的,发生了绝缘故障，由于趋势显示24趋向于正导体的方向，因此该绝缘故障最可能在IT系统的+导体中找到。意味着测量信号的测量数据3的质量的测量可靠性将根据柱状示图18的三个填实的柱而被估计为具有75%的信号质量值。
【权利要求】
1.一种用于未接地的直流或交流电气网络中的绝缘监控的方法，包括如下方法步骤: -在待监控网络的有源导体和地之间耦合测量信号，以及 -登记所述测量信号的测量值(3)， 所述方法的特征在于 -以信号质量值(16)的形式确定所述测量信号的登记的测量值(3)的信号质量，以及 -实现所述信号质量值(16)的显示(18，20)。
2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于 所述信号质量值(16)的确定基于所述测量信号的登记的测量值(3)的时间曲线的评估，加权组合(12，14)如下参数(4a，4b，4c，4d)中的一个或更多个:登记的测量信号曲线的统计参数(4a)、登记的测量信号的形式、登记的测量信号曲线中的离群值、过调制/欠调制(4b，4c)、增益检测(4d)、时间边际条件。
3.根据权利要求1或2所述的方法， 其特征在于 如下的另外的参数中的一个或更多个被加权地包括(12，14)在所述测量信号的信号质量的确定中:绝缘电阻值、泄漏容量值(6)、供电电压(8)、供电频率(10)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法， 其特征在于 连同关于所述测量信号的信号质量的关联信息一起保存警报值。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法， 其特征在于 所述测量信号的信号质量的显示以光学上能够感知的方式被实现为条状显示(18)和/或图中的百分比(20)和/或彩色发光二极管LED显示。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法， 其特征在于 所述测量信号的信号质量的显示以声学上能够感知的方式实现。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法， 其特征在于 对于所述信号质量值(16)，能够调整阈值，在下切所述阈值时实现光学上和/或声学上能够感知的报告和/或激活切换输出。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法， 其特征在于 确定并显示故障的有源导体。
9.根据权利要求8所述的方法， 其特征在于 所述故障的有源导体的显示以光学上能够感知的方式被实现为带趋势指示的条状显示或柱状示图(24)和/或带趋势指示的图中的百分比。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法， 其特征在于脉冲交流测量电压作为测量信号而被耦合。
11.一种用于未接地的直流或交流电气网络中的绝缘监控的装置，所述装置包括用于在待监控网络的有源导体和地之间耦合测量信号以及用于登记所述测量信号的测量值(3)的耦合电路， 所述装置的特征在于 用于确定所述测量信号的测量值的信号质量值(16)的计算单元以及用于显示所确定的信号质量值的显示部件。
12.根据权利要求11所述的装置， 其特征在于 用于登记描述所述网络的特征的另外的电参数的登记部件。
13.根据权利要求11或12所述的装置， 其特征在于 用于连同关于所述测量信号的信号质量的关联信息一起记录警报值的数据存储器。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的装置， 其特征在于 用于显示所述测量信号的信号质量的所述显示部件在光学上被实现为条状显示(18)和/或图中的百分比(20) 和/或彩色发光二极管LED显示的形式。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的装置， 其特征在于 用于显示所述测量信号的信号质量的所述显示部件在声学上被实现为发声部件的形式。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的装置， 其特征在于 用于调整所述信号质量值(16)的阈值的调整装置。
17.根据权利要求16所述的装置， 其特征在于 在下切关于所述信号质量值(16)的阈值时激活的切换输出。
18.根据权利要求11至17中任一项所述的装置， 其特征在于 用于DC或AC/DC网络中的故障的有源导体的重显的另外的显示部件(24)。
19.根据权利要求11至18中任一项所述的装置， 其特征在于 用于生成作为测量信号的脉冲交变测量电压的生成器电路。
【文档编号】G01R27/18GK103472310SQ201310224097
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年6月6日 优先权日:2012年6月6日
【发明者】卡尔·谢普, 托比亚斯·格罗 申请人:本德尔有限两合公司