电气设备中的串联电弧的探测的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于探测电气设备中的串联电弧的装置，该电气设备包括直流电 压源以及连接到该直流电压源上的逆变器，其中该装置具有监控单元以及分析单元，该监 控单元被设置用于在电气设备中关于电压变化监控电压以及关于电流变化监控电流，该分 析单元被设置用于分析所确定的电压变化和电流变化以探测串联的电弧，并根据分析结果 产生信号。此外本发明涉及一种用于探测包括直流电压源以及连接到该直流电压源上的逆 变器的电气设备中的串联电弧的方法，为此在该电气设备中关于电压变化监控电压，并关 于电流变化监控电流，分析所探测的电压变化和电流变化以探测串联的电弧，并根据分析 结果产生信号。
【背景技术】
[0002] 电弧在电气设备中是以下事件，该事件通常应被视为电气设备的干扰运行状态。 电弧可以导致危险的状态，因此通常普遍在电气设备中设置相应的装置来探测这样的电 弧。尤其是在直流电加载的电气设备中，电弧证实是危险的，因为电弧由于占优势的直流电 压而通常不自己消失。如果电弧本身还没有造成电气设备的失效，那么电弧可能至少导致 危险的后果、如引起火灾、特别是电气设备的部分的火灾或诸如此类的。不同于在交流电加 载的电气设备中，在直流电加载的电气设备中通常不能识别到电弧的自消失。电弧的确定 因此一直在直流电加载的电气设备中是尤其有意义的。
[0003] 可再生能源的尤其是在光伏领域但是也在电能存储领域中的增加的使用，导致增 加地使用直流电加载的电气设备，尤其是也具有遭受天气变化的设备部分的电气设备。所 述情况促使电气设备发生变化，所述变化可能导致电弧。
[0004] 因此应区分两种不同类型的电弧，也即一方面是并联电弧，所述并联电弧在处于 不同电位的两个电导体之间出现，以及另一方面是串联电弧，其在关于参考电位进行的电 流传导中出现。并联电弧通常能够容易识别，因为并联电弧对电气设备的影响通常是大的， 使得非常显然地不能保持当前的运行状态，或者触发安全装置。
[0005] 但证实有问题的是对串联电弧的识别，利用并联电弧的探测工具通常不能可靠地 识别所述串联电弧。这由以下得出，即串联电弧可能继续允许常规的运行，但同时其损害效 应在时间进程中才蔓延。比如串联电弧可以在两个相互连接的电导体的接触位置上出现， 其中该连接的接触受到损坏，并且经过电弧的通过电流被提供。
[0006] 比如W0 2013/004 295 A1公开了一种用于在光伏设备中探测电弧的方法。在此 为了识别串联电弧而规定，在固定的预先给定的电压的情况下改变工作点的功率。虽然W0 2013/004 295 A1的方法在实际运行中经受了考验，尽管如此仍出现问题。
[0007] 如果出现非期望的变化，并且该变化不能可靠地与所连接的逆变器的变化相关 联，那么就探测到电弧。所述技术需要在逆变器与电弧探测单元之间进行通信。出于该原因 必须把电弧探测器集成到逆变器中。但在实现尤其是应该识别串联电弧的电弧探测器时， 这是一个重大的缺点。此外，这还不利于电气设备的尽可能灵活的建造和构型。
[0008] 串联电弧在连接故障或连接中断的情况下以高的概率出现。如果这样的串联电弧 开始了，那么所述串联电弧可以持续非常长的时间，因为电的能量源的电压/电流特性提 高电弧的稳定性。随串联电弧而产生的能量在出现串联电弧的损坏位置上可以导致可燃材 料的点火并引发火灾。
[0009] 此外已知的是，在频率范围内对直流电流值进行分析。这利用以下效果，即电弧示 出其阻抗中的波动，其快速的变化可以在频率范围的不同区域中被探测到。该频率范围可 以从几千赫兹至几兆赫兹。但该方法对于干扰以及由逆变器所造成的干扰是非常敏感的。
【发明内容】
[0010] 因此本发明的任务是，如下改进这种类型的方法以及装置，即能够可靠地识别串 联电弧。
[0011] 作为解决方案，本发明提出根据独立权利要求1所述的装置。在方法方面，提出根 据并列独立权利要求2所述的方法。其他的优点由从属权利要求的特征得出。
[0012] 在这种类型的装置方面，利用本发明提出，该装置具有：确定单元，其用于确定是 否存在当前的常规运行状态的自发变化，在该自发变化中不仅电压、而且电流都下降；比较 单元，其用于把电压变化的数值和与电压变化在时间上相对应的电流变化的数值与相应的 比较值进行比较，并基于电压变化和电流变化在相应的数值超过比较值的至少一个时来确 定电弧指示值；检查单元，其用于检查电弧指示值的周期性；以及输出单元，其用于在检查 结果为否定时输出信号。
[0013] 在方法方面，利用本发明尤其是提出，这种类型的方法至少包括以下的步骤： -确定是否存在当前的常规运行状态（Mpp)的自发变化，在该自发变化中不仅电压、而 且电流都下降， -把电压变化的数值和与电压变化在时间上相对应的电流变化的数值与相应的比较值 进行比较，以及基于电压变化和电流变化在相应的数值超过比较值的至少一个时来确定电 弧指示值， -检查电弧指示值的周期性，以及 -在检查结果为否定时输出该信号。
[0014] 利用本发明能够明显改进串联电弧探测的可靠性。根据本发明的方法因此使用三 个标准，其必须全部满足，因此才能够识别到存在串联电弧。由此大大降低了每种类型的干 扰的影响，使得相应提高了探测的可靠性。利用本发明尤其能够识别由电气设备自身产生 的影响或干扰，并在探测串联电弧时对其忽略。本发明因此改进对串联电弧所产生的影响 与设备特有的影响之间进行区分的可能性。这尤其是适用由逆变器所产生的干扰或影响。
[0015] 直流电压源比如可以通过相互连接的一个或多个光伏模块来构成。该直流电压源 当然也可以是相应地相互连接的比如一个或多个蓄电池形式的电能存储器。另外，该直流 电压源还可以是一个或多个燃料电池、一个或多个借助内燃机驱动的发电机、一个或多个 风力发电机、或诸如此类的。直流电压源的前述可能性当然也可以相互组合。但本发明在 使用光伏模块的情况下证实为是尤其有利的。
[0016] 逆变器是一种电气装置，其允许把直流电压源所提供的电能转换为交流电压，优 选地，该交流电压能够被馈入到公共的能量供应网络中。为了该目的，该逆变器可以单相或 也可以多相、尤其是三相地来构造，以便能够实现到已有的电网、尤其是交流电压设备上的 能量技术的耦合。
[0017] 目前，使用所谓的静态能量变换器形式的逆变器，即与动态能量变换器不同，静态 能量变换器不具有机械可运动的、尤其是可旋转的部分。作为静态能量变换器的这种类型 的逆变器通常作为脉冲电子能量变换器来构造，并为了该目的具有至少一个半桥模块，该 半桥模块具有两个串联的半导体开关，借助该半桥模块可以把直流电压源的借助中间回路 所提供的直流电压变换为交流电压。
[0018] 另外，设置有监控单元，借助该监控单元可以对电气设备的电压以及电气设备中 的电流优选地在逆变器的端子上关于变化来监控。该监控单元为了该目的可以具有电压和 /或电流传感器，借助所