专利名称：用于在隔离的不接地的交流电网中定位隔离故障的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在不接地的电气交流电网中对隔离故障进行定位的一种方法和一种装置，其中，设置一个用于监测整个电网隔离状况的隔离监测设备，从而当隔离故障出现时通过一个随之激活的检测电压发生器在电网与地之间产生一个检测电流。通过在每个电网输出处设置电流差转换器来获取每个输出处由电网自己的检验电压产生的检验电流，并且如此分析该电流，从而在可参数化的边界值被超过时经由一个消息或指示单元来定位有故障的电网输出处。
背景技术：
在接地的电网中，为定位隔离故障将不对称的电压和/或总电流用作判断标准。
根据WO 02/15355已知用于选择的识别和定位高阻单极接地故障的一种方法和一种装置，其中，经由灭弧电路输入一个电网频率的辅助信号，这样一来，星形连接中性点的偏置电压被补偿，并且在补偿过的星形连接中性点的偏置电压处将识别接地故障。
根据WO 2004/003578A1已知一种用于定位高阻接地故障的方法，其中，通过给电网星形连接中性点或零系统输入一个不同于电网频率的辅助信号，来获取一段线路的接地导纳或零导纳，并将其用于接地故障识别。
在隔离的电网中以类似的方式实现接地的定位，通过在关于流经接地点的容性的接地电流的总电流电路中设置余额电流继电器。
这种方法和装置基于得到偏置电压、接地电流或总电流和起振电流，并且不适用于在隔离的电网中识别和定位隔离故障。
此外，已知在如医院中的隔离的电网(IT网)中设有用于监测整个电网隔离电阻的隔离监测设备。当整个电网的隔离电阻超过一个最小值时产生一个报警信号作为报告。为了快速定位有故障的输出处，已知的是，当隔离监测设备辨认隔离故障时允许流过微小的电流，并且允许通过在每个电网输出处设置灵敏的电流差转换器来实施故障定位。在此，隔离监测设备接通要么电网相关要么电网无关的检验电压发生器，该发生器允许一个非常微弱且因此不危险的电流流过电网与地之间的隔离电阻和电网等效电容。
为了保证人身保护，电网与地之间只有最大为1mA的微弱的检验电流在隔离的电网中是可能的，从而对这种方法在电流差转换器中必须获取处于例如2Hz的极低频率的非常微弱的检验电流。据此只有低频由电流差转换器获取。
除了微弱的检验电流频率，还通过变压器的、保护的或在电网中的切换操作产生电网干扰，其作为低频的电网干扰影响检验信号的测量结果，这样一来，这种用于在IT网中故障定位的方法对干扰非常敏感且不可靠。对于这种方法和装置，有故障的电网输出处经常有条件地被定位。
发明内容
以已有装置为基础的任务是，实现前序部分所述方式的一种方法和一种装置，其中，识别IT网中电网干扰，并通过相应的措施在隔离故障出现之前消除在故障定位时的电网干扰，以及能够实现对IT网中有故障的电网输出处的快速无误的定位。
该任务的解决如此来实现，在隔离故障出现之前，通过带有测量发大器和微计算机的连到总线的电流差转换器来获取电网干扰，通过所属的电流时间面考虑到最大的允许检验电流得到一个最大的检验脉冲时间，该时间与一个相应的中止时间变量一起作为优化的预先规定的值被传送给一个检验电压发生器，从而当隔离故障出现时，生成在电网与地之间具有优化的检验脉冲时间和中止时间的检验脉冲，这些时间等于或大于所获取的电网干扰，这样一来，使得更快的故障定位成为可能并且避免错误的测量。通过周期查询电网干扰是否存在，检验脉冲时间和中止时间连续地减少到约为2秒的最小值。此外，通过检验电压形式和检验电压序列的选择，使得有可能将隔离故障地点按线路划分以及在现有电子设备的情况下区分设备故障或线路故障。
一个用于实现所述方法的装置由一个带有微计算机、限流器和用于产生检验信号的桥电路的单个可开关的整流二极管的检验电压发生器组成。微计算机负责该检验电压发生器的所有控制功能。
此外，在每个电网输出处都配有电流差转换器，这些转换器带有测量发大器、模数转换器、微计算机和在测量电路中可开关的反馈装置，该反馈装置用于在检验脉冲期间补偿电流差转换器的欧姆性电阻以及用于在中止期间将测量电流置零，这些转换器产生在一个长达20秒的检验脉冲时间上的一个测量信号，并实现与所有设备的数据总线连接。
下面示范说明根据本发明的方法一种权利要求1前序所述方式的方法按以下方式解决所提出的任务，即当电网中隔离故障出现时产生一个电网与地之间的检验脉冲交流电流，该电流来自多个电网同步的直接来自可变周期时间的电网电压的单个脉冲，并且在隔离故障出现前依赖于每个电网输出处出现的电气干扰得到检验脉冲时间，而来自检验电流和检验脉冲时间的电流时间面等于或大于最近的电网干扰的电流时间面。为此获取每个电网输出处的电气干扰并且求得每个网络输出处电网干扰的电流时间面面积，以及在考虑到如在医院的IT网中1mA的最大可能检验电流情况下计算检验脉冲时间，这样一来，检验脉冲时间一直大于在某个时间出现的电网干扰的电流时间面。当不再出现电网干扰时该检验脉冲时间实现一个逐步的减小，直至最小大约2秒，即根据检验脉冲交流电流通过电流差转换器来产生每个电网输出处的具有长约为20秒的检验脉冲时间的测量电流，即在隔离故障出现前，通过向量地获取运行线路当时的运行电流来获取电网干扰，即检验电压形式和检验脉冲时间是不同的和可变的，由此能够附加实现对受干扰线路的说明，即当一个隔离故障出现时同时获取每个电网输出处的检验电流，并且在周期时间内根据至少两个测量值通过比较也识别电网干扰，即当一个隔离故障出现时通过所有电网输出处的同时获取来直接实现对有故障的输出处的定位。
检验脉冲时间以及由此的测量时间对于存在的干扰情况的自动匹配如下实现短时间出现的恒定磁场，如由感性负载的接通电流所导致的磁场，能够影响带有灵敏的电流差转换器的测量。通过选择一个相对干扰脉冲长的测量时间，分析设备能够通过取平均值将所述的影响保持在微弱的程度。通过在电网运行期间(没有隔离故障)对其测量值的持续监测，所述的系统将其测量时间与当时的干扰情况相匹配。在隔离故障情况下，搜索只持续必需的时间。
在测量时间内测量信号负的时间常数通过模拟一个负电阻经由测量电路中反馈来确定，在中止时间一开始经由测量电路中反馈来实现置零点。为了避免干扰，要求测量时间长约为20秒。通过在电流差转换器的测量放大器与测量电流电路之间设置一个可变得反馈装置，将测量信号的下降延迟到大约20秒。在测量时间内反馈装置实现在测量电流中的一个负电阻并由此实现测量时间常数Timp的增大(图3)。在测量中止期间，在测量放大器和测量电路之间将反馈装置切换为PI调节器，这样一来，测量信号被强迫置零TP(图3)并且以此为下一次检验脉冲做准备。
所述的检验电压脉冲可正可负，一个存在的两个所属测量值之差确切地标识出有故障的线路。
这样一种方法与一个作为隔离故障搜索系统的隔离监测设备联系在一起，可以有利地投入诸如用于医院的分支的不接地的交流电网中使用，并且允许可靠快速及不受干扰影响地定位和监测有故障的电网输出处。
一个合适的用于实现上述方法的装置是，当存在隔离故障时通过一个与电网相连的检验电压发生器在导体之间产生一个不光滑的且与电网同步的脉动的漏电流。该电流通过电流限流装置被限制到一个不危险的约为1mA的值。通过检验电压发生器的每个整流支路中的电子开关能够产生一个经由双路整流或单路整流的具有不同形式、极性和频率的脉动的直流电压作为检验电压。
在每个电网输出处设置有一个电流差转换器。这个转换器是由电流差传感器、测量发大器、模数转换器和可开关的反馈装置制成的，所述的反馈装置带有数模转换器和在测量放大器的模数转换器与电流差传感器之间的输入耦合装置。
当由于隔离故障和有效的检验电压发生器而出现检验电流时电流差转换器获取时间上的检验电流的变化，并且通过反馈和输入耦合装置将一个负的电压耦合输入进测量电路，这样一来，将测量电流imeβ的时间常数TM自动延长，而且在整个检验脉冲时间期间，尽管存在的检验电流为脉冲形式的直流，将产生一个形为e函数的电流差测量值。在检验脉冲时间结束时检验电流变为零，而可切换的反馈装置被切换用作PI调节器，这样一来，经由时间常数TP将测量电流强行置为零点。通过微计算机将一个电网输出处的测量电流数字化获取和存储。通过微计算机在每个检验电压时间期间对每个电网输出处的测量电流取平均值。这个平均值是针对每个电网输出处的隔离故障的尺度。所述的微计算机负责所有的控制与计算。通过存在的微计算机的总线接口，所有已完成的分析和结果能够同时经由所有电网输出处出现。
根据下面的实施例详细说明本发明，示出图1依照上述发明的装置的概况描述图2电网干扰随时间的变化过程以及其电流时间面描述图3检验电压和测量电随时间的变化过程图4隔离故障示意图具体实施方式
首先详细探讨用于在隔离的电网中定位隔离故障的已知的方法。在图1中描述了一个由导线1组成的一个隔离的电网。一个不可避免的带有欧姆性电阻Re和容性阻抗Ce的隔离阻抗是位于电网导线1与地之间的电网分支。为了监测隔离阻抗的纯电阻部分，在电网导线1和地之间设置有一个隔离监测设备2。
当在电网中出现一个确定的隔离故障时用一个隔离监测设备2实现对同一故障的确定，并且通过一个未画出的分析设备实现上报。除此之外，如此来实现对检验电压发生器3的激活，这个发生器产生一个电网驱动的频率固定的流经漏电阻Re的检验电流，而且针对每个电网输出处通过电流差转换器来测量这个电流，并且将单个的电流差值时分复用地传输给一个分析单元。在分析完所有电压输出处的测量结果后，能够实现对隔离故障的定位。
主要的缺点在于，固定存在的检验电压发生器的检验脉冲时间适应于电流差转换器感性测量方法的最大可能传输时间的长度，并且由此用于获取检验信号的约为2秒的最大测量时间是可能的。诸如因变压器切换操作、电网保护而出现的电网干扰在这个固定的测量时间内一同被获取，并导致测量错误。即当在检验脉冲持续期间出现电网干扰时，这些干扰影响测量结果，从而出现明显的测量错误。
现在对已有发明的特别之处进行说明。
在图2中，针对一个从时刻t1至时刻t2的典型的干扰情况，描述了一个电流差转换器的测量电流的时间过程。电网中每次切换操作开始时测量电流由于干扰明显升高，并且依照一个e函数缓慢下降至终值。因为切换操作，从t2至t4在相反的极性上重复该过程。根据这个时间过程，通过对测量电流的积分而形成和存储所属的在整个干扰时间上的电流时间积A1和A2。通过随后将所获取干扰的电流时间积A1和A2除以为确保人身保护的例如1mA的最大允许检验脉冲电流，而得到时间t3或t5。这些所计算的时间t3或t5作为检验脉冲时间t5或t6被传送给检验电压发生器作为预设值。当电网干扰改变时，所述的检验脉冲时间相应地自适应。如果经过一段更长的可参数化的时间没有获取电网干扰，那么检验电压发生器的检验脉冲时间就逐步减少，直至最小为2秒。
在图3中在时刻t0出现一个隔离故障，该故障由一个隔离监测设备来报告。在电网电压的下一个过零点在时刻t1，由此起动带有预设检验信号时间Timp的检验电压发生器。所述的测量电流IMeβ跳跃式增长，并依照一个e函数下降。通过在电流差电流转换器的测量电路中的反馈装置，将一个负电压输入测量电路，这样一来，时间常数Timβ是相应可变的，并且在整个检验脉冲时间上获取一个测量电流IMeβ。在检验脉冲时间在时刻t5结束后，在直至时刻t6的脉冲中止时间tP期间将检验脉冲断开。由此在时刻t5产生一个具有相反极性的测量电流，通过将反馈装置RK切换为PI调节器的形式，以强制方式在短时间内将该电流转换为零。在时刻t6一个测量周期结束，而一个新的具有相反极性的测量周期开始。
在图1中描述了一个装置，该装置由在一个带有电网线路1和具有欧姆性电阻Re和容性阻抗Ce的隔离阻抗的隔离的电网中的隔离监测设备2、检验电压发生器3和电流差转换器5所组成。这些设备借助总线4相互连接。在一个隔离故障出现前，已经通过电流差转换器5获取了出现的电网干扰，并依照图2计算出检验脉冲时间且通过总线4将其传输给检验信号发生器3。通过检验电压发生器的CPU与开关s1和s2，产生长度和极性可变的脉动的检验电流，该电流流经欧姆性电阻Re19和检验电压发生器3。针对每个电网输出处的检验电流的测量由电流差转换器5来完成。为了实现大的检验脉冲时间，在电流差转换器5的测量电路中设置有一个可切换的反馈装置RK10，该反馈装置在检验脉冲时间期间通过反馈将一个负的电压输入测量电路，并由此将测量电流IMeβ的时间常数提高至大约20秒。在中止时间期间，将该反馈装置切换用作PI调节器，并由此在中止时间内将测量电流强行置零。
下面应说明检验电压发生器的功能和由此得出的故障区分可能性。
为了驱动检验电流流过隔离电阻，检验电压发生器实施一个确定的电网接地。这个接地通过图1中所示的限流器SB来实现。这个双极器件将流经的检验电流保持恒定，与在它自己上的电压降无关。通过一个可切换的二极管网络，它能够被切换为在电网与地之间不同的类型。这样一来，有可能将不同类型的检验电压输入到电网。根据存在地隔离故障的类型，在不同的检验电压类型时出现检验电流或不出现检验电流。根据对在不同检验电压类型时检验电流的分析，能够推断出隔离故障的类型。这样一来，一个结论是可能的，即隔离故障位于哪一条电网线路L1、L2上，以及该故障是出现在电网自身中，还是出现在电网整流器后的设备上。
在图4中示意地描述了在一个不带隔离监测设备的隔离的电网中检验电压发生器的构造，用于阐明所述的功能。旁边示出两个可能的隔离故障的例子。
在例1中，只有接通开关S4或S2才导致电流流经欧姆性电阻Re。对于在电网线路L1上的这样一个隔离故障，对应开关S3或S1。例2示出一个隔离故障，其特征在于电网整流装置后面的欧姆性电阻Re。因为隔离故障位于正极，所以只有接通开关S3和/或S4才导致电流流过。在负极是S1和/或S2。
为了简化检验电压发生器的实际构造，即节省继电器，能够通过微计算机可控地配置所述的限流器，并且将一个用于确定当前电网极性的相位识别装置配给该微计算机。这样一来，它具有可能性，即有目的地将限流器只接入一个电网极性和双电网极性，这导致如图4所示的相同功能。
附图标记列表1电网线路2隔离监测设备(Z＜)3检验电压发生器4总线5电流差转换器6电流差传感器7等效电感8等效电阻9测量放大器10反馈装置11模数转换器12数模转换器13微计算机14检验电流15周期时间16检验脉冲时间17中止时间18电流差-测量值19欧姆性电阻20容性阻抗21电网电压22检验电压23检验电流
权利要求
1.用于在带有用于隔离监测的隔离监测设备和电网自己的检验电压发生器的隔离的不接地的交流电网中对隔离故障进行定位的方法，从而当出现隔离故障以及通过所述的隔离监测设备进行测定时，通过接通故障电流电路，一个低频的检验电流流过检验电压发生器的整流器和限流器以及流过电网线路和地，所述的电流通过在每个单独的电网输出处设置电流差转换器被获取，并且通过分析每个电网输出处所属检验电流的大小来实现故障定位，其特征在于，针对每个电网输出处，在所述的检验电压发生器断开状态下获取电网干扰随时间的变化过程，并且经由所属的电流时间面和一个允许的检验电流构建一个最小检验脉冲时间，根据电网干扰随时间的变化过程得到和存储所述的电流时间面，并且构建一个在检验电压的检验脉冲时间与这个所测定的电网干扰之间的可变的互连，所述的检验电压由脉动的电网同步的持续时间在2秒至20秒之间的单个脉冲组成，中止时间对应于所述的检验脉冲时间，当不存在电网干扰时，检验脉冲时间逐步减小到最小的2秒。
2.用于实施依照权利要求1所述方法的带有电网自己的检验电压的装置，所述的装置被实施为带有整流器和限流器，并且根据流经带有电流差传感器的电流差转换器的所述的检验电流，获取每个输出处的隔离故障，其特征在于，所述的检验电压在电网电压过零点是可切换的，并且是正极和/或负极，所述的电流差转换器被实施为带有测量发大器、模数转换器和具有总线接口的微计算机，并且在测量电路中设置有一个可切换的反馈装置，所述的反馈装置在检验脉冲时间期间通过电压输入来补偿所述电流差转换器的电感，而在中止时间期间通过PI耦合将测量电流被设置为零，在微计算机中，在检验脉冲时间期间构建一个在整个检验脉冲持续时间上的平均值，这个平均值是一个针对每个电网输出处隔离故障的尺度，隔离监测设备、电流差转换器和检验电压生成器经由一条总线相连。
全文摘要
本发明涉及用于在不接地的电气交流电网中用隔离检测设备定位隔离故障的一种方法和一种装置，从而当隔离故障出现时经由一个随之激活的检验电压发生器产生一个电网与地之间的检验电流。在隔离故障出现之前，通过电网的每个输出处的带有测量发大器和微计算机的连到总线的电流差转换器获取网络干扰，并且通过所属的电流时间面考虑到最大允许检验电流而得到和利用最小检验脉冲时间，从而有可能区分设备故障或线路故障。
文档编号H02H5/10GK1721869SQ200510067220
公开日2006年1月18日 申请日期2005年4月19日 优先权日2004年4月19日
发明者T·施托伊尔纳格尔, S·拉特斯曼 申请人:伊恩电子开关设备格里马有限责任公司