专利名称：用于监视中压或高压系统的导体中的放电过程的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及 一 种用于监视中压或高压系统的导体中的放电过程的装 置，其具有至少一个适合于采集在导体中流动的电流的换能器，其中，该 至少 一个换能器与用于监视放电过程的监视装置连接。
背景技术：
这种装置例如由WO02/061904A1公开。其用作所谓的》文电器监一见 (Ableitermonitoring )，其中，对在中压或高压系统的导体中流动的电流进
行监视。
从放电器监视的角度来看，对这种电流冲击(Stromst6J3e )的记录和分 析是极其重要的。不过，待监视的放电过程极少出现并且持续时间极其短 暂。电流沖击的典型的半峰值时间小于100ps。其出现是不可预见的。对该 过程的采集要求高性能的计算机系统，特别是涉及到数字化、定量化以及 分析。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，扩展本文开始部分所述类型的装置。要 提供一种对于放电过程的监视装置，该装置可以保持在一种省电的被动模 式中，直到要记录放电过程。在这种情况下，该装置应该能加速(hochfahren ) 到主动模式，以便可以记录放电过程，即使该放电过程仅仅持续极其短暂 的时间。即使放电过程已经处于监视装置的"唤醒阶段"甚至在该阶段的末尾 已经结束了，仍然可以记录该完整的放电过程。
在本文开始部分所述类型的装置中，上述技术问题通过本发明的解决 如下地体现在换能器和该装置的监视装置之间设置脱扣器，在导体中流 动的门限电流被超出的条件下，该脱扣器将监视装置从不适合于监视的被 动模式转换到适合于监视的主动模式；并且在换能器和监视装置之间设置
至少一个储存电路，该储存电路存储待监视和/或待记录的放电电流。因此，本发明的一个基本特征是用于待记录的放电电流的存储电路， 在该存储电路中 一直存储一个与通过导体流动的电流对应的信号，直到监 视装置从"待机"运行被加速到主动的状态。这样，在存储电路中所存储的信 号被记录。
在本发明的第一扩展中，所述脱扣器与第一换能器连接，而所述^f诸存 电路与第二换能器连接。也就是说，设置了两个单独的换能器，它们被耦 合到所述导体上并且相互独立地为脱扣器以及存储电路提供电流信号。至 少一个换能器被构造为电流互感器。该电流互感器可以具有铁心。至少一 个换能器也可以被构造为无铁的磁场探测器。
所述4诸存电路可以具有至少 一 个电阻和至少 一 个电容。
此外，可以在所述换能器和储存电路之间设置整流器。在此，该整流
器可以是桥式整流器、特别是全波整流器(Zweiwegegleichrichter)。它也可 以是半波整流器。
此外，在所述换能器和储存电路之间设置保护电路。在所述储存电路 和监视装置之间也可以设置保护电路。
所述监视装置也可以与能够用来在记录了放电电流之后使储存电路放 电的i史电电3各连4妾。
最后，所述监视装置可以具有模数转换器和与该模数转换器连接的基 准，以便能够按照简单并且公知的方式来记录待记录的放电电流。
利用该实施方式实现了下列不同的优点
这样构造用于监视放电过程的装置并且特别是存储电路，使得其不需 要任何的供电电压并且由此没有任何电流消耗。这点支持了在放电器监视 中省电可能性的目标。
该装置始终准备就绪并且没有延迟。即使放电电流持续极其短暂的时 间，也可以将其可靠地采集。这点是对偶尔出现并且不能预测的放电过程 进行可靠监视和采集的前提条件。
这样构造存储电路，使得其与监视装置独立。这点为将监视装置转换 到期望的"省电"模式提供了前提条件。
存储电路可以承担对电流沖击脉冲的存储，直到监视装置已经结束了 其从"省电，，模式到正常运行状态的加速并且可以执行进一步的处理了 。这点 是对于下列情况的重要前提条件监视装置可以转换到所希望的省电的"省电"模式，而没有可能采集不到部分放电过程的危险。
这样构造优选地作为电阻-电容网络构成的存储电路，使得该网络对 待采集信号已经可以进行预处理。可以根据电阻电容比值如下地设计该预
处理形成待采集信号的峰值或者平均值。必要时，也可以设置两个用于 峰值以及用于平均值的单独电路。提供该"模拟计算的，，预处理减少了通过监 视装置的计算上的进一步处理。这点有助于进一步优化该装置的电流消耗。 放电过程仅仅是非常少地出现，并且也只有短暂的持续时间。出于这 个原因，仅仅在整个时间的极小的部分需要监视装置。就采集放电过程来 说，空闲时间几乎是100% 。这样构造带有模数转换器以及基准的监视装置， 使得其在不被需要的时间内可以转换到"省电"模式。这意味着对电流需 求的优化。由此，为实现用于监视放电过程的自供电的和经济的装置，创 造了前提条件。
本发明为电流的监视提供了固定的和紧凑的设备，该设备被设置在放 电器上。出于经济上的原因，该设备优选具有独立的自供电。该供电可以 是电池或者太阳能电池；也可以考虑从放电器漏电流中供电。因此，具有 优势的是，可以省电地运行监视设备(即，所谓的"Intelligent and energy-self-sufficient sensor system,智能和自供能传感器系统")。
不需要设备持久的主动状态，该主动状态即使在采用省电的开关电路 (微处理器、模数转换器等)的条件下也消耗许多电流。因此，将提出的 装置转换到省电的被动模式、即"省电"模式，也就是其中设备具有最小 的能量消耗(电流为数nA)的"待机"运行。
根据不同的电路类型，为了将监视装置从其被动状态转换到主动状态 的加速时间(即"Wake- Up-Zeit,唤醒时间，，)在50ps至毫秒范围的区域中。 所需要的模拟电路部件，例如监视设备的模数转换器的基准，大多需要非 常多的时间用于加速以及进入稳定状态的过渡(Einschwingen )。
如解释的那样，这种类型的装置处于省电模式，并且在出现放电过程 时才必须被"唤醒"，因此需要一定的时间来到达完全的运行准备就绪；不 过，根据本发明，这种类型的装置是不成问题的，而且尽管放电过程典型 地仅持续短暂时间还是能够完全地采集。
图1中示出了本发明的一种实施例。
该图示意性地示出了 一种用于监视中压或高压系统的导体中的放电过 程的装置，包括其部件。
具体实施例方式
图1中可以看到中压或高压系统的导体1。如果出现放电过程，则电流
I通过导体l流动。与导体l电感耦合的电流互感器2采集该电流I并且将 其转换为模拟的电压信号。利用该电压信号对脱扣器5 (触发电路)供电。 如果电流I超过一个预定的门限、即门限电流Is,则脱扣器5产生一个主动 的触发信号15。该触发信号15将监视装置4从"待机"或者说"省电"模 式中唤醒，并且监视装置4转换到主动的、完全准备运行的状态，在该状 态中其可以记录放电电流；也就是说，在监视装置4中进行加速和初始化。
在该实施例中，触发信号15被送至监视装置4的具有中断能力的输入 端16上。监视装置4本身具有一个高效的微控制器。示出了一个集成的模 数转换器13以及为此所需的模拟基准14 (基准电压)。
电流冲击I不仅影响到电流互感器2，而且还同时影响到第二换能器3, 后者在本例被构造为无铁的磁场探测器。也可以将换能器3构造为带有铁 心的电流互感器。在导体1中流动的电流I产生一个围绕该导体1的成正比 的磁场，该磁场由换能器3采集并且转换成一个成正比的电流Ip。
该电流Ip通过整流器9被整流，并且被送至存储电路6,该存储电路 被构造为电阻-电容网络。在该实施例中作为桥式整流器(全波整流器) 构造的整流器9，也可以被构造为半波整流器。在采用两个具有相反整流的 分开的采集电路的条件下，可以区分正的和负的电流冲击。
在存储电路6中包含的电阻7和电容8，确定该存储电^各的充电以及^: 电时间常数，并且由此确定在电容8上通过电流Ip引起的电压的高度。也 就是说，在存储电路6中存在的电容8起到存储元件的作用。
电容8上的电压被送至模数转换器13。在监视装置4执行并结束了其 加速以及初始化之后，其立刻开始借助于模数转换器13对电容8上的电压 进行数字化。所获得的数字化后的电压值可以被用于在本身公知的放电器 监视的意义上的进一步处理。
如果记录了放电过程，则可以利用放电电路12将电容8迅速放电，其中，如所示出的那样，放电电路12的激活由监视装置4进行。由此，存储 电路6为重新存储放电过程作好准备(对采集的再次准备就绪)。
也可以离散地构造所示出的监视装置4，即，由一个控制器和一个外部 模数转换器13以及所属的基准14组成。
为了防止过电压，设置了保护电路10和11，它们被设置在整流器9 和存储电路6之间以及在存储电路6和监视装置4之间。保护电路10和11 分别应该保护其后的电路部件免受过电压。不过，对于放电过程的采集来 说保护电路IO、 ll不是必须的，它们只是用于提高装置的鲁棒性。
与本实施例不同，也可以将换能器2和3综合为一个唯一的换能器。
如所解释的那样，在存储电路6中设置的电阻7和电容8确定存储电 路6的、即电网的充电以及放电时间常数，并且由此确定电容8上的电压 高度。通过对电阻7和电容8的值进^f亍不同配置，可以如下地改变对^:电 过程的采集，使得其采集电流冲击I的峰值("Peak-Hold")或者平均值 ("Average")。也可以并行地建立两个采集，以便采集两个值。也就是说，在 这种情况下例如设置两个平行设置的存储电路6。
在带有所属开关部件13、 14的监视装置4已经开始对在电容8上的电 压进行数字化之后，也可以将该电压在时间上采样的意义上周期地数字化。 在采样间隔恒定并已知的条件下，从中形成在放电器监视的意义上分析电 压值的其它可能性。
一方面，可以如下地确定放电过程的持续时间假定从主动的触发信 号15直到对电容8上的电压进行首次数字化的时间是已知并恒定的(系统 固有的)。可以确定在识别电容8上的电压衰退前和由此电流冲击I衰退前 的采样的数量。
间，计算对于放电器监视感兴趣的能量当量(Energie汪quivalent),也就是说， 在放电过程期间放电器必须接收多少能量(该能量基本决定其老化)。
存储电路6的如下能力独立于监视装置4自给自足地工作以及利用 电容8存储所采集的信号，直到监视装置4的加速结束，极大地筒化了对 用于带有其组件13和14的监视装置4的开关电路的选择。因此，通常来 说是关键的加速时间、特别是模拟电路部件的加速时间，在对合适的开关 电路进行选择时不再是排除标准了。在选择监视装置的组件时，可以将注意力更多地;改到决定计算性能的其它特性上。
采用以具有积分特性的电容8形式的储存器元件，优选地完善了换能 器3的微分特性，该换能器在本实施例中被实现为电感性工作的磁场探测 器，以便形成在放电器中流动的电流沖击I的模拟映射(Abbild)。这点优 选地支持了如下的概念在监视装置4的外部对待采集的信号进行预处理。
监视装置4在其加速之后才开始对电容8上的电压进行数字化的事实 具有如下的另外优点当该数字化开始之时，在放电器1中的充满能量的 电流沖击I已经开始衰退。在放电过程中可能的电流沖击能够到达100 kA 的范围。因此其与高的电场相关联，后者可能干扰电子器件、例如敏感的 模数转换。对处理在时间上进行分级，巧妙地避免了否则由于对干扰的耦 合(EMV)造成的充满能量的电流冲击的不可避免的影响。换能器3与监 视装置4(包括部件13和14)的空间分离，不允许该装置的期望的经济性， 因为在这种情况下不再可能是优选的紧凑结构了。不过，由于已经解释的 工作方式，这点不会为所提出的技术方案带来任何问题。
参考标记清单
1导线
2换能器
3哨 A。 邻
4监视装置
5脱扣器
6存储电路
7电阻
8电容
9整流器
10保护电路
11保护电路
12放电电路
13模数转换
14基准
15触发信号16 能够中断的输入端
I 电流
Is 门限电流
Ip 成正比的电 流
权利要求
1.一种用于监视中压或高压系统的导体(1)中的放电过程的装置，其具有至少一个适合于采集在该导体(1)中流动的电流(I)的换能器(2，3)，其中，该至少一个换能器(2，3)与用于监视放电过程的监视装置(4)连接，其特征在于，在所述换能器(2，3)和监视装置(4)之间设置脱扣器(5)，在该导体(1)中流动的门限电流(IS)被超出的条件下，该脱扣器将所述监视装置(4)从不适合于监视的被动模式转换到适合于监视的主动模式；并且在所述换能器(2，3)和监视装置(4)之间设置至少一个储存电路(6)，该储存电路存储要由该监视装置(4)监视和/或记录的放电电流(I)。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述脱扣器(5)与第一 换能器(2)连接，而所述储存电路(6)与第二换能器(3)连接。
3. 根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，至少一个换能器(2) 被构造为电流互感器。
4. 根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述电流互感器具有铁
5. 根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，至少一个换能器(3) 被构造为无铁的磁场探测器。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述储存 电路(6)具有至少一个电阻(7)和至少一个电容(8)。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，在所述换 能器(3)和储存电路(6)之间设置整流器(9)。
8. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述整流器(9)是桥式 整流器、特别是双全波整流器。
9. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述整流器(9)是单半 波整流器。
10. 根据权利要求1至9中任一项所述的装置，其特征在于，在所述换 能器(3)和储存电路(6)之间设置保护电路(10)。
11. 根据权利要求1至10中任一项所述的装置，其特征在于，在所述储存电路(6)和监视装置(4)之间设置保护电路(11)。
12. 根据权利要求1至11中任一项所述的装置，其特征在于，所述监 视装置(4)与能够用来使得所述储存电路(6)放电的放电电路(12)连接。
13. 根据权利要求1至12中任一项所述的装置，其特征在于，所述监 视装置(4)具有模数转换器(13)和与该模数转换器连接的基准(l4)。
全文摘要
本发明涉及一种用于监视中压或高压系统的导体(1)中的放电过程的装置，其具有至少一个适合于采集在该导体(1)中流动的电流(I)的换能器(2，3)，其中，该至少一个换能器(2，3)与用于监视放电过程的监视装置(4)连接。为了能够省电地监视即使是极其短暂的放电过程，按照本发明，在所述换能器(2，3)和监视装置(4)之间设置脱扣器(5)，在该导体(1)中流动的门限电流(I<sub>S</sub>)被超出的条件下，该脱扣器将所述监视装置(4)从不适合于监视的被动模式转换到适合于监视的主动模式；并在所述换能器(2，3)和监视装置(4)之间设置至少一个储存电路(6)，该储存电路存储要由监视装置(4)监视和/或记录的放电电流(I)。
文档编号H02H3/04GK101622764SQ200880006906
公开日2010年1月6日 申请日期2008年1月28日 优先权日2007年2月1日
发明者拉斯·克林贝尔, 沃尔特·奥克斯勒 申请人:西门子公司