利用抗干扰测量信号来监视和测量绝缘电阻的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用抗干扰测量信号来监视和测量绝缘电阻的方法。具体地说，本发明涉及一种监视和测量未接地和接地的电源系统中的绝缘电阻的方法，包括以下的方法步骤：生成周期性的测量信号、将测量信号耦合在要被监视的电源系统的有效导体和地之间、以及检测和评估测量信号的测量值。解决这个任务在于所生成的测量信号通过具有至少三个谐波的有限数量的谐波振荡的叠加形成为多频信号。可替换地，多频信号还可以借助于在二元序列优化基础上的时域中的信号形状的目标分段构造或者通过借助于时分复用方法生成测量信号来实现。此外，本发明涉及监视绝缘电阻的信号发生器，其包括信号发生器电路，该信号发生器电路包括生成和存储根据本发明的方法的多频信号的装置。
【专利说明】利用抗干扰测量信号来监视和测量绝缘电阻的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于监视和测量未接地和接地的电源系统中的绝缘电阻的方法，该方法包括以下的方法步骤:生成周期性的测量信号、将测量信号耦合在要被监视的电源系统的有效导体和地之间、以及检测和评估测量信号的测量值。
[0002]此外，本发明涉及一种用于监视未接地和接地的电源系统中的绝缘电阻的信号发生器，该信号发生器包括用于生成周期性的测量信号的信号发生器电路，并且包括用于将测量信号耦合在要被监视的电源系统的有效导体和地之间的耦合电路。
【背景技术】
[0003]对于电源系统和设备中的人员、系统和火灾安全，监视绝缘电阻，即要被监视的电源系统中相对于地的电阻(包括连接至要被监视的电源系统的所有设备的电阻)，是电气系统的无故障运行的必需的先决条件。没有足够高的绝缘电阻，不再保证对直接和间接接触的保护。电气系统的故障可能给人员带来危险、导致生产损失或者系统的中断，或者短路电流或接地故障电流可能造成火灾和爆炸。在新组装的系统和设备中，绝缘电阻通常足够高，但是在系统的运转的过程中，它可能通过电学和机械影响和通过环境影响和老化效应被减小。
[0004]在接地网络(TN系统)以及未接地网络(IT系统)中可以进行绝缘电阻的测量，在运转期间绝对的绝缘值的持续监视扮演显著的作用。对于该测量，与网络的类型无关，信号发生器和测量装置被插入在电源系统的有效导体和之间，信号发生器将测量信号电压施加到网络中，以便在绝缘故障的情况下形成与绝缘故障成比例的测量电流产生其中的闭合电路。该测量电流通过测量装置来记录并且因此允许关于绝缘电阻的强度的说明。
[0005]在今天的现代网络中，多个设备设有电子部件。为了防止例如通过由逆变器所生成的直流分量引起的测量失真，考虑到可靠的绝缘监视，测量方法已经不断地被进一步开发。因此，已知的做法是使用在纯交流网络中叠加DC测量电压而不使直流分量失真的方法，而在有故障的环境中，使用具有方波发生器脉冲形状的受控的具体地说时钟化的测量电压。尽管在当前待售的监视设备中使用的这类方波脉冲序列经证明对宽带干扰信号相对不敏感，但是它们在窄带干扰的情况下显示出不足的鲁棒性。
[0006]根据DE3882833T2，进一步知晓可以通过合适的评估电路供给AC电压参考信号，基于该AC电压参考信号能够计算复数绝缘阻抗的实部和虚部。由于正弦的参考信号仅仅具有一个频率分量，因此它对在参考信号的频率范围内出现的干扰信号相对敏感。
[0007]为了能够更好地处理低频干扰，在EP0593007B1中提出了在具有等幅度的两个周期性测量信号交流电压的基础上的复数网络漏泄阻抗的计算。然而，两个交流电压的频率应该位于大部分不受到干扰信号的范围中并且通过简化的功能相关，忽略网络感应性，对于可计算的网络泄漏值是相对较低。
[0008]用于确定绝缘电阻的根据现有技术可知的方法提供对窄带干扰信号不足的抗干扰性，尤其是对具有仅仅一个离散频率的干扰信号来说。此外，所使用的测量信号依赖调节为各个测量信号形状并且显示对于干扰信号的抑制的不同效率的评估方法。总而言之，到目前为止不能令人满意地解决干扰抑制的问题。
【发明内容】
[0009]因此，本发明的目的在于开发一种用于监视和测量具有对干扰信号，尤其是对窄带干扰信号的提高的抗干扰性的绝缘电阻的方法和装置。
[0010]对于方法，实现与权利要求1的前序有关的该目的在于:所生成的测量信号通过具有至少三个谐波的有限数量的谐波振荡的叠加形成为多频信号。
[0011]有故障的电源系统的模拟已经显示:如果所生成的周期性测量信号的频谱几乎不包括离散分量，即如果它包括具有有限数量的傅里叶分量的傅里叶级数，则由连接到该网络的其它电气系统和设备所引起的诸如振荡的某些类型的干扰信号可以被成功地抑制。在下文中，这个特征被称作“多频”。由于在这里仅仅描述周期性测量信号并且周期性信号总是具有线状谱(频率离散谱)，因此术语“频谱”应该被认为描述该谐波的傅里叶系数，第一谐波或者一阶谐波对应于具有基频(发生器频率)fgen的谐波振荡和具有频率Hfgen的第N谐波或者η阶谐波。
[0012]通过有限数量的谐波振荡，通常通过基频及其谐波的正弦信号形成的这种多频信号的使用具有如下的优点:因为它们仅仅可以影响傅里叶频谱的单个分量，因此有效地抑制干扰振荡。如果根据本发明通过至少三个叠加振荡(谐波)形成测量信号，则其余的未受干扰的傅里叶系数仍然允许对绝缘阻抗的正确值的多数决定法。因此，测量信号Ugen (发生器电压)可以被表示为:
[0013]
【权利要求】
1.一种用于监视和测量未接地和接地的电源系统中的绝缘电阻(3)的方法，所述方法包括以下方法步骤: 生成周期性的测量信号， 将所述测量信号耦合在要被监视的电源系统的有效导体(1)和地(2)之间， 检测和评估所述测量信号的测量值， 其特征在于， 所生成的测量信号通过具有至少三个谐波的有限数量的谐波振荡的叠加形成为多频信号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量信号的峰值与均方根的比值被最小化。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述测量信号的峰值与均方根的比值的最小化借助于相位优化来进行。
4.如权利要求3所述的方法,其特征在于,所述相位优化根据Schroeder相位公式φη = πη(η-1)/Ν来进行，其中φη是η阶谐波的相位并且N是谐波的数量。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述相位优化借助于计算具有谐波的递增的相位变化的测量信号形状来进行。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述谐波的振幅随着所述频率单调地增加。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述谐波的振幅随着所述频率线性地增加。
8.如权利要求1-7中的任一项所述的方法，其特征在于，为了最大化所选择的谐波的功率，进行所述测量信号的受控的过调制，因为能够设置限制和/或放大因数和/或DC偏移。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，通过将受控的过调制转换到极限的过调制，方波脉冲序列能够以所选择的谐波的功率变为在预先确定的动态范围中的最大值的方式产生。
10.一种用于监视和测量未接地和接地电源系统中的绝缘电阻(3)的方法，所述方法包括以下方法步骤: 生成周期性的测量信号， 将所述测量信号耦合在要被测量的电源系统的有效导体(1)和地(2)之间， 检测和评估所述测量信号的测量值， 其特征在于， 所生成的测量信号借助于方波脉冲序列构建为多频信号，形成所述序列的方波脉冲被分成相等长度的m部分，以有序方式、以0/1的单极方式或者以-1/+1的双极方式二元地设置所述m部分中的每一个，对于2m种可能的方波脉冲序列中的每一个计算所选择的谐波的傅里叶系数，选择满足关于它的频谱构成的预先确定的要求的方波脉冲序列。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所选择的谐波的功率变为在预先确定的动态范围中的最大值。
12.如权利要求10或者11所述的方法，其特征在于，基频的低谐波被抑制。
13.如权利要求10-12中的任一项所述的方法，其特征在于，所述谐波的振幅随着所述频率单调地增加。
14.如权利要求10-13中的任一项所述的方法，其特征在于，所述谐波的振幅随着所述频率线性地增加。
15.如权利要求10-14中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方波脉冲序列的边缘通过插入内插节点来被后处理，导致偏离所述方波脉冲的信号形状。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，借助于线性内插节点来生成梯形脉冲序列。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，借助于所述内插节点，生成具有余弦边缘或者具有大部分线性连续边缘和到恒定部分的圆润转换的脉冲。
18.一种用于监视和测量未接地和接地的电源系统中的绝缘电阻(3)的方法，所述方法包括以下方法步骤: 生成周期性的测量信号， 将所述测量信号耦合在要被监视的电源系统的有效导体(1)和地(2)之间， 检测和评估所述测量信号的测量值， 其特征在于， 所生成的测量信号通过分配了正交函数系的不同的所选择的阶的函数的、时间上后来的并且不断地合并的信号部分形成为在测量信号周期内的多频信号。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述函数是正弦函数和正弦函数的谐波。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，为了增大更高阶谐波的均方根，进行所述信号部分的过调制和/或限制。
21.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述函数是方波函数、沃尔什函数、梯形函数或者具有余弦边缘的函数。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述梯形函数具有大部分线性连续边缘和到恒定部分的圆润转换。
23.如权利要求18-22中的任一项所述的方法，其特征在于，所述信号部分具有相同长度。
24.如权利要求18-22中的任一项所述的方法，其特征在于，借助于不同长的信号部分进行所述函数的加权。
25.一种用于监视未接地和接地电源系统中的绝缘电阻(3)的信号发生器，该信号发生器包括用于生成周期性的测量信号的信号发生器电路(5)，并且该信号发生器包括将所述测量信号耦合在要被监视的电源系统的有效导体(1)和地(2)之间的耦合电路(6)， 其特征在于， 所述信号发生器电路(5)包括用于生成和存储根据权利要求1-9、10-17或者18-24的本发明的方法中的至少一个所生成的多频测量信号的装置。
【文档编号】G01R27/18GK103713199SQ201310456410
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年9月29日 优先权日:2012年10月4日
【发明者】埃克哈德·布勒克曼, 布克哈德·毛赫特, 迪特尔·黑克尔 申请人:本德尔有限两合公司