专利名称：电气安装系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的电气安装系统。
背景技术：
公知电气安装系统，在所述电气安装系统中布置有大量电气设备或用电器。为了 保护这些设备或处于这些设备区域内的人员，设置有大量独特的保护装置，特别是故障电 流保护开关O^ehlerstromschutzschalter)或线路保护开关。在此方面，电气安装系统划 分成单个的分网，这些分网分别单独通过在大多数情况下通过一系列不同的保护开关来保 护。这种公知的电气安装系统的缺点是，需要非常多的保护开关，以便保证所有分网的安 全。此外，这种电气安装系统的另外的缺点是不能确定故障源。尽管使具有电技术故障的 分网失效，但接下来的故障查找却非常费时并且在许多情况下必须由专业人员进行。事后 对故障源的检测常常即使由专业人员也不能进行，从而先前受损断开的分网大多数情况下 未经改变地重新投入运行，尽管知道在该分网的内部存在潜在的故障源。由于这种并非不 常见的行为，意识到地使人员和设备处于危险中。
发明内容
本发明的目的因此在于，指出一种开头所提及类型的电气安装系统，利用该电气 安装系统可以避免所提及的缺点，利用该电气安装系统可以降低电气安装系统的复杂性并 且同时可以提高人员和设备的安全性。该目的依据本发明通过权利要求1的特征得以实现。由此能够以低的安装和设备开支尤其在复杂的电气安装系统中保护人员和设备。 由此能够以低的安装开支来检测和/或者定位复杂的电气安装系统中的故障。由此对电气 安装系统内部的电技术故障的查找不仅得到简化，而且通过电气安装系统自身来实施。用 户于是可以简单地排除所检测到的故障。由此可以防止在对故障原因缺乏了解的情况下使 损坏的电气安装系统未经改变地重新投入运行。由此可以提高人员和设备的安全性。像权利要求1那样同时形成本说明书一部分的从属权利要求涉及本发明的其他 具有优点的构造形式。本发明此外涉及一种按权利要求9前序部分所述的故障确定装置。本发明的目的在于，指出一种前面所提及类型的故障确定装置，利用该故障确定 装置可以避免开头所提及的缺点，利用该故障确定装置可以降低电气安装系统的复杂性并 且同时可以提高人员和设备的安全性。该目的依据本发明通过权利要求9的特征得以实现。由此能够以低的安装和设备开支尤其在复杂的电气安装系统中保护人员和设备。 由此能够以低的安装开支来检测和/或者定位复杂的电气安装系统中的故障。由此对电气 安装系统内部的电技术故障的查找不仅得到简化，而且通过电气安装系统自身来实施。用 户于是可以简单地排除所检测到的故障。由此可以防止在对故障原因缺乏了解的情况下使损坏的电气安装系统未经改变地重新投入运行。由此可以提高人员和设备的安全性。本发明此外涉及一种用于确定按权利要求10前序部分所述电气安装系统内故障 源的方法。本发明的目的因此在于，指出一种用于确定前面所提及类型的电气安装系统内故 障源的方法，利用该方法可以避免开头的缺点，并且利用该方法可以提高人员和设备的安 全性。该目的依据本发明通过权利要求10的特征得以实现。由此能够以低的安装和设备开支尤其在复杂的电气安装系统中保护人员和设备。 由此能够以低的安装开支来检测和/或者定位复杂的电气安装系统中的故障。由此对电气 安装系统内部的电技术故障的查找不仅得到简化，而且通过电气安装系统自身来实施。用 户于是可以简单地排除所检测到的故障。由此可以防止在对故障原因缺乏了解的情况下使 损坏的电气安装系统未经改变地重新投入运行。由此可以提高人员和设备的安全性。
下面借助其中仅示例性地示出优选实施方式的附图对本发明进行详细说明。在 此图1示出依据本发明的电气安装系统的第一实施方式；以及图2示出依据本发明的电气安装系统的第二实施方式。
具体实施例方式图1和图2示出电气安装系统1，该电气安装系统包括配电网2和/或者至少一个 第一电气设备3，其中，在配电网2和/或者至少一个第一电气设备3上和/或者里面布置 有机构4，该机构用于借助盲源分离(Blind Source Separation)来确定故障源，优选用于 测定至少一个第一电气故障源的方位，特别是测定至少一个第一故障电流源和/或者至少 一个第一过载区的方位。依据一种特别优选的实施方式，本发明涉及一种电气安装系统1，其中，配电网2 具有至少一个第一电气分网8和至少一个第二电气分网9，用于连接用电器和/或者第一设 备3，以及具有至少一个第一传感器5和至少一个第二传感器6，该至少一个第一传感器和 至少一个第二传感器用于检测通过电气安装系统1感应引起的或能通过该电气安装系统 影响的至少一个第一物理量，其中，第一电气分网8具有能以可预先给定的方式触发的第 一分离触点10，并且其中，第二电气分网9具有能以可预先给定的方式触发的第二分离触 点11，其中，将第一传感器和第二传感器5、6连接到故障确定装置7上，故障确定装置7构 成用于借助盲源分离来确定电气安装系统1内的故障源，并且，故障确定装置7与第一分离 触点和第二分离触点10、11有效连接。概念“感应引起的”在上下文中应该理解为引起或 造成某一事件的意思。由此能够以低的安装和设备开支尤其在复杂的电气安装系统1中保护人员和设 备。由此能够以低的安装开支来检测和/或者定位复杂的电气安装系统1中的故障。由此 对电气安装系统1内部的电技术故障的查找不仅得到简化，而且通过电气安装系统1自身 来实施。用户于是可以简单地排除所检测到的故障。由此可以防止在对故障原因缺乏了解的情况下使损坏的电气安装系统1未经改变地重新投入运行。由此可以提高人员和设备的 安全性。依据本发明的电气安装系统1用于运行任何类型的配电网2。该电气安装系统特 别是用于配电网2，尤其是用于例如工业设备中的复杂配电网2，这些工业设备例如在欧洲 采用230V/400V的电压来运行。通过依据本发明的电气安装系统1，电气设备3或其他用电器可以与配电网2分 离并且因此断开或失效，或者断开全部的分网8、9、13，因此断开配电网2的分区。在此被 称为分网8、9、13(如图1和图2所示)的是配电网2的可以通过分离触点10、11、18断开 和以这种方式与配电网2分离开的分区。依据所示的优选实施方式，配电网2具有用于连 接电气设备3的至少一个第一电气分网8和至少一个第二电气分网9，其中，第一电气分网 8具有能以可预先给定的方式触发的第一分离触点10，以及其中，第二电气分网9具有能以 可预先给定的方式触发的第二分离触点11。此外，依据本发明的所示的优选实施方式可以 设置的是，像这样的可断开的分网8、9、13再进一步划分成所谓的子网21，其中，被称为子 网21的是分 网8、9、13内部的如下区域，与该区域连接或可以与该区域连接的是电气设备 3、16、17，而该子网21自身以不单独借助于自己的分离触点10、11、13与配电网2分离的方 式构成。依据图1和图2的图示，与每个分网8、9、13或每个子网21连接有电气设备3、16、 17。对此需要说明的是，也可能仅存在这种电气设备2、16、17与分网8、9、13或子网21连 接的可能性。配电网2、分网8、9、13和子网21各自作为单条线在图1和图2中示意性示出，其 中，这些单条线也分别包括相应的配电网2、分网8、9、13和/或者子网21的全部电线，并因 此优选代表两条、三条、四条或者五条电线或电缆。作为分离触点10、11、18可以设置任何类型的分离触点10、11、18，所述分离触点 能够使电网，因此使分网8、9、13和/或者子网21，在所期望的最大电气状态下断开，因此与 配电网2分离。对“所期望的最大电气状态”优选可以理解为所期望的最大电流流动、所期 望的最大电压和/或者所期望的最大线路。除了配电网2内实际所期望的最大电气状态之 外，这些所期望的最大电气状态也可以通过相关的标准或规程来预先给定。因此，例如在带 有MOV工作电压的配电网2中可以设置的是，分离触点10、11、18必须能够可靠地切断高 达10000A的电流，这一点可以利用目前专业人员公知的断路开关来实现，如同这些断路开 关例如在公知的故障电流保护开关、线路保护开关和/或者电力保护开关中实现的那样。可以设置的是，分离触点10、11、18将相应的分网8、9、13与配电网2分离。为此 可以认为足够的是，仅在相应载流的外导线或者说相线内布置分离触点10、11、18。优选的 是，在中性线内也布置分离触点10、11、18，其中，此外还可以设置的是，地线也以可利用分 离触点10、11、18进行切换的方式构成。分离触点10、11、18至少构成用于受遥控地断开其分网8、9、13，其中，优选设置有 电缆连接或光导体连接的遥控装置或触发装置，由此可以主要在具有强电磁干扰场的环境 中实现很小的易受干扰性。但是也可以设置的是，分离触点10、11、18具有用于以无线电遥 控的方式断开的无线电接口，其中，通过适当的信道编码方法同样可以实现很高程度的抗 干扰性。通过借助无线电进行触发，可以明显减少安装开支，其中，无论是控制线路20用的 原材料，还是工作时间均可以得到节省。特别是在原材料成本越来越高的今天，以这种方式可以明显降低配电网的总成本支出。优选可以设置的是，分离触点10、11、18此外构成用于 以可预先给定的方式来遥控接通相应的分网8、9、13，其中，为此可以设置用于以遥控的方 式接通开关设备(例如保护开关)的公知的系统。依据本发明，在配电网2和/或者至少一个第一电气设备3上和/或者里面布置 有机构4，用于借助盲源分离来确定故障源。故障优选是可以在配电网2内部确定其影响的 任何类型的故障，其中，被称为“故障”的优选是故障电流和/或者过载电流如短路电流和/ 或者过压或者欠压的出现。被称为“故障源”的是相应故障的相应诱因，因此是指配电网2 内部故障的起因。故障源的确定优选是指对故障类型的确认和在配电网2内部对故障源， 特别是对至少一个第一故障电流源和/或者至少一个第一过载区，的定位或方位测定。用于借助盲源分离来确定故障源的机构4依据优选的实施方式包括至少一个第 一传感器5和至少一个第二传感器6，用于检测通过电气安装系统1感应引起的或能通过该 电气安装系统影响的至少一个第一物理量，如电压、电流，特别是故障电流和/或者过载电 流，和/或者温度。第一传感器5、第二传感器6和/或者其他传感器12因此尤其构成为电 流传感器，特别是构成为分流器、霍尔元件、变换器、电流差转换器或者总加电流互感器、和 /或者热电偶。优选的是，相应的传感器5、6、12带宽很大地构成，并且构成用于接收作为 取决于频率和/或者取决于时间的信号的相应物理量，其中，特别是在很宽的频率范围之 上接收该信号。由此可以保证人员和设备的安全，而无需为了人员和设备的安全不必要地 断开单个分网，因为电流对人员或者有用动物的影响很大程度上取决于频率，而用于设备 保护的相应极限值则基本上取决于电流的不依赖于频率的热作用。在用于保护人员、有用 动物和设备，因此机器和建筑物的不同极限值方面，可以参阅相关标准和例如Biegelmeier 教授先生的公开文献。优选的是，第一传感器5布置在第一电气分网8和/或者第一电气设备3上和/ 或者里面，并且第二传感器6布置在第二电气分网9和/或者第二电气设备16上和/或者 里面，由此可以检测配电网2内部的故障。正如此外还要详细介绍的那样，传感器5、6、12 不必布置在每个单个分网8、9、13里面，因此可以设置的是，至少一个分网8、9、13以没有传 感器的方式实施。单个传感器5、6、12在此方面可以大致在相应最近的分离触点10、11、18 的直接周围内，尽可能大范围分布地布置在电气安装系统2内，直接在单个设备3、16、17附 近或者依据上述方案的组合地布置。用于借助盲源分离来确定故障源的机构4依据优选的实施方式此外包括至少一 个故障确定装置7，用于借助盲源分离来确定电气安装系统1内的故障源。盲源分离是一 种过程或方法，用于在不同信号源的各种不同信号的混合信号(Signalgemisch)中确定单 个信号并将该信号配属给信号源。使盲源分离正确工作的条件是，共同形成混合信号的各 个单个信号彼此线性独立，并且在分别带有从信号源到相关部位的不同传输路径的至少两 个不同的部位上接收或检测混合信号。目前公知用于盲源分离的不同方法，例如主分量分 析(Principal Component Analysis)、奇异值分角军(Singular Value Decomposition)、独 立分量分析(Independent Component Analysis)、相关分量分析(Dependent Component Analysis)、非负矩阵因式分解(Non-Negative Matrix Factorization)或低复杂度编码和 解码(Low-Complexity Coding and Decoding)，其中，目前优选例如依据独立分量分析来 实现。
在这种相互联系中，在本发明的改进形式中优选的是，设置有用于实现盲源分离 的其他方法，特别是如下这种方法，在该方法中，可能的故障源的数量，因此在本发明中是 电气设备3、16、17和/或者分网或子网8、9、13、21的数量低于待设置的传感器5、6、12的数 量，由此可以进一步降低安装开支。特别是这种特别优选的方法例如由Andrzej Cichocki 和aum-ichi Amari公开了。由此可以形成一种电气安装系统2，其中传感器5、6、12的总 数量低于电气分网8、9、13的总数量，由此可以进一步降低用于形成电气安装系统2的开 支，特别是与如下现有技术相比，即，在该现有技术中，每个分网8、9、13通过单独的自主的 安全开关技术来进行保护。图2例如示出如下这种系统，在该系统中，五台设备3、16、17形 式的五个潜在故障源仅通过两个传感器5、6进行监测，其中，尽管如此，仍可以将出现的故 障准确地配属给确定的故障源，因为例如出现的故障电流在整个配电网2内传播，并且因 此例如在第一设备3上出现的故障电流不仅通过第一传感器5而且也通过第二传感器6来 进行检测。在用于借助盲源分离来确定电气安装系统1内故障源的方法中，因此设置的是， 检测通过电气安装系统1感应引起的或能通过该电气安装系统影响的至少一个第一物理 量和至少一个第二物理量，以及随后从第一物理量和第二物理量中借助盲源分离来确定故 障源。在依据本发明的方法的改进形式中，优选设置的是，如果故障超过可预先给定的 极限值，那么紧接着通过断开至少一个分离触点10、11、18来使故障源失效，以防止由于故 障造成损坏。可以设置的是，此外将出现故障的消息发送到用户端设备或在用户端设备上 显示，以便告知用户电气安装系统1的状态。也可以设置的是，例如如果由传感器之一的测 量值所体现的故障超过可预先给定的第二极限值，那么在切换分离触点10、11、18之前，就 已经将即将出现故障的相应信息发送到用户端设备或在用户端设备上显示。由此可以在故 障即将出现的时候就已经作出反应，并在需要时通知技术人员去排除故障和/或者手动地 使相关的故障源失效。此外，能够以远程作用的方式来调整第一极限值和第二极限值。在 这里可以设置的是，故障确定装置7具有用于显示故障的相应组件，以及用于向用户端设 备发送信息以及从用户端设备接收指示的相应组件，优选以具有至少半双工能力的无线电 接口的形式。故障确定装置7具有至少一个传感器输入端14和至少一个控制输出端15，该至少 一个控制输出端用于至少间接地触发电气安装系统1内部的至少一个分离触点10、11，以 及此外具有数据处理单元，该数据处理单元用于借助盲源分离来确定电气安装系统1内的 故障源。数据处理单元优选具有微控制器、微处理器和/或者现场可编程门阵列(FPGA)，以 及其运行所需的部件，例如像电源件和例如半导体存储器、光学存储器和/或者电磁存储 器形式的存储单元。此外，可以设置有输入机构，例如像键盘输入区，和/或者显示机构，例 如像显示屏或者简单的状态指示灯显示。传感器输入端14以用于输入通过传感器5、6、12检测到的信号的方式构成并且可 以构成为模拟输入端或者数字输入端。依据图1的构成形式，单个传感器5、6、12布置在构 成为总线的传感器线路19上，该传感器线路在图1和2中(为了更好地加以区分)作为虚 线示出，并且仅单个传感器线路19接在传感器输入端14上。在这种构成形式中，总线控制 器布置在单个传感器5、6、12上，同样布置在传感器输入端14上。在依据图2的实施方式中，分别针对每个传感器5、6设置有单独的传感器输入端14。控制输入端15以用于触发分离触点10、11、18的方式构成，其中，依据图1的实施 方式，将图1和2中(为了更好地加以区分)作为虚点线示出的唯一控制线路20的构成形 式设置为总线，但其中省略了其他触发部件。控制输入端15在这里必须提供用于触发分离 触点10、11、18所需的全部功率并且具有相应功率强大的输出级。在依据图2的实施方式 中，此外设置有单独的开关单元22，该开关单元由控制线路20来触发并且然后再对单个分 离触点10、11、18进行控制。这一点特别是在分布广的电气安装系统1中具有的优点是，不 出现过大的电缆长度，该过大的电缆长度会导致驱动器级(Treiberstufe)上出现问题或 导致控制线路20内信号分散。在本发明的改进形式中，可以在至少一个设备3、16、17的区域内设置有用于检测 非电量的其他传感器23，例如液体传感器和/或者湿度传感器、热传感器、盖格计数器、有 害气体传感器、火警报警器、烟气传感器、冲击传感器和/或者振动传感器。相关的传感器 23在此方面优选以如下方式构成，S卩，使该传感器在检测到需要通知用户或者切断相关设 备17的危险工作状态的情况下，有针对性地产生可预先给定的漏电电流并且经由设置在 设备17里面或者上面的漏电线路M导入相关的第二分网9或子网21内。由此，在无需其 他总线连接的情况下就可以识别出相关设备17有故障并且在需要时将其断开。在这里可 以设置的是，将可预先给定的漏电电流用于传递信息，方法是例如将关于工作状态的信息 或者传感器数据以编码的形式包含在漏电电流内，这些信息或者传感器数据可以通过故障 确定装置7来读取和处理。其它依据本发明的实施方式仅具有一部分所述特征，其中，可以设置各种组合，特 别是所介绍的不同实施方式的各种组合。
权利要求
1.电气安装系统(1)，所述电气安装系统包括配电网(2)和/或者至少一个第一电气 设备(3)，其特征在于，在所述配电网( 和/或者所述至少一个第一电气设备C3)上和/ 或者里面布置有机构，用于借助盲源分离来确定故障源，优选用于测定至少一个第一电 气故障源的方位，特别是测定至少一个第一故障电流源和/或者第一过载区的方位。
2.按权利要求1所述的电气安装系统(1)，其特征在于，用于借助盲源分离来确定故障 源的所述机构(4)包括至少一个第一传感器(5)和至少一个第二传感器(6)，用于检测至少 一个通过所述电气安装系统(1)感应引起的或能被所述电气安装系统影响的第一物理量。
3.按权利要求1或2所述的电气安装系统(1)，其特征在于，用于借助盲源分离来确定 故障源的所述机构(4)包括至少一个故障确定装置(7)，用于借助盲源分离来确定所述电 气安装系统(1)内的故障源。
4.按权利要求3所述的电气安装系统(1)，其中，所述配电网(2)具有至少一个第一 电气分网(8)和至少一个第二电气分网(9)，用于连接电气设备(3)，其中，所述第一电气分 网(8)具有能以能预先给定的方式触发的第一分离触点(10)，并且其中，所述第二电气分 网(9)具有能以能预先给定的方式触发的第二分离触点(11)，其特征在于，将所述第一传 感器和所述第二传感器(5、6)连接到所述故障确定装置(7)上，并且所述故障确定装置(7) 与所述第一分离触点和所述第二分离触点(10、11)有效连接。
5.按权利要求4所述的电气安装系统(1)，其特征在于，所述第一传感器(5)布置在所 述第一电气分网(8)和/或者所述第一电气设备C3)上和/或者里面，以及所述第二传感 器(6)布置在所述第二电气分网(9)和/或者第二电气设备(16)上和/或者里面。
6.按权利要求1至5之一所述的电气安装系统(1)，其特征在于，所述盲源分离依据独 立分量分析来实现。
7.按权利要求4、5或6所述的电气安装系统(1)，其特征在于，设置有能预先给定数量 的其他传感器(1 和能预先给定数量的其他电气分网(13)，以及所述传感器(5、6、12)的 总数量小于电气分网(8、9、13)的总数量。
8.按权利要求2至7之一所述的电气安装系统(1)，其特征在于，所述至少一个第一传 感器和/或者所述至少一个第二传感器(5、6)构成为电传感器，特别是构成为分流器、霍尔 元件、变换器或者总加电流互感器。
9.故障确定装置(7)，用于确定优选按权利要求1至8之一所述的电气安装系统(1) 内的故障源，其特征在于，所述故障确定装置(7)具有至少一个传感器输入端(14)和至少 一个控制输出端(15)，所述至少一个控制输出端用于至少间接地触发电气安装系统(1)内 部的至少一个分离触点(10、11)，以及所述故障确定装置(7)具有数据处理单元，用于借助 盲源分离来确定所述电气安装系统(1)内的故障源。
10.用于借助盲源分离来确定优选按权利要求1至8之一所述的电气安装系统(1)内 的故障源的方法，其特征在于，检测通过所述电气安装系统(1)感应引起的或能被所述电 气安装系统影响的至少一个第一物理量和至少一个第二物理量，以及随后从所述第一物理 量和所述第二物理量中借助盲源分离来确定故障源。
全文摘要
在一种电气安装系统(1)中，该电气安装系统包括配电网(2)和/或者至少一个第一电气设备(3)，为了降低电气安装系统的复杂性和提高人员和设备的安全性而提出在配电网(2)和/或者至少一个第一电气设备(3)上和/或者里面布置有机构(4)，该机构用于借助盲源分离来确定故障源，优选用于测定至少一个第一电气故障源的方位，特别是测定至少一个第一故障电流源和/或者至少一个第一过载区的方位。
文档编号H02H1/00GK102067399SQ200980123212
公开日2011年5月18日 申请日期2009年4月30日 优先权日2008年6月18日
发明者米夏埃尔·科赫 申请人:伊顿有限公司