用于在供電系統(tǒng)中的絕緣監(jiān)視的設(shè)備和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于在供電系統(tǒng)中的絕緣監(jiān)視的設(shè)備和方法，該供電系統(tǒng)由主系統(tǒng)(其包括經(jīng)由中性點電阻而高電阻接地的中性點)和可選地至少一個子系統(tǒng)組成，其中，主系統(tǒng)和子系統(tǒng)各自具有用于記錄差動電流的差動電流測量設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]為了確保電氣供電的高可用性和運行安全以及保證在電氣安裝的操作區(qū)域內(nèi)的人員安全，供電網(wǎng)絡(luò)被廣泛地使用，與接地網(wǎng)絡(luò)類型形成對比，該供電網(wǎng)絡(luò)的有源元件與接地電位分離。在這種被稱為未接地IT系統(tǒng)的供電網(wǎng)絡(luò)中，有源導體可以表現(xiàn)出絕緣故障而沒有必要中斷正在進行的安裝操作，這是因為由于在導體和大地之間的理想的無限高阻抗值而不會在這個第一故障情況下形成閉合電路。在這種情況下，絕緣故障是IT系統(tǒng)的故障狀態(tài)，該IT系統(tǒng)使絕緣電阻下降到低于允許的絕緣水平。
[0003]除了這些未接地IT系統(tǒng)以外，世界范圍內(nèi)存在另一種類型的網(wǎng)絡(luò)，其中，中性點經(jīng)由足夠高的阻抗連接到大地。所述阻抗可以設(shè)計作為歐姆電阻并且可以被配置為具有高或低電阻。此處考慮高電阻接地(在國際上被稱為HRG)的情況下，所述中性點電阻將正在發(fā)生的故障電流限制到尚未引起觸發(fā)過電流保護設(shè)備的值。
[0004]通常，這種HRG系統(tǒng)被配置為如下方式:在第一絕緣故障情況下故障電流被限制到在5A和1A之間的值，并且除非故障電流上升到超過10A，否則HRG系統(tǒng)不會停止運轉(zhuǎn)。因此，300mA值的故障電流限制(其在很多歐洲的用于消防目的的接地供電系統(tǒng)中是常見的)在HRG系統(tǒng)中是不可能的。
[0005]在具有單相對地的死接地故障的600V三相網(wǎng)絡(luò)中，從故障電流限制到5A開始，在HRG系統(tǒng)的限流電阻處產(chǎn)生約1.8kff的有功功率?？磥硭坪鮄RG系統(tǒng)的支持者和運營商還沒有充分地考慮以下認識:開始于有功功率值高于60W(亦即，即使具有由于高電阻絕緣故障電阻而更低的故障電流)，火災(zāi)危險變?yōu)榭赡堋?br>[0006]然而，由于與IT系統(tǒng)相比的相對低電阻HRG到大地的連接，絕緣監(jiān)視設(shè)備的使用(其在IT系統(tǒng)中是常見的，并且其通常假設(shè)理想的無限高的IT系統(tǒng)對地(絕緣)電阻)在大多數(shù)情況下是不可能的。因此無法檢測到其中留有由高電阻絕緣故障導致的低故障電流的絕緣(低)損耗。HRG系統(tǒng)的絕緣狀態(tài)主要借助于在中性點連接處的差動電流測量來監(jiān)視。證明在這方面不利的是借助于中性點電流的中心差動電流測量，也無法檢測到對稱性故障，該對稱性故障相互補償漏電流和故障電流，以及有源導體之間的流經(jīng)大地的串電流。
[0007]進一步，在具有經(jīng)由大地的電容性串電流的HRG系統(tǒng)中的故障組合的仿真結(jié)果表明，在由于絕緣故障(電阻)而具有約30A的峰值的故障電流的情況下，經(jīng)由中性點電阻的可測差動電流是低于5A的峰值的。這意味著，即使在中性點連接中的電流流動受到限制，恰恰引起了那些本應(yīng)該通過在中性點中的電流限制被預(yù)防的危險的火災(zāi)。
[0008]類似地如在IT系統(tǒng)中，在第一絕緣故障的情況下，在HRG系統(tǒng)中也必須盡可能快地定位以及消除故障。從現(xiàn)有技術(shù)的狀態(tài)中已知用于在HRG系統(tǒng)中的故障定位的方法，其中，中性點電阻的部分受脈沖作用并且周期性被跨接。周期性降低的中性點電阻值導致在HRG系統(tǒng)的故障輸出電力饋電中的故障電流值的脈沖增加。可以借助于差動電流測量值檢測這個脈沖故障電流。然而，這種用于絕緣故障定位的方法具有的缺點是，作為被動的方法，它無法擴展到監(jiān)視絕緣的對稱損耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明基于提出用于在HRG供電系統(tǒng)中的絕緣監(jiān)視的設(shè)備和方法的目的，該供電系統(tǒng)還可以可靠地確定對地高電阻絕緣故障電阻，以及可以確定絕緣電阻，特別是在對稱故障的情況下。被開發(fā)的系統(tǒng)將能夠集成到現(xiàn)有的HRG系統(tǒng)中，并且還允許在整個HRG供電系統(tǒng)中的絕緣故障定位。
[0010]關(guān)于設(shè)備，通過用于生成主動測量信號并且用于將主動測量信號饋送到主系統(tǒng)中的測量信號發(fā)生器，并且通過連接到差動電流測量設(shè)備并且連接到測量信號發(fā)生器以評估差動電流測量信號的評估設(shè)備，結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的在供電系統(tǒng)中用于絕緣監(jiān)視的設(shè)備來達到這個目的，所述供電系統(tǒng)由主系統(tǒng)和可選地至少一個子系統(tǒng)組成，所述主系統(tǒng)包括經(jīng)由中性點電阻高電阻接地的中性點，所述主系統(tǒng)和所述子系統(tǒng)各自具有用于記錄差動電流的差動電流測量設(shè)備。
[0011]有利地，本發(fā)明的基本思想是基于經(jīng)由主動測量方法將測量信號饋送進可選地有分支的HRG系統(tǒng)中，記錄將要借助于差動電流測量來監(jiān)視的輸出電力饋電中的測量信號驅(qū)動的故障電流，以及使用所記錄的故障電流以確定供電系統(tǒng)的總絕緣電阻和確定主系統(tǒng)以及可能存在的子系統(tǒng)的部分絕緣電阻。為此，絕緣監(jiān)視設(shè)備具有測量信號發(fā)生器，其生成針對HRG系統(tǒng)的測量信號，并且在主系統(tǒng)的饋電點將其饋送進主系統(tǒng)中以及饋送進可能存在的子系統(tǒng)中。通過主系統(tǒng)中的差動電流測量設(shè)備，以及在可選地安裝子系統(tǒng)的情況下，還通過以分散的方式布置于子系統(tǒng)中的差動電流測量設(shè)備，來記錄由測量信號驅(qū)動的故障電流，并且在每種情況下作為(差動電流)測量信號提供給評估設(shè)備。
[0012]主動測量信號的饋送允許檢測對稱絕緣故障，其相互補償漏電流和故障電流，以及在導體之間的流經(jīng)大地的串電流，其中，測量信號作為共模信號經(jīng)由供電系統(tǒng)的有源導體來驅(qū)動正在發(fā)生的故障電流作為可測差動電流部分。
[0013]因此，根據(jù)本發(fā)明的絕緣監(jiān)視設(shè)備即使在HRG系統(tǒng)中也能夠預(yù)防性地確定顯著較高電阻的絕緣電阻以及伴隨的絕緣故障。
[0014]此外，由于檢測到更低絕緣損耗(亦即，在具有小故障電流的高電阻絕緣電阻的情況下)的可能性，因此可以觀察到以上所引用的在故障電阻中的60W有功功率限制。
[0015]在一個便利的實施例中，主動測量信號是串聯(lián)饋送到中性點電阻的測量電壓
(Umess)。
[0016]在這個實施例中，用于饋送測量電壓的測量信號發(fā)生器被配置為與中性點電阻串聯(lián)連接的低電阻電壓源。
[0017]在代替的實施例中，主動測量信號是并聯(lián)饋送到中性點電阻的測量電流。
[0018]在這種情況下，用于饋送測量電流的測量信號發(fā)生器被配置為高電阻電流源并且并聯(lián)連接到中性點電阻。
[0019]因為中性點電阻幾乎存在于所有現(xiàn)有的HRG系統(tǒng)中，所以可以有利地利用這個事實以技術(shù)上和經(jīng)濟上的簡單方式來饋送測量信號。中性點電阻代表了在HRG系統(tǒng)中的電氣上和空間上的中心點，以便使在中性點與大地之間饋送的測量信號充當驅(qū)動源，用于所有由于絕緣故障而在網(wǎng)絡(luò)中的任何點處發(fā)生的故障電流。當絕緣故障發(fā)生時，在網(wǎng)絡(luò)和大地之間的測量電路經(jīng)由絕緣故障電阻閉合，并且生成故障電流，可以通過所有位于該電路中的差動電流測量設(shè)備將該故障電流作為差動電流記錄。
[0020]饋送主動測量信號的兩種選擇都具有中性點電阻值保持不變的優(yōu)勢，亦即，沒有發(fā)生受脈沖作用的中性點電阻的變化，并且因此作為特定系統(tǒng)屬性的電流限制也保持在恒定值上。通過對測量信號和差動電流之間的關(guān)系進行評估，與改變中性點電阻相比，即使在高阻絕緣阻抗的情況下，也可以實現(xiàn)顯著更好的分辨率。
[0021]此外，絕緣監(jiān)視設(shè)備在主系統(tǒng)的外導體處具有人工中性點，經(jīng)由該中性點可以分接對地電壓信號。
[0022]通過在主系統(tǒng)的外導體處形成人工中性點，可以獲得對地電壓信號，該信號允許結(jié)合差動電流測量值來計算絕緣電阻或者可以使用該信號來控制測量信號。
[0023]在另一個實施例中，測量信號發(fā)生器具有用于控制所生成的主動測量信號的控制單元，其中，出現(xiàn)在主系統(tǒng)中的所述主動測量信號作為可以經(jīng)由人工中性點分接的電壓信號來反饋。
[0024]控制單元確保即使在經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)的發(fā)電機或變壓器之后，對測量信號發(fā)生器中的一個或多個測量信號參數(shù)的特定調(diào)整也正確地出現(xiàn)在主網(wǎng)絡(luò)側(cè)，以便保證對由測量信號驅(qū)動的故障電流的可靠檢測。在這個過程中，出現(xiàn)在主系統(tǒng)處的饋送測量信號被分接作為在主系統(tǒng)的外導體處的共模信號，并且經(jīng)由人工中性點反饋回測量信號發(fā)生器的控制單
J L.ο
[0025]在簡化的電路布置中，特別是在不太復雜形狀的測量信號的情況下，在人工中性點處的持續(xù)電壓測量以及在評估單元中的這個電壓信號的相應(yīng)處理也足夠可以代替反饋控制。
[0026]以有利的方式，主動測量信號的信號形狀和信號參數(shù)可以適用于要監(jiān)視的供電系統(tǒng)的電氣特性。