在不接地供電網中進行絕緣故障定位的絕緣故障定位儀及設備的製作方法

2023-06-10 09:02:21

專利名稱：在不接地供電網中進行絕緣故障定位的絕緣故障定位儀及設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於在不接地的供電網中進行絕緣故障定位的絕緣故障定位儀，其包括正好一個測量通道、至少一個電流測量裝置以及分析裝置。此外，本發明還涉及一種用於在不接地的供電網中進行絕緣故障定位的設備，其包括用於產生測試電流的測試儀以及根據本發明的絕緣故障定位儀。
背景技術：
為了提高供電設備的可用性和運行可靠性，同時也為了確保操作人員在電氣設施的區域中進行操作時的人身安全，有必要在設施自動切斷或者在接觸帶電導線時產生危險的流過人體的電流之前識別出線路網中的絕緣故障。因此，為了給例如在醫學診療室內的重要的設施和用電器供電，使用具有絕緣監測功能的不接地的電網(IT系統)。由於導線與地之間的阻抗值在理想狀況下無窮大，因此在出現絕緣故障時不會產生短路電流，使得在出現這種單相接地(「一類故障」)時也確保供電。人身安全也能得到保障，因為在接觸帶電導線時不會形成具有流過(接地)人體的電流的閉合迴路。如果供電網在出現「一類故障」的情況下繼續運行，那麼由於這個故障會導致由此前不接地的電網形成接地系統，使得其它故障會導致切斷設施，或者接觸帶電導線也會導致危險的流過人體的電流。因此，有必要迅速定位並排除絕緣故障。絕緣監測儀監測IT電網的絕緣水平，並且只要絕緣電阻低於預定的動作值就產生報警信號。藉助該信號會在固定安裝的系統中自動啟動藉助絕緣故障定位裝置的絕緣故障定位。絕緣故障定位裝置由絕緣監測儀(包括測試電流發生器)或特殊的測試儀以及與一個或多個測量用電流互感器連接的絕緣故障分析儀構成。絕緣監測儀或測試儀在電網上疊加一個測量用電壓，這個測量用電壓會在故障線路內導致與絕緣故障成比例的測試電流。這個測試電流信號能夠由位於有故障的輸出饋電線上的所有測量用電流互感器檢測，並且通過絕緣故障分析儀進行分析和顯示。通過分析測量用電流互感器/電路或輸出饋電線之間的關聯，可以鎖定故障位置。但缺點是，在具有大多安裝在開關櫃中的故障定位裝置的有缺陷的用電器的情況下，雖然能測定有故障的輸出饋電線，卻無法據此直接找到連接有該故障用電器的相應的插座。這適用於所有作為IT電網不僅安裝在樓宇中而且也安裝在船舶或車輛中的電氣設施。所使用的故障定位裝置僅識別有故障的輸出饋電線，卻不識別相應的用電器，因為用電器都以分支方式連接在次級配電設施上。為了精確定位，除了固定安裝的故障定位系統外，還可以附加地實施利用可攜式故障定位系統進行的手動絕緣故障定位。那麼，該事後的定位措施能夠允許在次級的輸出饋電線中的直至各個用電器埠的定位。替代地，能夠通過將各個用電器與電網斷開，並且在同時對固定安裝的故障定位系統進行觀測的情況下，定位故障用電器。總體而論，絕緣故障定位非常複雜，而且只能由電氣專業人員實施。

發明內容
有鑑於此，本發明的目的是簡化用於定位有故障的用電器的絕緣故障定位過程並提高其效率。該目的通過一種用於在不接地的供電網中進行絕緣故障定位的絕緣故障定位儀來實現，所述絕緣故障定位儀包括正好一個測量通道、至少一個電流測量裝置以及分析裝置，其中所述電流測量裝置和所述分析裝置實施為附件或轉接件形式的一體式結構單元。所述絕緣故障定位儀具有正好一個測量通道，並且根據本發明由至少一個電流測量裝置以及分析裝置構成，所述電流測量裝置和所述分析裝置構成一體式結構單元。這個結構單元可以以附件或轉接件的形式直接安裝在用電器進線或次級配電系統上。由可能的絕緣故障引發的測試電流信號被電流測量裝置檢測，並且立即在相同位置上被分析裝置作為故障信號發送。這樣就能將所出現的絕緣故障明確地與導致該絕緣故障的用電器設備直接相關聯。未受過專業訓練的人員也能發現絕緣故障，並且能夠取消接下來利用可攜式故障定位系統實施多數情況下複雜的絕緣故障手動定位。在其它有利的實施方案中，所述由電流測量裝置和分析裝置構成的一體式結構單元可以是轉接件或附件，所述轉接件構成為用於插在與保護觸點兼容的插式連接上的轉接插頭，所述附件構成為插座且該插座具有與保護觸點兼容的插式連接，或者集成在用於標準化安裝到帽形導軌上的殼體中，或者配備有用於直接連接電氣進線的電觸點。在構成為轉接件的情況下，後續安裝是毫無問題的，因為只需要在保險插座上將轉接插頭形式的轉接件插入用電器進線。這項措施不必由電氣專業人員實施。所述集成的附件自身也可以構成為保險插座。在此情況下，該附件在沒有布線耗費的情況下就能起到市售保險插座的作用，同時還擴展了其絕緣故障定位功能。所述附件的另一有利的實施方案是，所述附件集成在用於標準化安裝到帽形導軌，例如次級配電系統開關櫃中的帽形導軌上的殼體中。藉此可在中央位置明確識別出發生故障的用電器進線並發出信號。此外，所述附件構成有用於直接連接電氣進線的電觸點也是有利的。在這種實施方式中，附件可以在不斷開進線的情況下安裝到待測試連接線上，其中，所述電流測量裝置實施為優選可分的測量用電流互感器，並且能夠通過接觸銷實現導線的接觸。在廣泛的安裝工作中，這種實施方式也適用於後續安裝。除所述附件構成為直接與電氣進線接觸這種實施方案外，適宜的是，所述電流測量裝置構成為用於測量負載電流的分流電阻。除了用其它電流測量裝置檢測測試電流外，這也附加地允許測量負載電流的大小和角度，從而用於確定被監測線路上的過載。所述電流測量裝置優選構成為測量用電流互感器。除了優先檢測測試電流外，工作模式的轉換還實現差動電流或負載電流的測量。因為在不接地的系統中出現歐姆絕緣故障時，由於電網的漏電容往往還會引發差動電流，因此，通過識別這個差動電流可以提高絕緣故障定位的可靠性。此外，所述儀器在差動電流模式和負載電流模式下還能應用於接地的供電系統。所述儀器優選具有用於測量電網電壓和地電位的電網耦合電路。通過對電網電壓的大小和角度進行測量，可以在進線上出現欠壓或過壓時發出報警信號。此外，通過按不對稱法(U12=U1E+U2E，其中U12是線間電壓，並且Uie或U2e分別是對地電壓)，藉助電網電壓測量和地電位測量可以在插入時識別出故障用電器(接地故障快速識別)。通過同相測量負載電流和電網電壓，可以測定已連接的用電器的有功功率和視在功率或功率因數。此外，所述目的如下得以實現，即一種用於在不接地的供電網中進行絕緣故障定位的、具有用於產生測試電流的測試儀的設備包括根據本發明的絕緣故障定位儀。根據本發明的這種裝置由此成為完整的絕緣故障定位裝置，其包括通過所述測試儀激活測試電流信號和通過根據本發明的絕緣故障定位儀檢測和分析這個測試電流信號。所述設備優選具有用於顯示實測值以及用於以光學和/或聲學方式表示報警信號和狀態信號的信號儀。一個或多個這樣的信號儀允許顯示或表示由一個或多個絕緣故障定位儀測定的並傳輸給該信號設備的值。舉例而言，這些值可以是負載電流、差動電流、測試電流、電網電壓U12、有功功率、視在功率或被獲取的電能。為了對由獨立的測量用電流互感器檢測到的電流進行分析，所述設備具有用於對多個測量通道的數據進行處理的中央分析儀。所述分析儀包括與所述信號儀相對應的信號單元，該信號單元用於顯示實測值以及用於以光學和/或聲學方式表示報警信號和狀態信號。替代地或附加地，也可以在所述分析儀中對通過根據本發明的絕緣故障定位儀的電流測量裝置檢測到的數值進行集中處理。在根據本發明的絕緣故障定位儀和所述信號儀之間以及/或者在根據本發明的絕緣故障定位儀和所述分析儀之間設有數據傳輸線路。該數據傳輸允許用上述分析儀和信號儀對藉助絕緣故障定位儀分散採集到的數值進行集中分析與表示。其中，所述數據傳輸線路可以以有線或無線方式構成有發送及接收裝置。作為有線傳輸方法可以採用疊加在線路網上的調製載波信號，例如電力線通信，或者專為數據傳輸而設有的線路，例如乙太網。無線數據傳輸例如可以通過例如按照(移動)無線電標準的無線電信號或紅外信號而實現。為此，所述絕緣故障定位儀、所述分析儀和所述信號儀分別具有與傳輸方法相對應的發送及接收裝置。


從下面的藉助示例闡述本發明的優選實施形式的說明和附圖中獲得其他有利的實施方案特徵。圖1示出根據本發明的絕緣故障定位儀的功能框圖；圖2不出實施為插座時的一個實施形式的插座嵌件,所述插座嵌件具有與保護觸點兼容的插式連接；圖3示出實施為在殼體中的附件的實施形式。
具體實施例方式圖1示出根據本發明的用於在不接地的供電網4中進行絕緣故障定位的絕緣故障定位儀2的基本電氣結構的功能框圖。不接地的供電網4是由導線L1和L2構成的用電器進線4，該用電器進線由接地電網8通過變壓器6饋電並且為用電器10供電。用電器進線4可以是IT電網的固定敷設的設備的一個電纜段4，或者是任意的一個自由電纜段4，具體視用途而定。在將絕緣故障定位儀實施為轉接件的情況下，絕緣故障定位儀2布置在電纜段4與保險插座12的插式連接12和用電器10與電纜段4的插式連接14之間。絕緣故障定位儀2包括一個或多個電流測量裝置20、電網耦合電路22和分析裝置24。電流測量裝置20實施為用於測量負載電流的分流電阻26以及用於檢測測試電流或差動電流的測量用電流互感器28。電網耦合電路22具有用於測量電網電壓的第一耦合支路以及用於測量地電位的第二耦合支路，其中所述第一耦合支路與帶電導線L1連接並具有耦合電阻Rai和測量用電阻Rmi，所述第二耦合支路與地電位連接並具有耦合電阻Ra2和測量用電阻RM2。分析裝置24針對差動電流測量、測試電流測量、負載電流測量、電網電壓測量和地電位測量分別具有一條信號通路，所述信號通路具有放大電路和連接在該放大電路後面的濾波電路。在此，在測量差動電流時，被檢測到的測量信號經由在輸入端側與電流測量裝置20、28連接的第一放大電路32以及連接在該第一放大電路後面的第一濾波電路34傳輸。為了測量測試電流，所述分析裝置具有在輸入端側與第一濾波電路34的輸出端連接的第二濾波電路36以及連接在該第二濾波電路後面的微分電路38 ;為了測量負載電流，所述分析裝置具有在輸入端側與分流電阻26連接的第二放大電路40以及連接在該第二放大電路後面的第三濾波電路42。電網電壓測量通過第三放大電路44以及連接在該第三放大電路後面的第四濾波電路46來完成，所述第三放大電路在輸入端側與在耦合電阻Rai和測量用電阻Rmi之間的第一耦合支路連接。為了測量地電位設有通過第四放大電路48以及連接在該第四放大電路後面的第五濾波電路50，所述第四放大電路在輸入端側與在耦合電阻Ra2和測量用電阻Rm2之間的第二耦合支路連接。第一濾波電路34的輸出端、第三濾波電路42的輸出端、第四濾波電路46的輸出端、第五濾波電路50的輸出端以及微分電路38的輸出端分別通過一個模/數轉換器52通向包含有存儲單元56的微處理器54。作為圖1所示的模擬濾波電路34、36、42、46和50的替代方案，也可以在微處理器
54中藉助數位訊號處理算法在數字層面進行信號濾波。絕緣故障定位儀2配設有數據接口 60，用於傳輸實測值、報警信號和狀態信號，這個數據接口具有用於進行有線或無線數據傳輸的發送及接收裝置。LED信號顯示器62發送有關儀器2的工作狀態的信號並且在出現絕緣故障時進行報警。此外，根據本發明的絕緣故障定位儀2還具有用於測試差動電流觸發的測試裝置64以及用於所述供電網自主供電的電源組件66。圖2基於根據本發明的絕緣故障定位儀2作為插座的實施形式，並且示出印製電路板68作為插座嵌件70，其具有與保護觸點兼容的插式連接。帶電導線L1和L2構成為插式觸點72並且由測量用電流互感器28包圍，而地線則起保護觸點76作用地將測量用電流互感器28包圍。固定安裝的電流線路通過導線端子78與印製電路板68連接並且通過印製導線80通向觸點72、76。在印製電路板68上，分流電阻26嵌在導線L1的印製導線80中。為了發出報警信號，實施為信號裝置62的LED信號顯示器62與印製電路板68電連接。
圖3示出根據本發明的絕緣故障定位儀2實施為在殼體82中的附件的實施形式，所述殼體可以標準化安裝到帽形導軌上，例如在開關櫃中的帽形導軌。在這個實施形式中，電流測量裝置、電網耦合電路和分析裝置類似實施為插座時的實施方式布置在安裝在殼體82中的印製電路板68上。
權利要求
1.一種用於在不接地的供電網(4)中進行絕緣故障定位的絕緣故障定位儀(2)，包括正好一個測量通道、至少一個電流測量裝置(20)以及分析裝置(24)，其特徵在於，所述電流測量裝置(20)和所述分析裝置(24)構成為附件(2)或轉接件(2)形式的一體式結構單元。
2.如權利要求1所述的絕緣故障定位儀，其特徵在於，所述附件(2)構成為具有與保護觸點兼容的插式連接的插座(70)。
3.如權利要求1所述的絕緣故障定位儀，其特徵在於，所述轉接件(2)構成為用於插在與保護觸點兼容的插式連接上的轉接插頭。
4.如權利要求1所述的絕緣故障定位儀，其特徵在於，所述附件(2)集成在用於標準化安裝到帽形導軌上的殼體(82)中。
5.如權利要求1所述的絕緣故障定位儀，其特徵在於，所述附件(2)構成有用於直接連接電氣進線(4)的電觸點。
6.如權利要求1至4中任一項所述的絕緣故障定位儀，其特徵在於，所述電流測量裝置(20)構成為用於測量負載電流的分流電阻(26)。
7.如權利要求1至6中任一項所述的絕緣故障定位儀，其特徵在於，所述電流測量裝置(20)構成為測量用電流互感器(28)。
8.如權利要求1至7中任一項所述的絕緣故障定位儀，其特徵在於，設有用於測量電網電壓和地電位的電網耦合電路(22 )。
9.如權利要求1至8中任一項所述的絕緣故障定位儀，其特徵在於，所述分析裝置(24)具有帶有存儲單元(56)的微處理器(54)以及一個或多個模/數轉換器(52)。
10.如權利要求1至9中任一項所述的絕緣故障定位儀，其特徵在於，所述分析裝置(24)針對差動電流測量、測試電流測量、負載電流測量、電網電壓測量和地電位測量分別具有一條信號通路，所述信號通路具有放大電路和連接在所述放大電路後面的濾波電路。
11.如權利要求10所述的絕緣故障定位儀，其特徵在於，數字式濾波電路(34，36，42，46，50)實施為軟體實現。
12.如權利要求1至11中任一項所述的絕緣故障定位儀，其特徵在於，設有用於傳輸實測值、報警信號和狀態信號的數據接口(60)。
13.如權利要求12所述的絕緣故障定位儀，其特徵在於，所述數據接口(60)構成有用於進行有線數據傳輸的發送及接收裝置(60)。
14.如權利要求12或13所述的絕緣故障定位儀，其特徵在於，所述數據接口(60)構成有用於進行無線數據傳輸的發送及接收裝置(60 )。
15.如權利要求1至14中任一項所述的絕緣故障定位儀，其特徵在於，設有用於顯示實測值以及用於以光學和/或聲學方式表示報警信號和狀態信號的信號裝置(62)。
16.如權利要求1至15中任一項所述的絕緣故障定位儀，其特徵在於，設有用於測試差動電流觸發的測試裝置(64)。
17.如權利要求1至16中任一項所述的絕緣故障定位儀，其特徵在於，設有由所述供電網(4)進行自主供電的電源組件(66)。
18.一種用於在不接地的供電網(4)中進行絕緣故障定位的設備，包括用於產生測試電流的測試儀以及如權利要求1至17中任一項所述的絕緣故障定位儀(2)。
19.如權利要求18所述的設備，其特徵在於，設有用於顯示實測值以及用於以光學和/或聲學方式表示報警信號和狀態信號的信號儀。
20.如權利要求18或19所述的設備，其特徵在於，設有用於對多個測量通道的數據進行處理的中央分析儀。
21.如權利要求19或20所述的設備，其特徵在於，在根據本發明的絕緣故障定位儀(2)和所述信號儀之間以及/或者在根據本發明的絕緣故障定位儀(2)和所述分析儀之間設有數據傳輸線路。
22.如權利要求21所述的設備，其特徵在於，所述數據傳輸線路以有線方式構成有發送及接收裝置(60)。
23.如權利要求21或22所述的設備，其特徵在於，所述數據傳輸線路以無線方式構成有發送及接收裝置(60)。
全文摘要
本發明涉及一種用於在不接地的供電網(4)中進行絕緣故障定位的絕緣故障定位儀(2)，其包括正好一個測量通道、至少一個電流測量裝置(20)以及分析裝置(24)，其中，所述電流測量裝置(20)和所述分析裝置(24)構成為附件(2)或轉接件(2)形式的一體式結構單元。此外，本發明還涉及一種用於在不接地的供電網(4)中進行絕緣故障定位的設備，其包括用於產生測試電流的測試儀以及根據本發明的絕緣故障定位儀(2)。
文檔編號G01R31/08GK103033722SQ201210370880
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月28日 優先權日2011年9月29日
發明者奧利弗·舍費爾, 溫弗裡德·默爾, 弗裡德黑爾姆·達利特茨 申請人:本德爾有限兩合公司