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CN106970289B - 检测非接地直流电压供电系统的有效导体的中断的方法 - Google Patents

检测非接地直流电压供电系统的有效导体的中断的方法 Download PDF

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CN106970289B CN201710024181.5A CN201710024181A CN106970289B CN 106970289 B CN106970289 B CN 106970289B CN 201710024181 A CN201710024181 A CN 201710024181A CN 106970289 B CN106970289 B CN 106970289B
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Abstract

本发明涉及一种用于检测非接地直流电压供电系统中有效导体的中断的方法。基于确定当前负载电流、当前总绝缘电阻、当前位移电压、当前总电容和当前总阻抗，提供了五种可选的方法。每种方法均最小化了与非接地直流电压供电系统中的两个有效导体的意外接触有关的危险。

Description

检测非接地直流电压供电系统的有效导体的中断的方法
技术领域
本发明涉及一种用于检测非接地直流电压供电系统中有效导体的中断的方法。
背景技术
当给电力设备(负载)供能时，在运行、防火和接触安全几项必须达到较高要求的情况下，使用非接地供电系统的网络类型。这种网络类型也被称为绝缘网络或IT系统。在这种供电系统中，有源部分和地电位是隔离的，亦即是不接地的。这种网络的优点是IT供电系统在第一绝缘故障(例如接地故障或框架故障)发生时可以继续运行，原因在于，在这种第一故障情况下，理想的无穷大阻抗可以避免在网络的有效导体(外部导体和潜在存在的中性导体)和地之间形成闭合(故障)回路。
从而，即便发生第一绝缘故障，IT供电系统内在的安全性也可以保障连接到IT供电系统的设备，亦即由IT供电系统供能的负载，的持续电力供应。
因此，作为一种节约能量和材料的解决方案，配置为包括现代变流技术的400V直流电压IT供电系统的IT供电系统(DC-IT供电系统)在电信领域的应用也日益增长。此处，400VDC电压通常通过上千米长的导线输送到设备。为了节约材料成本，保护导体被省略。与TT系统网络形式中的设备的独立接地类似，设备的导电可接触部分的保护性接地通过建筑的已有接地就地实现。
这种扩展的IT供电系统中的线路中断具有与供电系统中的有效导体直接接触的风险，从而可能会导致人身危险。由于在IT供电系统中故障电流未形成回路，与一个或两个有效导体的直接接触可能无法被DC-IT供电系统中的剩余电流装置安全地检测到。虽然只直接接触具有高度绝缘和很小的网络泄露电容的DC-IT供电系统中的一个有效导体不会产生触电电流，但是在DC-IT供电系统中直接接触两个有效导体同样会有危险。
尽管在DC-IT供电系统中使用绝缘监控装置以在发生第一故障时，亦即由于绝缘电阻未达到绝缘电阻值而触发(主)报警时，切断供电，但是在大多数绝缘监控装置中，在直接接触两个有效导体时的自动切断供电无法满足根据协调标准HD 60364-4-41:2007“低压电气设施-4-41部分：安全防护—电击防护”要求的关于电击防护的保护程度。
如果同时接触IT供电系统中的两个有效导体在风险评估过程中被视为不可接受的剩余风险，那么必须采取措施来减小这种剩余风险。
迄今所采取的保护措施，例如双重或加强绝缘或者例如通过安全特低电压(SELV)或通过保护特低电压(PELV)进行保护，考虑到供电可靠性和从成本的角度，经常与供电系统要达到的要求背道而驰。
例如，由SELV或PELV提供的保护措施也经常用在电信领域，然而，如果由于能量和材料效率的原因而采用400VDC供电系统，则它们由于其低电压将不再适用。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种在非接地直流电压供电系统中在意外接触两个有效导体时最小化风险的技术方案。
在第一可选方案中，此目的是通过根据本发明的包括以下步骤的方法实现的：接入欧姆最小负载(欧姆极小负载，电阻极小负载)，以在有效导体上生成最小负载电流(极小负载电流)；确定最小负载电流；检验当前负载电流是否未达到该最小负载电流的值，并对未达到进行信号表示。
为了在DC-IT供电系统运行期间生成流经有效导体的最小负载电流，将最小负载引入供电系统作为靠近负载的基本负载，即，如果可能，紧邻实际设备/负载连接。
从监控当前负载电流的意义上来说，供电系统中流动的瞬时电流在运行期间被连续测量，且由于连接的最小负载，其至少具有最小负载电流的值。如果此时由于例如线路断开而发生有效导体的中断，最小负载电流也无法继续流过。测得的当前负载电流跌落到接近于零的量级，从而未达到最小负载电流的值。
此未达到从而提供有效导体的中断的明确指示，并被用信号表示。信号表示可以以警告信息的形式发生，响应于此，为保证装置的电气安全，可采取相应的进一步措施。信号表示也可以包括生成与关闭装置或欠电流继电器(见下文)相关联的关闭信号，触发供电系统的自动关闭。
作为另一优点，由于最小负载靠近负载连接，总是会有最小负载电流流过，因此可以避免供电系统正常运行期间由于发生负载波动而导致的误关闭。
在该方法的扩展实施例中，当负载电流未达到最小负载电流值时，通过欠电流继电器关闭供电系统。
考虑到进一步减小风险，负载电流未达到最小负载电流值时的信号表示与供电系统的自动关闭相连。欠电流继电器检测到负载电流未达到最小负载电流值，这一步骤无疑同样也包括确定当前负载电流。如果检测到上述的未达到，欠电流继电器被触发，供电系统被关闭。结合与欠电流继电器连接的AC/DC敏感测量电流互感器，根据第一可选方案的方法可以直接以简单的方式实现。
在第二可选方案中，该目标通过根据本发明的包括以下步骤的方法实现：在每个有效导体和接地之间连接高阻值电阻器，通过绝缘监控装置确定供电系统的当前总绝缘电阻，检验当前总绝缘电阻是否超出限值，并将超出用信号表示。
在这一可选方案中，高阻值电阻器被连接在每个有效导体和接地之间并靠近负载。电阻器被配置为具有在不影响使得供电网络为非接地供电系统的本质的同时，又能在考虑总绝缘电阻时不被忽略不计的高电阻。
如果有效导体被中断，则通过引入的高阻值电阻器的电流通路也同时被中断，从而总绝缘电阻增大。
在供电侧，通过绝缘监控装置确定供电系统的当前总绝缘电阻，并检验当前总绝缘电阻是否超过限值。将超过极限值和因此将关于供电系统的当前状态用信号表示。
根据第二可选方案的方法可以在其中安装有标准要求的并且按照标准配置的绝缘监控装置的所有DC-IT供电系统中直接适用。
在另一实施例中，总绝缘电阻的限值被定义为供电系统特定的绝缘电阻值的函数，和连接的高阻值电阻器的函数。
超出其则用信号表示潜在危险的总绝缘电阻的限值是用具体绝缘电阻值表示的所讨论的供电系统的各个绝缘等级和靠近负载接入的高阻值电阻器得出的。
有利地，如果超出总绝缘电阻的限值，则关闭供电系统。
为了防止接触有源装置部分带来的任何危险，信号表示还包括供电系统的自动关闭。
在第三可选方案中，该目标通过根据本发明的包括以下步骤的方法实现：在每个有效导体和地之间连接高阻值电阻器，确定所有有效导体的交接点和接地之间的当前位移电压，检验当前位移电压是否超出限值，并将超出用信号表示。
与第二种方法类似，高阻值电阻器连接在每个有效导体和接地之间且靠近负载。在供电侧，从监控(与中性点可比较的)所有有效导体的交接点和接地之间的电压的意义上，对当前位移电压进行连续检测。当至少一个有效导体中断时，检测到位移电压值的增大，通过将当前位移电压和位移电压限值进行比较，可以使得有效导体上的中断被检测出来，并且在超出位移电压限值时以信号表示危险状态。
在另一实施例中，位移电压限值被定义为供电系统特定的绝缘电阻值的函数，连接的高阻值电阻器的函数，以及供电系统的标称电压的函数。
为了定义超出其则用信号表示潜在危险的位移电压限值，考虑以下变量：用具体绝缘电阻值表示的IT供电系统的各个绝缘等级，接入的高阻值电阻器，以及IT供电系统的标称电压。
有利地，通过电压继电器确定当前位移电压并在其超出位移电压限值时关闭供电系统。
为了监控当前位移电压，本实施例采用在超过位移电压限值时将供电系统断开连接的电压继电器。
可选地，通过集成在绝缘监控装置中的电压测量功能确定当前位移电压并通过关闭装置在超出位移电压限值时关闭供电系统。
有利地，可以在具有集成电压测量功能的扩展的绝缘监控装置中进行当前位移电压的确定。此时，供电系统的关闭关联关闭装置。
在第四可选方案中，该目标通过根据本发明的包括以下步骤的方法实现：在每个有效导体和地之间连接电容，确定供电系统的当前总电容，检验当前总电容是否未达到限值，并将未达到用信号表示。
在每个有效导体和接地之间连接一个电容并且该电容靠近负载。每个引入的电容具有这样的电容值：足够大以使得它们的存在对当前总电容产生可测量的贡献，但是不能大到使由现有泄露电容决定的网络的电气特性受到实质性的影响。
在至少一个有效导体中断时，额外引入的电容被断开连接，供电系统的总电容值降低。
在装置的运行期间，在供电侧对供电系统的当前总电容进行连续确定。检验获得的当前总电容是否未达到总电容限值，并对未达到(如果发生)进行信号表示。
在另一实施例中，总电容限值被定义为供电系统特定的泄露电容的函数，和连接的电容的函数。
总电容限值来自表征IT供电系统特性的泄露电容和来自在负载附近连接的附加电容。
此外，通过电容测量装置和/或具有集成的电容测量功能的绝缘监控装置确定当前总电容。
如果总电容未达到总电容限值，供电系统被关闭。
在第五可选方案中，该目标通过根据本发明的包括以下步骤的方法实现：在每个有效导体和接地之间连接具有足够大电容值的电容，确定供电系统的当前总阻抗，检验当前总阻抗是否超过限值，并将超过用信号表示。
与第四可选方案类似，在每个有效导体和接地之间连接一个电容并且该电容靠近负载，该电容具有足够大的电容值。
但是，与第四可选方案不同的是，确定当前总阻抗，并检验当前总阻抗是否超过总阻抗限值。
与第四可选方案类似，总阻抗限值被定义为供电系统特定的绝缘电阻值的函数，供电系统特定的泄露电容的函数，以及连接的电容的函数。
有利地，通过阻抗测量装置和/或具有集成的阻抗测量功能的绝缘监控装置确定当前总阻抗。
特别地，采用具有集成的阻抗测量功能的绝缘监控装置简化根据第五可选方案的方法的应用。
如果超出总阻抗限值，供电系统被关闭。
此外，该目标通过执行根据上面描述的方法的至少两个而实现，以对有效导体的中断进行冗余检测。
例如，为了增强对导体中断的检测的可靠性，同时应用并执行根据第二可选方案的基于确定总绝缘电阻的方法和根据第三可选方案的基于确定位移电压的方法。
附图说明
从下面的描述和从借助示例对本发明较佳实施方式进行说明的附图中，其它较佳实施例的特征将变得明显。图中：
图1示出其中确定当前负载电流的非接地直流电压供电系统；
图2示出其中确定当前总绝缘电阻的非接地直流电压供电系统；
图3示出其中确定当前位移电压的非接地直流电压供电系统；
图4示出其中确定当前总电容的非接地直流电压供电系统；
图5示出其中确定当前总阻抗的非接地直流电压供电系统。
具体实施方式
在图1到图5所示的实施例中，每个所请求的可选方案都是基于具有两个有效导体L+，L-的非接地直流电压供电系统(DC-IT供电系统)2，两个有效导体L+，L-在馈电点4经受标称电压UN。
负载(设备)8在负载连接点6处连接到有效导体L+和L-。通过连接在有效导体L+、L-和接地PE之间的绝缘监控装置10按照规定对DC-IT供电系统进行监控。
通过关闭装置12关闭DC-IT供电系统。在图1到图5中，关闭装置12被理解为功能单元，其可以由单独的装置实现或者可以集成在其它连接到DC-IT供电系统2的测量和监控装置中。
作为第一可选方案，在图1中示出了在有效导体L+、L-之间连接欧姆最小负载14，结合当前负载电流I的确定。最小负载14在尽可能靠近负载的位置连接，但是至少距离关闭装置12足够远以便在关闭装置12和最小负载14的负载连接点6之间定位期望的线路区间，该线路区间被监控且在此区间上可发生潜在的线路中断15。
即便在无效负载8的情况下，最小负载14也产生通过有效导体L+、L-并始于和终于馈电点4的最小负载电流Imin，从而用于检测正在运行的线路。
最小负载电流Imin和流经负载8的负载电流Iload共同形成当前负载电流I。通过设置在有效导体L+、L-的一个上的电流测量装置16对该当前负载电流I进行检测，以检验当前负载电流I是否小于最小负载电流Imin的值。当在有效导体L+、L-的至少一个上发生线路中断15时，当前负载电流I跌落到接近于零的量级，从而小于最小负载电流Imin的值。通过电流测量装置16对此进行检测和信号表示，该信号表示包括用于触发关闭装置12的关闭信号17的生成。
作为第二可选方案，图2示出了连接在每个有效导体L+、L-和接地PE之间的高阻值电阻器Riso1和Riso2，结合通过绝缘监控装置10对供电系统2的当前总绝缘电阻Riso的确定。
如果在引入的高阻值电阻器Riso1和Riso2的连接点的上游(从馈电点4的角度看)发生线路中断15，则作为流经引入的电阻器Riso1和Riso2的电流路径的至少一个的断路的结果，供电系统2的当前总绝缘电阻R增大。绝缘监控装置10检测到当前总绝缘电阻R超过预定义的总绝缘电阻限值Rlim，并用关闭信号17的形式，向关闭装置12发送信号。
作为第三可选方案，图3示出了连接在每个有效导体L+、L-和接地PE之间的高阻值电阻器Riso1和Riso2，结合所有有效导体L+、L-的交接点S和接地PE之间的当前位移电压UV的确定。
与第二可选方案类似，高阻值电阻器Riso1、Riso2连接在有效导体L+、L-和接地PE之间，靠近负载。
在供电侧，通过具有电压测量功能的装置30确定所有有效导体L+、L-的交接点S和接地PE之间的当前位移电压UV。至少一个有效导体L+、L-的线路中断15导致位移电压UV的值增大，使得当其超过位移电压限值UVmax时，可以用信号表示危险状态并以关闭信号17的形式发送到关闭装置12。
图4示出了连接在每个有效导体L+、L-和接地PE之间的电容Ce1、Ce2，结合供电系统2的当前总电容Ce的确定。
靠近负载的电容Ce1、Ce2的引入导致供电系统2的常规运行期间的当前总电容Ce的增大。因此，引入的电容Ce1、Ce2的断开可以以当前总电容Ce下降的形式被具有电容测量功能40的装置检测出来。在示出的实施例示例中，电容测量功能40被集成在绝缘监控装置10中。
如果当前总电容Ce未达到总电容限值Cemin，则会被检测出来并通过关闭信号17的形式进行信号表示。
图5所示的第五可选方案与第四可选方案的区别仅在于对当前总阻抗Ze而不是当前总电容Ce进行评估。在具有集成的阻抗测量功能50的绝缘监控装置10中可以有利地实现确定的当前总阻抗Ze和总阻抗限值Zemin的比较。例如，可以在50Hz的网络频率下监控总的对地阻抗。如果检测到由线路中断15引起的阻抗增加，当前总阻抗Ze超过总阻抗限值Zlim，则绝缘监控装置10向关闭装置12发送关闭信号17。

Claims (18)

1.一种检测非接地直流电压供电系统(2)的有效导体(L+、L-)的中断的方法，包括以下步骤：
连接欧姆最小负载(14)作为靠近供电系统(2)的负载的基本负载，以在有效导体(L+、L-)上生成最小负载电流(Imin)，
确定当前负载电流(I)，
检验当前负载电流(I)是否未达到最小负载电流(Imin)的值，并将未达到用信号表示。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
在负载电流未达到最小负载电流(Imin)的值时，通过欠流继电器关闭供电系统(2)。
3.一种检测非接地直流电压供电系统(2)的有效导体(L+、L-)的中断的方法，包括以下步骤：
在每个有效导体(L+、L-)和接地之间连接高阻值电阻器(Riso1,Riso2)，所述高阻值电阻器(Riso1,Riso2)靠近供电系统(2)的负载，
通过绝缘监控装置(10)确定供电系统(2)的当前总绝缘电阻(R)，
检验当前总绝缘电阻(R)是否超过限值(Rlim)，并将超过用信号表示。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
总绝缘电阻限值(Rlim)被定义为供电系统特定的绝缘电阻值的函数和连接的高阻值电阻器(Riso1,Riso2)的函数。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，
在总绝缘电阻超过限值(Rlim)时，关闭供电系统(2)。
6.一种检测非接地直流电压供电系统(2)的有效导体(L+、L-)的中断的方法，包括以下步骤：
在每个有效导体(L+、L-)和接地之间连接高阻值电阻器，所述高阻值电阻器靠近供电系统(2)的负载，
确定所有有效导体(L+、L-)的交接点和接地之间的当前位移电压(UV)，
检验当前位移电压(UV)是否超过限值(UVmax)，并将超过用信号表示。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
位移电压限值(UVmax)被定义为供电系统特定的绝缘电阻值的函数，连接的高阻值电阻器的函数，以及供电系统(2)的标称电压(UN)的函数。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，
通过电压继电器确定当前位移电压(UV)并在其超过位移电压限值(UVmax)时关闭供电系统(2)。
9.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，
通过集成在绝缘监控装置(10)中的电压测量功能(30)确定当前位移电压(UV)并在其超过位移电压的限值(UVmax)时通过关闭装置关闭供电系统(2)。
10.一种检测非接地直流电压供电系统(2)的有效导体(L+、L-)的中断的方法，包括以下步骤：
在每个有效导体(L+、L-)和接地之间连接电容(Ce1,Ce2)，所述电容(Ce1,Ce2)靠近供电系统(2)的负载，
确定供电系统(2)的当前总电容(Ce)，
检验当前总电容(Ce)是否未达到限值(Cemin)，并将未达到用信号表示。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，
总电容限值(Cemin)被定义为供电系统特定的泄露电容的函数和连接的电容(Ce1,Ce2)的函数。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，
通过电容测量装置和/或通过具有集成的电容测量功能的绝缘监控装置确定当前总电容(Ce)。
13.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，
在总电容未达到限值(Cemin)时，关闭供电系统(2)。
14.一种检测非接地直流电压供电系统(2)的有效导体(L+、L-)的中断的方法，包括以下步骤：
在每个有效导体(L+、L-)和接地之间连接电容(Ce1,Ce2)，所述电容(Ce1,Ce2)靠近供电系统(2)的负载，
确定供电系统(2)的当前总阻抗(Ze)，
检验当前总阻抗(Ze)是否超过限值(Zlim)，并将超过用信号表示。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，
总阻抗限值(Zlim)被定义为供电系统特定的绝缘电阻值的函数，供电系统特定的泄露电容的函数，以及连接的电容(C1,Ce2)的函数。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于，
通过阻抗测量装置和/或通过具有集成的阻抗测量功能(50)的绝缘监控装置(10)确定当前总阻抗(Ze)。
17.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于，
在总阻抗超过限值(Zlim)时，关闭供电系统(2)。
18.一种检测非接地直流电压供电系统(2)的有效导体(L+、L-)的中断的方法，其特征在于，
执行根据权利要求1、3、6、10和14所述的方法中的至少两个，以对有效导体(L+、L-)的中断进行冗余检测。
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