CN103270425A

CN103270425A - 供电器和具有这种供电器的供电系统

Info

Publication number: CN103270425A
Application number: CN2011800438453A
Authority: CN
Inventors: 格哈特·沃尔夫; 克里斯托夫·莱费尔
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 2010-10-05
Filing date: 2011-10-05
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2031-10-05
Also published as: CN103270425B; US20140035369A9; EP2625537A2; DE102010037995B4; US20130234514A1; DE102010037995A1; WO2012045788A2; WO2012045788A3

Abstract

本发明涉及一种供电器（12），其具有控制和/或调节设备（22）、参考电位连接件（26）、至少一个电压电位连接件（28）和用于将供电器（12）接地的接地连接件（30）。该供电器具有参考电位连接件（26）和接地连接件（30）之间的持久地或可接通的设备内部的短路电流路径（40）、用于连续地或近似连续地检测流经短路电流路径（40）的电流的检测装置（44）以及以信号技术方式使检测装置（44）与控制和/或调节设备（22）连接的信号传输路径（46）。此外，本发明还涉及一种相应的供电系统（10）。

Description

供电器和具有这种供电器的供电系统

技术领域

本发明涉及一种供电器，其具有控制和/或调节设备、参考电位连接件、至少一个电压电位连接件和用于将供电器接地的接地连接件。此外，本发明还涉及一种具有供电器的供电系统。

背景技术

例如，已知了作为用于电网或系统的其它电路的中央供电装置的这种供电器。控制和/或调节设备主要用于控制或调节供电器的特征值（例如电压）。

出于安全原因和系统可用性的原因还规定了机器指示，即在机器或系统的控制系统中必须识别第一绝缘故障并不允许引起机器或系统的错误行为。例如，典型的第一故障是传感器电缆的磨损。如果电缆坠落到金属的机架上并磨损，从而导致有源信号承载线偶尔或一直与该机架电接触，因此由于缺乏合适的用于识别第一故障的公开的机制，所以第二故障—例如另一条有源信号承载线路磨损—将导致，所属的控制装置把该绝缘故障识别为有源的传感器信号，与有意识地触发的控制指令没有区别。因此将会引起机器或系统的错误功能，这种错误功能会导致人员或系统故障。

例如在实践中如此揭示这种典型的第一故障，即在开关箱中的中央位置处使控制系统的线路处于参考电位—例如接地地线的线路接地。在上述故障情况中，在这种情况中触发了控制装置自身的线路保护。通过这种方式在出现绝缘故障之后立即使机器或系统断电并从而避免错误功能。

由于绝缘故障引起的电流可以在控制装置的参考电位和地线之间存在连接的情况下流过如此封闭的电路。在尺寸确定符合规范的情况下触发控制装置的安全机构。

在地线和控制装置的参考电位之间的连接是不期望的系统中，可选地执行持久的绝缘监控。从而有源信号线路的“第一”绝缘故障被识别并可以被报告。操作并未突然中断。仍有足够的时间寻找错误。在第一绝缘故障之后的该操作状态对应于具有接地参考电位的系统。相反电位的第二绝缘故障才导致立即的断电。

如果观察在实践中这些系统的强电流装置，那么极易发现在数十年中配电系统的发展极少匹配现代电力基础设施的要求。当伴随着设备的容量扩大，其强电流供给仅始终扩大，而不是以符合规范的方式改进时，尤其是这样的情况。通常在工业国家中是这种情况，尤其在不具有突出的工业结构的国家中更是这样。在这些国家经常发现TN-C供电系统或混合的TN-C-S系统。在TN-C系统中，承载操作电流的低压系统的回路导线（中性导体零线）和作为PEN导体的保护导体一起在共同的导线中被引出。在PEN导体与电位平衡系统或接地系统的每个连接位置处用于馈电的反流的一部分电流离开PEN导体并进入接地系统。通过这种方式产生了不同系统部件之间的接地电势差。该接地电势差必然导致经过彼此并联的导电结构的平衡电流。该电势差又是系统的控制技术方面中的干扰电流的源头。当存在控制系统的参考电位的多路接地时，干扰电流可被指出作为24V控制系统（例如系统地线，0V，GND）的参考电位和接地设备之间的平衡电流。该电流通过这种方式也流入接地导线本身中。

该平衡电流导致了控制系统的所有电子组件的过度的老化、应力或甚至危险，以及例如当安装（在极端情况下这可能是PC的串联接口的诊断插头的插入）发生变化时会导致不明确的电压峰值、毁坏或者几乎不能查明的设备故障。

为了避免强烈影响该系统功能可用性的现象，基本上仅允许在独立的设备部件中执行唯一一次系统地线和接地之间的连接。为了设备操作者的利益，还要保证，在设备的整个工作持续时间中保持该状态。

在现有技术中，供电系统内部，即系统的电路中，有差动电流测量仪供使用，该差动电流测量仪比较输入和输出电流。输入和输出电流的偏差表示漏电流，以及第一故障存在。

此外，可使用所谓的绝缘监视器，该绝缘监视器监控在供电器和接地之间的非单侧接地的控制系统中，是否保持了系统专用最小绝缘值，或者是否能确定绝缘电阻的降低。

两种解决方案在技术上花费都很大且成本高。必须设计、规划、安装和监控这些设备。

发明内容

因此，本发明的任务在于，提供一种供电器和供电系统，该供电系统能够可靠且简单地实现电网中的外部电流的检测。

根据本发明通过权利要求1和13所述的特征实现该技术方案。在从属权利要求中给出了本发明的有利的实施例。

根据本发明的供电器具有参考电位连接件和接地连接件之间的持久地或可接通的设备内部的短路电流路径、用于连续地或近似连续地检测流经短路电流路径的电流的检测装置以及以信号技术方式使检测装置与控制和/或调节设备连接的信号传输路径。

供电器的参考电位连接件和接地连接件—当然也像电压电位连接件那样—是设备的外部连接件。这两个连接件通过持久地或可接通的短路电流路径在设备内部彼此电连接。流经该短路电流路径的电流可以通过检测装置被检测，其中与该电流成比例的设备的控制和/或调节设备的信号可被传递。因此，该控制和/或调节设备可以监控由供电器供电的电网的、通过接地连接件进入第一导线路径的任何外部电流。

短路电流路径优选是可接通的短路电流路径。如果该短路电流路径未接通，则可进行参考电位和地电位之间的电压测量。

根据本发明的有利的实施例，检测装置是具有连续或近似连续地检测的动态的通用电流敏感的检测装置，包括从0Hz直至至少1MHz的频率范围。因此，也可以检测由供电器供给的电网中的高频外部电流。这种高频外部电流大多相对于地电势在不同位置处由于导线的和/或借助于该导线在电网中接入的电器的导线容量和/或设备容量产生。

根据本发明的另一个有利的实施例，供电器还具有至少另一个检测装置，其用于连续或近似连续地检测流经参考电位连接件和/或电压电位连接件的电流。另一个检测装置优选同样是通用电流敏感的检测装置，其动态范围包括从0Hz直至20kHz，优选从0Hz直至100kHz的频率范围。

另一个检测装置借助于另一个信号传输路径与控制和/或调节设备以信号技术方式连接。

根据本发明的另一个有利的实施例，控制和/或调节设备连续或近似连续地监控在短路电流路径中检测到的电流和流经电压电位连接件的检测电流之间的时间相关性。控制和/或调节设备通过该监控可以区别工作引起的电流和/或电压峰值和实际的外部电流的影响。

根据本发明的有利的实施例，供电器具有至少一个与控制和/或调节设备以信号技术方式连接的接口。控制和/或调节设备借助于该接口可以承担由供电器供给的电网/电路内部的控制和监控功能。为此，控制和/或调节设备可以通过接口与电网的较高级别的主管机构或设备和/或与在电网中接入的电器—例如电机—的控制系统以信号技术方式连接。

至少一个接口优选设计为模拟接口和/或数字接口。如果接口是数字接口，则该数字接口尤其是RS232、RS485和/或RS422接口。

根据本发明的有利的实施例，控制和/或调节设备连续或近似连续地监控在短路电流路径中检测到的电流和接口的信号之间的时间相关性。控制和/或调节设备通过该监控也可以区别工作引起的电流和/或电压峰值和实际的外部电流的影响。

根据本发明的优选的实施例，控制和/或调节设备设计为微处理器。在被设计为微处理器的控制和/或调节设备中可以特别简单地执行检测或监控。微处理器尤其具有信号传输必需的模数转换器和/或数模转换器。

控制和/或调节设备尤其将检测到的或监控到的实际值与标准值进行比较。

根据本发明的有利的实施例，供电器具有至少一个与控制和/或调节设备以信号技术方式连接的输出设备。例如通过该输出设备可以进行基于实际值和标准值之间的比较结果的输出。例如该输出设备可以是用于输出报警音的声学输出设备、光学输出设备—例如报警灯或者显示器、或者其它用于把信号输出至另一个设备的接口。

此外，本发明还涉及一种具有前述供电器和电网的供电系统，所述电网具有至少两个导线路径和至少一个电器，其中电器由供电器通过导线路径供给电流。

在根据本发明的供电系统的有利的实施例中，电器的控制器和/或电网的控制和/或调节装置通过接口与控制和/或调节设备以信号技术方式连接。电网的控制和/或调节装置尤其是电器的控制器和/或供电器的控制和/或调节设备的上级主管机构。

附图说明

下面参考附图根据优选的实施例进一步描述本发明。图1示出：

根据本发明的优选实施例的供电系统，该供电系统具有包括待供电的电器和两条导线路径的电网和供电器。

具体实施方式

附图示出了供电系统10，其具有用于供给电力至供电系统10的电网14的中央供电器12。在电网14中接入了多个电器16（然而仅示出其中一个）。该电器16由供电器12供给电力。电网14设计为直流电网14且具有两个导线路径18、20。第一导线路径18中存在设计为负电位（Minus-Potential）的参考电位

而用于产生经过电网14的工作电流的、高于参考电位

的电位（Plus-Potential）

存在于第二导线路径20中。两个电位

之间的电位差

基本上恒定，因为供电器12具有调节该电位差或电压的控制和/或调节设备22。因此，电网14是由恒定电压驱动的电网14。

除了用于控制或调节被设计为变频器的供电器24的控制和/或调节设备22外，供电器12还具有三个与该设备导电连接的外部连接件26、28、30。连接件之一是连接至第一导线路径18的参考电位连接件26，另一个连接件是连接至第二导线路径20的电压电位连接件28，而另一个连接件是使供电器12接地的接地连接件30。为此，该接地连接件30通过接地电流路径32在一位置处与接地电势连接。在设备内部，外部连接件26、28、30通过相应的电流路径34、36、38与供电器24的相应出口连接。

供电器的控制和/或调节设备22—如现代通用的控制和/或调节设备—被设计为微控制器（μC）。除了处理器外，该微控制器还具有工作存储器和程序存储器以及优选地还有外围单元，例如模数转换器和/或数模转换器。微控制器借助于该外围单元可以与供电器12内部或外部的其它单元通信。

此外，供电器12还具有参考电位连接件26和接地连接件30之间、可接通的设备内部的短路电流路径40。在该短路电流路径40中布置了开关42，该开关设计为可由控制和/或调节设备22控制的开关装置。

此外，供电器12包括用于连续地或近似连续地检测流经短路电流路径40的电流的检测装置44。该检测装置44借助于用于传递表征该电流的信号的信号传输路径46与控制和/或调节设备22以信号技术方式连接。

可选地，供电器12还具有一个或两个另外的检测装置48，该检测装置用于连续或近似连续地检测流经参考电位连接件26和/或电压电位连接件28的电流。该另外的检测装置48借助于用于传递表征该电流的信号的信号传输路径50与控制和/或调节设备22以信号技术方式连接。

此外，供电器12还具有（至少）一个与控制和/或调节设备22借助于信号传输路径52以信号技术方式连接的接口54。控制和/或调节设备22借助于该接口54可以承担由供电器12供给的电网14内部的控制和监控功能。为此，控制和/或调节设备22可以通过接口54与电网14的较高级别的主管机构或设备和/或与在电网14中接入的电器16—例如电机—的控制系统（控制器56）以信号技术方式连接。

最后，附图中示出的供电器12还具有与控制和/或调节设备22以信号技术方式连接的输出设备58。该输出设备设计为显示器。

得到了如下的功能和如下的优点：

借助于为电网14中的电气组件供电的供电器12对整个供电系统10的绝缘状态进行监控，尤其是关于电网14中多路接地的监控或者关于电网14中由于经过接地导体（AC/DC绝缘测量，例如差别电流）的故障电流引起的“第一系统故障”的监控。

在附图示出的例子中表明，例如由于电器16中相应位置处电缆的磨损导致第一导线路径18和地之间的短路60。由此，具有参考电位

的第一导线路径18不仅通过短路电流路径40和接地电流路径32的串联连接而且通过不可见的短路60在另外的位置与地电位连接。地电位的不同位置通过（特定的）接地电阻62彼此电连接，从而产生了外部电流电路64，所谓的接地回线。外部电流电路64通过短路电流路径40。因此，通过确定流经短路电流路径40的电流可以确定外部电流电路64的总电流。如果检测装置44以所有电流敏感的方式设计，那么该检测也包括检测电容性多路接地。

所有机器和设备的典型的应用是符合机器规范的，所述机器规范也是在国际上使用的。同样包括那些在涉及人员保护或者设备以绝缘方式构造的领域。

因此，供电器12适合用于在供电的供电系统10中预防性识别外部电流（例如示出的外部电流电路64）并提供高级别的监控系统、控制室或形式为通知/消息的控制装置。

供电器12在参考电位连接件26（例如DC供电装置的负极）和与地连接的接地连接件30之间的至少形成短路电流路径40的连接导线中包括检测装置，从而通过该导线识别所有电流并可为了诊断而对该电流进行分析。

可选地，供电装置可以引起绝缘网中的电流比较。经过电压电位连接件（例如正端子）28流入电网14的电流和通过参考电位连接件（负端子）26流回的电流被比较。通过这种差别电流测量，为维修目的提供了供使用的诊断信号。

这些额外的检测装置44、48可以固定地安装在电器12中，可选地，作为选择可以再装配额外需要的检测装置44、48。

如此设计的供电器12主要有助于，更专业地以及在EMV方面最佳地突出设备可用性以及相应的供电系统10的初始运转。其确保了系统的明显更高的可用性并且在开始运转时实现巨大的节约。

附图标记列表

供电系统 10

供电器 12

电网 14

电器 16

第一导线路径 18

第二导线路径 20

控制和/或调节设备 22

供电设备 24

参考电位连接件 26

电压电位连接件 28

接地连接件 30

接地电流路径 32

电流路径 34

电流路径 36

电流路径 38

短路电流路径 40

开关 42

检测装置 44

信号传输路径 46

其它的检测装置 48

信号传输路径 50

信号传输路径 52

接口 54

控制器 56

输出设备 58

短路 60

接地电阻 62

外部电流电路 64

Claims

1.一种供电器（12），具有控制和/或调节设备（22）、参考电位连接件（26）、至少一个电压电位连接件（28）和用于使所述供电器（12）接地的接地连接件（30），其特征在于，所述供电器还具有所述参考电位连接件（26）和所述接地连接件（30）之间的持久或可接通的设备内部的短路电流路径（40）、用于连续地或近似连续地检测流经所述短路电流路径（40）的电流的检测装置（44）以及以信号技术方式使所述检测装置（44）与所述控制和/或调节设备（22）连接的信号传输路径（46）。

2.根据权利要求1所述的供电器，其特征在于，所述检测装置（44）是所有电流敏感的检测装置，以及其中所述检测装置（44）的连续或近似连续的检测的动态范围包括从0Hz直至至少20kHz的频率范围。

3.根据权利要求1或2所述的供电器，其特征在于，所述供电器（12）还具有至少另一个检测装置（48），用于连续或近似连续地检测流经所述参考电位连接件（26）和/或所述电压电位连接件（28）的电流。

4.根据前述权利要求中任一项所述的供电器，其特征在于，所述控制和/或调节设备连续或近似连续地监控在所述短路电流路径（40）中检测到的电流和流经所述电压电位连接件（28）的检测电流之间的时间相关性。

5.根据权利要求4所述的供电器，其特征在于，所述另一个检测装置（48）借助于另一个信号传输路径（50）与所述控制和/或调节设备（22）以信号技术方式连接。

6.根据前述权利要求中任一项所述的供电器，其特征在于，所述供电器（12）具有与所述控制和/或调节设备（22）以信号技术方式连接的至少一个接口（54）。

7.根据权利要求6所述的供电器，其特征在于，所述至少一个接口（54）设计为模拟接口和/或数字接口。

8.根据权利要求7所述的供电器，其特征在于，所述数字接口设计为RS232、RS485和/或RS422接口。

9.根据前述权利要求中任一项所述的供电器，其特征在于，所述控制和/或调节设备（22）连续或近似连续地监控在所述短路电流路径（40）中检测到的电流和来自所述接口（54）的信号之间的时间相关性。

10.根据前述权利要求中任一项所述的供电器，其特征在于，所述控制和/或调节设备（22）设计为微处理器。

11.根据前述权利要求中任一项所述的供电器，其特征在于，所述供电器（12）具有与所述控制和/或调节设备（22）以信号技术方式连接的至少一个输出设备（58）。

12.根据权利要求11所述的供电器，其特征在于，所述输出设备（58）是光学输出设备和/或声学输出设备和/或用于把信号输出至另一个设备的其它接口。

13.一种具有根据前述权利要求中任一项所述的供电器（12）和电网（14）的供电系统（10），所述电网具有至少两个导线路径（18、20）和至少一个电器（16），其中所述电器由所述供电器（12）通过导线路径（18、20）供电。

14.根据权利要求13所述的供电系统，其中所述电器（16）的控制器（56）和/或所述电网（14）的控制和/或调节装置通过接口（54）与控制和/或调节设备（22）以信号技术方式连接。