CN104793054A - 用于同时监控未接地电源系统的网络部分的绝缘监控装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种绝缘监控装置，用于同时监控包括可以经由耦合开关互相连接的网络部分的未接地电源系统，该绝缘监控装置包括用于产生测量信号的信号发生器和用于将测量信号耦合到电源系统的耦合电路。根据本发明，绝缘监控装置包括用于每个待监控的可互连网络部分的耦合电路，可开关的电连接元件被布置用于连接相邻的耦合电路。

Description

用于同时监控未接地电源系统的网络部分的绝缘监控装置

技术领域

本发明涉及一种绝缘监控装置，用于同时监控包括可以经由耦合开关互相连接的网络部分的未接地电源系统，该绝缘监控装置包括用于产生测量信号的信号发生器和用于将测量信号耦合到电源系统的耦合电路。

背景技术

为了确保电力供应的高可用性和操作安全性以及保证在电设施的操作区域中的人员安全，越来越多地使用有源组件与地电势分离的电源网络。在这类被称作IT系统的电源网络中，有效导体(active conductor)可以在不必中断设施的正在进行的操作的情况下表现出绝缘故障，这是因为，由于在导体和地之间的理想的无限高阻抗值而使得在这第一故障的情况下没有闭合电路可以形成。在这种情况下，绝缘故障是引起绝缘电阻降至容许的绝缘水平以下的IT系统的故障状态。从这种考虑变得清楚的是，待监控网络中的对地电阻(绝缘电阻)必须被持续监控，因为另一有效导体中的潜在的其他故障(第二故障)将引起故障回路并且与过电流保护装置有关的流动的故障电流将导致设施关闭和操作停顿。

根据现有技术已知的主动测量的绝缘监控装置经由耦合电路而连接在IT系统的主要分支中的网络导体和地之间，以及在网络上叠加由信号发生器产生的并且导致与绝缘电阻成比例的电流的测量电压。这个测量电流在绝缘监控装置的测量电阻处引起电压降，所述电压降被评估，并且在超过可预设的极限值的情况下导致警告消息。然而，借助以开关方式被动工作的绝缘监控装置和主动绝缘监控装置的绝缘监控伴随有如下限制：每个IT系统，即实际上的每个馈电点，仅可以使用单个这种类型的绝缘监控装置。如果每个IT系统使用多个这种类型的绝缘监控装置，则测量值登记会混乱，因为这些装置互相干扰。另一方面，如果使用纯粹被动工作的绝缘监控装置，则不是所有的绝缘故障星座(constellations)都可以被登记，特别是非对称绝缘损失；因此，这些装置仅可以在有限范围内使用。

时常地存在如下问题：电源系统的网络部分应该被单独监控，即处于分离状态，但是网络部分还可以电互连。

针对该问题存在若干已知解决方案：

a：关闭绝缘监控装置

每个网络部分在分离状态中通过其自身的绝缘监控装置来监控。如果网络部分互相连接，则关闭各自冗余的绝缘监控装置以使得仅单个装置保持在线。

这个策略被证明和测试，但这是复杂的，因为对于每个网络部分需要成熟的绝缘监控装置，当绝缘监控装置关闭时，必须能够完全将其自身从网络分离，以使得绝缘监控装置不会因为其内部电阻而干扰其余绝缘监控装置的测量。这种类型的装置的构建是复杂的，尤其是在高额定电压的情况下，这使得获得它们是昂贵的。

b：绝缘监控装置的自动交替操作

每个网络部分通过其自身的绝缘监控装置来监控。装置互相通信并且以交替操作方式工作，以使得在任意给定时间仅单个装置主动耦合到网络。这个方法也被证明和测试，但其同样伴随着高的获得成本以及伴随如下事实：在不改变配置的情况下对分离的网络部分同时进行监控是不可能的，因为无论网络的开关状况如何，装置持续处于交替操作。

c：扫描系统

借助多路复用器电路，绝缘监控装置接连耦合到网络的不同点。这类扫描系统难以控制，因为为了最佳功能，扫描系统应当适于各个绝缘监控装置的测量方法。此外，在高额定电压的情况下，由于必要的电压差，需要越来越复杂的开关元件，使得与先前考虑的解决方案相比成本效益下降。

d.额外使用被动绝缘监控装置

在中央网络部分中使用主动的主绝缘监控装置。在所有其他网络部分中，使用具有被动测量方法的绝缘监控装置。

被动绝缘监控装置通常具有简单的结构，这使其具有成本效益。然而，不利的是，例如由于老化的导体和组件而经常发生的对称绝缘故障，只有在网络部分互相连接之后，才可以通过主绝缘监控装置检测。

发明内容

因此，本发明的目的是设计一种绝缘监控装置，借助该绝缘监控装置，可以以很少的技术努力来在分离状态和互连状态这两种状态下监控未接地电源系统的网络部分。

通过如下方案实现该目的：为每个待监控的网络部分提供耦合电路，以及布置可开关的电连接元件用于连接相邻的耦合电路。

因此，根据本发明，对于每个待监控的可互连的网络部分，绝缘监控装置具有耦合电路。经由该耦合部分，由共用信号发生器产生的测量信号可以被馈入处于分离状态的各个网络部分。因此，当耦合开关打开时，针对每个网络部分形成单独的测量电路。可以根据电特性，尤其根据各个网络部分产生的脉冲响应以及期望的接地阻抗，有利地定制各个耦合电路。

此外，根据本发明，绝缘监控装置包括布置在相邻耦合电路之间的可开关的电连接元件。因此，当耦合开关打开时分离的测量电路可以互相连接，以在耦合开关闭合时还通过闭合连接元件形成单个测量电路。

在互连操作的等效电路图中，所产生的耦合电路的并联布置可以被认为是单个绝缘监控装置，对于信号评估，也可以以这种方式有利地处理。

与在网络部分之间的耦合开关相关的以及由于在耦合电路之间的可开关连接元件的布置，出现如下有利的可能性：借助主动测量方法，可以在分离状态中对网络部分进行全面地监控，但即使当网络部分互相连接时，就开关而言也形成简单的监控配置。

分离的，即零电势的，网络部分的监控尤其提供如下优点：即使在接通各个部分之前，也能够作出关于各个部分的绝缘状态的声明，从而一开始就可以避免危险情况。这种方法例如在电动应用的领域中是方便的。在那里，零电势高压中间电路的绝缘状态可以在施加牵引电池的电压之前首先被测试。

零电流网络部分的永久(持续)绝缘监控在备用系统中也是有利的。例如，零电流网络部分可以是持续保持运行准备、但实际只是在很少的情况下使用的紧急电源。即使这些系统很少被操作，这些系统也会像其他系统那样由于老化而受到耗损。

此外，耦合电路包括用于连接到网络部分的每个有效导体的耦合电阻以及与耦合电阻串联连接的测量电阻。

以这种方式，调节不同的所期望的网络漏电容以便耦合电阻可以以如下方式来配置：针对所有网络部分产生大约相同的测量时间，使得不存在由所需测量脉冲同步所引起的不必要的延迟。因此，在互连操作中，不再存在任何关于与单个绝缘监控装置的使用有关的测量精度或测量时间的限制。此外，在缺少连接元件的情况下所必要的、以及认为所提供的次耦合路径必须具有高电阻以便在互连操作期间在主耦合处仍能够实现尚可的测量精度的要求不再适用。

优选地，耦合电路包括信号评估单元，用于评估经由测量电阻分接出的测量信号的测量值。

由测量电流引起的测量电阻处的电压降通过信号评估单元来检测并且关于各个网络部分的绝缘水平的超过数来评估。

此外，连接元件的连接点布置在各个耦合电路的测量电阻和耦合电阻之间。

在由耦合电阻和测量电阻形成的并且配置成串联连接的耦合电路中，用于连接元件的连接点位于各个耦合电路的测量电阻和耦合电阻之间。

当连接元件闭合时，这种配置导致耦合电阻的并联连接以及测量电阻的并联连接。在等效电路图中，这些并联连接可以分别被电阻所代替，以使得就开关而言形成简单的结构。

附图说明

根据下面的描述和附图，其他有利实施方式的特征变得明显，附图通过示例示出了本发明的优选实施方式。

图1：在示意图中示出了包括根据本发明的绝缘监控装置的IT系统。

具体实施方式

图1在示意图中示出了根据本发明的用于监控未接地电源系统(IT系统)4的绝缘监控装置2。

IT系统4具有馈电点5并且例如由三个网络部分4a、4b和4c组成，三个网络部分可以经由耦合开关6a、6b互相连接。在电源系统4的每个网络部分4a、4b、4c中，针对每个导体相对于地存在绝缘(故障)电阻8a、8b、8c和网络漏电容10a、10b、10c，绝缘电阻和网络漏电容确定各个网络部分4a、4b、4c的绝缘水平。

根据本发明的用于监控绝缘电阻8a、8b、8c的绝缘监控装置2包括针对每个网络部分4a、4b、4c的一个耦合电路12a、12b、12c以及用于产生测量信号的共用信号发生器14。耦合电路12a、12b、12c包括连接到每个有效导体的耦合电阻16a、16b、16c，所述耦合电阻16a、16b、16c与测量电阻18a、18b、18c形成串联连接。在测量电阻18a、18b、18c处，分接出(tap)测量信号的测量电压，并且借助信号评估单元20a、20b、20c来评估测量电压。因为在测量电阻18a、18b、18c处引起电压降的测量电流取决于绝缘电阻8a、8b、8c，因此可以作出关于IT系统的绝缘水平的声明。

根据本发明，提供可开关的电连接元件22a、22b用于连接相邻的耦合电路12a、12b、12c。连接元件22a、22b的连接点位于各个耦合电路12a、12b、12c的测量电阻18a、18b、18c和耦合电阻16a、16b、16c之间。

在借助耦合开关6a、6b使两个或更多个网络部分4a、4b、4c互相连接的情况下，还可以闭合各个连接元件22a、22b，以形成耦合电路12a、12b、12c的并联布置。该并联布置可以被认为是用于互相连接的网络部分4a、4b、4c的单个绝缘监控装置，与开始提到的与现有技术相关的布置相比，显著简化了对绝缘电阻8a、8b、8c的监控。

如果要单独地或以仅部分互连的方式对网络部分4a、4b、4c进行监控，则当耦合开关6a、6b打开时，连接元件22a、22b也可以是打开的，以形成分离的测量电路，其中，可以采用主动绝缘监控的全功能来监控单独的或部分互连的网络部分4a、4b、4c。单独的测量路径彼此同步，以使得可以使用共用信号发生器14。

除了单纯监控欧姆绝缘电阻之外，根据本发明的绝缘监控装置还可以用于确定由欧姆绝缘电阻8a、8b、8c和网络漏电容10a、10b、10c组成的复值绝缘电阻(接地阻抗)。

Claims (4)

1.一种绝缘监控装置(2)，用于同时监控包括能够经由耦合开关(6a，6b)互相连接的网络部分(4a，4b，4c)的未接地电源系统(4)，所述绝缘监控装置(2)包括用于产生测量信号的信号发生器(14)和用于将所述测量信号耦合到所述电源系统(4)的耦合电路(12a，12b，12c)，

其特征在于，

为每个待监控的网络部分(4a，4b，4c)提供所述耦合电路(12a，12b，12c)，并且可开关的电连接元件(22a，22b)被布置用于连接相邻的耦合电路(12a，12b，12c)。

2.根据权利要求1所述的绝缘监控装置(2)，其特征在于，

所述耦合电路(12a，12b，12c)包括用于连接到所述网络部分(4a，4b，4c)的每个有效导体的耦合电阻(16a，16b，16c)以及与所述耦合电阻(16a，16b，16c)串联连接的测量电阻(18a，18b，18c)。

3.根据权利要求2所述的绝缘监控装置(2)，其特征在于，

所述耦合电路(12a，12b，12c)包括信号评估单元(20a，20b，20c)，用于评估经由所述测量电阻(18a，18b，18c)分接出的所述测量信号的测量值。

4.根据权利要求2或3所述的绝缘监控装置(2)，其特征在于，

所述连接元件(22a，22b)的连接点布置在所述各个耦合电路(12a，12b，12c)的所述测量电阻(18a，18b，18c)和所述耦合电阻(16a，16b，16c)之间。