CN105652065A

CN105652065A - 用于测量电线中的差动电流的电子设备

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Publication number: CN105652065A
Application number: CN201510847801.6A
Authority: CN
Inventors: L·盖茨; F·瓦拉里诺; P·安东内洛
Original assignee: Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2014-11-27
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2035-11-27
Also published as: CN105652065B; US9651580B2; CA2910631A1; EP3026443B1; CA2910631C; EP3026443A1; US20160154028A1

Abstract

本发明涉及用于测量电线中的差动电流的电子设备，电线具有多个导体，电子设备包括感测电路，它包括电流互感器，具有电线的导体穿过其中的磁芯、次级绕组和励磁绕组，励磁电流沿着励磁绕组流通以使磁芯极化；输出电路部，被电连接到次级绕组以提供第一信号。电子设备包括第一信号处理装置，处理第一信号并提供指示差动电流的第二信号；第二信号处理装置，处理第二信号并提供指示差动电流的非时变分量的绝对值的第一测量信号；第三信号处理装置，处理第一信号并提供第三和第四信号，指示磁芯是否在磁芯的磁滞回线的正饱和区和/或负饱和区中操作；第四信号处理装置，处理第三和第四信号并提供第二测量信号，指示差动电流的非时变分量的方向。

Description

用于测量电线中的差动电流的电子设备

技术领域

本发明涉及一种用于测量电线中的差动电流的电子设备。

背景技术

本发明的电子设备特别适合于低压或中压应用，其中，术语“低压”(LV)涉及低于1kVAC和1.5kVDC的电压，并且术语“中压”(MV)涉及高于1kVAC和1.5kVDC达到数十kV、例如达到72kVAC和100kVDC的电压。

如已知的，在许多LV或MV电系统中，例如在配电网或光伏发电系统或用于电动车辆的电池充电系统中，必须检测电线的导体之间的可能差动电流。

差动电流的存在事实上可指示发生故障状况。

在现有技术中，已知保护设备的许多示例，其能够检测电线中的AC或DC差动电流的存在。

许多当前可用的解决方案仅提供关于检测到的差动电流的定性信息。在实践中，这些设备只能指示检测到的差动电流是否超过了指示故障状况存在的给定阈值值。

已知其它解决方案，其能够还提供关于检测到的差动电流的定量信息。遗憾的是，此类当前可用设备要在工业水平制造常常是相对复杂且昂贵的。另外，其有时显示出在使用灵活性方面性能差。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种用于测量电线中的差动电流的电子设备，其允许克服现有技术的当前解决方案的限制。

在此目的内，本发明的目的是提供一种能够检测电线中的差动电流并提供关于检测到的差动电流的定量信息(测量信号)的电子设备。

本发明的另一目的是提供一种在使用灵活性方面提供突出性能的电子设备。

本发明的另一目的是提供一种要在工业水平制造上相对容易且廉价的电子设备。

本发明因此提供了根据以下权利要求1和相关从属权利要求的用于测量电线中的差动电流的电子设备。

根据本发明的电子设备能够检测并测量电线的导体中的差动电流的非时变的分量，例如由电绝缘布置的劣化或由被接地组件的故障引起的漏电流。

特别地，根据本发明的电子设备能够提供指示电线导体之间的差动电流的非时变分量的绝对值和流动方向的信息。

根据本发明的电子设备还能够检测和测量电线导体之间的差动电流的时变分量，诸如接地故障电流。

为了明了起见，差动电流的术语“非时变分量”和“时变分量”分别地意指所述差动电流的DC分量和AC分量。

如广泛已知的，电线中的差动电流可包括仅DC电流或仅AC电流，或者更常常地是AC和DC电流的叠加结果。

相对于一般地在LV或MV电系统中使用的变化速率(例如50Hz)更加缓慢地改变的电流在这里被视为DC电流。

不具有正弦波形但显示出周期性变化(例如脉冲电流、分割电流(partializedcurrent)等)的电流在这里视为AC电流。

根据本发明的电子设备能够检测电线中的差动电流，将检测到的差动电流按其DC和AC分量分解，并提供指示所述分量中的每一个的测量信号。

在许多种类的LV和MV应用中可方便地利用关于电线中的差动电流的非时变和时变分量的定量信息。

作为示例，在用于车辆的电池充电系统中，通过测量检测到的差动电流的非时变分量收集的信息可被用来补偿在正常操作状况期间出现的小的固有DC接地漏泄，并确保相对于在该处出现所述DC接地漏泄的安装点而言位于上游的保护设备的正确操作。

作为另一示例，在LV或MV配电网中，可使用关于差动电流的非时变和时变分量的测量信息来实际上实现高级保护或故障管理策略。

本发明的其它方面涉及根据以下权利要求13和14所述的用于LV或MV应用的电子布置。

本发明的另一方面涉及根据以下权利要求15所述的光伏发电系统。

本发明的另一方面涉及根据以下权利要求16所述的LV或MV配电系统或网络。

附图说明

本发明的其它特性和优点将从根据本发明的用于低压或中压装置的电源和控制单元的优选但非独有实施例的描述显露出来，在附图中提供了本发明的非限制性示例，在所述附图中：

图1示意性地示出了根据本发明的电子设备的实施例；以及

图1A示意性地示出了根据本发明的电子设备的另一实施例；以及

图1B示意性地示出了根据本发明的电子设备的另一实施例；以及

图2—13示意性地示出了根据本发明的包括在电子设备中的不同种类的信号处理装置；以及

图14—17示意性地示出了根据本发明的电子设备中的信号的某些可能波形；以及

图18示意性地示出了根据本发明的包括所述电子设备的用于LV或MV应用的电子布置。

具体实施方式

参考所述附图，本发明涉及用于测量LV或MV电线100中的差动电流ID的电子设备1。

电线100可以是例如配电网或用于电动车辆的电池充电系统的电源线。

电线100包括多个导体，并且其可以是例如单相或多相类型的。

电子设备1包括被操作耦接到电线100的导体的感测电路2。

参考图2，感测电路2有利地包括具有磁芯211的电流互感器21，该磁芯211优选地被成形为环。

有利地，磁芯211具有高磁导率，并且其可例如由Ni-Fe合金制成。

互感器21被有利地布置成感测在电线100的导体中的不平衡电流。

电线100的导体通过磁芯211，从而形成用于互感器21的初级绕组。

为了增加对电线100中的可能差动电流的总体灵敏度，可以在磁芯211周围缠绕初级线100的导体以形成多个匝，例如3匝。

互感器21具有次级绕组212，被以相对高的匝数、例如250匝有利地缠绕在磁芯211周围。

互感器21还包括励磁绕组213，其被以相对高的匝数、例如250匝有利地缠绕在磁芯211周围。

在电子设备1的操作期间，AC励磁电流IE沿着励磁绕组213流通。

励磁电流IE可有利地由可以是已知类型的发生电路214(例如电子振荡器电路)生成。

作为示例，励磁电流IE可具有500Hz的频率和可以是例如正弦曲线的波形。

如在其它已知LV-MV应用中、例如在B型的传统ELCD(漏地电流设备)中发生的，励磁电流IE在磁芯211的磁导率显示出朝着小值的强过渡的工作点处、即在位于接近于磁芯211的磁滞回线的正或负饱和区处的工作点处使互感器21的磁芯211极化。

感测电路2包括被电连接到互感器21的次级绕组212的输出电路部22。

输出电路部22被配置以提供指示差动电流ID的第一信号V1(优选地电压信号)。基本上，其接收沿着次级绕组212流通的电流并生成信号V1。

输出电路部22可有利地包括电阻电路(例如连接在次级绕组的端子与接地之间的旁路电阻器)以生成信号V1。

图14-17示出了不同操作状况下的信号V1的一些实验测量结果。

信号V1基本上是AC信号，其包括由于励磁电流IE沿着励磁绕组213的流通而引起的固定AC信号分量FSC。

当在电线100的导体中不存在差动电流ID时，信号V1基本上仅取决于励磁电流IE的波形和载波频率(图14)。

当存在仅具有非时变分量的差动电流ID时，信号V1具有与励磁电流IE相同的频率，但是其可显示出在励磁电流IE的多个频率下发生的第一振幅峰突OS1(图15)。振幅峰突OS1可根据电流ID的方向而是正的或负的。

当存在仅具有时变分量的差动电流ID时，信号V1具有与励磁电流IE相同的载波频率，但是其可显示出在振幅方面被调制的波形和以与励磁电流IE的频率不同的频率发生的第二振幅峰突OS2(图16)。振幅过程OS2可以是正和/或负的。

当存在具有非时变和时变分量两者的差动电流ID时，电压V1具有与励磁电流IE相同的载波频率，但是其可显示出可能在振幅方面被调制且具有由磁芯211的磁性材料的非线性、饱和性质感生的振幅峰突的波形。

例如，如图17中所示，波形可具有上述第一和第二振幅峰突OS1、OS2。波形可具有以与励磁电流IE的频率不同的频率发生的较高和较低振幅峰突OS2(正和/或负)。

现在参考图1、1A、1B、根据本发明，电子设备1包括被配置以处理信号V1的第一信号处理装置3。信号处理装置3提供指示由感测电路2检测到的差动电流ID的第二信号VD(优选地电压信号)。

当在电线100的导体之间不存在差动电流ID时，信号VD具有基本上零值的振幅(例如0.4V)。

当存在差动电流ID时，信号VD基本上是差动电流ID的非时变和时变分量的函数。

优选地，信号处理装置3被配置以使得其提供对差动电流ID的非时变分量更加敏感的信号VD。

电子设备1包括被配置以处理第二信号VD的第二信号处理装置4。

第二信号处理装置4提供第一测量信号IDCM，其指示由感测电路2检测到的差动电流ID的非时变分量的绝对值。

信号处理装置4基本上根据数学关系式IDCM＝f(VD)+Err来计算测量信号IDCM，其中，Err是测量误差(由于差动电流ID的时变分量以及与本发明无关的其它可能的不重要的影响因素)。

现场测量结果已经显示测量误差Err对于其中可采用电子设备1的大多数应用而言是相对小的。因此可以在无损于电子设备1的总体可靠性的情况下忽视测量误差Err。

电子设备1包括被配置以处理信号V1的第三信号处理装置5。

信号处理装置5提供第三和第四信号S1、S2(优选地电压信号)，其在差动电流ID具有并非零值的非时变电流分量时指示互感器21的磁芯211是在其自己的磁滞回线的正饱和区中还是在负饱和区中操作。

信号处理装置5被有利地配置以提供关于由所述非时变分量在磁芯211上产生的非线性效应的信息。

在磁芯211中，由于由励磁电流IE产生的磁场与由差动电流ID产生的磁场的叠加而存在磁场。

此类磁场可分别地根据差动电流ID的非时变分量是正的还是负的(按照给定符号规定)而普遍地是正的或负的。

信号S1、S2指示磁芯211的此类非线性性质，并且因此可以被用来获得关于电线100的导体之间的差动电流ID的非时变分量的流动方向(符号)的信息。

电子设备1包括被配置以处理第三和第四信号S1、S2的第四信号处理装置6。

信号处理装置6提供第二测量信号SDC，其指示由感测电路2检测到的差动电流ID的非时变分量的方向。

如上文举例说明的，当在电线100的导体之间存在差动电流ID时，在互感器21的磁芯211中可存在普遍地正或负磁场。

由差动电流ID的非时变分量在磁芯211上产生的非线性效应可以是高、中或低的。

信号处理装置6处理信号S1、S2以提供信息R1、R2，其指示信号S1、S2的强度是否处于高、中或低电平(图11-12)。

然后，信号处理装置6处理此类信息R1、R2以确定差动电流ID的非时变分量的符号。

如在下面将更详细地解释的，在某些情况下，不能确定差动电流ID的非时变分量的符号，因为在磁芯211上产生的非线性效应是无效的或过于适度的。

根据本发明的一方面，电子设备1可包括第五信号处理装置10，被配置以处理测量信号IDCM和SDC并提供第四测量信号IDC，其指示检测到的差动电流ID的非时变分量(用其符号)。

可基于测量数据IDCM、DSC来计算定量信息IDC。为此，处理装置10可被配置以基于以下数学关系来计算数据IDC：IDC＝SDC*IDCM。

根据本发明的一方面，电子设备1还能够提供关于检测到的差动电流ID的时变分量的定量信息IAC。

在本发明的可能实施例(图1、18)中，电子设备1包括第六信号处理装置7，被配置以处理第一信号V1并提供指示差动电流ID的第五信号VD2(优选地电压信号)。

当存在差动电流ID时，信号VD2基本上是差动电流ID的非时变和时变分量的函数。

优选地，信号处理装置7被配置以使得其提供对差动电流ID的时变分量更加敏感的信号VD2。

电子设备1包括第七信号处理装置8，被配置以处理第五信号VD2并提供第三测量信号IDM，其指示差动电流ID的绝对值。

在本发明的替换实施例(图1A)中，信号处理装置3被有利地配置以提供指示差动电流ID的第六信号VD3(优选地电压信号)。

在某些实施例中，第六信号VD3可与第二信号VD一致。

电子设备1包括第八信号处理装置9，被配置以处理信号VD3并提供第三测量信号IDM。

优选地，第五信号处理装置10还被配置以处理测量信号IDCM、IDM并提供第五测量信号IAC，其指示差动电流ID的时变分量。

可基于测量数据IDCM、IDM来互补计算定量信息IAC。

根据本发明的一方面，电子设备1还能够提供关于检测到的差动电流ID的定量信息IDT。

在这种情况下，信号处理装置10还被配置以处理测量信号IDCM、SDC、IDM并提供第六测量信号IDT，其指示存在于电线100的导体之间的总体差动电流ID。

可以有用于另外提供测量信号IAC和/或IDT的其它解决方案。

例如，在特别适合于数字实施方式的本发明的另一实施例(图1B)中，处理装置10可被配置以处理测量信号IDCM、SDC和信号V1以便提供测量信号IAC和/或测量信号IDT。

可用模拟和/或数字方式在工业上实现信号处理装置3、4、5、6、7、8、9、10。

如果其是以模拟方式实现的，则其包括被适当地布置成执行所述处理装置的功能的电子电路。所述电子电路可形成分离的电路单元或者可被至少部分地集成在一个或多个电路单元中。

如果其是以数字方式实现的，其包括被存储在介质中且可被一个或多个计算机化单元(例如微处理器)执行以执行所述处理装置的功能的适当布置的软件指令。

现在将参考实施例来更详细地描述本发明，其中，信号处理装置3、5、7以模拟方式来实现并且处理装置4、6、8、9、10以数字方式来实现。

此选择并不意图以任何方式限制本发明的范围。

可以有其中以数字方式来实现信号处理装置3、5、7中的一个或多个已经其中以模拟方式来实现信号处理装置4、6、8、9、10中的一个或多个的其它实施例，且其落在本发明的范围内。

参考图3-4，根据本发明的一方面，第一信号处理装置3优选地包括被配置以执行信号V1的振幅滤波的第一信号处理模块31。

信号处理模块31在输出中提供第一中间信号VI1(优选地电压信号)，其是在电线100的导体中流通的差动电流ID的时变和非时变分量的函数。

信号处理模块31被有利地配置以使由于励磁电流IE沿着励磁绕组213的流通而引起的固定AC信号分量FSC截止。

优选地，第一信号处理模块31包括二极管电桥电路311和被电连接到二极管电桥电路311的放大电路312、313的级联。

优选地，放大电路312包括被以已知方式布置以提供放大功能的运算放大器3120。作为示例，运算放大器3120可被电连接到电阻网络3121和电阻电容网络3122。

同样地，放大电路313可包括可被以已知方式布置以提供放大功能的运算放大器3130。作为示例，运算放大器3130可被电连接到电阻网络3131和电阻电容网络3132。

可以有其它解决方案，其中采用单放大电路来代替放大电路312-313。

优选地，信号处理模块31包括用以对信号VI1的非期望频率分量进行滤波的输出滤波电路314(例如是采取已知配置的电容类型的)。

优选地，二极管电桥电路311、放大电路312、放大电路313和输出滤波电路314被根据图4中所示的配置串联地电连接。

可以有其它电路配置。作为示例，可将二极管电桥电路311和放大电路312、313的位置颠倒。

参考图3和5-6，第一信号处理装置3优选地包括第二信号处理模块32，被配置以执行由信号处理模块31在输出中提供的信号VI1的波形整流。

信号处理模块32提供第二中间信号VI2(优选地电压信号)，其是已整流的信号。

第二信号处理模块32可包括被以已知方式布置以提供整流功能的运算放大器320。作为示例，运算放大器320可被适当地电连接到电阻网络321、322和二极管网络323。电阻网络321可以是已知类型的，而电阻网络322优选地是具有适当电阻值的电阻器的电桥。

优选地，第一信号处理装置3包括第三信号处理模块33，被配置以执行由第二信号处理模块32在输出中提供的信号VI2的低通滤波。信号处理模块33在输出中提供第二信号VD。

优选地，信号处理模块33包括被电连接到电压跟随器电路332的积分器电路331。

积分器电路311可包括被以已知方式布置以提供积分功能的运算放大器3310。作为示例，运算放大器3310可被电连接到电阻电容网络3311和3312。

电压跟随器电路332还可包括被以已知方式布置以提供电压跟随器功能的运算放大器3320。

再次地证明处理装置3(特别是处理模块31)被配置以使由于励磁电流IE的流通而引起的AC信号分量FSC截止。

信号VI1、VI2和VD因此仅提供关于差动电流ID的绝对值的信息。

当在电线100的导体中不存在差动电流ID时，信号VI1、VI2和VD具有基本上为零的振幅(例如处于0.4V)。

当存在差动电流ID时，信号VI1、VI2和VD具有在其中第一信号V1超过由于励磁电流IE(例如处于振幅峰突OS1、OS2)的存在而引起的固定AC信号分量FSC的振幅的时刻并非为零的振幅。

优选地以模拟方式实现信号处理模块31、32、33，如上所述。

然而，其还可以数字方式实现。在这种情况下，信号处理模块31可有利地包括采样装置(未示出)，其优选地被布置成在进一步处理信号V1之前执行信号V1的数字采样和平滑滤波。

参考图3，根据本发明的一方面，第二信号处理装置4优选地包括第四处理模块41，其被布置成借助于第一变换函数TF来处理第二信号VD。

信号处理模块41有利地提供第一测量信号IDCM。

变换函数TF允许计算作为信号VD的值的函数的测量信号IDCM的值。

作为示例，变换函数TF可以是查找表，其允许将测量信号IDCM的单个值关联到信号VD的唯一值。

变换函数TF基本上取决于电流互感器21和信号处理装置3的电子实施的物理特性。有利地，其可根据电子设备1的操作状况而以实验方式设定。

根据本发明的一方面，信号处理装置4可包括第五信号处理模块42，其被配置以将信号VD与阈值值VTH(优选地电压值)相比较。

信号处理模块42提供取决于信号VD的性质的跳闸信号TRIP。

作为示例，跳闸信号TRIP可以是当信号VD超过阈值值或信号VTH时被设定在跳闸命令电平(例如3.3V的高电平)的逻辑信号。

可根据其中采用电子设备1的应用来设定阈值值VTH。

作为示例，当在用于电动车辆的电池充电器中使用电子设备1时，阈值值VTH可以是2V。

优选地以数字方式实现信号处理装置4。

在这种情况下，当以模拟方式来实现信号处理装置3时，第二信号处理处理装置4优选地还包括采样装置43，其优选地被布置成在对信号VD进一步处理之前执行信号VD的数字采样和平滑滤波。

参考图7-8，根据本发明的一方面，第三信号处理装置5优选地包括被配置以将第一信号V1与第一参考信号VR1且与具有相反符号的第二参考信号VR2相比较的第六信号处理模块51。作为示例，参考信号VR1、VR2是分别地可为正和负的参考电压。

信号处理模块51提供第一比较信号VC1(优选地电压信号)和第二比较信号VC2(优选地电压信号)。

信号处理模块51优选地包括运算放大器511、512，其可被以已知方式布置以提供电压V1与参考电压VR1、VR2之间的比较功能。

信号处理装置5优选地包括第七信号处理模块52，其被配置以执行比较信号VC1、VC2的低通滤波。

信号处理模块52提供第三和第四信号S1、S2。

信号处理模块52可包括滤波电路522、523，其被与以已知方式布置成提供电压跟随器功能的运算放大器521、524电连接。

优选地，信号S1、S2是作为信号V1的函数的二电平信号。

优选地，信号S1、S2具有图7中所示的性质。

当信号V1高于正阈值值(参考值VR1)时信号S1处于高电平(例如3.3V)，而当信号V1低于参考值VR1时其处于低电平(例如0V)。

当信号V1低于负阈值值(参考值VR2)时，信号S2处于高电平，而当信号V1高于参考值VR2时其处于低电平。

可根据其中采用电子设备的应用来设定参考电压VR1、VR2。作为示例，当在用于电动车辆的充电系统中使用电子设备1时，可将参考电压VR1、VR2分别地设定在1V和-1V。

优选地以模拟方式实现信号处理模块51、52，如上所述。

然而，其也可容易地以数字方式实现。在这种情况下，信号处理模块51可有利地包括采样装置(未示出)，其优选地被布置成在进一步处理信号V1之前执行信号V1的数字采样和平滑滤波。

参考图9-11，根据本发明的一方面，第四信号处理装置6优选地包括第八信号处理模块，其被配置以根据至少一个阈值滤波函数TFF来处理信号S1、S2。

信号处理模块61提供指示信号S1、S2的强度的第五和第六信号R1、R2(优选地电压信号)。

优选地，阈值滤波函数TFF提供分别地为信号S1、S2的函数的三电平信号R1、R2。

优选地，信号R1、R2具有图10中所示的性质。

从数据处理的观点出发，信号处理模块61可被配置以根据图10的流程图来设定信号R1、R2的电平，图10的流程图是阈值滤波函数TFF的可能实施方式。

信号处理模块61将每个信号S1、S2与低阈值值STH1(优选地电压值)和高阈值值STH2(优选地电压值)相比较，其两者都有利地是正的。基于所述比较的结果，信号处理模块61以给定电平提供相应信号R1、R2。

针对每个信号R1、R2，信号处理模块61选择指示相应信号S1、S2的强度(低、中、高)的电压电平。该相应信号S1、S2又指示由差动电流ID的非时变分量在互感器21的磁芯211上产生的非线性效应。

如果信号S1、S2低于低阈值值STH1，则信号处理模块61以低电平(例如0V)提供相应信号R1、R2。

如果信号S1、S2包括在阈值值STH1与STH2之间，则信号处理模块61以中间电平(例如2.5V)提供相应信号R1、R2。

如果信号S1、S2高于高阈值值STH2，则信号处理模块61以高电平(例如3.3V)提供相应信号R1、R2。

可根据其中采用电子设备的应用来设定阈值值STH1、STH2。作为示例，当在用于电动车辆的充电系统中使用电子设备1时，可将阈值值STH1、STH2分别地设定在1.1和2.2V。

信号处理装置6优选地包括第九信号处理模块62，其被配置以根据至少逻辑组合函数LCF来处理信号R1、R2。

信号处理模块62提供第二测量信号SDC。

优选地，测量信号SDC可具有三个电压电平，类似于信号R1、R2。

根据信号R1、R2的电平来设定测量信号SDC的电压电平。

优选地，电压组合函数LCF根据以下查找表(由图11的示例性流程图实现)来设定测量信号SDC的电压电平。

如果测量信号SDC的电压电平被设定在高电平(例如，3.3V)，则意味着差动电流ID的非时变分量根据第一方向流动，该第一方向可根据给定符号规定而对应于正号。

如果测量信号SDC的电压电平被设定在第二电平(例如，-3.3V)，则意味着差动电流ID的非时变分量根据第二方向流动，该第二方向与第一方向相反且可根据所述给定符号规定而对应于负号。

如果测量信号SDC的电压电平被设定在中间电平(例如0V)，则意味着不能确定差动电流ID的非时变分量的方向(例如由于差动电流ID的非时变分量为零的事实)。

从物理观点出发，用以下事实来证明上文所示的查找表的采用是正确的：

-如果差动电流ID的非时变分量根据给定符号规定是正的(或负的)，则其感生相同符号的互感器21的磁芯211的非线性性质。此类非线性效应可以是中等的或高的；

-如果差动电流ID的非时变分量为零或可忽略的，则其感生低或中等的互感器21的磁芯211的非线性性质。

从数据处理观点出发，信号处理模块62可被配置以根据图11的流程图来设定测量信号SDC的电压电平，其为上文所示查找表的可能实施方式。

优选地以数字方式实现信号处理装置6。

在这种情况下，当以模拟方式来实现信号处理装置5时，第二信号处理装置6优选地还包括采样装置63，其优选地被布置成在对信号S1、S2进一步处理之前执行信号S1、S2的数字采样和平滑滤波。

现在参考图12，其参考图1中所示的实施例，第六信号处理装置7可以是已知类型的。

作为示例，可采用在传统B型的传统ELCD中所使用的电路配置。

优选地，以模拟方式实现信号处理装置7，如上所述。

然而，其也可容易地以数字方式实现。在这种情况下，其可有利地包括采样装置(未示出)，其优选地被布置成在进一步处理信号V1之前执行信号V1的数字采样和平滑滤波。

优选地，第七信号处理装置8包括第十处理模块81，其被配置以借助于第二变换函数TF2来处理第五信号VD2。

信号处理模块81有利地提供第三测量信号IDM。

变换函数TF2允许计算作为信号VD2的值的函数的测量信号IDM的值。

作为示例，变换函数TF2可以是查找表，其允许将测量信号IDM的单个值关联到信号VD2的唯一值。

变换函数TF2基本上取决于电流互感器21和信号处理装置7的电子实施方式的物理特性。有利地，其可根据电子设备1的操作状况而以实验方式设定。

优选地以数字方式实现信号处理装置8。

当以模拟方式来实现信号处理装置7时，第二信号处理装置4优选地还包括采样装置83，其优选地被布置成在对信号VD2进一步处理之前执行信号VD2的数字采样和平滑滤波。

现在参考图13，其参考图1A中所示的实施例，第八信号处理装置9可包括第十一处理模块91，其被配置以借助于第三变换函数TF3来处理第三信号VD3。

信号处理模块91有利地提供第三测量信号IDM。

变换函数TF3允许计算作为信号VD3的值的函数的测量信号IDM的值。

作为示例，变换函数TF3可以是查找表，其允许将测量信号IDM的单个值关联到信号VD3的唯一值。

变换函数TF3基本上取决于电流互感器21和信号处理装置3的电子实施方式的物理特性。有利地，其可根据电子设备1的操作状况而以实验方式设定。

优选地以数字方式实现信号处理装置9。

当以模拟方式来实现信号处理装置3时，第二信号处理装置9优选地还包括采样装置93，其优选地被布置成在对信号VD3进一步处理之前执行信号VD3的数字采样和平滑滤波。

如上所述，电子设备1优选地包括第五信号处理装置10，其能够提供测量信号IDC和可能的IAC和/或IDT。

优选地，以数字方式实现信号处理装置10。

在图18中，在用于LV或MV应用中的电子布置900中，示出了根据本发明的电子设备1的实施方式的示例。

在图1的实施例中示出了电子设备1。然而，还可采用图1A、1B中所示的实施例。

电子布置900可以例如是用于电动车辆的电池充电器、保护设备或用于LV或MV配电网的IED(智能电子设备)。

测量信号IDC和IAC及由电子设备1提供的跳闸信号TRIP被电子布置900的控制单元902获取。

控制单元902可有利地被配置以路由跳闸信号TRIP以便激活能够使电线100中断的跳闸单元901。

这种解决方案在电池充电器和用于LV或MV配电网的保护设备中特别有用。

控制单元902可被有利地配置以处理信号IDC、IAC以便提供控制信号C来实现高级故障管理功能。

作为示例，在电池充电器中，控制单元902可被配置以处理信号IDC、IAC并生成用于DC补偿器(未示出)的适当控制信号C，DC补偿器可有利地被提供有用于补偿检测到的差动电流ID的非时变分量的装置。

所述补偿装置可例如被配置以在电线100中注入具有所述非时变分量的相反符号的平滑DC电流，因此以缓解或去除总体DC漏泄。

本领域的技术人员可容易地理解的是可针对与图18中所示的应用不同的应用来容易地配置本发明的电子设备1。

还可针对具有与上述那些不同的规格和电流额定值的应用来配置本发明的电子设备1。

本发明的电子设备1具有许多优点。

电子设备1能够检测电线100中的差动电流ID并提供关于可根据需要而被方便地利用的所述差动电流的非时变和时变分量的定量信息(包括关于符号的信息)。

电子设备1能够提供检测到的差动电流的非时变和时变分量的准确测量结果。事实上，电子设备1基本上显示出对测量量(差动电流ID)的基本上线性响应(测量信号ICDM、IDM)，如在图3、12、13的图表中可以注意到的。

可方便地利用关于差动电流的非时变分量的信息来布置补偿装置，其能够在电线100中注入相反的非时变差动电流。

此类补偿布置可确保电线100或被与之连接的电系统/装置的较长可操作服务时间。

作为示例，被布置成使电线100跳闸的保护设备(其结合了电子设备1和所述补偿装置)可能能够在较长时间内保持在闭合状态，从而在不危害安全的情况下确保电线的延长服务。

可方便地利用关于差动电流的非时变分量的信息来改善专用于LV或MV配电网的电气器件的功能，所述电气器件诸如保护设备、开关器件、继电器等。

作为示例，结合了电子设备1的B型的ELCD(漏地电流设备)可以提供改善的诊断功能，其可以被适当地利用以管理所述保护设备的操作或用于实现高级智能电网管理功能。在此最后情况下，由电子设备1提供的信息可被容易地直接地或通过适当的通信网络传送至ELCD被安装在其中的配电网或控制系统的任何设备。

可方便地利用关于差动电流的非时变分量的信息来检验、缓解或修正由电系统在配电网中的最大DC注入速率，其由用于电系统的相关标准规定，包括与电力系统和光伏系统的分布式资源互连。

电子设备1可以被容易地嵌入或集成在许多不同的LV或MV应用中。

例如，可以容易地在以下各项中使用电子设备1：

-车载电池充电器、非车载充电设备、电缆中便携充电设备、用于车辆的车辆电源设备；和/或

-用于配电网的残余电流设备、跳闸设备、保护设备、开关器件、继电器和控制设备；和/或

-IED，即用于管理用于配电网的电力设备的操作的基于电子微控制器的设备；

-光伏发电系统。

某些应用中的电子设备1的采用可帮助降低这些后面所述设备的总体安装成本。

作为示例，用于车辆的非车载充电设备在家庭环境中的安装正常地要求家庭配电网的ECLD的替换。

这些后面描述的设备事实上是传统的A和AC类型的，并且在存在可能差动电流的情况下常遭受故障，该可能差动电流在电池充电过程期间具有不可忽略的非时变分量。

通过采用电子设备1，可以执行可能差动电流的非时变分量的精确测量并检查所述非时变分量是否超过给定阈值值(例如6mA)。

当存在具有不可忽略的非时变分量的差动电流时，此类信息可被充电设备的控制单元用来中断充电过程。

因此在不需要昂贵的替换干预的情况下确保家庭配电网的ECLD的保护功能。

电子设备1可包括自主处理资源(例如其可被提供有其自己的微处理器)，或者其可共享存在于该电子设备1中、其被嵌入或集成在其中的器件或系统中的处理资源。

作为示例，参考图18，电子设备1可使用控制单元902的微控制器(未示出)来执行用于以电子方式实现上述处理装置4、6、8、9、10的功能的软件指令。

电子设备1还可被用作独立设备，并且其可被容易地置于与远程设备的通信中。在这种情况下，电子设备1优选地被提供有自主处理资源(例如微控制器)。

电子设备1要在工业水平实现和/或制造中是容易且廉价的。

Claims

1.一种用于测量在具有多个导体的电线(100)中的差动电流(ID)的电子设备(1)，所述电子设备包括：

-感测电路(2)，包括：

-电流互感器(21)，具有被操作耦接到所述电线的导体的磁芯(211)、次级绕组(212)和励磁绕组(213)，励磁电流(IE)沿着所述励磁绕组(213)流通以使所述磁芯(211)极化；

-输出电路部(22)，被电连接到所述次级绕组(212)并被配置以提供指示所述差动电流的第一信号(V1)；

其特征在于包括：

-第一信号处理装置(3)，被配置以处理所述第一信号(V1)并提供指示所述差动电流(ID)的第二信号(VD)；

-第二信号处理装置(4)，被配置以处理所述第二信号(VD)并提供指示所述差动电流(ID)的非时变分量的绝对值的第一测量信号(IDCM)；

-第三信号处理装置(5)，被配置以处理所述第一信号(V1)并提供第三和第四信号(S1、S2)，所述第三和第四信号(S1、S2)指示所述磁芯(211)是在所述磁芯的磁滞回线的正饱和区还是负饱和区操作；

-第四信号处理装置(6)，被配置以处理所述第三和第四信号(S1、S2)并提供第二测量信号(SDC)，所述第二测量信号(SDC)指示所述差动电流(ID)的非时变分量的方向。

2.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于包括第五信号处理装置(10)，被配置以处理所述第一和第二测量信号(IDCM、SDC)并提供指示所述差动电流(ID)的非时变分量的第四测量信号(IDC)。

3.根据权利要求1或2所述的电子设备，其特征在于包括：

-第六信号处理装置(7)，被配置以处理所述第一信号(V1)并提供指示所述差动电流(ID)的第五信号(VD2)；

-第七信号处理装置(8)，被配置以处理所述第五信号(VD2)并提供指示所述差动电流(ID)的绝对值的第三测量信号(IDM)。

4.根据权利要求1或2所述的电子设备，其特征在于所述第一信号处理装置(3)被配置以提供指示所述差动电流的第六信号(VD3)，所述电子设备包括第八信号处理装置(9)，所述第八信号处理装置(9)被配置以处理所述第六信号(VD3)并提供指示所述差动电流(ID)的绝对值的第三测量信号(IDM)。

5.根据权利要求2和3所述或根据权利要求2和4所述的电子设备，其特征在于所述第五信号处理装置(10)还被配置以处理所述第一和第三测量信号(IDCM、IDM)并提供指示所述差动电流(ID)的时变分量的第五测量信号(IAC)。

6.根据权利要求2、3和5所述或者根据权利要求2、4和5所述的电子设备，其特征在于所述第五信号处理装置(10)还被配置以处理所述第一、第二和第三测量信号(IDCM、SDC、IDM)并提供指示所述差动电流(ID)的第六测量信号(IDT)。

7.根据权利要求2所述的电子设备，其特征在于所述第五信号处理装置(10)还被配置以处理所述第一和第二测量信号(IDCM、SDC)和所述第一信号(V1)并提供指示所述差动电流(ID)的时变分量的第五测量信号(IAC)和/或指示所述差动电流(ID)的第六测量信号(IDT)。

8.根据前述权利要求中的一项或多项所述的电子设备，其特征在于所述第一信号处理装置(3)包括：

-第一信号处理模块(31)，被配置以执行所述第一信号(V1)的放大和振幅滤波，所述第一信号处理模块提供指示所述差动电流(ID)的第一中间信号(VI1)；

-第二信号处理模块(32)，被配置以执行所述第一中间信号(VI1)的波形整流，所述第二信号处理模块提供第二中间信号(VI2)；

-第三信号处理模块(33)，被配置以执行所述第二中间信号(VI2)的低通滤波，所述第三信号处理模块提供所述第二信号(VD)。

9.根据前述权利要求中的一项或多项所述的电子设备，其特征在于所述第二信号处理装置(4)包括第四处理模块(41)，所述第四处理模块(41)被配置以借助于第一变换函数(TF)来处理所述第二信号(VD)，所述第四信号处理模块提供所述第一测量信号(IDCM)。

10.根据前述权利要求中的一项或多项所述的电子设备，其特征在于所述第二信号处理装置(4)包括第五信号处理模块(42)，所述第五信号处理模块(42)被配置以将所述第二信号(VD)与阈值值(VTH)相比较并根据所述第二信号(VD)的性质而提供跳闸信号(TRIP)。

11.根据前述权利要求中的一项或多项所述的电子设备，其特征在于所述第三信号处理装置(5)包括：

-第六信号处理模块(51)，被配置以将所述第一信号(V1)与第一参考电压(VR1)且与第二参考电压(VR2)相比较，所述第六信号处理模块提供第一比较信号(VC1)和第二比较信号(VC2)；

-第七信号处理模块(52)，被配置以执行所述第一比较信号(VC1)和所述第二比较信号(VC2)的低通滤波，所述第七信号处理模块提供所述第三信号(S1)和所述第四信号(S2)。

12.根据前述权利要求中的一项或多项所述的电子设备，其特征在于所述第四信号处理装置(6)包括：

-第八信号处理模块(61)，被配置以根据至少一个阈值滤波函数(TFF)来处理所述第三和第四信号(S1、S2)，所述第八信号处理模块提供指示所述第三和第四信号(S1、S2)的强度的第五和第六信号(R1、R2)；

-第九信号处理模块(62)，被配置以根据至少一个逻辑组合函数(LCF)来处理所述第五和第六信号(R1、R2)，所述第九信号处理模块提供所述第二测量信号(SDC)。

13.一种用于LV或MV应用的电子布置(900)，其特征在于包括根据前述权利要求中的一项或多项所述的电子设备(1)。

14.根据权利要求13所述的电子布置(900)，其特征在于它是：

-用于电动车辆的电池充电器或车辆电源设备；或者

-用于配电系统或网络的保护设备或开关器件；或者

-用于配电系统或网络的IED。

15.一种光伏发电系统，其特征在于包括根据权利要求1至12中的一项或多项所述的电子设备(1)。

16.一种配电系统或网络，其特征在于包括根据权利要求1至12中的一项或多项所述的电子设备(1)。