CN110456151A - 用于电导体布置的连续绝缘监测的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于电导体布置(12)的连续绝缘监测的方法,该电导体布置(12)具有有源导体(3)以及与该有源导体(3)电绝缘的导体结构(14),其中,导体布置(12)的质量以及有源导体(3)和导体结构(14)的布置使得对于有源导体(3)和导体结构(14)有几乎相同的传播条件适用于对地(E)的电流流动,其中,执行绝缘电阻测量,其中,绝缘监测单元(20)连接在导体结构(14)和地(E)之间,绝缘监测单元(20)将测量电压叠加到电导体布置(12)上,由此生成与导体布置(12)的绝缘电阻成比例的测量电流,所述绝缘电阻在绝缘电阻测量单元(20)中获取并且被评估。
Description
技术领域
本发明涉及用于电导体布置的连续绝缘监测的方法,该电导体布置具有有源导体以及与该有源导体电绝缘的导体结构。
背景技术
电子技术和电子部件在创新技术(例如,电迁移或光伏)中的使用增长,带来了关于所使用的操作设备的电子绝缘特性的新的问题。
因此,例如,在IEC 60664标准系列中描述了低电压系统中电气操作设备的绝缘配合的规范要求。因此,考虑到保持的间隙和爬电距离而进行要求,并限定对固体绝缘的要求。该规范具有基本安全标准的地位,因此被认为是通过各种安装和产品标准在绝缘配合的领域中用于限定要求的基础。
然而,在出现规范的时间点进行的分析主要基于单相或多相AC电力供应系统的使用。在过去进行研究活动的时候,使用频率转换器技术并不像引入上面提到的新技术的今天那样普遍。
特别地,还没有考虑由在当今的转换器应用中的典型的交流电压、直流电压和切换频率电压分量组成的混合电压。
因此,在当前研究项目的范围内,进行了关于电路板上的间隙和爬电距离的标准尺寸的分析,其中考虑了由直流振幅、电路板材料和保护涂层组成的不同组合。因此,在湿气/热循环的影响下,决定了迁移效应,随着时间的推移这可能引起电弧和火灾。
研究结果表明,由于绝缘电阻从处于良好状况的1到10GOhm的范围降低到处于不良状况的100MOhm以下的值,因此在启动时已经可以检测到迁移效应的形成。
对高压技术操作设备的其他分析和评估得出的结论是:必须设置超过100MOhm的极限值,以确定绝缘系统处于良好状况。
在实际实施诊断测量的情况下,特别是为了测量绝缘电阻,仅除了少数例外,已经证明的缺点是,这些测量只能在维护措施的范围内进行,这意味着在关断系统部件时掉线。首先,在诊断测量期间供应系统不可用;其次,系统转换需要高水平工作量以使诊断测量可行;第三,维护时间间隔之间的不可观察的时间会造成问题。
由于在线操作期间出现的外部电压和干扰电压将对测量产生极大的不利影响,因此根据过去的经验,不能使用已知的测量和测试设备作为在线监测单元,其中这些已知的设备在维护工作过程期间离线地用于上述诊断测量。
然而,使用绝缘监测技术来评估系统、操作设备或子系统(电路板)的绝缘状况,这在低电压领域中尤为普遍似乎是可以想象的,因为绝缘监测单元中使用的测量技术被设计得很稳健,以在现有的外部电压和干扰电压的影响下提供准确的测量结果。
然而,只能在具有未接地类型的电气系统(IT系统)的系统中使用根据标准设计的这些已知绝缘监测单元来评估绝缘状况,除非在整个系统的绝缘电阻值相当大地超过显然关键的100MOhm的限制。
另外,石油和天然气供应领域内的绝缘监测单元使用GOhm测量范围。然而,在此,为了不使整个系统的绝缘水平下降到临界值以下,必须通过断开装置不利地关断部分供电系统。在这种方法的情况下,绝缘电阻测量对于例如水下电力电缆(脐带缆)的绝缘状况也是有意义的。然而,为了评估相关性,与在初始或正在进行的时间点采用的测量值的比较是重要的。
从这些角度来看,一方面,出现的问题是:只有当整个供电系统的绝缘水平足够高(这里,高于100MOhm)时才能使用普通的绝缘监测技术准确地确定绝缘电阻。为了解决这个问题,从最新的背景技术中已经了解多种解决方案。在前景中,存在具有低水平绝缘的子系统的临时断开,以能够以足够可靠的方式确定剩余系统的绝缘电阻。然后,在相同的操作状态期间进行与先前测量的比较。
其他已知的措施包括缩短维护时间间隔以及缩短规范要求的迭代测试之间的时间间隔。与储备替换部件和保持备用服务可用有关的关键操作设备的早期更换也能间接有助于提高电气安全性。
然而,已知的措施存在缺点。因此,根据标准的绝缘监测单元只能用于未接地的供电系统,并且子系统的断开并不总是可行的,例如,在医疗应用领域并不总是可性的,并且与大量的库存相关的维护时间间隔可能导致较高的成本。
发明内容
本发明的目的是提出一种方法,该方法可以对电导体布置(供电系统)进行连续绝缘监测,该电导体布置包括与有源导体电绝缘的导体结构。该方法应该特别适用于以下情况:整体绝缘电阻由于互连的系统部件而下降,并且针对接地和未接地的供电系统两者均如此。
结合权利要求1的前序部分中的特征,要求导体布置的质量以及有源导体和导体结构的布置被设计成使得适合于影响导体布置的绝缘电阻的影响因素在有源导体和导体结构两者上同等地作用。对于流过有源导体的测量电流以及流过导体结构的测量电流,假设几乎相同的传播条件。
该任务通过执行绝缘电阻测量来实现,其中,绝缘监测单元连接在导体结构和地之间,绝缘监测单元将测量电压叠加到电导体布置上,由此生成与导体布置的绝缘电阻成比例的测量电流,所述绝缘电阻在绝缘电阻测量单元中获取并且被评估。
有源导体可以被设计成:与地绝缘,以低阻抗方式接地或以高阻抗方式接地。因此,涵盖了所有主要类型。导体结构不仅被设计成与有源导体电绝缘,而且被设计成与地电绝缘(这取决于手头的测量任务),以非常高阻抗的方式电绝缘。
本发明的基本思想基于如下假设:由于可能的影响因素导致的绝缘状态的退化几乎总是对称地作用在绝缘体上,并且该作用区不限于导体布置的有源导体,而是延伸到相邻的导体结构。例如,温度/湿度循环影响暴露于这些循环的所有隔离区域。
因此,不需要将测量电压施加到携载工作电流的有源导体,而是将测量电压施加到导体布置的空间相邻的导体结构,其暴露于相同的影响因素。
因此,流过该导体结构、绝缘体和地的测量电流可以有利地形成测量路径,该测量路径具有更高的(绝缘)电阻值,使得可以使用根据标准的绝缘监测单元。
作为示例,使用电路板作为电导体布置,这意味着保护或绝缘漆的退化或恶化不仅可以通过有源导体对地的绝缘电阻测量来确定,而且还可以通过与有源导体绝缘的任何导体结构来确定,所述结构也嵌入到保护或绝缘漆中。因此,使用标准绝缘监测单元来确定绝缘电阻是有利的,原因在于:在导体布置的绝缘水平降低的情况下,可以预期到在被监测的导体结构上增加的干扰电压电平,然而根据最新背景技术的绝缘监测单元能够消除这些干扰电压。
在连续绝缘监测的任务的范围内,假设这种绝缘监测单元还容许可能在有源导体和地之间出现的电压分量,并且其可能根据手头的应用而显著波动。
在另一个有利的实施方式中,导体布置的不携载操作电流的一个或多个导体被用作导体结构。
在电力供应电缆作为导体布置的情况下,这意味着可以通过测量一个或多个未使用的导体上的绝缘电阻来估计电力供应电缆中的有源导体的绝缘的退化或恶化,所述一个或多个未使用的导体不携载工作电流,所述一个或多个未使用的导体以与同一电缆束中的有源导体绝缘的方式被布置,从而受到相同的干扰因素,例如,诸如温度或湿度的环境影响。
此外,屏蔽层可以有利地用作导体结构。
屏蔽层可以是电半导体或电导体。以这种方式,在水下电力供应线的情况下,可以想到测量半导体屏蔽层与地之间的绝缘电阻,以检测例如水的进入。
此外,在变压器作为导体布置的情况下,变压器的电容接地屏蔽绕组可以用作导体结构。
例如,由于湿度/热循环,在电容接地屏蔽绕组和地之间测量的绝缘电阻值的减小可以被评估为变压器的绝缘系统的临界状态的指示。
根据本发明的方法可以有利地用于对未接地的以及接地的供电系统两者的电导体布置进行连续绝缘监测。
因此,根据本发明的方法使得可以独立于电气系统的类型(接地或未接地的供电系统)执行导体布置的绝缘状态的连续监测。在操作期间的连续监测增加了要监测的导体布置的电气安全性并避免了操作停机。
因此,根据用于监测导体布置的本发明,可以有利地使用引进GOhm范围的当前绝缘监测技术的技术测量可能性,特别是电气系统中的电缆绝缘或者在监测操作设备的绝缘的情况下,即使例如未接地的供电系统的绝缘水平太低而不能根据最新的背景技术进行绝缘监测的情况。
此外,根据本发明的方法适用于接地供电系统。
附图说明
其他有利的实施方式特征来自以下描述和附图,这些描述和附图说明了本发明的优选实施方式以及基于示例的本发明的应用。附图示出了:
图1示意性地示出了用于说明该问题的分支式未接地供电系统;
图2示出了整体绝缘电阻的进展;
图3示出了根据本发明的与电路板有关的方法的应用;
图4示出了根据本发明的与水下电力供应线有关的方法的应用;以及
图5示出了根据本发明的与变压器有关的方法的应用。
具体实施方式
为了说明该问题,图1中示出了供电系统2,该供电系统2包括主系统4和子系统6,并由电源10供电。主系统4表示导体布置12,其包括两个有源导体3。在本示例中,导体布置12被设计为水下电力供应线28(参见图4)。
主系统4和子系统6的特征分别在于绝缘电阻Riso1至Riso4。根据最新的背景技术,对于绝缘电阻测量,根据标准的绝缘监测单元20连接在有源导体3与地E之间。绝缘监测单元20将测量电压叠加到供电系统2上,其中,测量电流电路通过有源导体3和绝缘电阻Riso1至Riso4以接地方式形成。主系统4的绝缘电阻Rumb由绝缘电阻Riso1和绝缘电阻Riso2的并联连接产生;子系统6的绝缘电阻Rsub由绝缘电阻Riso3和绝缘电阻Riso4的并联连接产生。供电系统2的总绝缘电阻又由主系统4的绝缘电阻Rumb和子系统6的绝缘电阻Rsub的并联连接产生。由于绝缘电阻Riso1与Riso4的并联连接,供电系统2的绝缘水平降低。在确定未接地供电系统的各个系统部件的绝缘电阻的特殊任务的背景下,其隔离水平相当高(通过高10倍的功率),以非常高的阻抗方式与地绝缘的这些系统部件必须被分开。另外,根据最新的背景技术,提供了用于关断子系统6的断路器8。这些断路器用于与主系统4断开,主系统4相对于子系统6以高得多的阻抗方式与地绝缘,子系统6以低得多的阻抗方式与地绝缘。
实际上,该断路器8代表多个断路器,这些断路器可以使得与多个子系统6分离。以不利的方式,用于断开操作的工作量非常高,因为这种断开必须在海中的数千米的深度处使用机器人进行。
例如,如果导体布置12被设计为水下电力供应线28(图4),则因此试图通过在100MOhm以上的整体绝缘电阻范围内选择性地关断系统部件来提高整体绝缘水平。
图2以曲线图示出了根据主系统4的绝缘电阻Rumb的、供电系统2的总绝缘电阻Riso与子系统6的绝缘电阻Rsub的比率。
在子系统6的并联连接的情况下,由绝缘监测单元20确定的总绝缘电阻值Riso以绝缘水平近似方式进行预期的低水平变化。可以清楚地认识到,被设计为水下电力供应电缆28的主系统4的一个MOhm和绝缘电阻Rumb,其在10MOhm与1GOhm之间变化。
在该示例中,基于测量的总绝缘电阻Riso,难以进行关于主系统4(水下电力供应线28形式的导体布置12)的绝缘状态的陈述。
图3示出了根据本发明的方法的、在被设计为电路板18的导体布置12上的应用。导体布置12包括作为有源导体3的导体轨道13和作为导体结构14的其他导体轨道16。脱离最新的背景技术,绝缘监测单元20不耦接至有源导体轨道13而是耦接至其他导体轨道16,其嵌入到常见的绝缘漆层15中,从而与有源导体3、13绝缘。根据权利要求1的前序部分,要求也适用于此处,其中绝缘漆层15在确定绝缘电阻方面对有源导体3、13以及其他导体轨道16施加相同的影响。因此,其他导体轨道16暴露于相同的影响绝缘质量的影响因素。因此,对导体结构14上的总绝缘电阻Riso的测量允许在无需向有源导体3、13施加电压的情况下对公共绝缘漆层15的绝缘状态进行评估。
由于有源导体3、13没有集成到测量电流电路中,因此也不需要中断导体布置12以进行绝缘电阻测量的操作。
图4示出了根据本发明的方法在石油和天然气供应领域的应用,其中导体布置12被设计为水下电力供应线28。水下电力供应线28在此包含四个有源导体3以及不携载工作电流的四个未使用的导体26作为导体结构14。绝缘监测单元20耦接至包括未使用的导体26的该导体结构14。由于导体结构14也暴露于与有源导体3相同的环境影响,因此可以进行对导体布置12的绝缘状态的近似估计。
除了或替代将绝缘监测单元20耦接至不携载工作电流的未使用导体26,被设计为水下电力供应线28的导体布置12的导电或半导电屏蔽层36可以用作导体结构14。
图5示出了与导体布置12有关的根据本发明的方法的应用,其中导体布置12被设计为变压器38。
除了有源变压器绕组33之外,变压器38还包括被设计为屏蔽绕组46的导体结构14。绝缘监测单元20耦接至该屏蔽绕组46。这此,同样地,在经由屏蔽绕组46形成的测量电路内流动的测量电流提供关于变压器38的绝缘状态的指示。
例如,如果绝缘状态由于变压器38中形成过多的水分而变差,则绝缘状态下降,这将通过绝缘监测单元20中的测量电流的增加来确定。
Claims (6)
1.一种用于电导体布置(12)的连续绝缘监测的方法,所述电导体布置(12)具有有源导体(3)以及与所述有源导体(3)电绝缘的导体结构(14),其中,所述导体布置(12)的质量以及所述有源导体(3)和所述导体结构(14)的布置使得对于所述有源导体(3)和所述导体结构(14)有几乎相同的传播条件适用于对地(E)的电流流动,所述方法包括以下方法步骤:
进行绝缘电阻测量,其中,绝缘监测单元(20)连接在所述导体结构(14)和地(E)之间,绝缘监测单元(20)将测量电压叠加到所述电导体布置(12)上,由此生成与所述导体布置(12)的绝缘电阻成比例的测量电流,所述绝缘电阻在所述绝缘电阻测量单元(20)中获取并且被评估。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,
所述导体布置(12)中的不携载工作电流的一个或多个导体(26)被用作导体结构(14)。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,
屏蔽层(36)被用作导体结构(14)。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,
在变压器(38)作为导体布置(12)的情况下,所述变压器(38)的电容接地屏蔽绕组(46)被用作导体结构(14)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法的应用,用于未接地的供电系统(2)的电导体布置(12)的连续绝缘监测。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法的应用,用于接地的供电系统的电导体布置的连续绝缘监测。
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