CN113777479A - 短路测试装置 - Google Patents
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Abstract
一种电气设备系统，用于在电负载网络(1)中发生短路的情况下防止所述负载网络(1)接通，所述电气设备系统包括：开关(2)；耦合到所述开关(2)的联锁单元(6)；可耦合到所述负载网络(1)的短路测试装置(7)，其中所述短路测试装置(7)包括电压源(11)、测量单元(12)以及连接到所述电压源(11)和所述测量单元(12)的控制单元(13)，所述控制单元(13)适于使所述电压源(11)向所述负载网络(1)施加测试电压，并且用于将响应于所述测试电压而记录的测量信号与预定义的短路标准进行比较，并且在所记录的测量信号符合所述标准的情况下将保护信号输出到所述联锁单元(6)。
Description
技术领域
本公开涉及一种短路测试装置。
背景技术
电负载网络或负载电网通过开关(尤其是断路器)与上游网络(通常是公用网络或电网)分离。在开关或断路器处于断开状态(通常是在短路击穿(shot down)之后)的情况下，负载网络的电气状态不明确。即使电气错误似乎可以修复，也不能确定这是唯一的错误还是没有新的错误发生。在使用期限短路期间尝试接通断路器会在开关的触点处产生大量电弧，并腐蚀触点。处于短路状态的典型电流在240V电网中为6000A。特别是对于具有高于600V的较高电压的电网来说，在短路条件下这种不完整的开关动作会大大缩短低开关的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是通过提供一种延长开关(特别是断路器)的使用寿命并减少触点腐蚀的装置来克服现有技术的缺点。
根据本发明，这一目的通过如下的特征解决。
一种短路测试装置，其具有将耦合到电负载网络的第一负载线路导体的第一线路测试导体以及将耦合到所述电负载网络的中性导体的中性测试导体，所述短路测试装置包括：
-电压源，所述电压源可切换到所述第一线路测试导体和所述中性测试导体，以输出可预定义的测试信号，
-测量单元，所述测量单元适于测量电压和/或电流，所述测量单元包括测量输入端，所述测量输入端可连接到所述第一线路测试导体和所述中性测试导体，所述测量单元还包括用于提供测量信号的输出端，以及
-控制单元，所述控制单元连接到所述电压源和所述测量单元，所述控制单元适于使所述电压源向所述第一线路测试导体和所述中性测试导体施加测试电压，并且为了将所述测量单元响应于所述测试信号而提供的所述测量信号与至少一个预定义的短路标准进行比较，所述控制单元还适于在所记录的测量信号符合所述短路标准的情况下，在保护输出端处输出保护命令。
一种用于检查电路中的负载的方法，所述方法包括以下步骤：
-检查将所述负载连接到开关上游的公用网络的所述开关是被切断还是跳闸，
-倘若所述开关处于断开状态，则通过所述开关下游的电负载网络的导体的多个成对组合将测量单元连接到所述负载，
-对所述成对组合中的每一个，将测试信号施加到所述负载，并将响应与指示无故障负载的响应进行比较，以及
-在所有所述响应均指示无故障负载的情况下允许接通所述开关，而在任何所述响应均指示有故障负载的情况下禁止接通所述开关。
因此，将延长开关(特别是断路器)的使用寿命。由于可以在短路状态期间防止开关，因此不会发生过度的触点腐蚀。减少或避免触点腐蚀在较长的使用寿命内保持低触点区域电阻。低触点电阻将耗散的能量和开关内部的温度保持在低水平。低温延长开关内部电子组件的使用寿命。
通常，在所述比较的结果形成OR逻辑的输入的情况下，在所公开方法的上下文中是有利的，并且在OR逻辑的输出为假的情况下允许接通开关，而在OR逻辑的输出为真的情况下禁止接通开关。因此，可以使用技术复杂度低的可靠装置来实现用于允许或禁止接通开关的逻辑。OR逻辑可以由软件或硬件来实施。特别地，所述软件可以在短路测试装置的控制单元中运行。
有利地，对测试信号的响应包括电压响应和电流响应两者。因此，响应允许检查负载的多个特性。
有利地，检查负载涉及多个级联开关。因此，可以检查级联开关的整个网络以及负载。
附图说明
参考附图描述本发明。附图仅示出优选实施方案。
图1示出了根据本发明的原理系统的框图；
图2示出了根据本发明的系统的第一具体实施方案的示意图；
图3示出了根据本发明的系统的第二具体实施方案的示意图；
图4示出了处于第一状态的根据本发明的系统的第三具体实施方案的示意图；
图5示出了处于第二状态的根据图4的实施方案的示意图；
图6示出了根据本发明的系统的第四具体实施方案；
图7示出了校正算法的可能解决方案；
图8示出了可能的测试序列的第一部分；
图9示出了可能的测试序列的第二部分，所述测试序列的第二部分可以重复执行，并且
图10示出了可能的测试序列的最后一部分。
具体实施方式
图1和图5示出了电气设备系统的原理和优选实施方案。每个系统包括短路测试装置7，所述短路测试装置7具有将连接到电负载网络的第一负载线路导体5的第一线路测试导体8以及将连接到所述电负载网络1的中性导体10的中性测试导体9，所述短路测试装置7包括：
-电压源11，所述电压源可切换到所述第一线路测试导体8和所述中性测试导体9，以输出可预定义的测试信号，
-测量单元12，所述测量单元适于测量电压和/或电流，所述测量单元12包括测量输入端，所述测量输入端可连接到所述第一线路测试导体8和所述中性测试导体9，所述测量单元12还包括用于提供测量信号的输出端，以及
-控制单元13，所述控制单元连接到所述电压源11和所述测量单元12，所述控制单元13适于使所述电压源11向所述第一线路测试导体8和所述中性测试导体9施加测试电压，并且为了将所述测量单元12响应于所述测试信号而提供的所述测量信号与至少一个预定义的短路标准进行比较，所述控制单元13还适于在所记录的测量信号符合所述短路标准的情况下，在保护输出端处输出保护命令。
图4和图5不包含表示短路测试装置7的附图标记7，并且确实没有边界线示出短路测试装置7。包括这样的边界线将会使这些数字更加混乱。然而，图4和图5示出了本发明的一个实施方案中的短路测试装置7的内部特征。
根据图1至图5的电气设备系统被实施为在电负载网络1中发生短路的情况下防止所述负载网络1接通。所述系统包括电力公用网络3、电负载网络1和位于所述公用网络3与所述负载网络1之间的至少一个开关2。所述开关被特别地实施为断路器，以在任何故障原因(例如，过电流和/或短路电流)的情况下断开所述负载网络1。
开关2位于所述公用网络3的第一公用线路导体4与所述负载网络1的第一负载线路导体5之间，所述系统还包括：
-联锁单元6，所述联锁单元耦合到所述开关2，以在所述联锁单元6接收到保护命令的情况下将所述开关2可控地锁定在断开位置，并防止所述开关2接通；以及
-短路测试装置7，其中所述保护输出端连接到所述联锁单元6。
因此，将延长开关2(特别是断路器)的使用寿命。由于可以在短路状态期间防止开关，因此不会发生过度的触点腐蚀。减少或避免触点腐蚀在较长的使用寿命内保持低触点区域电阻。低触点电阻将耗散的能量和开关2内部的温度保持在低水平。低温延长开关2内部电子组件的使用寿命。
短路测试装置7可以在开关2已经跳闸之后或者在开关2的任何操作之前以预防的方式进行操作。除了延长开关2的使用寿命外，防止开关2在发生短路时的操作还可以防止对设备或人的损害。当开关2是房屋或工业设施中的主断路器时尤其如此，其中在存在短路的过程中闭合断路器可能会严重伤害操作员或者损坏其余设备。
描述了包括不同单元的实际系统。这些单元中的每一个都可以是具有自己的外壳的单独装置。然而，还建议将一些或全部所描述的单元和组件放置在单个装置中。
特别地为低压网络或电网提供所述系统。网络包括一个中性导体10和至少一个或至少第一线路导体4、5。根据特别优选的实施方案，网络还包括第二线路导体18和第三线路导体19。
在电负载网络1中发生短路的情况下，短路测试装置7将防止所述负载网络1接通。通过作为所述系统的一部分的开关2将负载网络1与上游公用网络3区别开。开关2位于电力公用网络3与负载网络1之间。网络的另一种说法是电网。根据基本理念，仅位于第一线路导体4、5中的一个开关2就足以断开负载网络1。根据优选实施方案，如图2至图5所示，中性导体10也经过开关2。
电气设备系统包括联锁单元6，所述联锁单元耦合到开关2，以将开关2可控地锁定在断开位置并防止开关2接通。联锁单元6可以是开关2的组成部分。在一个实施方案中，联锁单元6特别地包含机械构件，所述机械构件可以接合开关2的开关机构的一部分，以防止开关2的触点闭合。例如，联锁装置6可以包含防止开关2的手柄、横杆或接触臂的机构闭合的销。联锁装置还可以使手柄或横杆与机构或接触臂分开。联锁单元6还可以或可选地包含与开关2的电子连接，以通过锁定电子释放装置来防止开关2闭合。例如，联锁装置可能正在将跳闸信号发送到开关2的跳闸闩锁或激活开关2的分流器。联锁单元6通常对于一个特定的开关2或一家公司的开关必须专门进行设计以锁定。
联锁单元6还包括至少一个控制输入，以接收可以触发联锁的保护命令。在电子控制的情况下，联锁装置可以仅将短路测试装置7的保护输出端与开关2连接。
短路测试装置7包括可耦合到第一负载线路导体5的第一线路测试导体8以及可耦合到负载网络1的中性导体10的中性测试导体9。在这种情况下，可耦合意味着第一线测试导体8通常不连接到第一负载线路导体5，并且可以将它们以实体连接的形式连接，或者可以将两根导体如此靠近地放置，使得发生电感性或电容性相互作用。根据优选实施方案，至少一个第一继电器14位于第一线路测试导体8和中性测试导体9中。通常提供多于一个继电器14。
有利地，开关2和继电器14在逻辑上连接，使得它们处于相反的状态。以此方式，当开关2断开时，继电器14闭合，从而允许短路测试装置7的操作。一旦开关2闭合，继电器14就断开，从而断开短路测试装置。这可以通过许多方式来实现。例如，继电器14可以是与开关2的手柄耦合的一对辅助开关。继电器14还可以是由按钮激活的一对辅助开关。按钮的移动也可能会释放开关2的锁定手柄。在又一个实施方案中，开关手柄可以用在断开时闭合继电器14的盖来保护。
短路测试装置包括未示出的电源，所述电源绕过开关2或蓄电池连接到公用网络3或电网。
短路测试装置7包括可连接到第一线测试导体8和中性线测试导体9的电压源11。电压源11适于产生具有高幅度和高上升速率或转换速率的测试信号。相对短的电压脉冲(特别是在公用网络3的电网频率的半个周期的持续时间范围内)可能就足够了。根据优选实施方案，电压源11包括升压电路，以产生高幅度信号。根据替代的优选实施方案，电压源11被实施为产生包含频率扫描的测试信号。
短路测试装置7包括适于测量电压和/或电流的测量单元12，测量单元12包括测量输入端，所述测量输入端可连接到第一线路测试导体8和中性测试导体9，测量单元12还包括用于提供测量信号的输出端，所述测量信号表示所测量的电压和/或电流。
短路测试装置7还包括连接到电压源11和测量单元12的控制单元13。控制单元13特别地被实施为包括微控制器。控制单元13控制关于负载网络1中的短路状况的测试。控制单元13适于使电压源11向第一线路测试导体8和中性测试导体9施加测试电压。通过将测试电压施加负载网络1并监视其行为，可以检测到负载网络1中的短路。
控制单元13适于将响应于由测量单元12提供的测试信号而记录的测量信号与至少一个预定义的短路标准进行比较。可以以不同的方式检测到短路。通过施加几乎完美的矩形脉冲或阶跃，将有可能通过使用电信领域已知的方法分析阶跃函数响应来检测短路状况。还可以通过使用扫描信号作为测试信号来起作用。在这两种情况下，优选在频域中分析测量信号。根据优选实施方案，控制单元13包括变换单元，以对测量信号执行FFT或小波变换或Gabor变换。
在所记录的测量信号符合所存储的短路标准的情况下，控制单元13在保护输出端处向联锁单元6输出保护命令。在所描述的示例中，保护命令触发联锁单元6，从而防止开关2闭合并且防止电路闭合。在另一个实施方案中，开关2总是被锁定为断开，并且当不符合短路标准时，保护命令将触发开关2的解锁。
根据另一个实施方案，短路测试装置7包括通信接口，以接收关于负载网络状态的命令并且/或者输出关于负载网络状态的测量结果和/或指示符。通信接口可以根据任何电信过程或标准来实施。特别地，通信接口根据以下标准中的至少一项来实施：包含WiFi(IEEE 802.11)和Bluetooth(IEEE802.15)的IEEE 802、Zigbee(基于IEEE 802.15.4)、TCP/IP、GSM、GPRS、LTE。通信接口连接到控制单元13。
作为通信接口的优点，可以将短路测试装置7与以下组件中的至少一个连接：PC或服务器、移动装置(如智能电话)、RTU(远程终端单元)、云。短路测试装置7与所提及的装置中的一个之间的连接使得远程成为可能并且监督短路测试装置7。它提供了记录故障事件并使事件图形可视化的可能性，这些信息是由短路测试装置7收集的所有种类的其他信息，用于快速定位用户或监督人员。
基于图1至图5描述了细节和特定实施方案。
图1示出了根据本发明的基本系统的框图。除了已描述的组件之外，图1还示出了负载15。如图1示出的基本系统，中线10不通过开关2。图1还示出了公用网络3(也称为公用电网)与负载网络1或负载电网之间的边界。
图2至图5各自示出了其中三根线路导体5、18、19和中性导体10全部都通过四极开关2的系统。
图2示出了根据本发明的系统的第一特定实施方案。第一线路测试导体8永久性地连接到第一负载线路导体5，第二线路测试导体16永久性地连接到第二负载线路导体18，并且第三线路测试导体17永久性地连接到第三负载线路导体19。中性测试导体9永久性地连接到中性导体10。
电压源11包括变压器36，其中变压器36的初级绕组连接到升压电路，并且变压器36的次级绕组37可通过三个继电器14、20、21连接到第一负载线路导体5和中性导体10。
测量单元12连接到变压器36的次级绕组37，以通过分压器测量电压并通过分流器和放大器23测量电流，如图2所示。
第一实施方案使用变压器互感原理来提供激励信号。根据该原理，由测量单元12测量和分析变压器36的次级绕组上的电压和该次级绕组中的电流。
图3示出了根据本发明的系统的第二特定实施方案。该实施方案使用电容效应将测量单元12耦合到线路导体和中性导体5、18、19、10。
第一中空管24围绕第一负载线路导体5，第二中空管25围绕中性导体10，第三中空管26围绕第二负载线路导体18，并且第四中空管27围绕第三负载线路导体19。第一线路测试导体8连接到第一中空管24，第二线路测试导体16连接到第三中空管26，第三线路测试导体17连接到第四中空管27，并且中性测试导体9连接点第二中空管25。中空管24、25、26、27或圆筒形成电容器，其中线路5、18、19、10通过所述电容器。
该实施方案包括位于各个测试导体8、9、16、17中的单独的分立电容器28、29、30、31。至少一个第一电容器28布置在电压源11与第一中空管24之间的第一线路测试导体8中，至少一个第二电容器29布置在电压源11与第二中空管25之间的中性测试导体9中，至少一个第三电容器30布置在电压源11与第三中空管26之间的第二线路测试导体16中，并且至少一个第四电容器31布置在电压源11与第四中空管27之间的第三线路测试导体17中。
测量单元12连接到第一电容器28与第一中空管24之间的第一线路测试导体8，连接到第二电容器29与第二中空管25之间的中性测试导体9，连接到在第三电容器30与第三中空管26之间的第二线路测试导体16，并且连接到第四电容器31与第四中空管27之间的第三线路测试导体17。
第二实施方案使用电容分压器原理。测量单元12测量并分析每个相的电容器分压器电路中间的电压。
图4和图5示出了处于不同状态的系统的第三特定实施方案。该实施方案分析负载网络3的电阻行为。
第三实施方案包括弹簧加载触点32、33、34、35，以使短路测试装置7接触到负载网络3。根据图4和图5，第一线路测试导体8包括至少一个与第一负载线路导体5的第一触点区域相对布置的第一弹簧加载触点32，中性测试导体9包括至少一个与中性导体10的第二触点区域相对布置的第二弹簧加载触点33，第二线路测试导体16包括至少一个与第二负载线路导体18的第三触点区域相对布置的第三弹簧加载触点34，第三线路测试导体17包括至少一个与第三负载线路导体19的第四触点区域相对布置的第四弹簧加载触点35。
单独的触点区域可以实施为开关2的夹持区域。
弹簧加载触点32、33、34、35中的每一个被实施为在由电压源11施加高振幅测试信号期间临时接触相应的触点区域。
图6示出了根据本发明的系统的第四特定实施方案。在该示例中，开关2连接到具有相L1..L3的三相系统，并且连接到负载15。短路测试装置7通过图6中的线路测试导体8和16连接到两个示例性相L1、L2。
与分流器38串联的变压器36通过机电或电子开关20、21在相L1、L2之间切换，所述机电或电子开关特别地可以实施为继电器。机电或电子开关20、21由控制单元13通过驱动器39控制。另外，连接到开关2的联锁单元6的机电或电子开关40也由控制单元13通过驱动器39控制。特别地，机电或电子开关40也可以被实施为继电器。优选地，如图6所示，尤其可以被实施为光耦合器的隔离电子半导体器件45布置在控制单元13与驱动器39之间，以使控制单元13与驱动器39隔离。
在测试期间，由控制单元13和DC到AC转换器41生成测试信号并将其馈送到变压器36。因此，将测试信号也施加到电回路，所述电回路包括相L1、L2、负载15、线路测试导体8和16、机电或电子开关20、21、变压器36以及分流器38。有利地，测试信号的频率可以由DC到AC转换器41改变，从而可以产生频率扫描。
为了评估，通过电压放大器42和电流放大器43感测该电回路中的电压和电流(注意，通过使用分流器38感测电流)。通过模拟数字转换器44将电压放大器42和电流放大器43的信号转换成数字信号，所述数字信号被馈送到控制单元13并在那里被进一步处理。
应当注意，尽管图6涉及具有相L1..L3的三相系统，但是根据本发明的系统的类似、等效或相同的设计在另一种电气系统的上下文中也是可能的，另一种电气系统例如具有中性线路(L1..L3，N)的三相系统或具有中性线路(L1/N、L2/N、L3/N)的单相系统。
图7至图10现在示出了可以进行本公开中呈现的硬件结构的操作的方式的流程图。图7至图10特别地是指图6所示的硬件结构，但也指图1至图5所示的硬件结构。
详细地，图7示出了用于校正算法的可能解决方案。在第一步骤701中，接收通电信号。进而，在步骤702中接通短路测试装置7。接下来，在步骤703中初始化控制器以及输入和输出。这实质上是指在控制单元13中运行的软件。接下来，在步骤704中断开开关2以将负载15从相L1..L3断开。然后，在条件705中检查是否按下了与校正例程相关联的测试按钮。
如果检查是肯定的(参见分支Y)，则在步骤706中闭合机电或电子开关20、21，并在步骤707中生成测试信号。如果检查是否定的(参见分支N)，则序列继续步骤703。另外，测试按钮状态子例程A的输出被馈送到条件705中。
在步骤708中，存储对测试信号的电压响应。特别地，该步骤708可以包括存储电压响应是否>1.5V，这意味着负载15中没有隔离故障或短路并且负载15良好，或者电压响应是否≤1.5V，这意味着负载15中存在隔离故障或短路，并且负载15尚未准备好进行操作。在图6的布置中，电压响应特别地由电压放大器42感测。
在步骤709中，存储对测试信号的电流响应。特别地，该步骤709可以包括存储通过图6的布置中的分流器38和电流放大器43测量的电流响应是否<200mV，这再次意味着负载15中没有隔离故障或短路并且负载15良好，或者电流响应是否≥200mV，这意味着负载15中存在隔离故障或短路，并且负载15尚未准备好进行操作。
通常，应当注意，基于图6，可以得到这样的印象：仅对相L1和L2之间的连接感测和检查了响应。然而，实际上，可以对不同的连接进行多次检查。因此，除了在相L1/L2之间进行检查，还可以检查L2/L3、L1/L3，以及在N/L1、N/L2、N/L3之间也存在中性线路的情况下进行检查。
在步骤710中，将与电压响应有关的各种检查的状态存储在关联的寄存器中。等效地，在步骤711中，将与电流响应有关的各种检查的状态存储在关联的寄存器中。接下来，过程跳转到“A”，并因此跳到条件705。重复该序列，直到完成所有检查。
接下来，通过使用图8至图10来解释可能的测试序列。首先，在条件801中，检查是否从开关2接收到通电信号S。如果检查是肯定的(参见分支Y)，则在步骤802中，短路测试装置7处于断开状态，并且在步骤803中启动通信协议从而能够测试另一个开关2。在步骤804中，执行与所述另一个开关2的连接，并且在那里开始初始化子例程B。如果存在许多必须检查以确定电路是否有故障的级联开关2，则此选项很有用。
如果条件801中的检查结果是否定的，则在步骤805中接通短路测试装置7。接下来，在步骤806中初始化控制器以及输入和输出。这实质上是指在控制单元13中运行的软件。接下来，在步骤807中断开开关2以将负载15从相L1..L3断开。然后，在条件808中检查是否按下了与校正例程相关联的测试按钮。
如果检查是肯定的(参见分支Y)，则在步骤809中闭合机电或电子开关20、21，并在步骤810中生成测试信号。如果检查是否定的(参见分支N)，则序列继续步骤807。另外，测试按钮状态子例程A的输出被馈送到条件808中。
在步骤811中，存储对测试信号的电压响应。特别地，该步骤811可以包括存储电压响应是否>1.5V，这意味着负载15中没有隔离故障或短路并且负载15良好，或者电压响应是否≤1.5V，这意味着负载15中存在隔离故障或短路，并且负载15尚未准备好进行操作。特别地，在图6的布置中，电压响应由电压放大器42感测。
在步骤812中，存储对测试信号的电流响应。特别地，该步骤812可以包括存储通过图6的布置中的分流器38和电流放大器43测量的电流响应是否<200mV，这再次意味着负载15中没有隔离故障或短路并且负载15良好，或者电流响应是否≥200mV，这意味着负载15中存在隔离故障或短路，并且负载15尚未准备好进行操作。
如前所述，对于不同的连接，即在相L1/L2、L2/L3、L1/L3之间的连接，以及在N/L1、N/L2、N/L3之间也存在中性线路的情况下，可以进行多次检查。开关2仅可以在每次检查都表明负载15中没有故障的情况下将负载15与相L1..L3安全连接。换句话说，任何否定检查都应禁止将负载15切换到相L1..L3。有利地，可以通过对所有这些测试使用OR逻辑来实现该功能，这意味着任何故障都会在该OR逻辑的输出处产生信号。通常，该OR逻辑可以通过硬件或软件(特别是在控制单元13中)来实现。
根据所述OR逻辑，如果条件811的检查结果是否定的，则在步骤813中设置标记，以指示负载15中存在短路。如果所述检查是肯定的，则在步骤814中清除标记。因此，如果条件812的检查结果是否定的，则在步骤815中设置所述标记，以指示负载15中存在短路，并且如果所述检查是肯定的，则在步骤816中清除标记。
另外，可以将电压反馈检查VF馈入条件811中，并且可以将电流反馈检查AF馈入条件812中。电压反馈检查VF给出关于电压放大器42的状态的指示，例如测量是否已经完成，测量是否有效(例如由于电压放大器42过载或饱和)等等。同样地，电流反馈检查AF给出关于电流放大器43的状态的指示，例如测量是否已经结束，测量是否有效(例如由于电流放大器43过载或饱和)等等。
在步骤817中，将与电压响应有关的各种检查的状态存储在关联的寄存器中。等效地，在步骤818中，将与电流响应有关的各种检查的状态存储在关联的寄存器中。接下来，对于相L1/L2、L2/L3、L1/L3之间的另一连接，以及在N/L1、N/L2、N/L3之间也存在中性线路的情况下，过程跳到下一测试序列NT。
最后，图8示出了禁止由于所述OR逻辑C和初始化子例程B而接通开关2的步骤819，所述初始化子例程B在测试装置7接通或通电时运行一次。
图9示出了子例程，对于相L1/L2、L2/L3、L1/L3之间的另一连接，以及在N/L1、N/L2、N/L3之间也存在中性线路的情况下，针对下一测试序列NT执行所述子例程。
在步骤901中，对于所述下一测试序列NT，机电或电子开关20、21闭合，并且在步骤902中产生测试信号。在步骤903中，存储对测试信号的电压响应。特别地，该步骤903可以包括存储电压响应是否>1.5V，这意味着负载15中没有隔离故障短路并且负载15良好，或者电压响应是否≤1.5V，这意味着负载15中存在隔离故障或短路，并且负载15尚未准备好进行操作。特别地，在图6的布置中，电压响应由电压放大器42感测。
在步骤904中，存储对测试信号的电流响应。特别地，该步骤904可以包括存储通过图6的布置中的分流器38和电流放大器43测量的电流响应是否<200mV，这再次意味着负载15中没有隔离故障或短路并且负载15良好，或者电流响应是否≥200mV，这意味着负载15中存在隔离故障或短路，并且负载15尚未准备好进行操作。
如果条件903的检查结果是否定的，则在步骤905中设置标记，以指示负载15中存在短路，并且如果所述检查是肯定的，则在步骤906中清除标记。因此，如果条件904的检查结果是否定的，则在步骤907中设置所述标记，以指示负载15中存在短路，并且如果所述检查是肯定的，则在步骤908中清除标记。
另外，可以将电压反馈检查VF馈入条件903中，并且可以将电流反馈检查AF馈入条件904中(参见上面对使用电压反馈检查VF和电流反馈检查AF的解释)。
在步骤909中，将与电压响应有关的各种检查的状态存储在关联的寄存器中。等效地，在步骤910中，将与电流响应有关的各种检查的状态存储在关联的寄存器中。接下来，对于相L1/L2、L2/L3、L1/L3之间的另一连接，以及在N/L1、N/L2、N/L3之间也存在中性线路的情况下，过程跳到下一测试序列NT或最后一个测试序列LT。因此，针对不同的测试连接可以重复执行图9的子例程。
图10示出了子例程，所述子例程与图9中所示的子例程相似，并且对于相L1/L2、L2/L3、L1/L3之间的最后一个测试序列LT，以及在N/L1、N/L2、N/L3之间也存在中性线路的情况下，执行所述子例程。
在步骤1001中，对于所述最后一个测试序列LT，机电或电子开关20、21闭合，并且在步骤1002中产生测试信号。在步骤1003中，存储对测试信号的电压响应。特别地，该步骤1003可以包括存储电压响应是否>1.5V，这意味着负载15中没有隔离故障或短路并且负载15良好，或者电压响应是否≤1.5V，这意味着负载15中存在隔离故障或短路，并且负载15尚未准备好进行操作。特别地，在图6的布置中，电压响应由电压放大器42感测。
在步骤1004中，存储对测试信号的电流响应。特别地，该步骤1004可以包括存储通过图6的布置中的分流器38和电流放大器43测量的电流响应是否<200mV，这再次意味着负载15中没有隔离故障或短路并且负载15良好，或者电流响应是否≥200mV，这意味着负载15中存在隔离故障或短路，并且负载15尚未准备好进行操作。
如果条件1003的检查结果是否定的，则在步骤1005中设置标记，以指示负载15中存在短路，并且如果所述检查是肯定的，则在步骤1006中清除标记。因此，如果条件1004的检查结果是否定的，则在步骤1007中设置所述标记，以指示负载15中存在短路，并且如果所述检查是肯定的，则在步骤1008中清除标记。
另外，可以将电压反馈检查VF馈入条件1003中，并且可以将电流反馈检查AF馈入条件1004中(参见上面对使用电压反馈检查VF和电流反馈检查AF的解释)。
在步骤1009中，将与电压响应有关的各种检查的状态存储在关联的寄存器中。等效地，在步骤1010中，将与电流响应有关的各种检查的状态存储在关联的寄存器中。接下来，过程跳到条件1011，在条件1011中，进行以所有检查的标记为输入的OR逻辑的结果是否为肯定的检查。如果条件1011的结果是肯定的(参见分支Y)，则过程跳到子例程C，其导致禁止接通开关2(在此情况下，另参见图8中的步骤819)。如果条件1011的结果是否定的(参见分支N)，则过程跳到测试按钮状态子例程A(在此情况下，另参见图8中的条件808)。
总而言之，建议的过程可以描述如下：
1)校正：首先，进行校正以存储无故障负载15的特性。原则上，此步骤只需要执行一次，但当然也可以重复。当开关处于断开状态时，例如在预防性维护期间，可以随时执行此步骤。当接收到通电信号时，短路测试装置7被接通，即通电。这也导致短路测试装置7的初始化。接下来，开关2断开或跳闸，以使负载15保持与相L1..L3断开连接，并且如果中性线路也存在则与中性线路N断开连接。这可以通过切换可以发送到开关2的命令的方法完成。此外，如果发生故障(例如，过电流和/或欠电压)，开关2也可能跳闸。通常，短路测试装置7在开关2接通时被关闭，反之亦然(在测试时也是如此)。在此阶段，特别是通过使用由DC到AC转换器41产生并且特别是通过电压源11为外部电源(辅助电源或电池存储器)供电的频率扫描，对开关2的接通命令或按下测试按钮或来自控制单元13的基于时间的信号将测试信号注入负载15。基于负载15(即其电容和电感)，可以使用合适的频率扫描。为了测试相L1..L3，以及在也存在中性线路的情况下，中性线路N被切换到测量单元12。然后，基于负载15的特性(例如，预定范围可以是：对于电流反馈小于200mV和/或对于电压反馈大于1.5V)，激活计时回路以产生频率扫描。此数据存储在寄存器中，用于在相L1/L2、L2/L3、L1/L3之间，以及在N/L1、N/L2、N/L3之间也存在中性线路的情况下，进行每次检查。当稍后按下测试按钮时，将被视为负载15的健康状况的存储数据与感测到的测试数据进行比较。
2)测试：短路测试装置7仅在开关2断开或跳闸时才激活。只要从开关2接收到电源接通信号，短路测试装置7就持续保持在断开状态。当开关2断开或跳闸时，从开关2接收到电源断开信号，并且短路测试装置7被接通，即通电。这也导致短路测试装置7的初始化。在此阶段，特别是通过使用由DC到AC转换器41产生并且特别是通过电压源11为外部电源(辅助电源或电池存储器)供电的频率扫描，对开关2的接通命令或按下测试按钮或来自控制单元13的基于时间的信号将测试信号注入负载15。基于负载15(即其电容和电感)，可以使用合适的频率扫描。为了测试相L1..L3，以及在也存在中性线路的情况下，中性线路N被切换到测量单元12。然后，基于负载15的特性，激活计时回路以产生频率扫描。接下来，使用算术比较检查输出是在预定范围之内还是在范围之外，并且存储结果。如果测量值超出了电流和电压反馈的预定范围(在校正过程中存储)，则开关2通过联锁单元6保持断开。此数据存储在寄存器中，用于在相L1/L2、L2/L3、L1/L3之间，以及在N/L1、N/L2、N/L3之间也存在中性线路的情况下，进行每次检查。开关2仅可以在每次检查都表明负载15中没有故障的情况下将负载15与相L1..L3安全连接。如果测试序列表明在相L1/L2、L2/L3、L1/L3中的任一个之间存在故障，并且如果在N/L1、N/L2、N/L3之间也存在中性线路，则开关2将不管其他对L1/L2、L2/L3、L1/L3、N/L1、N/L2、N/L3之间的检查结果如何，都保持在断开状态或跳闸状态。
应当注意，图7至图10的示例和上述总结同样适用于三相系统(L1..L3)、具有中性线路的三相系统(L1..L3，N)和具有中性线路的单相系统(L1/N、L2/N、L3/N)。
Claims (15)
1.一种短路测试装置(7)，其具有将耦合到电负载网络的第一负载线路导体(5)的第一线路测试导体(8)以及将耦合到所述电负载网络(1)的中性导体(10)的中性测试导体(9)，所述短路测试装置(7)包括：
-电压源(11)，所述电压源可切换到所述第一线路测试导体(8)和所述中性测试导体(9)，以输出可预定义的测试信号，
-测量单元(12)，所述测量单元适于测量电压和/或电流，所述测量单元(12)包括测量输入端，所述测量输入端可连接到所述第一线路测试导体(8)和所述中性测试导体(9)，所述测量单元(12)还包括用于提供测量信号的输出端，以及
-控制单元(13)，所述控制单元连接到所述电压源(11)和所述测量单元(12)，所述控制单元(13)适于使所述电压源(11)向所述第一线路测试导体(8)和所述中性测试导体(9)施加测试电压，并且为了将所述测量单元(12)响应于所述测试信号而提供的所述测量信号与至少一个预定义的短路标准进行比较，所述控制单元(13)还适于在所记录的测量信号符合所述短路标准的情况下，在保护输出端处输出保护命令。
2.根据权利要求1所述的短路测试装置(7)，其特征在于，所述电压源(11)包括升压电路。
3.根据权利要求1所述的短路测试装置(7)，其特征在于，至少第一继电器(14)布置在所述第一线路测试导体(8)和所述中性测试导体(9)中。
4.根据权利要求1至3中的一项所述的短路测试装置(7)，其特征在于，所述电压源包括变压器(36)，其中所述变压器的次级绕组(37)连接到所述第一负载线路导体(5)和所述中性导体(10)。
5.根据权利要求1至4中的一项所述的短路测试装置(7)，其特征在于，所述第一线路测试导体(8)连接到将放置在所述第一负载线路导体(5)周围的第一金属中空管(24)，并且所述中性测试导体(9)连接到将放置在所述中性导体(10)周围的第二金属中空管(25)。
6.根据权利要求5所述的短路测试装置(7)，其特征在于，至少一个第一电容器(28)布置在所述电压源(11)与所述第一中空管(24)之间的所述第一线路测试导体(8)中，并且至少一个第二电容器(29)布置在所述电压源(11)与所述第二中空管(25)之间的所述中性测试导体(9)中。
7.根据权利要求6所述的短路测试装置(7)，其特征在于，所述测量单元(12)连接到所述第一电容器(28)与所述第一中空管(24)之间的所述第一线路测试导体(8)，并且所述测量单元(12)连接到所述第二电容器(29)与所述第二中空管(25)之间的所述中性测试导体(9)。
8.根据权利要求1至4中的一项所述的短路测试装置(7)，其特征在于，所述第一线路测试导体(8)包括至少一个第一弹簧加载触点(32)，用于在通过所述电压源(11)施加测试信号期间临时接触所述第一负载线路导体(5)，并且所述中性测试导体(9)包括至少一个第二弹簧加载触点(33)，用于在通过所述电压源(11)施加测试信号期间暂时接触所述中性导体(10)。
9.根据权利要求1至8中的一项所述的短路测试装置(7)，其特征在于，所述短路测试装置(7)还包括通信接口，以接收和/或输出关于所述负载网络的状态的命令和/或测量结果和/或指示符，并且所述通信接口连接到所述控制单元(13)。
10.根据权利要求1至9中的一项所述的短路测试装置(7)，其特征在于，所述电压源(11)被实施为生成包含频率扫描的测试信号，并且所述控制单元(13)被实施为在频域中分析测量到的响应信号。
11.一种电气设备系统，其包括电力公用网络(3)、电负载网络(1)和位于所述公用网络(3)与所述负载网络(1)之间的至少一个开关(2)，所述开关(2)位于所述公用网络(3)的第一公用线路导体(4)与所述负载网络(1)的第一负载线路导体(5)之间，所述系统还包括：
-联锁单元(6)，所述联锁单元耦合到所述开关(2)，以在所述联锁单元(6)接收到锁定命令的情况下将所述开关(2)可控地锁定在断开位置，并防止所述开关(2)接通；以及
-短路测试装置(7)，所述短路测试装置是根据权利要求1至10中的一项所述的，其中所述保护输出端连接到所述联锁单元(6)。
12.根据权利要求11所述的电气设备系统，其特征在于，所述开关被实施为断路器，以在过电流和/或短路电流的情况下切断所述负载网络(1)。
13.一种断路器，其包括联锁单元(6)和根据权利要求1至10中的一项所述的短路测试装置(7)，其中所述保护输出端连接到所述联锁单元(6)。
14.一种用于检查电路中的负载(15)的方法，所述方法包括以下步骤：
-检查将所述负载(15)连接到开关(2)上游的公用网络(3)的所述开关(2)是被切断还是跳闸，
-倘若所述开关(2)处于断开状态，则通过所述开关(2)下游的电负载网络(1)的导体(L1..L3)的多个成对组合将测量单元(12)连接到所述负载(15)，
-对所述成对组合中的每一个，将测试信号施加到所述负载(15)，并将响应与指示无故障负载(15)的响应进行比较，以及
-在所有所述响应均指示无故障负载(15)的情况下允许接通所述开关(2)，而在任何所述响应均指示有故障负载(15)的情况下禁止接通所述开关(2)。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述比较的结果形成OR逻辑的输入，并且在所述OR逻辑的输出为假的情况下允许接通所述开关(2)，而在所述OR逻辑的输出为真的情况下禁止接通所述开关(2)。
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