CN117083528A - 多通道自动接地电阻系统及测量接地电阻的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量接地电阻的方法。该方法包括以下步骤：‑通过接地测量设备执行接地电阻测量，从而获得测量数据，‑经由接地测量设备的至少两个不同通道收集测量数据，以便一次执行多个测量，其中每个通道配置为执行接地电阻测量，以及‑将测量数据自动上传到相对于接地测量设备单独形成的远程处理模块。此外，还描述了一种测量接地电阻的系统。

Description

多通道自动接地电阻系统及测量接地电阻的方法

本发明涉及一种测量接地电阻的方法。此外，本发明涉及一种测量接地电阻的系统，特别是一种具有云连接的多通道自动接地电阻系统。

在现有技术中，已知接地电阻测试系统用于进行接地电阻测量或更确切地说是土壤电阻率测量，从而提供早期预警系统。通常，不希望缺乏良好的接地，因为这会增加设施故障的风险。事实上，缺乏有效的接地系统会导致各种问题。如果故障电流没有经由正确设计和维护的接地系统通向地面的路径，这些电流将找到意外路径，从而给设施带来问题。因此，良好的接地系统对于防止损坏至关重要。然而，具有高水分含量、高盐度和高温的腐蚀性土壤会影响接地杆及其连接，从而随着时间的推移改变接地电阻。因此，有必要进行接地测试来觉察到任何问题。

为了这个目的，通常安装有用于后续定期手动检查的土坑，以收集土坑的相应地点处的电阻值。然而，这需要大量的人力和操作员的意识以保持对电阻值的检查。即使定期检查土坑，两次后续检查之间的时间跨度也可能很大，例如大约六个月到一年。因此，在上述时间跨度内可能发生的任何事件都将在下次检查中才被注意到。此外，取决于执行相应检查的人员来基于测量的电阻值正确识别已发生的事件。

在现有技术中，众所周知，在执行检查时使用用于辅助人员的自动接地故障测试系统。自动接地故障测试系统通常包括远程单元，该远程单元经由通信链路(例如线缆)与主设备通信。远程单元可以由单个操作员在站得紧邻自动接地故障测试系统的电极时握住，其中相应的电极可以放置为远离自动接地故障测试系统的主设备和/或其他电极。因此，间隔执行的相应检查被简化，因为自动接地故障测试系统具有可供单个操作员使用的远程单元。例如，US2013/0154651 A1确实显示了具有远程单元的接地测试仪。

然而，到目前为止已知系统仍然要求操作员后续手动检查几个区域，以便识别这些地点的接地故障。

因此，需要更高程度的自动化。

本发明提供了一种测量接地电阻的方法。该方法包括以下步骤：

-通过接地测量设备执行接地电阻测量，从而获得测量数据，

-经由接地测量设备的至少两个不同通道收集测量数据，以便一次执行多个测量，其中每个通道被配置为执行接地电阻测量，以及

-将测量数据自动上传到相对于接地测量设备单独形成的远程处理模块。

此外，本发明提供了一种用于测量接地电阻的系统。该系统包括接地测量设备，该设备具有配置为执行接地电阻测量的测试模块。接地测量设备包括至少两个不同的通道，其中每个通道被配置为执行接地电阻测量。接地测量设备还具有至少一个通信模块，被配置为将获得的测量数据传送到远程处理模块。

因此，该方法和系统都确保可以通过同一接地测量设备同时使用该接地测量设备的至少两个不同通道同时测试若干个位置。事实上，两个通道都配置为执行各自的接地电阻测量，例如通过三极方法甚至更高的方法，从而提供对环境(也就是接地)的更深入的了解。因此，可以改进接地电阻测量。换句话说，可以使用接地测量设备在多个土坑处通过执行的接地电阻测量(例如执行的三极方法)同时执行多土坑分析，因为相应的测量数据是经由与两个不同地点相关的至少两个不同通道收集的。

此外，收集的测量数据会自动上传到远程处理模块，以便自动进行进一步处理。此外，收集的测量数据可以被不同的设备访问，这些设备可以访问远程处理模块，而不管它们的位置如何。因此，收集的数据可以立即在其他地方提供，这样即使操作员不在要检查的土坑的相应地点，操作员也可以检查相应的测量数据。通过接地电阻测量获得的电阻值会立即获得并提供，从而确保未来事件可以被尽快识别。

此外，该方法以及系统通常配置成执行三极方法或更确切地说是电势下降方法，其使得能够测量接地系统以及任何电极的能量耗散能力。

每个通道可以具有至少三个与用于执行接地电阻测量(例如三极方法)的电极相关的接口。通常，为了测量目的，每个通道的三个接口与放置为接地的电极连接。这些电极中的两个电极用于提供电流反馈，而这些电极中的第三个电极用于提供电压反馈。第三个电极位于用于电流反馈的两个电极的直线内。通常，电流反馈是通过注入电流并接收这两个电极之间实际电流的反馈来提供的。因此，一个电极是正在测量其接地电阻的参考，而电流经由另一个电极注入。换句话说，两个电极用于获取对应于外部电极的电流反馈，而第三个电极被插入在它们之间。因此，是三个电极或更确切地说是三个极被使用。三极测量也称为三点测量或测试，因为电极位于某个测试区域内的三个不同点。

因此，使用至少两个不同的通道在两个不同的/有区别的测试区域执行相应的测量。

此外，每个通道还可以被配置为执行四极方法或更确切地说是四点测试，因为每个通道具有与电极相关联的四个接口。因此，外部电极用于电流反馈，而另外两个电极位于它们之间，特别是在用于电流反馈的两个电极之间的直线上。

如上所述，电极通常被放置在土壤中，其中两个外部电极产生电流环路，从而提供电流注入路径。至少一个附加电极(三极测量)或另外两个附加电极(四极测量)位于用于电流注入和测量的电极之间。后者可用于测量相应测试区域内土壤上的压降。

然而，电极也可以位于不同的排列而不是直线上，例如星形或三角形排列，甚至以彼此不同的角度排列。

通常，接地测量设备可以具有三个不同的通道，每个通道至少包含三个接口，从而能够实现每个通道的三极测量。

这三个不同的通道可以与接地测量设备的三相电源输入的相应相关联。

此外，还可以执行接地漏电测量、接地完整性测量和/或对地中性电压测量。例如，系统可另外包括接地完整性测量模块和/或对地中性电压测量模块。

如上所述，收集的测量数据会自动上传到远程处理模块以自动进行进一步处理。因此，收集的测量数据可以由可以访问远程处理模块的不同设备访问，而不管它们的位置如何。因此，收集的数据可以立即在其他地方被提供，这样即使操作员不在要检查的土坑的相应地点，操作员也能够检查相应的测量数据。因此，除了通过接地电阻测量获得的电阻值之外，还可以立即获得并提供其他关键参数的值，例如对地中性电压(NE电压)、接地完整性和/或接地漏电流的值。特别是，这些值可以与执行接地电阻测量时获得的测量值同时被提供。

一方面提出，控制接地测量设备的信号发生器以产生恒流信号，该恒流信号被转发到每个通道的一个电极，使得预定电流在每个通道的两个相应电极之间流动，从而提供用于反馈的电流路径，其中每个通道的第三个电极提供电压反馈。换句话说，接地测量设备具有控制电路，该控制电路被配置为控制接地测量设备的信号发生器以产生恒流信号，该恒流信号被转发到每个通道的一个电极，使得预定电流在每个通道的两个相应电极之间流动，从而测量电流反馈。每个通道的第三个电极被配置为提供电压反馈。三个电极中的两个被用于建立电流线，从而实现接地电阻测量，因为注入的电流从第一个电极流向第二个电极。此外，第三个电极可以位于前面提到的两个电极之间，例如沿着用于电流反馈的两个电极之间的直线。实际上，用于电流链路和反馈的两个电极中的一个也可以称为接地电极，而另一个则与提供相应恒流信号的信号发生器相连接。

三极测量使得能够使用欧姆定律自动计算接地(例如接地电极)的电阻值，因为产生的恒流信号和测量的电势下降是已知的。模拟前端引擎将与电压反馈相关的信号转发到计算电路，计算电路计算由不同通道获得的相应电阻值，例如测量数据，然后转发到单独形成的远程处理模块。

另一方面提出远程处理模块包括测量数据分析电路，该电路处理上传的测量数据，从而自动分析测量数据。因此，单个操作员不必手动考虑相应的测量数据，即可得到有关测量数据或者更确切的说是获得的电阻值的任何信息。通过远程处理模块(例如测量数据分析电路)以全自动方式进行分析。

此外，远程处理模块可以是数据收集服务器，其中借助于接地测量设备的至少一个通信模块将收集的测量数据自动上传到该服务器。数据收集服务器确保可以集中收集测量数据，以便可以远程访问测量数据。因此，不需要操作员必须在相应的地点或执行接地电阻测量的任何测试区域。事实上，接地测量设备可以通过TCP/IP通信协议(例如经由互联网)与数据收集服务器进行通信。

根据另一方面，接地测量设备具有安装接口，该安装接口配置为将接地测量设备安装在DIN轨上。因此，接地测量设备可以直接连接到DIN轨。此外，接地测量设备可以具有三相输入接口，经由该接口接收三相电力。三相电力可以通过接地测量设备在内部使用，为三个不同的通道供电，这些通道用于同时在不同测试区域执行多个测量，并为相关的外围供电。

至少一个通信模块可以被配置成经由因特网协议和/或Modbus数据通信协议进行通信。Modbus协议使用字符串行通信线路、以太网或互联网协议套件作为传输层。事实上，为了通信目的，至少一个通信模块可以使用Modbus TCP帧格式，或更确切地说是ModbusRTU帧格式。Modbus RTU使用同步串行数据线(如RS-485)来传输相应的测量数据。因此，接地测量设备可以是Modbus TCP嵌入式设备，同时为了通信目的使用Modbus TCP，也称为Modbus TCP/IP。

接地测量设备可以具有以太网接口，经由该接口使接地测量设备能够基于Modbus数据通信协议进行通信。

而且，至少一个通信模块，特别是相对于使用Modbus数据通信协议的另一个通信模块，可以使用基于IEEE 802.11系列标准的无线网络协议，也称为Wi-Fi。

此外，移动应用程序可以在单独的(移动和/或智能)设备上运行，该设备与接地测量设备通信。

此外，接地测量设备具有图形显示器，例如液晶显示器(LCD)，该显示器被配置为从测试模块接收数据以图形方式显示，以便在相应操作员在场的情况下直接通知操作员。

接地测量设备还包括指示器(如可视指示器)，例如发光二极管(LED)。该指示器用于指示不同通道的相应状态，特别是以视觉或图形方式。该指示器可用于指示相应的通道测量是否健康、开放和/或不健康。该设备允许为土坑或系统设置阈值，以根据操作员或用户的需要区分测量的电阻值是否低于设定的阈值(例如健康)，或高于阈值(例如不健康)，并相应地发出视觉警报。例如，多色LED用于指示通道的相应状态。

此外，相应的指示器可以指示通过相应通道测量的相应电阻值，从而在测量提供的电阻值超出先前定义的某个范围(例如低于或高于某个阈值)时输出警报。同样，该指示器可涉及具有绿色、黄色和红色的多色LED，以便可视化所测量的相应电阻值的三个不同范围。

该系统可以包括数据收集服务器，该服务器被配置为经由接地测量设备的通信模块与接地测量设备通信。特别是，接地测量设备经由Wi-Fi和TCP/IP与数据收集服务器(例如云服务器)进行通信。

数据收集服务器可以涉及与接地测量设备(特别是其通信模块)通信的远程处理模块。因此，可以借助于数据收集服务器提供接地电阻和事件数据库，因为该数据库涵盖收集的电阻值以及与之相关的事件。可以直接从不同的位置/地点访问相应的数据库，以便可以立即获得相应的测量数据，因为测量数据一旦通过接地测量设备得到就会自动上传。

通常，数据收集服务器可以与云服务器相关。

另一方面提出系统配置成在高达820Hz的频率范围内使用2mA至15mA范围内的注入电流。事实上，用于执行三极测量的相应电流可以变化或适当地设置。换句话说，接地测量设备可以使用在高达820Hz的范围内的各种频率处、在2mA至15mA范围内的变化的注入电流来收集测量数据。收集的测量数据，即接地电阻值、对地中性电压值、接地完整性值和/或接地漏电流值，通过使用TCP/IP/Wi-Fi通信协议自动上传到数据收集服务器。

通常，接地测量设备被配置为在与接地测量设备的至少两个不同通道相关的不同测试区域执行三极测量或更高测量的同时执行监测。监测信息，即收集的测量数据，自动上传到数据收集服务器，从而确保可以从其他地方直接访问测量数据。因此，确保自动和快速的数据收集，以便可以立即识别任何事件。由于接地测量设备具有两个或多个不同的通道，因此可以一次进行多个接地土坑分析，即对若干个测试区域的分析。

要求保护的主题的上述方面和许多引申的优点将结合附图以及参考接下来的细节描述变得容易理解。在附图中，

-图1示意性地显示了根据本发明的测量接地电阻的系统的概览，

-图2显示了图1所示系统的半透明剖面概览，

-图3显示了图1所示系统的截面图，

-图4显示了图1所示系统的等轴测视图，

-图5显示了根据图1的系统的框图，

-图6显示了根据图1的系统的另一个框图，

-图7显示了图1所示的系统的一个通道的功能图概览，

-图8显示了根据进一步实施例的系统的框图，

-图9显示了根据进一步实施例的系统的等轴测视图，并且

-图10显示了由进一步实施例执行的测量的功能示意图概览。

在图1至图6中，显示了用于测量接地电阻的系统10，其中系统10包括连接到DIN轨14的接地测量设备12。

在其背面15上，接地测量设备12具有安装接口16，经由该安装接口16，接地测量设备12直接连接到DIN轨14。安装接口16还包括夹紧机构17，其确保接地测量设备12安全地安装在DIN轨14上。

在所示实施例中，接地测量设备12具有三个不同的通道18，其中每个通道18具有三个接口20，用于执行接地电阻测量。事实上，通道18中的每一个都可用于执行三极方法，以便执行接地电阻测量，如后面将更详细描述的那样。

此外，接地测量设备12包括三相输入21，特别是借助于电源轨，使得提供三相电力，该三相电力通过开关模式高压AC-DC功率转换器转换为适当的所需直流电源轨。通常，可以实现1.1V至12V范围内的低电压。接地测量设备12可以与来自电源的任意两个输入一起工作，用于为接地测量设备12供电。

具体地，设置在印刷电路板23上的内部测试模块22由转换后的电能供电，其中测试模块22用于执行接地电阻测量。

接地测量设备12的相应通道18与内部测试模块22连接，因为测试模块22被配置成适当地控制接地测量设备12的部件，例如信号发生器24。

换言之，测试模块22(例如测试模块22的控制电路26)被配置成控制信号发生器24以产生恒流信号，该恒流信号被转发到相应通道18的接口20之一。

如图6和图7所示，每个通道18的至少一个接口20连接到信号发生器24使得由信号发生器24产生的恒流信号经由相应的接口20转发到与其相连的电极28。在所示实施例中，该电极称为注入尖峰，因为恒定电流(“Ic”)被注入土壤或更确切地说是地面。

因此，在通道18的这两个电极28(即注入尖峰和接地节点)之间产生预定电流，该接地节点也连接到每个通道18的三个接口20之一。这两个电极28可称为电流电极，因为它们用于测量通过地面的电流以测量接地电阻。无论如何，相应通道18的两个电极28用于测量在通道18的电极28所关联的相应测试位置处接地的电流反馈。

例如，系统10，特别是接地测量设备12，被配置为在高达820Hz的恒定频率范围内注入2mA至15mA范围内的恒定电流。

此外，同一通道18与第三电极28相关联，其被配置为提供电压反馈。第三电极28也称为电势尖峰，因为该电极28提供有关电势的信息。

第三电极28可以位于如图7所示的用于电流反馈的两个电极28之间的直线上。

除了接地电阻测量或更确切地说是接地电阻器测量之外，接地测量设备12还能够执行如图6所示的接地漏电测量。通过图8至图10所示的进一步实施例，执行接地完整性和对地中性电压测量，稍后将更详细地描述。

测试模块22通常接收电极28的测量数据，其中测试模块22可以已经配置成分析获得的测量数据，从而借助于接地测量设备12自动计算电阻值。

(预先分析的)测量数据，即原始数据或自动计算的电阻值(或对地中性电压值、接地完整性值和/或接地漏电流值——如进一步实施例所示)，可以从测试模块22转发到通信模块30，该通信模块30被配置为将相应的信息传送到远程处理模块32，例如数据收集服务器34。

在所示实施例中，通信模块30连接到以太网接口36，该接口可用于通过使用Modbus数据通信协议(特别是Modbus TCP/IP)与远程处理模块32(即数据收集服务器34)进行通信。

换言之，接地测量设备12能够经由与通信模块30连接的以太网接口36自动将获得的数据上传到远程处理模块32，其中远程处理模块32相对于接地测量设备12单独形成。例如，与安装接地测量设备12的地点相比，远程处理模块32位于另一个国家。

在接地测量设备12(例如通信模块30)和数据收集服务器34之间建立的相应通信可以通过因特网协议(IP)和/或如上所述的Modbus数据通信协议(例如Modbus TCP或Modbus RTU)来完成。

替代地或附加地，接地测量设备12具有Wi-Fi通信模块38或更确切地说是Wi-Fi通信接口40，经由其可以以无线方式传送相应的测量数据。

此外，接地测量设备12具有显示器42，其上显示测量数据(特别是电阻值)，用于通知直接操作接地测量设备12的操作员。

除了显示器42之外，还可以提供指示器44，特别是发光二极管(LED)，该指示器还向操作员提供关于由每个通道18执行的测量状态的视觉反馈。因此，每个通道18可以与其自身的指示符44相关联，该指示符可以说明不同的状态。可替代地，指示器44提供由相应通道18获得的电阻值的可视反馈。

在图8至图10中，显示了系统10的进一步实施例，其基本上类似于前面所示和讨论的实施例。因此，参考上述解释，其中仅讨论下文更详细地讨论的差异。

如图8所示，系统10(例如接地测量设备12)还包括接地完整性测量模块48，也称为接地完整性检测模块。接地完整性测量模块48以双向方式与设置在印刷电路板23上的内部测试模块22连接，使得数据可以双向交换。

接地完整性测量模块48包括直流(DC)恒流发生器或更确切地说是与直流(DC)恒流发生器相关联，该直流(DC)恒流发生器提供通常范围为几μA至几mA的直流电。例如，接地完整性测量模块48可以使用恒流发生器24。

此外，接地完整性测量模块48具有模拟前端或信号调制模块和测量引擎，即微控制器或独立的ASIC。基于测量引擎执行的分析，确定接地完整性状态的结果。

如图9所示，接地测量设备12具有一个输入端口50和三个接口52。每个接口52对应于连接到每个通道18处的相应接口20的专用电极28。

恒定电流经由端口50从接口52注入到外部布置54，如图10中更详细地示出，下文将对此进行引用。

如图10所示，注入的电流经由相应通道18处的相应接口20获取返回路径。

当参考图10时，显示恒定电流从接地完整性测量模块48注入到连接在C点的外部布置54中。外部布置54已经连接到至少一个接地电极28。注入电流沿BCEA点呈环路返回路径，如图10所示。

因此，相应的测量和检测引擎在接地检测模块48内部进行分析并执行预定任务，以识别连接到至少一个接地电极28的外部布置54的完整性。

如图8中进一步显示，系统10(例如接地测量设备12)还包括对地中性电压测量模块56，该模块也以双向方式与设置在印刷电路板23上的内部测试模块22连接，使得可以在两个方向上交换数据。

对地中性电压测量模块56包括前端或信号调节模块和测量引擎，即微控制器或独立的ASIC。基于测量引擎执行的测量，确定对地中性电压的结果。

如上所述，接地电阻测量设备12包括三相输入21。三相输入21的对地中性接口点内部连接到对地中性电压测量模块56，如图10所示。

对地中性电压测量模块56的模拟前端和信号调节会计算三相输入端21的中性接口点与连接到系统10(例如接地测量设备12)的相应通道18的接口20的电极28之一之间的电压幅值。

此外，如图8所示，设置了单独形成的接地漏电监测模块58，该模块被配置为执行前面已经关于图6讨论过的接地漏电测量。单独形成的接地漏电监测模块58以双向方式与设置在印刷电路板23上的内部测试模块22连接，使得数据可以双向交换。

通常，接地测量设备12被配置成相应地通过具有三个接口20的三个不同通道18中的每一个来执行接地电阻测量。此外，接地测量设备12被配置成执行接地漏电测量、接地完整性测量和/或对地中性电压测量。因此，可以一次执行多次测量。

获得的测量数据，即原始测量数据、计算的电阻值、接地漏电测量值、接地完整性测量值和/或对地中性电压测量值，自动发送到远程处理模块32，即数据收集服务器34。

远程处理模块32，特别是数据收集服务器34，可以具有测量数据分析电路46，该电路分析上传的测量数据以提供更深入的见解。例如，借助于不同接地测量设备12(或更确切地说是若干个接地测量设备12)从不同地点收集的测量数据可以相互比较，从而提供增强的分析。换句话说，数据收集服务器34涉及收集/采集全球数据的云服务器。

此外，数据收集服务器34可以被容易地访问以使得测量数据可以直接被分析。

Claims (12)

1.一种测量接地电阻的方法，该方法包括以下步骤：

-通过接地测量设备执行接地电阻测量，从而获得测量数据，

-经由接地测量设备的至少两个不同通道收集测量数据，以便一次执行多个测量，其中每个通道被配置为执行接地电阻测量，以及

-将测量数据自动上传到相对于接地测量设备单独形成的远程处理模块。

2.根据权利要求1所述的方法，其中控制接地测量设备的信号发生器产生恒流信号，该恒流信号被转发到每个通道的一个电极，使得在每个通道的两个相应电极之间产生预定电流，从而提供电流反馈，并且其中每个通道的第三个电极提供电压反馈。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述远程处理模块包括测量数据分析电路，该测量数据分析电路处理上传的测量数据，从而自动分析测量数据。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述远程处理模块是数据收集服务器，其中收集的所述测量数据借助于所述接地测量设备的至少一个通信模块自动上传到该数据收集服务器。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中执行接地漏电测量、接地完整性测量和/或对地中性电压测量。

6.一种用于测量接地电阻的系统，其中该系统包括接地测量设备，其中接地测量设备具有被配置为执行接地电阻测量的测试模块，其中接地测量设备包括至少两个不同的通道，其中每个通道被配置为执行接地电阻测量，其中，接地测量设备还具有至少一个通信模块，所述至少一个通信模块被配置为将获得的测量数据传送到远程处理模块。

7.根据权利要求6所述的系统，所述接地测量设备具有控制电路，该控制电路被配置为控制所述接地测量设备的信号发生器以产生恒流信号，该恒流信号被转发到每个通道的一个电极，使得在每个通道的两个相应电极之间产生预定电流，从而测量电流反馈，并且其中每个通道的第三电极被配置为提供电压反馈。

8.根据权利要求6或7所述的系统，所述接地测量设备具有安装接口，该安装接口被配置为将所述接地测量设备安装在DIN轨上。

9.根据权利要求6至8中的任一项所述的系统，其中至少一个通信模块被配置成经由因特网协议和/或Modbus数据通信协议进行通信，特别是Wi-Fi、Modbus TCP或Modbus RTU。

10.根据权利要求6至9中的任一项所述的系统，该系统包括数据收集服务器，该数据收集服务器被配置为经由所述接地测量设备的通信模块与所述接地测量设备进行通信。

11.根据权利要求6至10中的任一项所述的系统，其中该系统被配置为在高达820Hz的频率范围内使用2mA至15mA范围内的注入电流。

12.根据权利要求6至11中的任一项所述的系统，其中该系统还包括接地完整性测量模块和/或对地中性电压测量模块。