JP2022552847A - 交流回路網内で漏れ電流インピーダンスの抵抗成分を決定するための方法およびデバイス - Google Patents

交流回路網内で漏れ電流インピーダンスの抵抗成分を決定するための方法およびデバイス Download PDF

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Abstract

本発明は、通電状態の位相（Ｌ）、中性導線（Ｎ）、および保護導線（ＰＥ）を有する交流回路網への下流側分岐（２）の漏れ電流インピーダンス（Ｒｉｓｏ）の抵抗成分を決定するための方法に関する。方法は、差分電流センサを用いて、通電状態の位相（Ｌ）と中性導線（Ｎ）との間の差分電流ＩＬＮをスキャンによって測定するステップと、通電状態の位相（Ｌ）と中性導線（Ｎ）との間または通電状態の位相（Ｌ）と保護導線（ＰＥ）との間の電圧Ｕをスキャンによって測定するステップと、差分電流ＩＬＮと電圧Ｕとの間の位相シフトを補正するステップと、いくつかの個々の差分電流値ＩＬＮ，ｉおよびいくつかの個々の電圧値Ｕｉを決定するステップであって、差分電流値ＩＬＮ，ｉが電圧値Ｕｉに対して位相補正される、ステップと、いくつかの個々の差分電流値ＩＬＮ，ｉおよびいくつかの個々の電圧値Ｕｉから有効電力Ｐを決定するステップと、電圧値Ｕｉを用いて有効電圧ＵＥｆｆを決定するステップと、有効電圧ＵＥｆｆおよび有効電力Ｐを使用して漏れ電流インピーダンス（Ｒｉｓｏ）の抵抗成分を決定するステップと、を備える。

Description

本発明は、交流回路網内で漏れ電流インピーダンスの抵抗成分を決定するための方法およびデバイスに関する。
電気事故からの人的障害を防止するために、絶縁抵抗および障害電流に関して電気機器および設備の検査を行う必要がある。交流回路網および／またはそれに接続された需要家における、活動状態の導線（位相Ｌおよび中性導線Ｎ）と保護導線ＰＥとの間の絶縁抵抗Ｒｉｓｏの評価は、重要な品質および安全性の機能である。絶縁抵抗Ｒｉｓｏの検査は、多くの規格に規定されている。絶縁抵抗Ｒｉｓｏの限界値は、通常、１ＭＯｈｍより高い。
しかし、絶縁抵抗Ｒｉｓｏは、回路網電圧がない状態でしか直接測定することができない。その結果、すべての極同士を分離するスイッチまたは接点の背後に配置された箇所の絶縁は、検出することができない。絶縁抵抗Ｒｉｓｏを直接測定するのに代わる方法として、動作中に差分電流測定法が使用され、これは位相Ｌと中性導線Ｎとの間の差分電流を決定する。この差分電流は基本的に、交流回路網がスイッチオンされているときの活動状態の導線（位相Ｌおよび中性導線Ｎ）と保護導線ＰＥとの間の漏れ電流に対応する。通常はＥＭＣの理由から交流回路網および／または需要家に内蔵されるシステム関連の容量性フィルタ要素に起因して、最大の許容可能な差分電流の諸規格における限界値は、例えば３．５ｍＡなど比較的高く、これは、２３０Ｖの回路網ではわずか６６ｋＯｈｍの交流インピーダンスに相当する。高い差分電流は、高いリスクにつながる。３．５ｍＡでは、高いインピーダンスから遠い。このことから、需要家の汚損や経年劣化の指標である絶縁抵抗Ｒｉｓｏは、１ＭＯｈｍより上では検出することができない。これにより、純粋な差分電流の決定を介して絶縁抵抗Ｒｉｓｏを決定する際の試験精度が制限される。
特許文献１は、交流回路網内の絶縁および障害電流監視のための方法およびデバイスについて記載している。ここでは、少なくとも２つの回路網導線の間の差分電流が検出される。差分電流の交流成分が、第１の回路網変数として検出され、少なくとも２つの回路網導線の間または回路網導線と保護導線または中性導線との間の交流回路網電圧が、第２の回路網変数として検出される。差分電流の交流成分の振幅と、検出された２つの回路網変数の間の位相角Φの余弦との積が、抵抗障害電流の尺度となる。求められた積が一定の応答値を超える場合、負荷の切り離しが実施される。しかし、抵抗障害電流に関して特許文献１で提案される対策は、正弦電圧および電流にしか適用できない。
特許文献２は同様に、交流回路網内で障害電流を判定するための方法およびデバイスを示す。
特許文献３は、接地された、単相または多相の、動作可能でかつ動作中の交流回路網のオーム絶縁抵抗を求めるための方法について記載し、ここでは、特に差分電流が測定・評価される。
独国特許出願公開第１９８２６４１０号明細書 米国特許第６，９２２，６４３号明細書 独国特許出願公開第１０３５５０８６号明細書
本発明は、絶縁および障害電流の監視が改善され得る方法を提供するという目的に基づく。また、絶縁および障害電流の監視が改善され得るデバイスを提供することも本発明の目的である。
この目的は、独立請求項１の主題によって達成される。本発明による方法の有利な実施形態は、従属請求項の主題であり、以下の本発明の説明から明らかになる。本発明によるデバイスは、請求項９に記載される。
したがって、位相、中性導線、および保護導線を有する交流回路網への下流側分岐の漏れ電流インピーダンスの抵抗成分を決定するための方法が記載される。方法は、
差分電流センサを用いて位相と中性導線との間の差分電流ＩＬＮをスキャンによって測定するステップと、
位相と中性導線との間または位相と保護導線との間の電圧Ｕをスキャンによって測定するステップと、
差分電流ＩＬＮと電圧Ｕとの間の位相シフトを補正するステップと、
いくつかの個々の差分電流値ＩＬＮ，ｉおよびいくつかの個々の電圧値Ｕｉを決定するステップであって、差分電流値ＩＬＮ，ｉが電圧値Ｕｉに対して位相補正されるステップと、
いくつかの個々の差分電流値ＩＬＮ，ｉおよびいくつかの個々の電圧値Ｕｉから有効電力Ｐを決定するステップと、
電圧値Ｕｉを用いて有効電圧ＵＥｆｆを決定するステップと、
有効電圧ＵＥｆｆおよび有効電力Ｐを用いて漏れ電流インピーダンスの抵抗成分を決定するステップと、を備える。
スキャンによって差分電流ＩＬＮおよび電圧Ｕを測定することは、漏れ電流の有効電力のデジタル検出にもつながる。それにより、漏れ電流インピーダンスの抵抗成分が、非正弦波の回路網電圧および非正弦波の電流についても決定され得る。
差分電流ＩＬＮをスキャンによって測定する間、個々の差分電流スキャン値が、互いから所定の時間間隔で測定され、電圧Ｕをスキャンによって測定する間、個々の電圧スキャン値が、互いから所定の時間間隔で測定される。
電圧Ｕは、位相と中性導線との間でスキャンによって測定され、すなわち、電圧ＵＬＮが測定される。代替として、電圧Ｕは、位相と保護導線との間でスキャンによって測定され、すなわち、電圧ＵＬＰＥが測定される。
位相シフトの補正は、好ましくはデジタル的に行われる。
方法の一実施形態によると、交流回路網はＴＮ交流回路網である。代替として、交流回路網は、ＴＴ交流回路網またはＩＴ交流回路網でもあり得る。
方法のさらなる実施形態によると、漏れ電流インピーダンスの抵抗成分を決定するためのデバイスを調整するために、初めに、純粋に容量性の負荷、純粋に誘導性の負荷、または純粋に抵抗性の負荷を有する下流側分岐を交流回路網に接続することによって、位相シフトを補正する値が決定される。次いで、電圧Ｕおよび差分電流ＩＬＮが、この下流側分岐を用いて決定される。利点として、そのような下流側分岐が純粋に容量性の負荷、純粋に誘導性の負荷、または純粋に抵抗性の負荷を有する状態で、位相シフトの値を決定することができ、その値が、測定対象の下流側分岐において補正のために後の測定で使用され得る。
方法のさらなる実施形態によると、個々の差分電流スキャン値は、差分電流ＩＬＮをスキャンによって測定するときに測定される。
個々の電圧スキャン値は、電圧Ｕをスキャンによって測定するときに測定される。さらに、差分電流ＩＬＮと電圧Ｕとの間の位相シフトの補正を改善するために、差分電流スキャン値の内挿から時間差分電流曲線を得るとともに、電圧スキャン値の内挿から時間電圧曲線を得る。利点として、位相シフトは、差分電流サンプルの内挿および電圧サンプルの内挿を用いて正確に決定することができる。
方法のさらなる実施形態によると、差分電流ＩＬＮをスキャンによって測定するとき、差分電流センサは補償導線を含む。それにより、この補償導線を用いて差分電流センサの誤差が補償される。この目的のために、補償導線、位相、および中性導線は、補償導線のコアに通されている。補償導線は、位相および中性導線がコアに正確に対称的には通されていないことを補償するために使用することができる。補償導線は、したがって、コア、位相、および中性導線からなるユニットの非対称性を補償する。この目的のために、位相を流れる電流に比例し得る補償電流が、補償導線を通じて送られる。
方法のさらなる実施形態によると、補償導線を通って流れる電流は、位相または中性導線を通って流れる電流に比例する。したがって、補償導線を通る電流の流れを生じさせる補償回路は、平易に構築され得る。そして、位相または中性導線を通って流れる電流には、一定不変の係数のみが与えられる。
方法のさらなる実施形態によると、差分電流センサの誤差が、位相の測定された可変電流から、および／または中性導線の測定された可変電流から、係数Ｋｐを計算し、測定された差分電流値ＩＬＮ，ｉごとに値Ｋｐ＊ＩＬＮ，ｉを差し引くことにより、補償される。
したがって、差分電流センサの誤差の補償がデジタル的に行われる。好ましくは、位相の測定された可変電流または中性導線の測定された可変電流のいずれか、および差分電流ＩＬＮが検出される。そして、差分電流ＩＬＮは、位相の電流（または中性導線の電流）を用いてデジタル的に補正される。位相の測定された可変電流（または中性導線の測定された可変電流）から、係数Ｋｐが計算される。そして、各測定された差分電流値ＩＬＮ，ｉごとに値Ｋｐ＊ＩＬＮ，ｉが差し引かれる。
方法のさらなる実施形態によると、漏れ電流インピーダンスの抵抗成分が所定の値を下回る場合、交流回路網がスイッチオフされる、および／またはメッセージが上位システムに送られる。漏れ電流インピーダンスの抵抗成分が低いほど、漏れ電流が高くなり得る。高い漏れ電流は危険であり得るため、漏れ電流インピーダンスの過度に低い抵抗成分は望まれない。したがって、漏れ電流インピーダンスの抵抗成分が低すぎる場合、交流回路網はスイッチオフされ得る。この文脈において、「スイッチオフされる」とは、交流回路網がスイッチオフされること、または交流回路網がすべての極において下流側分岐から完全に切断されることを意味し得る。
上位システムは、例えばクラウドシステムまたは監視システムを意味するものと理解されるべきである。クラウドシステムは、インターネットを通じてアクセスすることが可能なシステムである。監視システムは、個々のパラメータの監視に適するローカルのシステムである。
漏れ電流インピーダンスの抵抗成分の代替または追加として、さらなる回路網パラメータも監視され得る。検出されたさらなる回路網パラメータが超えられるまたは達されない場合、メッセージが上位システムに送られ得る、および／または交流回路網がスイッチオフされ得る。さらなる回路網パラメータは、例えば差分電流ＩＬＮであり得る。
さらに、位相、中性導線、および保護導線を有する交流回路網への下流側分岐の漏れ電流インピーダンスの抵抗成分を決定するためのデバイスが提供される。デバイスは、以下の構成要素、すなわち、位相と中性導線との間または位相と保護導線との間の電圧Ｕをスキャンによって測定するための電圧センサと、位相と中性導線との間の差分電流ＩＬＮをスキャンによって測定するための差分電流センサと、評価ユニットであって、差分電流ＩＬＮと電圧Ｕとの間の位相シフトを補正し、いくつかの個々の差分電流値ＩＬＮ，ｉおよびいくつかの個々の電圧値Ｕｉを決定し、ここで差分電流値ＩＬＮ，ｉは電圧値Ｕｉに対して位相補正され、評価ユニットは、いくつかの個々の差分電流値ＩＬＮ，ｉおよびいくつかの個々の電圧値Ｕｉから有効電力Ｐを決定し、電圧値Ｕｉを用いて有効電圧ＵＥｆｆを決定し、有効電圧ＵＥｆｆおよび有効電力Ｐを用いて漏れ電流インピーダンスの抵抗成分を決定するための評価ユニットと、を備える。
利点として、記載される本デバイスは、記載された方法を行うことに適している。
デバイスの一実施形態によると、差分電流センサは、コアおよび補償導線を含んでいる。ここで、位相、中性導線、および補償導線は、コアに通されている。コアに対する位相および中性導線の非対称的な配置に起因して、差分電流測定に対称性誤差が生じ得る。この対称性誤差は、補償導線を用いて補償され得る。よって、補償導線は、コア、位相、および中性導線からなるユニットの非対称性を補償する。この目的のために、位相を通って流れる電流に比例し得る補償電流が、補償導線を通じて送られる。
代替として、差分電流センサの誤差は、デジタル的に補償されることもできる。この場合、補償導線は必要とされない。
デバイスのさらなる実施形態によると、デバイスは、漏れ電流インピーダンスの抵抗成分を監視するために、評価ユニットに接続される監視システムを含む。監視システムは、ユーザが交流回路網をスイッチオフすべきかどうかの決定を行うことができるように、漏れ電流インピーダンスの抵抗成分を表示することができる。代替または追加として、監視システムは、漏れ電流インピーダンスの抵抗成分を電子的に検査し、交流回路網をスイッチオフすべきかどうかについて独立して決定を行うこともできる。
加えて、デバイスは、代替または追加として、測定データを分析または処理のためにクラウドシステムに転送することができる。
さらに、上記で説明されたような少なくとも１つのデバイスを備える配電キャビネットが提供される。１つまたは複数のデバイスは、非常に簡単に、配電キャビネットに設置、締結、またはプラグ接続することができる。
少なくとも１つのデバイスは、回路網パラメータである差分電流ＩＬＮ、電圧Ｕ、および絶縁抵抗、すなわち漏れ電流インピーダンスＲｉｓｏの抵抗成分、を検出する。ここで、さらなる回路網パラメータが配電キャビネットによって検出され得る。そのような回路網パラメータは、例えば、需要家の有効電力および需要家の電流である。配電キャビネットは、エネルギー計量器も含み得る。加えて、高調波分析およびエネルギー分析による中性導線の電流測定は、アーク障害に関する情報を提供することができる。
配電キャビネットの一実施形態によると、少なくとも１つのデバイスは端子台として設計される。ここで、端子台は平型端子台であり得る。いくつかの端子台が、取り付けレールに多数並べられ得る。この目的のために、配電キャビネットは、取り付けレールを含み得る。端子台は、とりわけ、取り外し可能な接続、または配電キャビネット内の配線、より線、および電線の接続のために使用され得る。
配電キャビネットのさらなる実施形態によると、配電キャビネットは、少なくとも１つのさらなるデバイスを含む。その場合、少なくとも１つのデバイスの測定値が、少なくとも１つのさらなるデバイスと交換される。配電キャビネットは、利点として、デバイス間の測定値の交換を可能にするのに適する。利点として、そうすると、各デバイス内で同じ測定が再度行われなくてよい。
提案される方法に関して説明される実施形態および特徴は、それに応じて、提案されるデバイスおよび提案される配電キャビネットに適用され、その逆も同様である。
本発明のさらなる可能な実装形態は、明示的には言及されない上記または下記で説明される特徴の組み合わせも含む。また、個々の態様が、改良または追加として本発明のそれぞれの基本的形態に追加され得る。
本発明は、図面を参照しながら以下でより詳細に説明される。
ＴＮ交流回路網への下流側分岐の漏れ電流インピーダンスの抵抗成分を決定するためのデバイスの概略図である。 ＴＮ交流回路網への下流側分岐の漏れ電流インピーダンスの抵抗成分を決定するための方法のフローチャートである。 図１に表される差分電流センサの概略図である。 図３に表される差分電流センサのブロック図である。 図３に表される差分電流センサの補償導線を制御するための回路図である。
同一のまたは機能的に同一の要素には、図中で同じ参照符号が与えられている。さらに、図中の表現は必ずしも実際の縮尺でないことに留意すべきである。
図１は、ＴＮ交流回路網３への下流側分岐２の漏れ電流インピーダンスＲｉｓｏの抵抗成分を決定するためのデバイス１の概略図を示す。ＴＮ交流回路網３は、位相Ｌ、中性導線Ｎ、および保護導線ＰＥを有する。
デバイス１は、電圧センサ４、差分電流センサ５、および評価ユニット６を備える。電圧センサ４は、位相Ｌと中性導線Ｎとの間の電圧ＵＬＮを測定する。代替として、電圧センサ４は、位相Ｌと保護導線ＰＥとの間の電圧ＵＬＰＥを測定することもできる。
通電状態の導線である位相Ｌおよび中性導線Ｎは、差分電流センサ５に通されている。差分電流センサ５は、位相Ｌの電流と中性導線Ｎの電流とを合計する。漏れ電流が流れていない場合、和はゼロになる。漏れ電流が存在する場合、電流の一部は、中性導線Ｎを通って戻る方向へ流れない。そのため、位相Ｌと中性導線Ｎとの間の差分電流ＩＬＮが測定される。
評価ユニット６は、差分電流ＩＬＮと電圧ＵＬＮとの間の位相シフトを補正するために使用され、いくつかの個々の差分電流値ＩＬＮ，ｉおよびいくつかの個々の電圧値ＵＬＮ，ｉを決定し、ここで差分電流値ＩＬＮ，ｉは、電圧値ＵＬＮ，ｉに対して位相補正され、評価ユニット６は、いくつかの個々の差分電流値ＩＬＮ，ｉおよびいくつかの個々の電圧値ＵＬＮ，ｉから有効電力Ｐを決定し、電圧値ＵＬＮ，ｉを用いて有効電圧ＵＥｆｆを決定し、有効電圧ＵＥｆｆおよび有効電力Ｐを用いて漏れ電流インピーダンスＲｉｓｏの抵抗成分を決定する。
漏れ電流インピーダンスＲｉｓｏの抵抗成分が、限界値、例えば１ＭＯｈｍ、未満である場合、スイッチ（図１には図示せず）を用いて、下流側分岐２をすべての極において（完全に）ＴＮ交流回路網３から切断することができる。
下流側分岐２は、抵抗Ｒｉｓｏを有する第１の分岐を含む。この第１の分岐は、結果として、純粋に抵抗性の漏れ電流を生じさせる。下流側分岐２は、静電容量Ｃ１を有する第２の分岐も含む。この第２の分岐は、結果として、純粋に容量性の漏れ電流を生じさせる。下流側分岐２は、インダクタンスＬ１、抵抗Ｒ１、静電容量Ｃ３および静電容量Ｃ２を有する第３の分岐も含む。この第３の分岐は、結果として漏れ電流を生じさせ、ここで抵抗Ｒ１は抵抗成分を生成する。
しかし、この電流は、直接電流測定法では静電容量Ｃ２を介して切り離されるため、直接的な電流絶縁抵抗測定では検出されない。この例は、ＡＣ測定法は抵抗値を特定することができるが、それは直接電流測定法ではより低い絶縁抵抗値を生成しないことを示している。
ＴＮ交流回路網３への下流側分岐２の漏れ電流インピーダンスＲｉｓｏの抵抗成分を検出することにより、動作状態における下流側分岐２の絶縁を評価することが可能である。測定結果は、容量成分と直列に存在する抵抗成分によって不正確なものとなる。それらも測定されるが、絶縁抵抗を決定する際に考慮に入れられない。しかし、１ＭＯｈｍである典型的な絶縁抵抗限界値の結果に大きく影響する静電容量（静電容量Ｃ２を参照）と直列の抵抗成分（抵抗Ｒ１を参照）はまれである。
デバイス１は、評価ユニット６に接続される監視システム（図１には図示せず）を含むことができる。漏れ電流インピーダンスＲｉｓｏの抵抗成分は、監視システムを用いて監視することができる。すなわち、監視システムを用いて、手動および／または機械による漏れ電流インピーダンスＲｉｓｏの抵抗成分の監視が可能である。
さらに、配電キャビネットがいくつかのデバイス１を含むことができる。ここで、デバイス１は、特に端子台として設計され得る。また、個々のデバイスは、個々の測定値を別のデバイス１と交換するように設計され得、すなわち、あるデバイス１からの測定値が別のデバイス１に送信される。
図２は、ＴＮ交流回路網３への下流側分岐２の漏れ電流インピーダンスＲｉｓｏの抵抗成分を決定するための方法のフローチャートを示す。
最初のオプションのステップＳ１で、純粋に容量性の負荷を有する下流側分岐が、ＴＮ交流回路網３に接続される。次いで、電圧ＵＬＮが位相Ｌと中性導線Ｎの間で測定される。さらに、差分電流ＩＬＮが位相Ｌと中性導線Ｎの間で測定される。電圧ＵＬＮの位相曲線を差分電流ＩＬＮの位相曲線と比較することにより、差分電流ＩＬＮに対する電圧ＵＬＮの位相シフトの値を決定することができる。代替として、純粋に誘導性の負荷または純粋に抵抗性の負荷を有する下流側分岐が接続されることもできる。例えば２チャンネルオシロスコープを利用するなどの他の調整オプションも考えられる。
第２のステップＳ２で、純粋に容量性の負荷を有する下流側分岐の代わりに、測定対象の下流側分岐２がＴＮ交流回路網３に接続される。さらに、電圧ＵＬＮが位相Ｌと中性導線Ｎの間で測定される。加えて、位相Ｌと中性導線Ｎとの間の差分電流ＩＬＮが、差分電流センサ５を用いて測定される。ここで、電圧ＵＬＮと差分電流ＩＬＮは、両方ともスキャンによって測定される。そのため、デジタル化された電圧曲線およびデジタル化された差分電流曲線が得られる。
差分電流ＩＬＮは、例えば差分電流センサ５により、図３～５に説明されるように測定され得る。
第３のステップＳ３で、第２のステップで決定された差分電流ＩＬＮと、第２のステップで決定された電圧ＵＬＮとの間の位相シフトが補正される。これは、例えば、第２のステップで決定された差分電流ＩＬＮの位相を、第１のステップで決定された位相シフトの値で補正することによって行われる。この補正は好ましくはデジタル的に行われる。
第４のステップＳ４で、いくつかの個々の差分電流値ＩＬＮ，ｉおよびいくつかの個々の電圧値ＵＬＮ，ｉが決定される。差分電流値ＩＬＮ，ｉは、上記で説明されたように、電圧値ＵＬＮ，ｉに対して既に位相補正されている。合計で、各場合にｎ個の値が決定される。
第５のステップＳ５で、有効電力Ｐが決定される。原則として、有効電力は次の式を使用して計算される。
Figure 2022552847000002
ここで、Ｔは、回路網サイクルの周期継続時間である。詳細には、少なくとも４分の１周期が積分時間として使用される。積分は好ましくは、１回の回路網サイクルまたは数回の回路網サイクルにわたって行われる。本事例の場合、有効電力Ｐは、いくつかの個々の残留電流値ＩＬＮ，ｉおよびいくつかの個々の電圧値ＵＬＮ，ｉから、次の式を使用して決定される。
Figure 2022552847000003
第６のステップＳ６で、有効電圧ＵＥｆｆが、電圧値ＵＬＮ，ｉを用いて、次の式を使用して決定される。
Figure 2022552847000004
第７のステップＳ７で、漏れ電流インピーダンスＲｉｓｏの抵抗成分が、有効電圧ＵＥｆｆおよび有効電力Ｐを用いて、次の式を使用して決定される。
Figure 2022552847000005
ここで、漏れ電流インピーダンスＲｉｓｏの抵抗成分は、基本的に下流側分岐２の絶縁抵抗に対応し、したがって下流側分岐２の絶縁の質の指標となる。
さらなるステップにおいて、漏れ電流インピーダンスＲｉｓｏの抵抗成分が所定の値を下回る場合、ＴＮ交流回路網３がスイッチオフされ得る。
差分電流ＩＬＮと電圧ＵＬＮとの間の位相シフトの補正は、内挿によって個々の電圧スキャン値から電圧曲線を決定し、内挿によって個々の差分電流スキャン値から差分電流曲線を決定することにより、改善することができる。そのようにして決定される曲線の位相シフトは、より良好に決定され得る。
図１に示されるＴＮ交流回路網３は、位相Ｌを有する。代替として、ＴＮ交流回路網３は、２つまたは３つの位相Ｌを有することもできる。その場合、漏れ電流インピーダンスＲｉｓｏの抵抗成分は、位相Ｌごとに別個に決定され得る。
図３は、図１に表される差分電流センサ５の概略図を示す。差分電流センサ５は、コア７および補償導線８を含む。位相Ｌ、中性導線Ｎ、および補償導線８は、コア７に通されている。詳細には、位相Ｌ、中性導線Ｎ、および補償導線８は各々、コア７の周りに数回巻き付けられ得る。コア７は、貫通開口部９を有する、閉じた、特に円形の構造として設計され得る。差分電流ＩＬＮは、測定巻線１０を用いて検出することができる。
差分電流センサ５の誤差は、補償導線８を用いて補償することができる。誤差は、コア７に対して位相Ｌおよび中性導線Ｎの対称性が不完全であることから生じる。この非対称性誤差は、補償導線８を通る電流を用いて補償することができる。
さらに、差分電流センサ５は、電流計１１および制御ユニット１２を含むことができる。電流計１１によって測定される電流強度は、特に０～２０Ａの範囲である。しかし、電流強度は２０Ａより高いこともあり得る。位相Ｌの電流信号は、電流計１１によって測定される。電流計１１は、制御ユニット１２がさらに電流信号を処理できるように制御ユニット１２に接続されている。制御ユニット１２は、非対称性誤差を補償するために補償導線８を通る電流の流れを制御する。
詳細には、補償導線８を通って流れる電流は、位相Ｌを通って流れる電流に比例し得る。
代替として、非対称性誤差を補償するために、中性導線Ｎの電流が電流計１１を用いて測定されることも可能である。
さらに、非対称性誤差の補償は、代替として、下記でさらに説明されるようにデジタル的に行うこともできる。
図４は、図３に表される差分電流センサ５のブロック図を示す。電流計１１を用いて測定された電流は、位相Ｌおよび中性導線Ｎと共に、制御ユニット１２および補償導線８を介して差分電流センサ５に供給され得る。測定された差分電流ＩＬＮは、増幅器回路１３およびアナログ－デジタル変換器１４を介して転送され得る。
差分電流センサ５の非対称的な構造のために、回路を流れる電流に線形比例する誤差が発生する。線形誤差は、補償導線８を用いて、センサ回路内の電流計１１の電流信号の適宜増幅されたフィードバックによってアナログ的に補償され得る。
図５は、図３に表される差分電流センサ５の補償導線８を制御するための回路図を示す。位相Ｌ、回路図、電流計１１の回路図１５、制御ユニット１２の回路図１６、電流計１１の電流測定のためのシャント１７、および補償導線８のための接続部１８が表されている。増幅回路および分圧器を用いて、電流計１１の電流信号は、補償のために適宜増幅される。接続部１８は、補償導線８に接続されている。
位相Ｌの代わりに、電流は、代替として中性導線Ｎにおいて測定することもでき、これは、位相Ｌおよび中性導線Ｎが需要家回路を形成するからである。
代替として、差分電流センサ５の非線形誤差の補償は、デジタル的に実施することもできる。この目的のために、測定された位相Ｌの可変電流（または中性導線Ｎの電流）および差分電流ＩＬＮが検出される。差分電流ＩＬＮは、次いで位相Ｌの電流を用いてデジタル的に補正される。例えば、測定された位相Ｌの可変電流から、係数Ｋｐが計算される。各測定された差分電流値ＩＬＮ，ｉごとに値Ｋｐ＊ＩＬＮ，ｉが差し引かれる。
１ デバイス
２ 下流側分岐
３ ＴＮ交流回路網
４ 電圧センサ
５ 差分電流センサ
６ 評価ユニット
７ コア
８ 補償導線
９ 貫通開口部
１０ 測定巻線
１１ 電流計
１２ 制御ユニット
１３ 増幅器回路
１４ アナログ－デジタル変換器
１５ 回路図
１６ 回路図
１７ シャント
１８ 接続部
Ｌ 位相
Ｎ 中性導線
ＰＥ 保護導線
Ｒｉｓｏ 漏れ電流インピーダンスの抵抗成分
本発明は、交流回路網内で漏れ電流インピーダンスの抵抗成分を決定するための方法およびデバイスに関する。
電気事故からの人的障害を防止するために、絶縁抵抗および障害電流に関して電気機器および設備の検査を行う必要がある。交流回路網および／またはそれに接続された需要家における、活動状態の導線（位相Ｌおよび中性導線Ｎ）と保護導線ＰＥとの間の絶縁抵抗Ｒｉｓｏの評価は、重要な品質および安全性の機能である。絶縁抵抗Ｒｉｓｏの検査は、多くの規格に規定されている。絶縁抵抗Ｒｉｓｏの限界値は、通常、１ＭＯｈｍより高い。
しかし、絶縁抵抗Ｒｉｓｏは、回路網電圧がない状態でしか直接測定することができない。その結果、すべての極同士を分離するスイッチまたは接点の背後に配置された箇所の絶縁は、検出することができない。絶縁抵抗Ｒｉｓｏを直接測定するのに代わる方法として、動作中に差分電流測定法が使用され、これは位相Ｌと中性導線Ｎとの間の差分電流を決定する。この差分電流は基本的に、交流回路網がスイッチオンされているときの活動状態の導線（位相Ｌおよび中性導線Ｎ）と保護導線ＰＥとの間の漏れ電流に対応する。通常はＥＭＣの理由から交流回路網および／または需要家に内蔵されるシステム関連の容量性フィルタ要素に起因して、最大の許容可能な差分電流の諸規格における限界値は、例えば３．５ｍＡなど比較的高く、これは、２３０Ｖの回路網ではわずか６６ｋＯｈｍの交流インピーダンスに相当する。高い差分電流は、高いリスクにつながる。３．５ｍＡでは、高いインピーダンスから遠い。このことから、需要家の汚損や経年劣化の指標である絶縁抵抗Ｒｉｓｏは、１ＭＯｈｍより上では検出することができない。これにより、純粋な差分電流の決定を介して絶縁抵抗Ｒｉｓｏを決定する際の試験精度が制限される。
特許文献１は、交流回路網内の絶縁および障害電流監視のための方法およびデバイスについて記載している。ここでは、少なくとも２つの回路網導線の間の差分電流が検出される。差分電流の交流成分が、第１の回路網変数として検出され、少なくとも２つの回路網導線の間または回路網導線と保護導線または中性導線との間の交流回路網電圧が、第２の回路網変数として検出される。差分電流の交流成分の振幅と、検出された２つの回路網変数の間の位相角Φの余弦との積が、抵抗障害電流の尺度となる。求められた積が一定の応答値を超える場合、負荷の切り離しが実施される。しかし、抵抗障害電流に関して特許文献１で提案される対策は、正弦電圧および電流にしか適用できない。
特許文献２は同様に、交流回路網内で障害電流を判定するための方法およびデバイスを示す。
特許文献３は、接地された、単相または多相の、動作可能でかつ動作中の交流回路網のオーム絶縁抵抗を求めるための方法について記載し、ここでは、特に差分電流が測定・評価される。
特許文献４は、漏れ電流インピーダンスの抵抗成分を決定するためのデバイスおよび方法を開示している。この目的のために、位相と中性導線との間の電圧、差分電流、有効電力、および有効電圧が決定される。電圧と差分電流との間の位相補正については論じられていない。
特許文献５は、障害電流安全デバイスの保護機能を保証するための電気監視デバイスおよび方法について記載している。監視デバイスは、障害電流安全デバイスと直列に接続されている。差分電流は、監視デバイス内の変流器回路を測定することによって検出され、監視デバイス内の評価ユニットによって評価される。機能的に危険を招く残留電流が認識される場合、評価ユニットは、スイッチオフ信号を生成する。
特許文献６は、漏れ電流インピーダンスの抵抗成分を決定するためのデバイスおよび方法を開示している。ここでは、電圧および差分電流が測定される。その電圧および差分電流に対してフーリエ解析が行われる。電圧と差分電流との間の位相、有効電力、および最終的に漏れ電流インピーダンスの抵抗成分が、第三高調波を使用して計算される。
特許文献７は、電気回路用の障害電流回路遮断器について記載している。第１の差分電流限界値が超えられると、電気回路はトリッピングユニットによって中断される。
独国特許出願公開第１９８２６４１０号明細書 米国特許第６，９２２，６４３号明細書 独国特許出願公開第１０３５５０８６号明細書 欧州特許出願公開第３１３６１１５号明細書 欧州特許出願公開第２５７１１２８号明細書 米国特許出願公開第２００３／０１１２０１５号明細書 独国特許出願公開第１０２０１５２１８９１１号明細書
本発明は、絶縁および障害電流の監視が改善され得る方法を提供するという目的に基づく。また、絶縁および障害電流の監視が改善され得るデバイスを提供することも本発明の目的である。
この目的は、独立請求項１の主題によって達成される。本発明による方法の有利な実施形態は、従属請求項の主題であり、以下の本発明の説明から明らかになる。本発明によるデバイスは、請求項９に記載される。
したがって、位相、中性導線、および保護導線を有する交流回路網への下流側分岐の漏れ電流インピーダンスの抵抗成分を決定するための方法が記載される。方法は、
差分電流センサを用いて位相と中性導線との間の差分電流ＩＬＮをスキャンによって測定するステップと、
位相と中性導線との間または位相と保護導線との間の電圧Ｕをスキャンによって測定するステップと、
差分電流ＩＬＮと電圧Ｕとの間の位相シフトを補正するステップと、
いくつかの個々の差分電流値ＩＬＮ，ｉおよびいくつかの個々の電圧値Ｕｉを決定するステップであって、差分電流値ＩＬＮ，ｉが電圧値Ｕｉに対して位相補正されるステップと、
いくつかの個々の差分電流値ＩＬＮ，ｉおよびいくつかの個々の電圧値Ｕｉから有効電力Ｐを決定するステップと、
電圧値Ｕｉを用いて有効電圧ＵＥｆｆを決定するステップと、
有効電圧ＵＥｆｆおよび有効電力Ｐを用いて漏れ電流インピーダンスの抵抗成分を決定するステップと、を備える。
スキャンによって差分電流ＩＬＮおよび電圧Ｕを測定することは、漏れ電流の有効電力のデジタル検出にもつながる。それにより、漏れ電流インピーダンスの抵抗成分が、非正弦波の回路網電圧および非正弦波の電流についても決定され得る。
差分電流ＩＬＮをスキャンによって測定する間、個々の差分電流スキャン値が、互いから所定の時間間隔で測定され、電圧Ｕをスキャンによって測定する間、個々の電圧スキャン値が、互いから所定の時間間隔で測定される。
電圧Ｕは、位相と中性導線との間でスキャンによって測定され、すなわち、電圧ＵＬＮが測定される。代替として、電圧Ｕは、位相と保護導線との間でスキャンによって測定され、すなわち、電圧ＵＬＰＥが測定される。
位相シフトの補正は、好ましくはデジタル的に行われる。
方法の一実施形態によると、交流回路網はＴＮ交流回路網である。代替として、交流回路網は、ＴＴ交流回路網またはＩＴ交流回路網でもあり得る。
方法のさらなる実施形態によると、漏れ電流インピーダンスの抵抗成分を決定するためのデバイスを調整するために、初めに、純粋に容量性の負荷、純粋に誘導性の負荷、または純粋に抵抗性の負荷を有する下流側分岐を交流回路網に接続することによって、位相シフトを補正する値が決定される。次いで、電圧Ｕおよび差分電流ＩＬＮが、この下流側分岐を用いて決定される。利点として、そのような下流側分岐が純粋に容量性の負荷、純粋に誘導性の負荷、または純粋に抵抗性の負荷を有する状態で、位相シフトの値を決定することができ、その値が、測定対象の下流側分岐において補正のために後の測定で使用され得る。
方法のさらなる実施形態によると、個々の差分電流スキャン値は、差分電流ＩＬＮをスキャンによって測定するときに測定される。
個々の電圧スキャン値は、電圧Ｕをスキャンによって測定するときに測定される。さらに、差分電流ＩＬＮと電圧Ｕとの間の位相シフトの補正を改善するために、差分電流スキャン値の内挿から時間差分電流曲線を得るとともに、電圧スキャン値の内挿から時間電圧曲線を得る。利点として、位相シフトは、差分電流サンプルの内挿および電圧サンプルの内挿を用いて正確に決定することができる。
方法のさらなる実施形態によると、差分電流ＩＬＮをスキャンによって測定するとき、差分電流センサは補償導線を含む。それにより、この補償導線を用いて差分電流センサの誤差が補償される。この目的のために、補償導線、位相、および中性導線は、補償導線のコアに通されている。補償導線は、位相および中性導線がコアに正確に対称的には通されていないことを補償するために使用することができる。補償導線は、したがって、コア、位相、および中性導線からなるユニットの非対称性を補償する。この目的のために、位相を流れる電流に比例し得る補償電流が、補償導線を通じて送られる。
方法のさらなる実施形態によると、補償導線を通って流れる電流は、位相または中性導線を通って流れる電流に比例する。したがって、補償導線を通る電流の流れを生じさせる補償回路は、平易に構築され得る。そして、位相または中性導線を通って流れる電流には、一定不変の係数のみが与えられる。
方法のさらなる実施形態によると、差分電流センサの誤差が、位相の測定された可変電流から、および／または中性導線の測定された可変電流から、係数Ｋｐを計算し、測定された差分電流値ＩＬＮ，ｉごとに値Ｋｐ＊ＩＬＮ，ｉを差し引くことにより、補償される。
したがって、差分電流センサの誤差の補償がデジタル的に行われる。好ましくは、位相の測定された可変電流または中性導線の測定された可変電流のいずれか、および差分電流ＩＬＮが検出される。そして、差分電流ＩＬＮは、位相の電流（または中性導線の電流）を用いてデジタル的に補正される。位相の測定された可変電流（または中性導線の測定された可変電流）から、係数Ｋｐが計算される。そして、各測定された差分電流値ＩＬＮ，ｉごとに値Ｋｐ＊ＩＬＮ，ｉが差し引かれる。
方法のさらなる実施形態によると、漏れ電流インピーダンスの抵抗成分が所定の値を下回る場合、交流回路網がスイッチオフされる、および／またはメッセージが上位システムに送られる。漏れ電流インピーダンスの抵抗成分が低いほど、漏れ電流が高くなり得る。高い漏れ電流は危険であり得るため、漏れ電流インピーダンスの過度に低い抵抗成分は望まれない。したがって、漏れ電流インピーダンスの抵抗成分が低すぎる場合、交流回路網はスイッチオフされ得る。この文脈において、「スイッチオフされる」とは、交流回路網がスイッチオフされること、または交流回路網がすべての極において下流側分岐から完全に切断されることを意味し得る。
上位システムは、例えばクラウドシステムまたは監視システムを意味するものと理解されるべきである。クラウドシステムは、インターネットを通じてアクセスすることが可能なシステムである。監視システムは、個々のパラメータの監視に適するローカルのシステムである。
漏れ電流インピーダンスの抵抗成分の代替または追加として、さらなる回路網パラメータも監視され得る。検出されたさらなる回路網パラメータが超えられるまたは達されない場合、メッセージが上位システムに送られ得る、および／または交流回路網がスイッチオフされ得る。さらなる回路網パラメータは、例えば差分電流ＩＬＮであり得る。
さらに、位相、中性導線、および保護導線を有する交流回路網への下流側分岐の漏れ電流インピーダンスの抵抗成分を決定するために適合されたデバイスが提供される。デバイスは、以下の構成要素、すなわち、位相と中性導線との間または位相と保護導線との間の電圧Ｕをスキャンによって測定するために適合された電圧センサと、位相と中性導線との間の差分電流ＩＬＮをスキャンによって測定するために適合された差分電流センサと、評価ユニットであって、差分電流ＩＬＮと電圧Ｕとの間の位相シフトを補正するために適合され、いくつかの個々の差分電流値ＩＬＮ，ｉおよびいくつかの個々の電圧値Ｕｉを決定するために適合され、ここで差分電流値ＩＬＮ，ｉは電圧値Ｕｉに対して位相補正され、評価ユニットは、いくつかの個々の差分電流値ＩＬＮ，ｉおよびいくつかの個々の電圧値Ｕｉから有効電力Ｐを決定するために適合され、電圧値Ｕｉを用いて有効電圧ＵＥｆｆを決定するために適合され、ならびに有効電圧ＵＥｆｆおよび有効電力Ｐを用いて漏れ電流インピーダンスの抵抗成分を決定するために適合された評価ユニットと、を備える。
利点として、記載される本デバイスは、記載された方法を行うことに適している。
デバイスの一実施形態によると、差分電流センサは、コアおよび補償導線を含んでいる。ここで、位相、中性導線、および補償導線は、コアに通されている。コアに対する位相および中性導線の非対称的な配置に起因して、差分電流測定に対称性誤差が生じ得る。この対称性誤差は、補償導線を用いて補償され得る。よって、補償導線は、コア、位相、および中性導線からなるユニットの非対称性を補償する。この目的のために、位相を通って流れる電流に比例し得る補償電流が、補償導線を通じて送られる。
代替として、差分電流センサの誤差は、デジタル的に補償されることもできる。この場合、補償導線は必要とされない。
デバイスのさらなる実施形態によると、デバイスは、漏れ電流インピーダンスの抵抗成分を監視するために、評価ユニットに接続される監視システムを含む。監視システムは、ユーザが交流回路網をスイッチオフすべきかどうかの決定を行うことができるように、漏れ電流インピーダンスの抵抗成分を表示することができる。代替または追加として、監視システムは、漏れ電流インピーダンスの抵抗成分を電子的に検査し、交流回路網をスイッチオフすべきかどうかについて独立して決定を行うこともできる。
加えて、デバイスは、代替または追加として、測定データを分析または処理のためにクラウドシステムに転送することができる。
さらに、上記で説明されたような少なくとも１つのデバイスを備える配電キャビネットが提供される。１つまたは複数のデバイスは、非常に簡単に、配電キャビネットに設置、締結、またはプラグ接続することができる。
少なくとも１つのデバイスは、回路網パラメータである差分電流ＩＬＮ、電圧Ｕ、および絶縁抵抗、すなわち漏れ電流インピーダンスＲｉｓｏの抵抗成分、を検出する。ここで、さらなる回路網パラメータが配電キャビネットによって検出され得る。そのような回路網パラメータは、例えば、需要家の有効電力および需要家の電流である。配電キャビネットは、エネルギー計量器も含み得る。加えて、高調波分析およびエネルギー分析による中性導線の電流測定は、アーク障害に関する情報を提供することができる。
配電キャビネットの一実施形態によると、少なくとも１つのデバイスは端子台として設計される。ここで、端子台は平型端子台であり得る。いくつかの端子台が、取り付けレールに多数並べられ得る。この目的のために、配電キャビネットは、取り付けレールを含み得る。端子台は、とりわけ、取り外し可能な接続、または配電キャビネット内の配線、より線、および電線の接続のために使用され得る。
配電キャビネットのさらなる実施形態によると、配電キャビネットは、少なくとも１つのさらなるデバイスを含む。その場合、少なくとも１つのデバイスの測定値が、少なくとも１つのさらなるデバイスと交換される。配電キャビネットは、利点として、デバイス間の測定値の交換を可能にするのに適する。利点として、そうすると、各デバイス内で同じ測定が再度行われなくてよい。
提案される方法に関して説明される実施形態および特徴は、それに応じて、提案されるデバイスおよび提案される配電キャビネットに適用され、その逆も同様である。
本発明のさらなる可能な実装形態は、明示的には言及されない上記または下記で説明される特徴の組み合わせも含む。また、個々の態様が、改良または追加として本発明のそれぞれの基本的形態に追加され得る。
本発明は、図面を参照しながら以下でより詳細に説明される。
ＴＮ交流回路網への下流側分岐の漏れ電流インピーダンスの抵抗成分を決定するためのデバイスの概略図である。 ＴＮ交流回路網への下流側分岐の漏れ電流インピーダンスの抵抗成分を決定するための方法のフローチャートである。 図１に表される差分電流センサの概略図である。 図３に表される差分電流センサのブロック図である。 図３に表される差分電流センサの補償導線を制御するための回路図である。
同一のまたは機能的に同一の要素には、図中で同じ参照符号が与えられている。さらに、図中の表現は必ずしも実際の縮尺でないことに留意すべきである。
図１は、ＴＮ交流回路網３への下流側分岐２の漏れ電流インピーダンスＲｉｓｏの抵抗成分を決定するためのデバイス１の概略図を示す。ＴＮ交流回路網３は、位相Ｌ、中性導線Ｎ、および保護導線ＰＥを有する。
デバイス１は、電圧センサ４、差分電流センサ５、および評価ユニット６を備える。電圧センサ４は、位相Ｌと中性導線Ｎとの間の電圧ＵＬＮを測定する。代替として、電圧センサ４は、位相Ｌと保護導線ＰＥとの間の電圧ＵＬＰＥを測定することもできる。
通電状態の導線である位相Ｌおよび中性導線Ｎは、差分電流センサ５に通されている。差分電流センサ５は、位相Ｌの電流と中性導線Ｎの電流とを合計する。漏れ電流が流れていない場合、和はゼロになる。漏れ電流が存在する場合、電流の一部は、中性導線Ｎを通って戻る方向へ流れない。そのため、位相Ｌと中性導線Ｎとの間の差分電流ＩＬＮが測定される。
評価ユニット６は、差分電流ＩＬＮと電圧ＵＬＮとの間の位相シフトを補正するために使用され、いくつかの個々の差分電流値ＩＬＮ，ｉおよびいくつかの個々の電圧値ＵＬＮ，ｉを決定し、ここで差分電流値ＩＬＮ，ｉは、電圧値ＵＬＮ，ｉに対して位相補正され、評価ユニット６は、いくつかの個々の差分電流値ＩＬＮ，ｉおよびいくつかの個々の電圧値ＵＬＮ，ｉから有効電力Ｐを決定し、電圧値ＵＬＮ，ｉを用いて有効電圧ＵＥｆｆを決定し、有効電圧ＵＥｆｆおよび有効電力Ｐを用いて漏れ電流インピーダンスＲｉｓｏの抵抗成分を決定する。
漏れ電流インピーダンスＲｉｓｏの抵抗成分が、限界値、例えば１ＭＯｈｍ、未満である場合、スイッチ（図１には図示せず）を用いて、下流側分岐２をすべての極において（完全に）ＴＮ交流回路網３から切断することができる。
下流側分岐２は、抵抗Ｒｉｓｏを有する第１の分岐を含む。この第１の分岐は、結果として、純粋に抵抗性の漏れ電流を生じさせる。下流側分岐２は、静電容量Ｃ１を有する第２の分岐も含む。この第２の分岐は、結果として、純粋に容量性の漏れ電流を生じさせる。下流側分岐２は、インダクタンスＬ１、抵抗Ｒ１、静電容量Ｃ３および静電容量Ｃ２を有する第３の分岐も含む。この第３の分岐は、結果として漏れ電流を生じさせ、ここで抵抗Ｒ１は抵抗成分を生成する。
しかし、この電流は、直接電流測定法では静電容量Ｃ２を介して切り離されるため、直接的な電流絶縁抵抗測定では検出されない。この例は、ＡＣ測定法は抵抗値を特定することができるが、それは直接電流測定法ではより低い絶縁抵抗値を生成しないことを示している。
ＴＮ交流回路網３への下流側分岐２の漏れ電流インピーダンスＲｉｓｏの抵抗成分を検出することにより、動作状態における下流側分岐２の絶縁を評価することが可能である。測定結果は、容量成分と直列に存在する抵抗成分によって不正確なものとなる。それらも測定されるが、絶縁抵抗を決定する際に考慮に入れられない。しかし、１ＭＯｈｍである典型的な絶縁抵抗限界値の結果に大きく影響する静電容量（静電容量Ｃ２を参照）と直列の抵抗成分（抵抗Ｒ１を参照）はまれである。
デバイス１は、評価ユニット６に接続される監視システム（図１には図示せず）を含むことができる。漏れ電流インピーダンスＲｉｓｏの抵抗成分は、監視システムを用いて監視することができる。すなわち、監視システムを用いて、手動および／または機械による漏れ電流インピーダンスＲｉｓｏの抵抗成分の監視が可能である。
さらに、配電キャビネットがいくつかのデバイス１を含むことができる。ここで、デバイス１は、特に端子台として設計され得る。また、個々のデバイスは、個々の測定値を別のデバイス１と交換するように設計され得、すなわち、あるデバイス１からの測定値が別のデバイス１に送信される。
図２は、ＴＮ交流回路網３への下流側分岐２の漏れ電流インピーダンスＲｉｓｏの抵抗成分を決定するための方法のフローチャートを示す。
最初のオプションのステップＳ１で、純粋に容量性の負荷を有する下流側分岐が、ＴＮ交流回路網３に接続される。次いで、電圧ＵＬＮが位相Ｌと中性導線Ｎの間で測定される。さらに、差分電流ＩＬＮが位相Ｌと中性導線Ｎの間で測定される。電圧ＵＬＮの位相曲線を差分電流ＩＬＮの位相曲線と比較することにより、差分電流ＩＬＮに対する電圧ＵＬＮの位相シフトの値を決定することができる。代替として、純粋に誘導性の負荷または純粋に抵抗性の負荷を有する下流側分岐が接続されることもできる。例えば２チャンネルオシロスコープを利用するなどの他の調整オプションも考えられる。
第２のステップＳ２で、純粋に容量性の負荷を有する下流側分岐の代わりに、測定対象の下流側分岐２がＴＮ交流回路網３に接続される。さらに、電圧ＵＬＮが位相Ｌと中性導線Ｎの間で測定される。加えて、位相Ｌと中性導線Ｎとの間の差分電流ＩＬＮが、差分電流センサ５を用いて測定される。ここで、電圧ＵＬＮと差分電流ＩＬＮは、両方ともスキャンによって測定される。そのため、デジタル化された電圧曲線およびデジタル化された差分電流曲線が得られる。
差分電流ＩＬＮは、例えば差分電流センサ５により、図３～５に説明されるように測定され得る。
第３のステップＳ３で、第２のステップで決定された差分電流ＩＬＮと、第２のステップで決定された電圧ＵＬＮとの間の位相シフトが補正される。これは、例えば、第２のステップで決定された差分電流ＩＬＮの位相を、第１のステップで決定された位相シフトの値で補正することによって行われる。この補正は好ましくはデジタル的に行われる。
第４のステップＳ４で、いくつかの個々の差分電流値ＩＬＮ，ｉおよびいくつかの個々の電圧値ＵＬＮ，ｉが決定される。差分電流値ＩＬＮ，ｉは、上記で説明されたように、電圧値ＵＬＮ，ｉに対して既に位相補正されている。合計で、各場合にｎ個の値が決定される。
第５のステップＳ５で、有効電力Ｐが決定される。原則として、有効電力は次の式を使用して計算される。
Figure 2022552847000011
ここで、Ｔは、回路網サイクルの周期継続時間である。詳細には、少なくとも４分の１周期が積分時間として使用される。積分は好ましくは、１回の回路網サイクルまたは数回の回路網サイクルにわたって行われる。本事例の場合、有効電力Ｐは、いくつかの個々の残留電流値ＩＬＮ，ｉおよびいくつかの個々の電圧値ＵＬＮ，ｉから、次の式を使用して決定される。
Figure 2022552847000012
第６のステップＳ６で、有効電圧ＵＥｆｆが、電圧値ＵＬＮ，ｉを用いて、次の式を使用して決定される。
Figure 2022552847000013
第７のステップＳ７で、漏れ電流インピーダンスＲｉｓｏの抵抗成分が、有効電圧ＵＥｆｆおよび有効電力Ｐを用いて、次の式を使用して決定される。
Figure 2022552847000014
ここで、漏れ電流インピーダンスＲｉｓｏの抵抗成分は、基本的に下流側分岐２の絶縁抵抗に対応し、したがって下流側分岐２の絶縁の質の指標となる。
さらなるステップにおいて、漏れ電流インピーダンスＲｉｓｏの抵抗成分が所定の値を下回る場合、ＴＮ交流回路網３がスイッチオフされ得る。
差分電流ＩＬＮと電圧ＵＬＮとの間の位相シフトの補正は、内挿によって個々の電圧スキャン値から電圧曲線を決定し、内挿によって個々の差分電流スキャン値から差分電流曲線を決定することにより、改善することができる。そのようにして決定される曲線の位相シフトは、より良好に決定され得る。
図１に示されるＴＮ交流回路網３は、位相Ｌを有する。代替として、ＴＮ交流回路網３は、２つまたは３つの位相Ｌを有することもできる。その場合、漏れ電流インピーダンスＲｉｓｏの抵抗成分は、位相Ｌごとに別個に決定され得る。
図３は、図１に表される差分電流センサ５の概略図を示す。差分電流センサ５は、コア７および補償導線８を含む。位相Ｌ、中性導線Ｎ、および補償導線８は、コア７に通されている。詳細には、位相Ｌ、中性導線Ｎ、および補償導線８は各々、コア７の周りに数回巻き付けられ得る。コア７は、貫通開口部９を有する、閉じた、特に円形の構造として設計され得る。差分電流ＩＬＮは、測定巻線１０を用いて検出することができる。
差分電流センサ５の誤差は、補償導線８を用いて補償することができる。誤差は、コア７に対して位相Ｌおよび中性導線Ｎの対称性が不完全であることから生じる。この非対称性誤差は、補償導線８を通る電流を用いて補償することができる。
さらに、差分電流センサ５は、電流計１１および制御ユニット１２を含むことができる。電流計１１によって測定される電流強度は、特に０～２０Ａの範囲である。しかし、電流強度は２０Ａより高いこともあり得る。位相Ｌの電流信号は、電流計１１によって測定される。電流計１１は、制御ユニット１２がさらに電流信号を処理できるように制御ユニット１２に接続されている。制御ユニット１２は、非対称性誤差を補償するために補償導線８を通る電流の流れを制御する。
詳細には、補償導線８を通って流れる電流は、位相Ｌを通って流れる電流に比例し得る。
代替として、非対称性誤差を補償するために、中性導線Ｎの電流が電流計１１を用いて測定されることも可能である。
さらに、非対称性誤差の補償は、代替として、下記でさらに説明されるようにデジタル的に行うこともできる。
図４は、図３に表される差分電流センサ５のブロック図を示す。電流計１１を用いて測定された電流は、位相Ｌおよび中性導線Ｎと共に、制御ユニット１２および補償導線８を介して差分電流センサ５に供給され得る。測定された差分電流ＩＬＮは、増幅器回路１３およびアナログ－デジタル変換器１４を介して転送され得る。
差分電流センサ５の非対称的な構造のために、回路を流れる電流に線形比例する誤差が発生する。線形誤差は、補償導線８を用いて、センサ回路内の電流計１１の電流信号の適宜増幅されたフィードバックによってアナログ的に補償され得る。
図５は、図３に表される差分電流センサ５の補償導線８を制御するための回路図を示す。位相Ｌ、回路図、電流計１１の回路図１５、制御ユニット１２の回路図１６、電流計１１の電流測定のためのシャント１７、および補償導線８のための接続部１８が表されている。増幅回路および分圧器を用いて、電流計１１の電流信号は、補償のために適宜増幅される。接続部１８は、補償導線８に接続されている。
位相Ｌの代わりに、電流は、代替として中性導線Ｎにおいて測定することもでき、これは、位相Ｌおよび中性導線Ｎが需要家回路を形成するからである。
代替として、差分電流センサ５の非線形誤差の補償は、デジタル的に実施することもできる。この目的のために、測定された位相Ｌの可変電流（または中性導線Ｎの電流）および差分電流ＩＬＮが検出される。差分電流ＩＬＮは、次いで位相Ｌの電流を用いてデジタル的に補正される。例えば、測定された位相Ｌの可変電流から、係数Ｋｐが計算される。各測定された差分電流値ＩＬＮ，ｉごとに値Ｋｐ＊ＩＬＮ，ｉが差し引かれる。
１ デバイス
２ 下流側分岐
３ ＴＮ交流回路網
４ 電圧センサ
５ 差分電流センサ
６ 評価ユニット
７ コア
８ 補償導線
９ 貫通開口部
１０ 測定巻線
１１ 電流計
１２ 制御ユニット
１３ 増幅器回路
１４ アナログ－デジタル変換器
１５ 回路図
１６ 回路図
１７ シャント
１８ 接続部
Ｌ 位相
Ｎ 中性導線
ＰＥ 保護導線
Ｒｉｓｏ 漏れ電流インピーダンスの抵抗成分

Claims (13)

  1. 位相（Ｌ）、中性導線（Ｎ）、および保護導線（ＰＥ）を有する交流回路網への下流側分岐（２）の漏れ電流インピーダンス（Ｒｉｓｏ）の抵抗成分を決定するための方法であって、
    差分電流センサ（５）を用いて前記位相（Ｌ）と前記中性導線（Ｎ）との間の差分電流ＩＬＮをスキャンによって測定するステップと、
    前記位相（Ｌ）と前記中性導線（Ｎ）との間または前記位相（Ｌ）と前記保護導線（ＰＥ）との間の電圧Ｕをスキャンによって測定するステップと、
    前記差分電流ＩＬＮと前記電圧Ｕとの間の位相シフトを補正するステップと、
    いくつかの個々の差分電流値ＩＬＮ，ｉおよびいくつかの個々の電圧値Ｕｉを決定するステップであって、前記差分電流値ＩＬＮ，ｉが前記電圧値Ｕｉに対して位相補正されるステップと、
    前記いくつかの個々の差分電流値ＩＬＮ，ｉおよび前記いくつかの個々の電圧値Ｕｉから有効電力Ｐを決定するステップと、
    前記電圧値Ｕｉを用いて有効電圧ＵＥｆｆを決定するステップと、
    前記有効電圧ＵＥｆｆおよび前記有効電力Ｐを用いて前記漏れ電流インピーダンス（Ｒｉｓｏ）の前記抵抗成分を決定するステップと、
    を備える方法。
  2. 前記交流回路網がＴＮ交流回路網（３）である、
    請求項１に記載の方法。
  3. 前記漏れ電流インピーダンス（Ｒｉｓｏ）の前記抵抗成分を決定するためのデバイス（１）を調整するために、初めに、純粋に容量性の負荷、純粋に誘導性の負荷、または純粋に抵抗性の負荷を有する下流側分岐（２）を前記交流回路網に接続することによって、前記位相シフトを補正する値が決定され、次いで、前記下流側分岐（２）を用いて電圧Ｕおよび差分電流ＩＬＮが決定される、
    請求項１または請求項２に記載の方法。
  4. 個々の差分電流スキャン値は、差分電流ＩＬＮをスキャンによって測定するときに測定され、個々の電圧スキャン値は、電圧Ｕをスキャンによって測定するときに測定され、前記差分電流ＩＬＮと前記電圧Ｕとの間の前記位相シフトの補正を改善するために、前記差分電流スキャン値の内挿から時間差分電流曲線を得るとともに、前記電圧スキャン値の内挿から時間電圧曲線を得る、
    請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記差分電流センサ（５）は、前記差分電流ＩＬＮをスキャンによって測定するとき、補償導線（８）を含み、前記補償導線（８）を用いて前記差分電流センサ（５）の誤差が補償される、
    請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記補償導線（８）を通って流れる電流が、前記位相（Ｌ）または前記中性導線（Ｎ）を通って流れる電流に比例する、
    請求項５に記載の方法。
  7. 前記差分電流センサ（５）の誤差が、前記位相（Ｌ）の測定された可変電流から、および／または前記中性導線（Ｎ）の測定された可変電流から、係数Ｋｐを計算することによって補償され、測定された差分電流値ＩＬＮ，ｉごとに値Ｋｐ＊ＩＬＮ，ｉが差し引かれる、
    請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記漏れ電流インピーダンス（Ｒｉｓｏ）の前記抵抗成分が所定の値を下回る場合、前記交流回路網がスイッチオフされる、および／またはメッセージが上位システムに送られる、
    請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の方法。
  9. 位相（Ｌ）、中性導線（Ｎ）、および保護導線（ＰＥ）を有する交流回路網への下流側分岐（２）の漏れ電流インピーダンス（Ｒｉｓｏ）の抵抗成分を、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の方法を用いて決定するためのデバイス（１）であって、
    前記位相（Ｌ）と前記中性導線（Ｎ）との間または前記位相（Ｌ）と前記保護導線（ＰＥ）との間の電圧Ｕをスキャンによって測定するための電圧センサ（４）と、
    前記位相（Ｌ）と前記中性導線（Ｎ）との間の差分電流ＩＬＮをスキャンによって測定するための差分電流センサ（５）と、
    評価ユニット（６）であって、前記差分電流ＩＬＮと前記電圧Ｕとの間の位相シフトを補正し、いくつかの個々の差分電流値ＩＬＮ，ｉおよびいくつかの個々の電圧値Ｕｉを決定し、ここで前記差分電流値ＩＬＮ，ｉは電圧値Ｕｉに対して位相補正され、前記評価ユニット（６）は、前記いくつかの個々の差分電流値ＩＬＮ，ｉおよび前記いくつかの個々の電圧値Ｕｉから有効電力Ｐを決定し、前記電圧値Ｕｉを用いて有効電圧ＵＥｆｆを決定し、前記有効電圧ＵＥｆｆおよび前記有効電力Ｐを用いて前記漏れ電流インピーダンス（Ｒｉｓｏ）の前記抵抗成分を決定するための評価ユニット（６）と、
    を備えるデバイス（１）。
  10. 前記差分電流センサ（５）が、コア（７）および補償導線（８）を含み、前記位相（Ｌ）、前記中性導線（Ｎ）、および前記補償導線（８）が前記コア（７）に通されている、
    請求項９に記載のデバイス。
  11. 請求項９または請求項１０に記載の少なくとも１つのデバイス（１）を備える、
    配電キャビネット。
  12. 前記デバイス（１）が端子台として設計されている、
    請求項１１に記載の配電キャビネット。
  13. 前記配電キャビネットが、少なくとも１つのさらなるデバイス（１）を含み、前記少なくとも１つのデバイス（１）の測定値が、前記少なくとも１つのさらなるデバイス（１）と交換される、
    請求項１１または請求項１２に記載の配電キャビネット。
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