KR20220097883A - 교류 네트워크에서 누설 전류 임피던스의 저항성 구성요소를 결정하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

교류 네트워크에서 누설 전류 임피던스의 저항성 구성요소를 결정하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 라이브 상(L), 중성 도체(N) 및 보호 도체(PE)를 가진 교류 네트워크에 대한 다운스트림 브랜치(2)의 누설 전류 임피던스(Riso)의 저항성 구성요소를 결정하기 위한 방법에 관한 것이다. 방법은 다음의 단계들: - 스캐닝에 의해, 차동 전류 센서에 의하여 라이브 상(L)과 중성 도체(N) 간의 차동 전류(ILN)를 측정하는 단계, - 스캐닝에 의해, 라이브 상(L)과 중성 도체(L) 간에 또는 라이브 상(L)과 보호 도체(PE) 간에 전압(U)을 측정하는 단계, - 차동 전류(ILN)와 전압(U) 간의 위상 시프트를 보정하는 단계, - 여러 개개의 차동 전류 값들(ILN,i) 및 여러 개개의 전압 값들(Ui)을 결정하는 단계로서, 상기 차동 전류 값들(ILN,i)은 전압 값들(Ui)에 대하여 위상-보정되는, 상기 여러 개개의 차동 전류 값들(ILN,i) 및 여러 개개의 전압 값들(Ui)을 결정하는 단계, - 여러 개개의 차동 전류 값들(ILN,i) 및 여러 개개의 전압 값들(Ui)로부터 유효 전력(P)을 결정하는 단계, - 전압 값들(Ui)에 의해 유효 전압(UEff)을 결정하는 단계, 및 - 유효 전압(UEff) 및 유효 전력(P)을 사용하여 누설 전류 임피던스(Riso)의 저항성 구성요소를 결정하는 단계를 포함한다.

Description

교류 네트워크에서 누설 전류 임피던스의 저항성 구성요소를 결정하기 위한 방법 및 장치
본 발명은 교류 네트워크에서 누설 전류 임피던스의 저항성 구성요소를 결정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
전기 사고들로부터의 개인 부상을 방지하기 위해, 절연 저항 및 고장 전류에 관한 전기 장치들 및 설비들의 검사를 수행하는 것이 필요하다. 교류 네트워크 및/또는 그것에 연결된 소비자에서 보호 도체(PE)와 활성 도체들(상(L) 및 중성 도체 (N)) 간의 절연 저항(Riso)의 평가는 중요한 품질 및 안전 특징이다. 절연 저항(Riso)의 검사는 많은 표준들에서 규정된다. 절연 저항(Riso)에 대한 제한 값들은 보통 1MOhm보다 높다.
그러나, 절연 저항(Riso)은 단지 네트워크 전압 없이 직접 측정될 수 있다. 그 결과, 모든 극들을 분리하는 스위치들 또는 접촉기들 뒤에 배열되는 부품들의 절연이 검출될 수 없다. 절연 저항(Riso)을 직접 측정하는 것에 대한 대안으로서, 차동 전류 측정 방법이 동작 동안 사용되며, 이것은 상(L)과 중성 도체(N) 간의 차동 전류를 결정한다. 이러한 차동 전류는 본질적으로 교류 네트워크가 스위치 온될 때 활성 도체들(상(L) 및 중성 도체(N))과 보호 도체(PE) 간의 누설 전류에 대응한다. 교류 네트워크 및/또는 소비자에 내장된 시스템-관련 용량성 필터 요소들로 인해, 보통 EMC 이유들로, 최대 허용 가능한 차동 전류에 대한 표준들에서의 제한 값들은 비교적 높은, 예컨대 3.5mA이며, 이것은 단지 66kOhm의 230V 네트워크에서 교류 임피던스에 대응한다. 높은 차동 전류는 높은 위험을 야기한다. 3.5mA에서, 그것은 높은 임피던스와는 멀다. 이로부터 소비자의 오염 또는 노후화의 표시자인, 절연 저항들(Riso)이 1MOhm를 초과하여 검출될 수 없다는 것이 이해될 수 있다. 이것은 순수 차동 전류를 결정하는 것을 통해 절연 저항(Riso)을 결정할 때 테스트 정확도를 제한한다.
DE 198 26 410 A1은 교류 네트워크에서 절연 및 고장 전류 모니터링을 위한 방법 및 장치를 설명한다. 여기에서, 적어도 두 개의 네트워크 도체들 간에 차동 전류가 검출된다. 차동 전류의 교류 구성요소는 제 1 네트워크 변수로서 검출되며 적어도 두 개의 네트워크 도체들 사이에서 또는 네트워크 도체와 보호 도체 또는 중성 도체 사이에서의 교번하는 네트워크 전압은 제 2 네트워크 변수로서 검출된다. 차동 전류의 교류 구성요소의 진폭과 검출된 두 개의 네트워크 변수들 간의 위상 각(Ф)의 코사인의 곱은 저항성 고장 전류의 측정치이다. 부하 차단은 결정된 곱이 특정한 응답 값을 초과할 때 실행된다. 그러나, 저항성 고장 전류에 대해 DE 198 26 410 A1에서 제안된 규정은 단지 정현파 전압들 및 전류들에 적용한다.
US 6,922,643 B2는 마찬가지로 교류 네트워크에서 고장 전류를 결정하기 위한 방법 및 장치를 보여준다.
DE 103 55 086 A1은 접지된, 단-상 또는 다-상, 동작 및 작동 교류 네트워크의 옴 절연 저항을 결정하기 위한 방법을 설명하며, 여기에서는 특히 차동 전류가 측정되고 평가된다.
본 발명은 절연 및 고장 전류 모니터링이 개선될 수 있는 방법을 제공하는 목적에 기초한다. 본 발명의 목적은 또한 절연 및 고장 전류 모니터링이 개선될 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 독립 청구항 1의 주제에 의해 달성된다. 본 발명에 따른 방법의 유리한 실시예들은 종속 청구항들의 주제이며 본 발명의 다음의 설명에서 나온다. 본 발명에 따른 장치는 청구항 9에서 설명된다.
따라서, 상, 중성 도체 및 보호 도체를 가진 교류 네트워크에 대한 다운스트림 브랜치의 누설 전류 임피던스의 저항성 구성요소를 결정하기 위한 방법이 설명된다. 방법은 다음의 단계들을 포함한다:
- 스캐닝에 의해, 차동 전류 센서에 의하여 상과 중성 도체 간의 차동 전류(ILN)를 측정하는 것,
- 스캐닝에 의해, 상과 중성 도체 간에 또는 상과 보호 도체 간에 전압(U)을 측정하는 것,
- 차동 전류(ILN)와 전압(U) 간의 위상 시프트를 보정하는 것,
- 여러 개개의 차동 전류 값들(ILN,i) 및 여러 개개의 전압 값들(Ui)을 결정하는 것으로서, 상기 차동 전류 값들(ILN,i)은 상기 전압 값들(Ui)에 대하여 위상-보정되는, 상기 여러 개개의 차동 전류 값들(ILN,i) 및 여러 개개의 전압 값들(Ui)을 결정하는 것,
- 상기 여러 개개의 차동 전류 값들(ILN,i) 및 상기 여러 개개의 전압 값들(Ui)로부터 유효 전력(P)을 결정하는 것,
- 상기 전압 값들(Ui)에 의해 유효 전압(UEff)을 결정하는 것, 및
- 상기 유효 전압(UEff) 및 상기 유효 전력(P)에 의해 누설 전류 임피던스의 저항성 구성요소를 결정하는 것.
스캔에 의해 차동 전류(ILN) 및 전압(U)을 측정하는 것은 또한 누설 전류의 유효 전력의 디지털 검출을 야기한다. 그에 의해, 누설 전류 임피던스의 저항성 구성요소가 또한 비-정현파 네트워크 전압들 및 비-정현파 전류들에 대해 결정될 수 있다.
스캐닝에 의해 차동 전류(ILN)를 측정하는 동안, 개개의 차동 전류 스캐닝 값들은 서로로부터 미리 결정된 시간 간격으로 측정되며 스캐닝에 의해 전압(U)을 측정하는 동안, 개개의 전압 스캐닝 값들은 서로로부터 미리 결정된 시간 간격으로 측정된다.
전압(U)은 스캐닝에 의해 상과 중성 도체 사이에서 측정되며, 즉 전압(ULN)이 측정된다. 대안적으로, 전압(U)은 스캐닝에 의해 상과 보호 도체 사이에서 측정되며, 즉 전압(ULPE)이 측정된다.
위상 시프트의 보정은 바람직하게는 디지털로 행해진다.
방법의 일 실시예에 따르면, 교류 네트워크는 TN 교류 네트워크이다. 대안적으로, 교류 네트워크는 또한 TT 교류 네트워크 또는 IT 교류 네트워크일 수 있다.
방법의 추가 실시예에 따르면, 누설 전류 임피던스의 저항성 구성요소를 결정하기 위한 장치를 조정하기 위해, 위상 시프트를 보정하기 위한 제 1 값은 교류 네트워크에 전적으로 용량성 부하, 전적으로 유도성 부하 또는 전적으로 저항성 부하를 가진 다운스트림 브랜치를 연결함으로써 결정된다. 그 후, 전압(U) 및 차동 전류(ILN)는 이러한 다운스트림 브랜치를 갖고 결정된다. 유리하게는, 전적으로 용량성 부하, 전적으로 유도성 부하 또는 전적으로 저항성 부하를 가진 이러한 다운스트림 브랜치를 갖고, 위상 시프트에 대한 값이 결정될 수 있으며, 이것은 측정될 다운스트림 브랜치에 대한 보정을 위해 나중 측정 시 사용될 수 있다.
방법의 추가 실시예에 따르면, 개개의 차동 전류 스캐닝 값들은 스캐닝에 의해 차동 전류(ILN)를 측정할 때 측정된다. 개개의 전압 스캐닝 값들은 스캐닝에 의해 전압(U)을 측정할 때 측정된다. 뿐만 아니라, 시간적 차동 전류 곡선은 차동 전류 스캐닝 값들의 보간으로부터 획득되며, 시간적 전압 곡선은 차동 전류(ILN)와 전압(U) 간의 위상 시프트의 보정을 개선하기 위해 전압 스캐닝 값들의 보간으로부터 획득된다. 유리하게는, 위상 시프트는 차동 전류 샘플들의 보간 및 전압 샘플들의 보간에 의해 정확하게 결정될 수 있다.
방법의 추가 실시예에 따르면, 차동 전류 센서는 스캐닝에 의해 차동 전류(ILN)를 측정할 때 보상 도체를 포함한다. 그에 의해, 차동 전류 센서의 에러는 보상 도체에 의해 보상된다. 이러한 목적을 위해, 보상 도체, 상 및 중성 도체는 보상 도체의 코어를 통과한다. 보상 도체는 상 및 중성 도체가 정확하게 대칭으로 코어를 통과하지 않는다는 사실을 보상하기 위해 사용될 수 있다. 보상 도체는 그러므로 코어, 상 및 중성 도체로 이루어진 유닛의 비대칭을 보상한다. 이러한 목적을 위해, 상을 통해 흐르는 전류에 비례할 수 있는, 보상 전류는 보상 도체를 통해 전송된다.
방법의 추가 실시예에 따르면, 보상 도체를 통해 흐르는 전류는 상 또는 중성 도체를 통해 흐르는 전류에 비례한다. 그러므로, 보상 도체를 통한 전류 흐름을 야기하는, 보상 회로가 간단하게 구성될 수 있다. 상 또는 중성 도체를 통해 흐르는 전류는 그 후 단지 상수 인자를 제공받는다.
방법의 추가 실시예에 따르면, 차동 전류 센서의 에러는 상의 측정된 가변 전류로부터 및/또는 중성 도체의 측정된 가변 전류로부터 인자(Kp)를 산출함으로써 및 각각의 측정된 차동 전류 값(ILN,i)에 대해 값(Kp*ILN,i)을 감함으로써 보상된다. 그러므로, 차동 전류 센서의 에러의 보상은 디지털로 행해진다. 바람직하게는, 상의 측정된 가변 전류 또는 중성 도체의 측정된 가변 전류 및 차동 전류(ILN)가 검출된다. 차동 전류(ILN)는 그 후 상의 전류(또는 중성 도체의 전류)에 의해 디지털로 보정된다. 인자(Kp)는 상의 측정된 가변 전류(또는 중성 도체의 측정된 가변 전류)로부터 산출된다. 값(Kp*ILN,i)은 그 후 각각의 측정된 차동 전류 값(ILN,i)에 대해 감하여진다.
방법의 추가 실시예에 따르면, 누설 전류 임피던스의 저항성 구성요소가 미리 결정된 값 아래로 떨어지면, 교류 네트워크는 스위치 오프되며 및/또는 메시지가 상위-레벨 시스템으로 전송된다. 누설 전류 임피던스의 저항성 구성요소가 낮을수록, 누설 전류는 높을 수 있다. 높은 누설 전류는 위험할 수 있으므로, 누설 전류 임피던스의 저항성 구성요소는 너무 낮게 요구되지 않는다. 그러므로, 교류 네트워크는, 누설 전류 임피던스의 저항성 구성요소가 너무 낮다면, 스위치 오프될 수 있다. 이러한 맥락에서, "스위치 오프"는 교류 네트워크가 스위치 오프되거나 또는 교류 네트워크가 다운스트림 브랜치로부터 모든 극들 상에서 완전히 연결 해제됨을 의미할 수 있다.
상위-레벨 시스템은 예를 들어, 클라우드 시스템 또는 모니터링 시스템을 의미하는 것으로 이해될 것이다. 클라우드 시스템은 인터넷을 통해 액세스될 수 있는 시스템이다. 모니터링 시스템은 개개의 파라미터들을 모니터링하는데 적합한 로컬 시스템이다.
누설 전류 임피던스의 저항성 구성요소에 대한 대안으로서 또는 그 외에, 추가 네트워크 파라미터가 또한 모니터링될 수 있다. 검출된 추가 네트워크 파라미터가 초과되거나 또는 도달되지 않았다면, 메시지는 상위-레벨 시스템으로 전송될 수 있으며 및/또는 교류 네트워크는 스위치 오프될 수 있다. 추가 네트워크 파라미터는 예를 들어, 차동 전류(ILN)일 수 있다.
더욱이, 상, 중성 도체 및 보호 도체를 가진 교류 네트워크에 대한 다운스트림 브랜치의 누설 전류 임피던스의 저항성 구성요소를 결정하기 위한 장치가 제공된다. 상기 장치는 다음의 구성요소들을 포함한다: 스캐닝에 의해 상과 중성 도체 사이에서 또는 상과 보호 도체 사이에서 전압(U)을 측정하기 위한 전압 센서, 스캐닝에 의해 상과 중성 도체 사이에서 차동 전류(ILN)를 측정하기 위한 차동 전류 센서, 및 여러 개개의 차동 전류 값들(ILN,i) 및 여러 개개의 전압 값들(U)을 결정하기 위해, 차동 전류(ILN)와 전압(U) 간의 위상 시프트를 보정하기 위한 평가 유닛으로서, 상기 차동 전류 값들(ILN,i)은 전압 값들(Ui)에 의해 유효 전압(UEff)을 결정하기 위해, 및 유효 전압(UEff) 및 유효 전력(P)에 의해 누설 전류 임피던스의 저항성 구성요소를 결정하기 위해, 여러 개개의 차동 전류 값들(ILN,i) 및 여러 개개의 전압 값들(Ui)로부터 유효 전력(P)을 결정하기 위해, 전압 값들(Ui)에 대하여 위상-보정되는, 상기 평가 유닛을 포함한다.
유리하게는, 설명된 장치는 설명된 방법을 수행하는데 적합하다.
장치의 일 실시예에 따르면, 차동 전류 센서는 코어 및 보상 도체를 포함한다. 여기에서, 상, 중성 도체, 및 보상 도체는 코어를 통과한다. 코어에 관하여 상 및 중성 도체의 비-대칭 배열로 인해, 차동 전류 측정에서 대칭 에러가 있을 수 있다. 이러한 대칭 에러는 보상 도체에 의해 보상될 수 있다. 따라서, 보상 도체는 코어, 상 및 중성 도체로 이루어진 유닛의 비대칭을 보상한다. 이러한 목적을 위해, 상을 통해 흐르는 전류에 비례할 수 있는, 보상 전류가 보상 도체를 통해 전송된다.
대안적으로, 차동 전류 센서의 에러는 또한 디지털로 보상될 수 있다. 보상 도체는 이 경우에 필수적인 것은 아니다.
장치의 추가 실시예에 따르면, 장치는 누설 전류 임피던스의 저항성 구성요소를 모니터링하기 위해 평가 유닛에 연결되는 모니터링 시스템을 포함한다. 상기 모니터링 시스템은 교류 네트워크가 스위치 오프되어야 하는지에 대해 사용자가 판단을 할 수 있도록 누설 전류 임피던스의 저항성 구성요소를 디스플레이할 수 있다. 대안으로서 또는 또한, 모니터링 시스템은 또한 누설 전류 임피던스의 저항성 구성요소를 전자적으로 검사하며 독립적으로 교류 네트워크가 스위치 오프되어야 하는지에 대해 판단할 수 있다.
또한, 상기 장치는 대안적으로 또는 부가적으로 분석 및 프로세싱을 위해 측정 데이터를 클라우드 시스템으로 포워딩할 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 설명된 바와 같이, 적어도 하나의 장치를 포함한 분배 캐비닛이 제공된다. 하나 이상의 장치들은 매우 쉽게 상기 분배 캐비닛에 설치되고, 클램핑되거나 또는 플로깅될 수 있다.
적어도 하나의 장치는 네트워크 파라미터들(차동 전류(ILN), 전압(U) 및 절연 저항), 즉 누설 전류 임피던스(Riso)의 저항성 구성요소를 검출한다. 여기에서, 추가 네트워크 파라미터들이 분배 캐비넷에 의해 검출될 수 있다. 이러한 네트워크 파라미터들은 예를 들어, 소비자의 유효 전력 및 소비자의 전류이다. 분배 캐비닛은 또한 에너지 미터를 포함할 수 있다. 또한, 고조파 분석 및 에너지 분석에 의한 중성 도체의 전류 측정은 아크 결함들에 대한 정보를 제공할 수 있다.
분배 캐비닛의 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 장치가 단자 블록으로서 설계된다. 여기에서, 단자 블록은 플랫 단자 블록일 수 있다. 여러 단자 블록들이 장착 레일 상에서 더 많은 수들로 줄 세워질 수 있다. 이러한 목적을 위해, 분배 캐비닛은 장착 레일을 포함할 수 있다. 단자 블록은, 다른 것들 중에서, 분배 캐비닛 내에서의 와이어들, 스트랜드들 및 라인들의 연결 또는 분리 가능한 연결을 위해 사용될 수 있다.
분배 캐비닛의 추가 실시예에 따르면, 상기 분배 캐비닛은 적어도 하나의 추가 장치를 포함한다. 이 경우에, 적어도 하나의 장치의 측정된 값들은 적어도 하나의 추가 장치와 교환된다. 상기 분배 캐비닛은 유리하게는 장치들 사이에서 측정된 값들의 교환을 가능하게 하는데 적합하다. 유리하게는, 동일한 측정들은 그 후 각각의 장치에서 다시 수행될 필요가 없다.
제안된 방법에 대해 설명된 실시예들 및 특징들은 그에 따라 제안된 장치 및 제안된 분배 캐비닛에 적용하며 그 반대 또한 마찬가지이다.
본 발명의 추가 가능한 구현예들은 명시적으로 언급되지 않은 상기 또는 이하에서 설명된 특징들의 조합들을 포함한다. 개개의 양상들은 또한 본 발명의 각각의 기본적인 형태들에 대한 개선들 또는 부가들로서 부가될 수 있다.
본 발명은 도면들을 참조하여 이하에서 더 상세하게 설명된다.
도 1은 TN 교류 네트워크에 대한 다운스트림 브랜치의 누설 전류 임피던스의 저항성 구성요소를 결정하기 위한 장치의 개략도이다,
도 2는 TN 교류 네트워크에 대한 다운스트림 브랜치의 누설 전류 임피던스의 저항성 구성요소를 결정하기 위한 방법의 흐름도이다,
도 3은 도 1에서 표현된 차동 전류 센서의 개략도이다,
도 4는 도 3에서 표현된 차동 전류 센서의 블록도이다,
도 5는 도 3에서 표현된 차동 전류 센서의 보상 도체를 제어하기 위한 회로도이다.
동일한 또는 기능적으로 동일한 요소들은 도면들에서 동일한 참조 부호들을 제공받는다. 도면들에서의 표현들은 반드시 일정한 비율인 것은 아니라는 것이 또한 주의되어야 한다.
도 1은 TN 교류 네트워크(3)에 대한 다운스트림 브랜치(2)의 누설 전류 임피던스(Riso)의 저항성 구성요소를 결정하기 위한 장치(1)의 개략도를 도시한다. TN 교류 네트워크(3)는 상(L), 중성 도체(N) 및 보호 도체(PE)를 갖는다.
장치(1)는 전압 센서(4), 차동 전류 센서(5) 및 평가 유닛(6)을 포함한다. 전압 센서(4)는 상(L)과 중성 도체(N) 간의 전압(ULN)을 측정한다. 대안적으로, 전압 센서(4)는 또한 상(L)과 보호 도체(PE) 간의 전압(ULPE)을 측정할 수 있다.
활성 도체들, 상(L) 및 중성 도체(N)는 차동 전류 센서(5)를 통과한다. 차동 전류 센서(5)는 상(L) 및 중성 도체(N)의 전류들을 합산한다. 어떤 누설 전류도 흐르지 않는다면, 합은 0이다. 누설 전류가 존재할 때, 전류의 부분은 중성 도체(N)를 통해 뒤로 흐르지 않는다. 따라서, 상(L)과 중성 도체(N) 간의 차동 전류(ILN)가 측정된다.
평가 유닛(6)은 여러 개개의 차동 전류 값들(ILN,i) 및 여러 개개의 전압 값들(ULN,i)을 결정하기 위해, 차동 전류(ILN)와 전압(ULN) 간의 위상 시프트를 보정하기 위해 사용되며, 여기에서 차동 전류 값들(ILN,i)은 여러 개개의 차동 전류 값들(ILNi) 및 여러 개개의 전압 값들(ULNi)로부터 유효 전력(P)을 결정하기 위해, 전압 값들(ULN,i)에 의해 유효 전압(UEff)을 결정하기 위해, 및 유효 전압(UEff)과 유효 전력(P)에 의해 누설 전류 임피던스(Riso)의 저항성 구성요소를 결정하기 위해 전압 값들(ULN,i)에 대하여 위상-보정된다.
누설 전류 임피던스(Riso)의 저항성 구성요소가 제한 값, 예를 들어, 1MOhm 미만이면, 다운스트림 브랜치(2)는 스위치(도 1에 도시되지 않음)에 의해 모든 극들 상에서(완전히) TN 교류 네트워크(3)로부터 연결 해제될 수 있다.
다운스트림 브랜치(2)는 저항(Riso)을 가진 제 1 브랜치를 포함한다. 이러한 제 1 브랜치는 전적으로 저항성 누설 전류를 야기한다. 다운스트림 브랜치(2)는 또한 정전용량(C1)을 가진 제 2 브랜치를 포함한다. 이러한 제 2 브랜치는 전적으로 용량성 누설 전류를 야기한다. 다운스트림 브랜치(2)는 또한 인덕턴스(L1), 저항(R1), 정전용량(C3) 및 정전용량(C2)을 가진 제 3 브랜치를 포함한다. 이러한 제 3 브랜치는 저항(R1)이 저항성 구성요소를 생성하는 누설 전류를 야기한다. 그러나, 이러한 전류는 직류 측정 방법에서 정전용량(C2)을 통해 결합 해제되므로 직류 절연 저항 측정에서 검출되지 않을 것이다. 이러한 예는 AC 측정 방법이 저항성 값들을 특정할 수 있음을 보여주지만, 이것은 직류 측정 방법들에서 더 낮은 절연 저항 값을 생성하지 않을 것이다.
TN 교류 네트워크(3)에 대한 다운스트림 브랜치(2)의 누설 전류 임피던스(Riso)의 저항성 구성요소를 검출함으로써, 동작 상태에서 다운스트림 브랜치(2)의 절연을 평가하는 것이 가능하다. 측정 결과들은 용량성 구성요소들과 직렬로 존재하는 저항성 구성요소들에 의해 위조된다. 이것들이 또한 측정되지만, 절연 저항을 결정할 때 고려되지 않는다. 그러나, 1MOhm의 통상적인 절연 저항 제한 값의 결과에 상당한 영향을 주는, 정전용량들(정전용량(C2) 참조)과 직렬인 저항성 구성요소들(저항(R1) 참조)은 드물다.
장치(1)는 평가 유닛(6)에 연결되는 모니터링 시스템(도 1에 도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 누설 전류 임피던스(Riso)의 저항성 구성요소는 모니터링 시스템에 의해 모니터링될 수 있다. 즉, 누설 전류 임피던스(Riso)의 저항성 구성요소의 수동 및/또는 기계 모니터링이 모니터링 시스템에 의해 가능하다.
뿐만 아니라, 분배 캐비닛은 여러 장치들(1)을 포함할 수 있다. 여기에서, 장치들(1)은 특히 단자 블록들로서 설계될 수 있다. 또한, 개개의 장치는 또 다른 장치(1)와 개개의 측정된 값들을 교환하는, 즉 하나의 장치(1)로부터의 측정된 값이 또 다른 장치(1)로 송신되도록 하는 방식으로 설계될 수 있다.
도 2는 TN 교류 네트워크(3)에 대한 다운스트림 브랜치(2)의 누설 전류 임피던스(Riso)의 저항성 구성요소를 결정하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다.
제 1 선택적 단계(S1)에서, 전적으로 용량성 부하를 가진 다운스트림 브랜치가 TN 교류 네트워크(3)에 연결된다. 그 후, 전압(ULN)이 상(L)과 중성 도체(N) 간에 측정된다. 뿐만 아니라, 차동 전류(ILN)가 상(L)과 중성 도체(N) 간에 측정된다. 차동 전류(N)의 위상 곡선과 전압(ULN)의 위상 곡선을 비교함으로써, 차동 전류(ILN)에 대한 전압(ULN)의 위상 시프트에 대한 값이 결정될 수 있다. 대안적으로, 전적으로 유도성 부하 또는 전적으로 저항성 부하를 가진 다운스트림 브랜치가 또한 연결될 수 있다. 예를 들어, 2-채널 오실로스코프의 도움으로, 다른 조정 옵션들이 또한 가능할 것이다.
제 2 단계(S2)에서, 전적으로 용량성 부하를 가진 다운스트림 브랜치 대신에, 측정될 다운스트림 브랜치(2)가 TN 교류 네트워크(3)에 연결된다. 뿐만 아니라, 전압(ULN)이 상(L)과 중성 도체(N) 간에 측정된다. 또한, 상(L)과 중성 도체(N) 간의 차동 전류(ILN)가 차동 전류 센서(5)에 의해 측정된다. 여기에서, 전압(ULN)과 차동 전류(ILN) 둘 모두는 스캐닝에 의해 측정된다. 따라서, 디지털화된 전압 곡선 및 디지털화된 차동 전류 곡선이 획득된다.
차동 전류(ILN)는 도 3 내지 도 5에서 설명되는 바와 같이, 예를 들어, 차동 전류 센서(5)를 이용하여 측정될 수 있다.
제 3 단계(S3)에서, 제 2 단계에서 결정된 차동 전류(ILN)와 제 2 단계에서 결정된 전압(ULN) 간의 위상 시프트가 보정된다. 이것은, 예를 들어, 제 1 단계에서 결정된 위상 시프트에 대한 값만큼 제 2 단계에서 결정된 차동 전류(ILN)의 위상을 보정함으로써 행해진다. 이러한 보정은 바람직하게는 디지털로 수행된다.
제 4 단계(S4)에서, 여러 개개의 차동 전류 값들(ILN,i) 및 여러 개개의 전압 값들(ULN,i)이 결정된다. 차동 전류 값들(ILN,i)은 상기 설명된 바와 같이, 전압 값들(ULN,i)에 대하여 이미 위상-보정된다. 통틀어, 각각의 경우에서 n 값들의 수가 결정된다.
제 5 단계(S5)에서, 유효 전력(P)이 결정된다. 원칙적으로, 유효 전력은 다음의 공식을 사용하여 산출된다:
Figure pct00001
여기에서, T는 네트워크 사이클의 기간 지속시간이다. 특히, 적어도 1/4 기간은 적분 시간으로서 사용된다. 적분은 바람직하게는 하나의 네트워크 사이클에 걸쳐 또는 여러 네트워크 사이클들에 걸쳐 수행된다. 현재 경우에, 유효 전력(P)은 다음의 공식을 사용하여 여러 개개의 잔여 전류 값들(ILN,i) 및 여러 개개의 전압 값들(ULN,i)로부터 결정된다:
Figure pct00002
제 6 단계(S6)에서, 유효 전압(UEff)은 다음의 공식을 사용하여 전압 값들(ULN,i)에 의해 결정된다:
Figure pct00003
제 7 단계(S7)에서, 누설 전류 임피던스(Riso)의 저항성 구성요소는 다음의 공식을 사용하여 유효 전압(UEff) 및 유효 전력(P)에 의해 결정된다:
Figure pct00004
여기에서, 누설 전류 임피던스(Riso)의 저항성 구성요소는 본질적으로 다운스트림 브랜치(2)의 절연 저항에 대응하며 그러므로 다운스트림 브랜치(2)의 절연의 품질의 측정치이다.
추가 단계에서, TN 교류 네트워크(3)는 누설 전류 임피던스(Riso)의 저항성 구성요소가 미리 결정된 값 아래로 떨어진다면 스위치 오프될 수 있다.
차동 전류(ILN)와 전압(ULN) 간의 위상 시프트의 보정은 보간에 의해 개개의 전압 스캐닝 값들로부터 전압 곡선을 결정함으로써 및 보간에 의해 개개의 차동 전류 스캐닝 값들로부터 차동 전류 곡선을 결정함으로써 개선될 수 있다. 이러한 방식으로 결정된 곡선들의 위상 시프트는 더 양호하게 결정될 수 있다.
도 1에 도시된 TN 교류 네트워크(3)는 상(L)을 가진다. 대안적으로, TN 교류 네트워크(3)는 또한 2 또는 3개의 상들(L)을 가질 수 있다. 이 경우에, 누설 전류 임피던스(Riso)의 저항성 구성요소는 각각의 상(L)에 대해 개별적으로 결정될 수 있다.
도 3은 도 1에서 표현된 차동 전류 센서(5)의 개략도를 도시한다. 차동 전류 센서(5)는 코어(7) 및 보상 도체(8)를 포함한다. 상(L), 중성 도체(N) 및 보상 도체(8)는 코어(7)를 통과한다. 특히, 상(L), 중성 도체(N) 및 보상 도체(8)는 각각 코어(7) 주위를 여러 번 감을 수 있다, 코어(7)는 쓰루 개구(9)를 가진 폐쇄된, 특히 원형 구조로서 설계될 수 있다. 차동 전류(ILN)는 측정 권선(10)에 의해 검출될 수 있다.
차동 전류 센서(5)의 에러는 보상 도체(8)에 의해 보상받을 수 있다. 에러는 코어(7)에 대하여 상(L) 및 중성 도체(N)의 불완전한 대칭에서 기인한다. 이러한 비대칭 에러는 보상 도체(8)를 통해 전류에 의해 보상받을 수 있다.
뿐만 아니라, 차동 전류 센서(5)는 전류계(11) 및 제어 유닛(12)을 포함할 수 있다. 전류계(11)에 의해 측정된 전류 세기는 특히 0 내지 20A의 범위에 있다. 그러나, 전류 세기는 또한 20A보다 높을 수 있다. 상(L)의 전류 신호는 전류계(11)에 의해 측정된다. 전류계(11)는 제어 유닛(12)이 전류 신호를 추가로 프로세싱할 수 있도록 제어 유닛(12)에 연결된다. 제어 유닛(12)은 비대칭 에러를 보상하기 위해 보상 도체(8)를 통해 전류 흐름을 제어한다.
특히, 보상 도체(8)를 통해 흐르는 전류는 상(L)을 통해 흐르는 전류에 비례할 수 있다.
대안적으로, 중성 도체(N)의 전류가 또한 비대칭 에러를 보상하기 위해 전류계(11)에 의해 측정될 수 있다.
뿐만 아니라, 비대칭 에러의 보상은 대안적으로 또한, 이하에서 추가로 설명될 바와 같이, 디지털로 수행될 수 있다.
도 4는 도 3에서 표현된 차동 전류 센서(5)의 블록도를 도시한다. 전류계(11)에 의해 측정되는 전류는 상(L) 및 중성 도체(N)와 함께 제어 유닛(12) 및 보상 라인(8)을 통해 차동 전류 센서(5)로 공급될 수 있다. 측정된 차동 전류(ILN)는 증폭기 회로(13) 및 아날로그-디지털 변환기(14)를 통해 포워딩될 수 있다.
차동 전류 센서(5)의 비대칭 구조로 인해, 회로에서 흐르는 전류에 선형적으로 비례하는 에러가 발생한다. 선형 에러는 보상 라인(8)에 의해 센서 회로에서 전류계(11)의 전류 신호의 적절히 증폭된 피드백에 의해 비슷하게 보상받을 수 있다.
도 5는 도 3에서 표현된 차동 전류 센서(5)의 보상 도체(8)를 제어하기 위한 회로도를 도시한다. 상(L), 회로도, 전류계(11)에 대한 회로도(15), 제어 유닛(12)에 대한 회로도(16), 전류계(11)의 전류 측정을 위한 분로(17) 및 보상 도체(8)에 대한 연결들(18)이 표현된다. 증폭 회로 및 분압기에 의해, 전류계(11)의 전류 신호가 보상을 위해 적절히 증폭된다. 연결들(18)은 보상 도체(8)에 연결된다.
상(L) 대신에, 상(L) 및 중성 도체(N)가 소비자 회로를 형성하므로, 전류가 대안적으로 또한 중성 도체(N)에서 측정될 수 있다.
대안적으로, 차동 전류 센서(5)의 비대칭 에러에 대한 보상은 또한 디지털로 구현될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 상(L)의 측정된 가변 전류(또는 중성 도체(N)의 전류) 및 차동 전류(ILN)가 검출된다. 차동 전류(ILN)는 그 후 상(L)의 전류에 의해 디지털로 보정된다. 예를 들어, 인자(Kp)는 상(L)의 측정된 가변 전류로부터 산출된다. 값(Kp*ILN,i)은 각각의 측정된 차동 전류 값(ILN,i)에 대해 감하여진다.
1 장치
2 다운스트림 브랜치
3 TN 교류 네트워크
4 전압 센서
5 차동 전류 센서
6 평가 유닛
7 코어
8 보상 도체
9 쓰루 개구
10 측정 권선
11 전류계
12 제어 유닛
13 증폭 회로
14 아날로그-디지털 변환기
15 회로도
16 회로도
17 분로
18 연결들
L 상
N 중성 도체
PE 보호 도체
Riso 누설 전류 임피던스의 저항성 구성요소

Claims (13)

  1. 상(L), 중성 도체(N) 및 보호 도체(PE)를 가진 교류 네트워크에 대한 다운스트림 브랜치(2)의 누설 전류 임피던스(Riso)의 저항성 구성요소를 결정하기 위한 방법에 있어서,
    - 스캐닝에 의해, 차동 전류 센서(5)에 의하여 상기 상(L)과 상기 중성 도체(N) 간의 차동 전류(ILN)를 측정하는 단계,
    - 스캐닝에 의해, 상기 상(L)과 상기 중성 도체(N) 간에 또는 상기 상(L)과 상기 보호 도체(PE) 간에 전압(U)을 측정하는 단계,
    - 상기 차동 전류(ILN)와 상기 전압(U) 간의 위상 시프트를 보정하는 단계,
    - 여러 개개의 차동 전류 값들(ILN,i) 및 여러 개개의 전압 값들(Ui)을 결정하는 단계로서, 상기 차동 전류 값들(ILN,i)는 상기 전압 값들(Ui)에 대하여 위상-보정되는, 상기 여러 개개의 차동 전류 값들(ILN,i) 및 여러 개개의 전압 값들(Ui)을 결정하는 단계,
    - 상기 여러 개개의 차동 전류 값들(ILN,i) 및 상기 여러 개개의 전압 값들(Ui)로부터 상기 유효 전력(P)을 결정하는 단계,
    - 상기 전압 값들(U)에 의해 상기 유효 전압(UEff)을 결정하는 단계, 및
    - 상기 유효 전압(UEff) 및 상기 유효 전력(P)에 의해 상기 누설 전류 임피던스(Riso)의 저항성 구성요소를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 교류 네트워크는 TN 교류 네트워크(3)인, 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 누설 전류 임피던스(Riso)의 저항성 구성요소를 결정하기 위한 장치(1)를 조정하기 위해, 상기 위상 시프트를 보정하기 위한 제 1 값은 전적으로 용량성 부하, 전적으로 유도성 부하 또는 전적으로 저항성 부하를 가진 다운스트림 브랜치(2)를 상기 교류 네트워크에 연결함으로써 결정되며, 그 후 전압(U) 및 차동 전류(ILN)는 이러한 다운스트림 브랜치(2)를 갖고 결정되는, 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    개개의 차동 전류 스캐닝 값들은 스캐닝에 의해 차동 전류(ILN)를 측정할 때 측정되고, 개개의 전압 스캐닝 값들은 스캐닝에 의해 전압(U)을 측정할 때 측정되고, 시간 차동 전류 곡선은 상기 차동 전류 스캐닝 값들의 보간으로부터 획득되며, 시간 전압 곡선은 상기 차동 전류(ILN)와 상기 전압(U) 간의 위상 시프트의 보정을 개선하기 위해 상기 전압 스캐닝 값들의 보간으로부터 획득되는, 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    스캐닝에 의해 상기 차동 전류(ILN)를 측정할 때, 상기 차동 전류 센서(5)는 보상 도체(8)를 포함하며, 상기 차동 전류 센서(5)의 에러는 상기 보상 도체(8)에 의해 보상되는, 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 보상 도체(8)를 통해 흐르는 전류는 상기 상(L) 또는 상기 중성 도체(N)를 통해 흐르는 전류에 비례하는, 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차동 전류 센서(5)의 에러는 상기 상(L)의 측정된 가변 전류로부터 및/또는 상기 중성 도체(N)의 측정된 가변 전류로부터 인자(Kp)를 산출함으로써 보상되며, 값(Kp*ILN,i)은 각각의 측정된 차동 전류 값(ILN,i)에 대해 감하여지는, 방법.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 누설 전류 임피던스(Riso)의 저항성 구성요소가 미리 결정된 값 아래로 떨어진다면 상기 교류 네트워크는 스위치 오프되며 및/또는 메시지가 상위-레벨 시스템으로 전송되는, 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 상(L), 중성 도체(N) 및 보호 도체(PE)를 가진 교류 네트워크에 대해 다운스트림 브랜치(2)의 누설 전류 임피던스(Riso)의 저항성 구성요소를 결정하기 위한 장치(1)에 있어서,
    스캐닝에 의해 상기 상(L)과 상기 중성 도체(N) 간에 또는 상기 상(L)과 상기 보호 도체(PE) 간에 전압(U)을 측정하기 위한 전압 센서(4),
    스캐닝에 의해 상기 상(L)과 상기 중성 도체(N) 간의 차동 전류(ILN)를 측정하기 위한 차동 전류 센서(5), 및
    여러 개개의 차동 전류 값들(ILN,i) 및 여러 개개의 전압 값들(Ui)을 결정하기 위해, 상기 차동 전류(ILN)와 상기 전압(U) 간의 위상 시프트를 보정하기 위한 평가 유닛(6)으로서, 상기 차동 전류 값들(ILN,i)은 상기 여러 개개의 차동 전류 값들(ILN,i) 및 상기 여러 개개의 전압 값들(Ui)로부터 유효 전력(P)을 결정하기 위해, 상기 전압 값들(Ui)에 의해 유효 전압(UEff)을 결정하기 위해, 및 상기 유효 전압(UEff) 및 상기 유효 전력(P)에 의해 상기 누설 전류 임피던스(Riso)의 저항성 구성요소를 결정하기 위해, 상기 전압 값들(Ui)에 대하여 위상-보정되는, 상기 평가 유닛(6)을 포함하는, 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 차동 전류 센서(5)는 코어(7) 및 보상 도체(8)를 포함하며, 상기 상(L), 상기 중성 도체(N), 및 상기 보상 도체(8)는 상기 코어(7)를 통과하는, 장치.
  11. 분배 캐비넷에 있어서,
    청구항 9 또는 청구항 10에 따른 적어도 하나의 장치(1)를 포함하는, 분배 캐비넷.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 장치(1)는 단자 블록으로 설계되는, 분배 캐비넷.
  13. 청구항 11 또는 청구항 12에 있어서,
    상기 분배 캐비넷은 적어도 하나의 추가 장치(1)를 포함하며, 상기 적어도 하나의 장치(1)의 측정된 값들은 상기 적어도 하나의 추가 장치(1)와 교환되는, 분배 캐비넷.
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