用于对非接地供电系统中的电弧故障进行识别的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于对非接地供电系统中的电弧故障进行识别的方法及装置。此目的可由此实现：通过对非接地供电系统的有效导体或中性点处的对地位移电压进行检测，通过提供发生在供电系统中的工作频率的值，以及通过对在工作频率及其谐波的位置处的傅里叶系数进行计算和估计而对所检测的位移电压的频谱进行分析。由于位移电压的宽带检测与借助于DDS生成器的基函数的“快速”生成的相互作用，可以可靠地在非接地供电系统中识别电弧故障。

Method and device for identifying arc fault in non grounded power supply system

The present invention relates to a method and device for identifying arcing faults in a non grounded power supply system. This can be achieved: through the non grounded power system effective conductor or neutral point of position shift voltage detected by the operating frequency to provide in the power supply system of the value, and through the Fourier coefficient on the position in the work frequency and its harmonics are calculated and estimated on the displacement voltage spectrum the detection of. Due to the broadband detection of the displacement voltage and the \fast\ generation of the base function of the DDS generator, the arc fault can be reliably identified in the non grounded power supply system.

【技术实现步骤摘要】
用于对非接地供电系统中的电弧故障进行识别的方法及装置
本专利技术涉及一种用于对非接地供电系统中的电弧故障进行识别的方法及装置。
技术介绍
电弧故障表现为电气设备中的导电部分之间的意外气体放电，例如，因为不恰当安装或因为损坏的电线绝缘。有缺陷的位置处出现的温度的增加结合易燃材料可以造成真正的火灾隐患。因此，为了预防对电气设备的进一步的损坏并排除火灾隐患，尽早地识别此类电弧故障或电弧闪光是绝对必要的。在标准DINEN62606(VDE0665-10)/IEC62606:2013中对电弧故障检测装置(Arc-FaultDetectionDevices，AFDD)的一般要求进行了详细说明。在美国测试标准UL1699B中陈述了对于光电DC电弧故障断路器(AFCI)的要求和检验规范，所述AFCI主要用于美国市场。这些检测装置及断路器的操作理论主要基于位移电流和/或负载电流的频率选择性评估。在电弧故障的此网格绑定识别中，借助于电流传感器(测量变流器)在待监控的导体上对电流进行检测，并使用谱范围中的数字信号处理的方法对电流进行评估。可以以此方式对当电弧进行点火时发生的所检测的电流的典型谱进展进行识别。然而，由于与生成电弧相关的典型谱型在所检测的电流的正常操作噪声谱中被隐藏，对电弧进行可靠识别需要非常复杂的信号处理算法。特别地，如果在供电系统中安装包括相当宽带干扰源的其他电气元件(如变频器)，对电弧的识别变得困难。EP2040348A2中描述了用于对电弧进行识别的方法和布置。所述方法和所述布置基于具有电流传感器的导体电流的所描述的识别以及后续数字频率分析。借助于傅里叶变换对直流元件和个别谐波的电平进行计算和估计。为此，电源频率用作用于从交流系统中的锁相回路(PLL)生成的数字电路的取样率的参考频率。此取样率总是电源频率的整数倍，并当电源频率漂移时可连续变化。此外，可使用PLL而被调整的工作频率的范围被限制，从而生成工作频率的高次谐波似乎是不可行的。而且，PLL控制与惯性相关，从而快速频率变化下的动态行为仍然是不足的。由于具有铁磁芯的电流传感器因操作原理而(特别地)并不在宽带条件下进行操作，上述用于识别电弧故障的方法的另一缺点在于测量变流器的窄带传输功能。在此情况下，基于所检测的电流信号的谱分析也是带宽受限的，并且仍必须忽略具有更高频率并且可导致关于电弧的发生的更可靠的决定的谱分量。考虑到当工作频率的谐波是高次时(例如在110kHz(10kHz的工作频率的11次谐波)的频率范围内)结合转换器的操作的所发生电弧的影响是合理的，其中转换器的典型的工作频率(转换器切换频率)在大约10kHz的范围内。由于接地供电系统的使用相当常见，当开发和实施电弧故障检测装置时，尤其已经考虑了接地供电系统的特征。非接地供电系统的特殊特征以及产生的可能性迄今为止还没有被使用。非接地供电系统也被称为绝缘网络(来源于法语isoléterre)或IT供电系统，其特征在于有效部分相对于地面与地电势分离。此类网络的优势在于，当发生第一绝缘故障(如接地故障或框架故障)时，连接的电气操作构件的功能不受抑制，因为由于在地和网络的有效导体(相位和中性导体)之间的理想的无限大阻抗值，在第一故障情况下无法实现闭合电路，这意味着非接地供电系统即使在第一发生故障下也仍是可作用的。
技术实现思路
因此，目前本专利技术的目的在于对非接地供电系统(特别是包括变频器的非接地供电系统)中的电弧故障进行识别，其比现有技术中已知的方法更可靠。此目的通过包括以下方法步骤的方法而实现：对在非接地供电系统的有效导体或中性点处的对地位移电压进行检测；提供发生在供电系统中的工作频率的值；以及通过对在工作频率及其谐波的位置处的傅里叶系数进行计算和估计而对所检测的位移电压的频谱进行分析。与接地供电系统相比，在非接地供电系统中存在在第一发生故障情况下对有效导体处或中性点处的接地电压进行检测作为位移电压的可能性。接地导体的“简单”低阻抗绝缘故障(接地故障)不会导致非接地供电系统中的明显的电流。因此，故障导体的电势与地电势相近。然而，如果接地导体的低阻抗绝缘故障是由电弧造成的，则可假定经由电弧电阻的不可忽略的电流。在此情况下，对于电弧是典型的频率分量包含于此位移电压信号中。与电流信号的带宽受限的检测相比，在相当的带宽情况下对位移电压信号进行检测，并因此为关于电弧故障是否发生的可靠决定提供基础。在宽的频率范围内，通过对在工作频率及其谐波的位置处的傅里叶系数进行计算和估计，对所检测的位移电流的频谱进行分析。为此，提供发生于供电系统中的工作频率的值。假设工作频率对于定义用于计算傅里叶系数的正交调和基函数的基频(第一谐波)是必要的。此外，工作频率是供电系统的网络频率(电源频率)和/或变频器的转换器切换频率。在不具有变频器的纯AC系统中，工作频率对应于供电系统的网络频率。如果在供电系统中安装变频器(例如结合受控的电力驱动)，则工作频率与转换器切换频率相对应，并且频率内容可发生于转换器切换频率及其高次谐波可能地以及由于DC电压链路(linkcircuit)的直流分量的位置处。因此，目前本专利技术也适用于非接地AC供电系统及非接地DC供电系统(例如具有逆变器的光电系统)中。在另一有益的实施例中，借助于直接数字合成(DDS)使用工作频率及其谐波而生成正交调和基函数用于计算傅里叶系数。特别地，在使用变频器进行操作的电气设备中，将谱分析中的待观察的频率位置快速调整至变频器的当前切换频率是必要的。关于基于PLL的控制，DDS生成的信号(具有工作频率及其谐波的谐波基函数)包括更佳的动态行为的优势。因此，生成的正交调和基函数可以快速且随着连续进展实现工作频率的频率的变化。当对傅里叶系数进行计算时，即使关系到某些不准确的测量，在运行整合期对频率的突然变化作出反应甚至也是可能的。与基于控制技术的解决方案相比，经由DDS生成对工作频率进行单纯的数值调整还能够实现宽谱设定范围。通过使用因此生成的正交调和基函数，位移电压的所检测的(时域)值在通过取样和量化而变换至时间离散且值离散的信号之后以已知方式经受离散傅里叶变换。此外，如果至少一个归一化傅里叶系数就幅度而言超过了根据量而分配至对应的归一化傅里叶系数的阈值，则确定已经发生电弧故障。傅里叶系数作为具有实部和虚部的复值系数是可用的。在幅度计算和归一化之后，关于各个归一化傅里叶系数就幅度而言是否超过各个阈值进行测试。通过将各个n阶的傅里叶系数的幅度除以第一谐波(工作频率)的傅里叶系数的幅度进行归一化。因此，整个系统的增幅的绝对校准是不必要的，并且可以对增幅的波动进行补偿。此外，对具有因数1/n2的阈值进行估计，其中n为工作频率的n次谐波的阶数。通过此方式，一方面考虑到可通过近似法经由1/f特征(类似于粉红噪声)接近电弧放电的幅值谱，另一方面，经由网络泄漏电容器对当前信号进行整合。此整合对应于使用1/f的频率范围中的额外加权(weighting)，从而当在对位移电压进行评估的同时设置阈值时产生1/n2的依存度，其是由电流造成的。有益地，还包括绝缘电阻测量的结果，用于对电弧故障进行检测。通过对关于低阻抗或高阻抗绝缘故障和/或对称或非对称绝缘故障的绝缘电阻测量进行评估，可基于经验值获得关于电弧故障有可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对非接地供电系统(2)中的电弧故障进行识别的方法，包括方法步骤：‑对在所述非接地供电系统(2)的有效导体(L1，L2，L3，N)或中性点处的对地(4)位移电压(Ua)进行检测；‑提供发生在供电系统(2)中的工作频率的值；‑通过计算和估计在所述工作频率及其谐波的位置处的傅里叶系数对所检测的位移电压(Ua)的频谱进行分析。

【技术特征摘要】
2016.05.13 DE 102016208322.81.一种用于对非接地供电系统(2)中的电弧故障进行识别的方法，包括方法步骤：-对在所述非接地供电系统(2)的有效导体(L1，L2，L3，N)或中性点处的对地(4)位移电压(Ua)进行检测；-提供发生在供电系统(2)中的工作频率的值；-通过计算和估计在所述工作频率及其谐波的位置处的傅里叶系数对所检测的位移电压(Ua)的频谱进行分析。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述工作频率是供电系统(2)的电源频率和/或变频器的转换器切换频率。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：借助于直接电子合成(DDS)使用所述工作频率及其谐波生成正交调和基函数，用于计算所述傅里叶系数。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于：如果至少一个归一化傅里叶系数就幅度而言超出了被分配至对应的归一化傅里叶系数的阈值，确定已发生电弧故障(6)。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：使用1/n2的因数对所述阈值进行估计，其中n是所述工作频率的n次谐波的阶数。6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于：还包括绝缘电阻测量的结果，用于对电弧故障进行识别。7.根据权利要求4至6中的任一项所述的方法，其特征在于：还包括其他系统参数，用于对电弧故障进行识别。...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃克哈德·布洛克曼，迪科尔·哈克尔，
申请(专利权)人：本德尔有限两合公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE