用于检测电网故障的装置、包括这种装置的电网或设备以及用于检测故障的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于检测电网(1)中的故障的装置(D)，电网(1)包括至少一个电气设备(E)，至少一个电气设备(E)电连接到第一电力导体(C1)和第二电力导体(C2)，电网(1)设置有公共导体(Cc)。该装置包括：第一测量构件(O1)，用于测量存在于电力导体(C1，C2)上的共模电压；以及第二测量构件(O2)，用于测量在电力导体(C1，C2)中流动的电流。该装置还包括计算器(UP)，计算器(UP)配置成在确定的观察时段内，根据第一变量(V

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于检测电网故障的装置、包括这种装置的电网或设备以及用于检测故障的方法


[0001]本专利技术涉及一种用于检测电能分配网络中的故障的装置和方法。本专利技术还涉及一种配备有这种检测装置的电能分配网络或设备。

技术介绍

[0002]对减少人类活动的碳足迹的需求以及对优化能量效率的需求，引起对电能的使用。这项工作要求通过配电线路、保护系统(断路器、阻断开关和其它切断构件)，在一个或多个源(例如电池、发电机、光伏板)和一个或多个负载(电动机、逆变器等)之间以直流电(DC)或交流电(AC)的形式传输电能。源、负载、线路和保护系统的集合组成电网。
[0003]有时，需要电网传输可能超过几十千瓦，甚至几百千瓦，或者甚至兆瓦的大量电力。例如，电网可装载在诸如陆地车辆(汽车或坦克)或铁路、水面舰艇或潜艇或飞行器等交通工具中。因此，电网可能在恶劣环境中工作，恶劣环境即可能出现大幅度的温度、压力、振动、电磁场或湿度的环境。在这些应用中，电网的故障可产生严重的后果，因此必须对电网进行安全保护。
[0004]更通常而言，独立于应用领域，重要的是能够检测并有利地定位电网中发生的故障。通常通过保护装置来保护电网，对故障的检测使得这些保护装置发生切换，以电隔离电网的至少一部分。例如，这些保护装置可以是断路器、接触器、固态开关、保险丝或限流器，当过度电流发生时，开启这些保护装置。故障的定位使得可以仅隔离电网的故障部分，该功能的优点在于其使得可以维持电网的最低运行水平，以及由维修团队进行针对性的干预。
[0005]在电网中可能发生的故障具有各种特性：绝缘缺陷、在负载级别下过度切换造成的损失、过度能量消耗、短路等。故障还可能是在组成配电线路的导体和电子装置中形成电弧，或者在组成配电线路的导体和电子装置之间形成电弧。电弧对应于在电网的两个导电段之间的气体(空气)中传播的无意放电。当在包住导体的电绝缘体中发生这种放电，但没有完全损坏导体时，这种放电被称为“局部放电”。这些放电可由许多因素引起，例如导体连接不当、这些导体周围的电绝缘体退化、存在异物或绝缘体的质量差。这些因素是电网中的常见现象，可能导致火灾、爆炸、局部温度显著升高超过10,000℃、高超压和发射大量紫外线辐射。环境的湿度、低气压和温度有助于这些电弧的出现，因此当电网在如上文所述的恶劣环境中运行时，电弧的早期检测尤为重要。
[0006]通常的保护装置(例如断路器)基于过大的电流消耗或功率消耗而触发，通常不能足够早地检测电弧。有些电弧经过很长一段时间才形成，不会导致电网中出现过电流或过功率，从而无法通过通常的方式实现电弧的早检测。这尤其适用于可能在电力导体或连接器中形成的“串联”电弧的情况。在串联电弧启动期间消耗的功率远低于并联电弧消耗的功率或电网的标称功率。
[0007]对电网中的电弧的检测通常通过监测电网信号(电流和/或电压)的时间和/或频率演变来进行，了解到这种现象的发生会导致形成具有强频谱成分的信号，即使在直流电
网的情况下也是如此。尤其在文献US10078105中介绍了这种检测解决方案的示例。然而，基于信号(电流和/或电压)的时间或频谱分析的这些方法尤其难以实施且导致许多误报，这些误报可由电网上存在的负载或有源的源(即，已切换)导致。尤其，这些方法不能有效地检测直流电网(DC)中串联电弧的发生。专利技术目的
[0008]本专利技术的目的在于弥补上述缺点。本专利技术的一个目的尤其在于提出一种用于检测电网中的故障的装置和方法，该装置和方法特别可靠且适用于检测各种故障的发生，有利地定位各种故障，此类故障包括尤其是直流电网中的电弧，特别是串联电弧。

技术实现思路

[0009]为了达到该目的，本专利技术的目的提出一种用于检测电网中的故障的装置，电网尤其是直流DC电网，故障尤其是串联电弧，电网包括至少一个电气设备，至少一个电气设备电连接到第一电力导体和第二电力导体。
[0010]根据本专利技术，电网配备有公共导体。装置旨在在测量区域的层级处连接到电网的电力导体和公共导体，且装置包括：
[0011]‑
第一测量构件，能够制定第一量，第一量表示存在于电力导体上的共模电压；
[0012]‑
第二测量构件，能够制定第二量，第二量表示在电力导体中流动的电网电流；
[0013]‑
计算器，连接到第一测量构件和第二测量构件，计算器配置成在确定的观察时段内，确定表示被称为“混合能量”的能量的量，“混合能量”定义为共模电压和电网电流的乘积在确定的观察时段内的积分且在测量区域中传输，根据第一量和第二量确定表示混合能量的量。
[0014]根据本专利技术的其它有利且非限制性的特征，这些特征单独地采用或者以任何技术上可行的组合来采用：
[0015]‑
计算器还配置成使用表示所确定的混合能量的量，生成指示电网的故障的信号；
[0016]‑
第一测量构件和第二测量构件配置成分别制定表示共模电压的直流分量的第一量以及表示电网电流的直流分量的第二量；
[0017]‑
第一测量构件还能够制定第三量，第三量表示存在于两个电力导体之间的差模电压，且计算器还配置成在确定的观察时段内，根据第三量和第二量确定表示在测量区域中传输的电网能量的量；
[0018]‑
第二测量构件还能够制定第四量，第四量表示在两个电力导体中流动的共模电流，且计算器还配置成在确定的观察时段内，根据第四量和第一量确定表示在测量区域中传输的剩余能量的量；
[0019]‑
检测装置还包括网络控制器，网络控制器用于将计算器与通信总线连接；
[0020]‑
通信总线(BUS)为公共导体(Cc)，网络控制器(NET)连接到公共导体(Cc)。
[0021]本专利技术还提出一种电气设备，例如电源或负载，电气设备包括如之前所描述的检测装置。
[0022]根据另一方面，本专利技术提出一种用于定位电网中的故障的系统，电网包括至少一个第一电力导体和第二电力导体。根据本专利技术，定位系统包括：
[0023]‑
公共导体；
[0024]‑
两个如上所述的检测装置，在相应的测量区域的层级处连接到电力导体和公共导体；
[0025]‑
监控装置，通过通信总线连接到两个检测装置，监控装置包括计算构件，计算构件配置成使用检测装置在通信总线上提供的信息，来定位在电网中、包括在两个检测装置之间的导体的一部分中所发生的故障。
[0026]根据又一方面，本专利技术提出一种电网，电网是直流或交流电网，电网包括至少两个电气设备，至少两个电气设备通过至少一个第一电力导体和第二电力导体来连接，电网配备有：
[0027]‑
公共导体；
[0028]‑
多个如上所述的检测装置，在相应的测量区域的层级处连接到电力导体和公共导体；
[0029]‑
监控装置，通过通信总线连接到检测装置。
[0030]根据本专利技术的该方面的其它有利且非限制性的特征，这些特征单独地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于检测电网(1)中的故障的装置(D)，所述电网(1)尤其是直流DC电网，所述故障尤其是串联电弧，所述电网(1)包括至少一个电气设备(E)，所述至少一个电气设备(E)电连接到第一电力导体(C1)和第二电力导体(C2)，所述电网(1)配备有公共导体(Cc)，所述装置(D)旨在在测量区域的层级处连接到所述电网(1)的所述电力导体(C1，C2)和所述公共导体(Cc)，且所述装置(D)包括：
‑
第一测量构件(O1)，能够制定第一量(V
res
)，所述第一量(V
res
)表示存在于所述电力导体(C1，C2)上的共模电压；
‑
第二测量构件(O2)，能够制定第二量(I
net
)，所述第二量(I
net
)表示在所述电力导体(C1，C2)中流动的电网电流；
‑
计算器(UP)，连接到所述第一测量构件和第二测量构件(O1，O2)，所述计算器(UP)配置成在确定的观察时段内确定表示能量的量，所述能量被称为“混合能量”(E
mix
)，所述“混合能量”(E
mix
)定义为所述共模电压和所述电网电流的乘积在所述确定的观察时段内的积分且在所述测量区域中传输，根据所述第一量(V
res
)和所述第二量(I
net
)确定表示所述混合能量(E
mix
)的所述量。2.根据前一项权利要求所述的检测装置(D)，其中，所述计算器(UP)还配置成使用表示所确定的混合能量(E
mix
)的所述量，生成指示所述电网的所述故障的信号(S)。3.根据前述权利要求中的一项所述的检测装置(D)，其中，所述第一测量构件和第二测量构件(O1，O2)配置成分别制定表示所述共模电压的直流分量的所述第一量(V
res
)以及表示所述电网电流的直流分量的所述第二量(I
net
)。4.根据前述权利要求中的一项所述的检测装置(D)，其中，所述第一测量构件(O1)还能够制定第三量(V
net
)，所述第三量(V
net
)表示存在于所述两个电力导体(C1，C2)之间的差模电压，且所述计算器(UP)还配置成在所述确定的观察时段内，根据所述第三量(V
net
)和所述第二量(I
net
)确定表示在所述测量区域中传输的电网能量(E
net
)的量。5.根据前述权利要求中的一项所述的检测装置(D)，其中，所述第二测量构件(O2)还能够制定第四量(I
res
)，所述第四量(I
res
)表示在所述两个电力导体(C1，C2)中流动的共模电流，且所述计算器(UP)还配置成在所述确定的观察时段内，根据所述第四量(I
res
)和所述第一量(V
res
)确定表示在所述测量区域中传输的剩余能量(E
res
)的量。6.根据前述权利要求中任一项所述的检测装置(D)，还包括网络控制器(NET)，所述网络控制器(NET)用于将所述计算器(UP)与通信总线(BUS)连接。7.根据前一项权利要求所述的检测装置(D)，其中，所述通信总线(BUS)为所述公共导体(Cc)，所述网络控制器(NET)连接到所述公共导体(Cc)。8.一种电气设备，例如电源或负载，所述电气设备包括根据前述权利要求中任一项所述的检测装置(D)。9.一种用于定位电网(1)中的故障的系统，所述电网(1)包括至少一个第一电力导体(C1)和第二电力导体(C2)，所述定位系统包括：
‑
公共导体(Cc)；
‑
两个根据权利要求1至7中的一项所述的检测装置(D)，在相应的测量区域的层级处连接到所述电力导体(C1，C2)和所述公共导体(Cc)；
‑
监控装置(V)，通过通信总线(BUS)连接到所述两个...

【专利技术属性】
技术研发人员：利昂内尔，
申请(专利权)人：利昂内尔，
类型：发明
国别省市：