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专利名称：在不接地供电网中进行绝缘故障定位的绝缘故障定位仪及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在不接地的供电网中进行绝缘故障定位的绝缘故障定位仪，其包括正好一个测量通道、至少一个电流测量装置以及分析装置。此外，本发明还涉及一种用于在不接地的供电网中进行绝缘故障定位的设备，其包括用于产生测试电流的测试仪以及根据本发明的绝缘故障定位仪。
背景技术：
为了提高供电设备的可用性和运行可靠性，同时也为了确保操作人员在电气设施的区域中进行操作时的人身安全，有必要在设施自动切断或者在接触带电导线时产生危险的流过人体的电流之前识别出线路网中的绝缘故障。因此，为了给例如在医学诊疗室内的重要的设施和用电器供电，使用具有绝缘监测功能的不接地的电网(IT系统)。由于导线与地之间的阻抗值在理想状况下无穷大，因此在出现绝缘故障时不会产生短路电流，使得在出现这种单相接地(“一类故障”)时也确保供电。人身安全也能得到保障，因为在接触带电导线时不会形成具有流过(接地)人体的电流的闭合回路。如果供电网在出现“一类故障”的情况下继续运行，那么由于这个故障会导致由此前不接地的电网形成接地系统，使得其它故障会导致切断设施，或者接触带电导线也会导致危险的流过人体的电流。因此，有必要迅速定位并排除绝缘故障。绝缘监测仪监测IT电网的绝缘水平，并且只要绝缘电阻低于预定的动作值就产生报警信号。借助该信号会在固定安装的系统中自动启动借助绝缘故障定位装置的绝缘故障定位。绝缘故障定位装置由绝缘监测仪(包括测试电流发生器)或特殊的测试仪以及与一个或多个测量用电流互感器连接的绝缘故障分析仪构成。绝缘监测仪或测试仪在电网上叠加一个测量用电压，这个测量用电压会在故障线路内导致与绝缘故障成比例的测试电流。这个测试电流信号能够由位于有故障的输出馈电线上的所有测量用电流互感器检测，并且通过绝缘故障分析仪进行分析和显示。通过分析测量用电流互感器/电路或输出馈电线之间的关联，可以锁定故障位置。但缺点是，在具有大多安装在开关柜中的故障定位装置的有缺陷的用电器的情况下，虽然能测定有故障的输出馈电线，却无法据此直接找到连接有该故障用电器的相应的插座。这适用于所有作为IT电网不仅安装在楼宇中而且也安装在船舶或车辆中的电气设施。所使用的故障定位装置仅识别有故障的输出馈电线，却不识别相应的用电器，因为用电器都以分支方式连接在次级配电设施上。为了精确定位，除了固定安装的故障定位系统外，还可以附加地实施利用便携式故障定位系统进行的手动绝缘故障定位。那么，该事后的定位措施能够允许在次级的输出馈电线中的直至各个用电器端口的定位。替代地，能够通过将各个用电器与电网断开，并且在同时对固定安装的故障定位系统进行观测的情况下，定位故障用电器。总体而论，绝缘故障定位非常复杂，而且只能由电气专业人员实施。

发明内容
有鉴于此，本发明的目的是简化用于定位有故障的用电器的绝缘故障定位过程并提高其效率。该目的通过一种用于在不接地的供电网中进行绝缘故障定位的绝缘故障定位仪来实现，所述绝缘故障定位仪包括正好一个测量通道、至少一个电流测量装置以及分析装置，其中所述电流测量装置和所述分析装置实施为附件或转接件形式的一体式结构单元。所述绝缘故障定位仪具有正好一个测量通道，并且根据本发明由至少一个电流测量装置以及分析装置构成，所述电流测量装置和所述分析装置构成一体式结构单元。这个结构单元可以以附件或转接件的形式直接安装在用电器进线或次级配电系统上。由可能的绝缘故障引发的测试电流信号被电流测量装置检测，并且立即在相同位置上被分析装置作为故障信号发送。这样就能将所出现的绝缘故障明确地与导致该绝缘故障的用电器设备直接相关联。未受过专业训练的人员也能发现绝缘故障，并且能够取消接下来利用便携式故障定位系统实施多数情况下复杂的绝缘故障手动定位。在其它有利的实施方案中，所述由电流测量装置和分析装置构成的一体式结构单元可以是转接件或附件，所述转接件构成为用于插在与保护触点兼容的插式连接上的转接插头，所述附件构成为插座且该插座具有与保护触点兼容的插式连接，或者集成在用于标准化安装到帽形导轨上的壳体中，或者配备有用于直接连接电气进线的电触点。在构成为转接件的情况下，后续安装是毫无问题的，因为只需要在保险插座上将转接插头形式的转接件插入用电器进线。这项措施不必由电气专业人员实施。所述集成的附件自身也可以构成为保险插座。在此情况下，该附件在没有布线耗费的情况下就能起到市售保险插座的作用，同时还扩展了其绝缘故障定位功能。所述附件的另一有利的实施方案是，所述附件集成在用于标准化安装到帽形导轨，例如次级配电系统开关柜中的帽形导轨上的壳体中。借此可在中央位置明确识别出发生故障的用电器进线并发出信号。此外，所述附件构成有用于直接连接电气进线的电触点也是有利的。在这种实施方式中，附件可以在不断开进线的情况下安装到待测试连接线上，其中，所述电流测量装置实施为优选可分的测量用电流互感器，并且能够通过接触销实现导线的接触。在广泛的安装工作中，这种实施方式也适用于后续安装。除所述附件构成为直接与电气进线接触这种实施方案外，适宜的是，所述电流测量装置构成为用于测量负载电流的分流电阻。除了用其它电流测量装置检测测试电流外，这也附加地允许测量负载电流的大小和角度，从而用于确定被监测线路上的过载。所述电流测量装置优选构成为测量用电流互感器。除了优先检测测试电流外，工作模式的转换还实现差动电流或负载电流的测量。因为在不接地的系统中出现欧姆绝缘故障时，由于电网的漏电容往往还会引发差动电流，因此，通过识别这个差动电流可以提高绝缘故障定位的可靠性。此外，所述仪器在差动电流模式和负载电流模式下还能应用于接地的供电系统。所述仪器优选具有用于测量电网电压和地电位的电网耦合电路。通过对电网电压的大小和角度进行测量，可以在进线上出现欠压或过压时发出报警信号。此外，通过按不对称法(U12=U1E+U2E，其中U12是线间电压，并且Uie或U2e分别是对地电压)，借助电网电压测量和地电位测量可以在插入时识别出故障用电器(接地故障快速识别)。通过同相测量负载电流和电网电压，可以测定已连接的用电器的有功功率和视在功率或功率因数。此外，所述目的如下得以实现，即一种用于在不接地的供电网中进行绝缘故障定位的、具有用于产生测试电流的测试仪的设备包括根据本发明的绝缘故障定位仪。根据本发明的这种装置由此成为完整的绝缘故障定位装置，其包括通过所述测试仪激活测试电流信号和通过根据本发明的绝缘故障定位仪检测和分析这个测试电流信号。所述设备优选具有用于显示实测值以及用于以光学和/或声学方式表示报警信号和状态信号的信号仪。一个或多个这样的信号仪允许显示或表示由一个或多个绝缘故障定位仪测定的并传输给该信号设备的值。举例而言，这些值可以是负载电流、差动电流、测试电流、电网电压U12、有功功率、视在功率或被获取的电能。为了对由独立的测量用电流互感器检测到的电流进行分析，所述设备具有用于对多个测量通道的数据进行处理的中央分析仪。所述分析仪包括与所述信号仪相对应的信号单元，该信号单元用于显示实测值以及用于以光学和/或声学方式表示报警信号和状态信号。替代地或附加地，也可以在所述分析仪中对通过根据本发明的绝缘故障定位仪的电流测量装置检测到的数值进行集中处理。在根据本发明的绝缘故障定位仪和所述信号仪之间以及/或者在根据本发明的绝缘故障定位仪和所述分析仪之间设有数据传输线路。该数据传输允许用上述分析仪和信号仪对借助绝缘故障定位仪分散采集到的数值进行集中分析与表示。其中，所述数据传输线路可以以有线或无线方式构成有发送及接收装置。作为有线传输方法可以采用叠加在线路网上的调制载波信号，例如电力线通信，或者专为数据传输而设有的线路，例如以太网。无线数据传输例如可以通过例如按照(移动)无线电标准的无线电信号或红外信号而实现。为此，所述绝缘故障定位仪、所述分析仪和所述信号仪分别具有与传输方法相对应的发送及接收装置。


从下面的借助示例阐述本发明的优选实施形式的说明和附图中获得其他有利的实施方案特征。图1示出根据本发明的绝缘故障定位仪的功能框图；图2不出实施为插座时的一个实施形式的插座嵌件,所述插座嵌件具有与保护触点兼容的插式连接；图3示出实施为在壳体中的附件的实施形式。
具体实施例方式图1示出根据本发明的用于在不接地的供电网4中进行绝缘故障定位的绝缘故障定位仪2的基本电气结构的功能框图。不接地的供电网4是由导线L1和L2构成的用电器进线4，该用电器进线由接地电网8通过变压器6馈电并且为用电器10供电。用电器进线4可以是IT电网的固定敷设的设备的一个电缆段4，或者是任意的一个自由电缆段4，具体视用途而定。在将绝缘故障定位仪实施为转接件的情况下，绝缘故障定位仪2布置在电缆段4与保险插座12的插式连接12和用电器10与电缆段4的插式连接14之间。绝缘故障定位仪2包括一个或多个电流测量装置20、电网耦合电路22和分析装置24。电流测量装置20实施为用于测量负载电流的分流电阻26以及用于检测测试电流或差动电流的测量用电流互感器28。电网耦合电路22具有用于测量电网电压的第一耦合支路以及用于测量地电位的第二耦合支路，其中所述第一耦合支路与带电导线L1连接并具有耦合电阻Rai和测量用电阻Rmi，所述第二耦合支路与地电位连接并具有耦合电阻Ra2和测量用电阻RM2。分析装置24针对差动电流测量、测试电流测量、负载电流测量、电网电压测量和地电位测量分别具有一条信号通路，所述信号通路具有放大电路和连接在该放大电路后面的滤波电路。在此，在测量差动电流时，被检测到的测量信号经由在输入端侧与电流测量装置20、28连接的第一放大电路32以及连接在该第一放大电路后面的第一滤波电路34传输。为了测量测试电流，所述分析装置具有在输入端侧与第一滤波电路34的输出端连接的第二滤波电路36以及连接在该第二滤波电路后面的微分电路38 ;为了测量负载电流，所述分析装置具有在输入端侧与分流电阻26连接的第二放大电路40以及连接在该第二放大电路后面的第三滤波电路42。电网电压测量通过第三放大电路44以及连接在该第三放大电路后面的第四滤波电路46来完成，所述第三放大电路在输入端侧与在耦合电阻Rai和测量用电阻Rmi之间的第一耦合支路连接。为了测量地电位设有通过第四放大电路48以及连接在该第四放大电路后面的第五滤波电路50，所述第四放大电路在输入端侧与在耦合电阻Ra2和测量用电阻Rm2之间的第二耦合支路连接。第一滤波电路34的输出端、第三滤波电路42的输出端、第四滤波电路46的输出端、第五滤波电路50的输出端以及微分电路38的输出端分别通过一个模/数转换器52通向包含有存储单元56的微处理器54。作为图1所示的模拟滤波电路34、36、42、46和50的替代方案，也可以在微处理器
54中借助数字信号处理算法在数字层面进行信号滤波。绝缘故障定位仪2配设有数据接口 60，用于传输实测值、报警信号和状态信号，这个数据接口具有用于进行有线或无线数据传输的发送及接收装置。LED信号显示器62发送有关仪器2的工作状态的信号并且在出现绝缘故障时进行报警。此外，根据本发明的绝缘故障定位仪2还具有用于测试差动电流触发的测试装置64以及用于所述供电网自主供电的电源组件66。图2基于根据本发明的绝缘故障定位仪2作为插座的实施形式，并且示出印制电路板68作为插座嵌件70，其具有与保护触点兼容的插式连接。带电导线L1和L2构成为插式触点72并且由测量用电流互感器28包围，而地线则起保护触点76作用地将测量用电流互感器28包围。固定安装的电流线路通过导线端子78与印制电路板68连接并且通过印制导线80通向触点72、76。在印制电路板68上，分流电阻26嵌在导线L1的印制导线80中。为了发出报警信号，实施为信号装置62的LED信号显示器62与印制电路板68电连接。
图3示出根据本发明的绝缘故障定位仪2实施为在壳体82中的附件的实施形式，所述壳体可以标准化安装到帽形导轨上，例如在开关柜中的帽形导轨。在这个实施形式中，电流测量装置、电网耦合电路和分析装置类似实施为插座时的实施方式布置在安装在壳体82中的印制电路板68上。
权利要求
1.一种用于在不接地的供电网(4)中进行绝缘故障定位的绝缘故障定位仪(2)，包括正好一个测量通道、至少一个电流测量装置(20)以及分析装置(24)，其特征在于，所述电流测量装置(20)和所述分析装置(24)构成为附件(2)或转接件(2)形式的一体式结构单元。
2.如权利要求1所述的绝缘故障定位仪，其特征在于，所述附件(2)构成为具有与保护触点兼容的插式连接的插座(70)。
3.如权利要求1所述的绝缘故障定位仪，其特征在于，所述转接件(2)构成为用于插在与保护触点兼容的插式连接上的转接插头。
4.如权利要求1所述的绝缘故障定位仪，其特征在于，所述附件(2)集成在用于标准化安装到帽形导轨上的壳体(82)中。
5.如权利要求1所述的绝缘故障定位仪，其特征在于，所述附件(2)构成有用于直接连接电气进线(4)的电触点。
6.如权利要求1至4中任一项所述的绝缘故障定位仪，其特征在于，所述电流测量装置(20)构成为用于测量负载电流的分流电阻(26)。
7.如权利要求1至6中任一项所述的绝缘故障定位仪，其特征在于，所述电流测量装置(20)构成为测量用电流互感器(28)。
8.如权利要求1至7中任一项所述的绝缘故障定位仪，其特征在于，设有用于测量电网电压和地电位的电网耦合电路(22 )。
9.如权利要求1至8中任一项所述的绝缘故障定位仪，其特征在于，所述分析装置(24)具有带有存储单元(56)的微处理器(54)以及一个或多个模/数转换器(52)。
10.如权利要求1至9中任一项所述的绝缘故障定位仪，其特征在于，所述分析装置(24)针对差动电流测量、测试电流测量、负载电流测量、电网电压测量和地电位测量分别具有一条信号通路，所述信号通路具有放大电路和连接在所述放大电路后面的滤波电路。
11.如权利要求10所述的绝缘故障定位仪，其特征在于，数字式滤波电路(34，36，42，46，50)实施为软件实现。
12.如权利要求1至11中任一项所述的绝缘故障定位仪，其特征在于，设有用于传输实测值、报警信号和状态信号的数据接口(60)。
13.如权利要求12所述的绝缘故障定位仪，其特征在于，所述数据接口(60)构成有用于进行有线数据传输的发送及接收装置(60)。
14.如权利要求12或13所述的绝缘故障定位仪，其特征在于，所述数据接口(60)构成有用于进行无线数据传输的发送及接收装置(60 )。
15.如权利要求1至14中任一项所述的绝缘故障定位仪，其特征在于，设有用于显示实测值以及用于以光学和/或声学方式表示报警信号和状态信号的信号装置(62)。
16.如权利要求1至15中任一项所述的绝缘故障定位仪，其特征在于，设有用于测试差动电流触发的测试装置(64)。
17.如权利要求1至16中任一项所述的绝缘故障定位仪，其特征在于，设有由所述供电网(4)进行自主供电的电源组件(66)。
18.一种用于在不接地的供电网(4)中进行绝缘故障定位的设备，包括用于产生测试电流的测试仪以及如权利要求1至17中任一项所述的绝缘故障定位仪(2)。
19.如权利要求18所述的设备，其特征在于，设有用于显示实测值以及用于以光学和/或声学方式表示报警信号和状态信号的信号仪。
20.如权利要求18或19所述的设备，其特征在于，设有用于对多个测量通道的数据进行处理的中央分析仪。
21.如权利要求19或20所述的设备，其特征在于，在根据本发明的绝缘故障定位仪(2)和所述信号仪之间以及/或者在根据本发明的绝缘故障定位仪(2)和所述分析仪之间设有数据传输线路。
22.如权利要求21所述的设备，其特征在于，所述数据传输线路以有线方式构成有发送及接收装置(60)。
23.如权利要求21或22所述的设备，其特征在于，所述数据传输线路以无线方式构成有发送及接收装置(60)。
全文摘要
本发明涉及一种用于在不接地的供电网(4)中进行绝缘故障定位的绝缘故障定位仪(2)，其包括正好一个测量通道、至少一个电流测量装置(20)以及分析装置(24)，其中，所述电流测量装置(20)和所述分析装置(24)构成为附件(2)或转接件(2)形式的一体式结构单元。此外，本发明还涉及一种用于在不接地的供电网(4)中进行绝缘故障定位的设备，其包括用于产生测试电流的测试仪以及根据本发明的绝缘故障定位仪(2)。
文档编号G01R31/08GK103033722SQ201210370880
公开日2013年4月10日 申请日期2012年9月28日 优先权日2011年9月29日
发明者奥利弗·舍费尔, 温弗里德·默尔, 弗里德黑尔姆·达利特茨 申请人:本德尔有限两合公司