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专利名称：用于监测it网隔离的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括独立权利要求1前序部分特征的用于监测IT网相对于地的隔离的方法，本发明还涉及一种包括独立权利要求9前序部分特征的用于监测IT网相对于地的隔离的对应设备。IT (法语Isol6 Terre)网不包括零导体或中性导体。因此，导体之一与地之间发生的隔离故障一开始仅造成该导体接地。在IT网中，如独立权利要求1和9的前序部分中定义的，IT网通常终止于位于变压器处的逆变器的交流侧，该变压器用于在例如具有以地为参考的公共或本地交流电网中馈送电能，然而，高电流导致交流侧导体连接到地的情况。 这特别适用于在高频下工作的逆变器。这些高电流给人和设备带来危险，因此在它们发生的情况下，应当立即关闭。
背景技术：
DE 10 2006 022 686 Al公开了一种用于确定包括光生伏打器件的装置的隔离电阻的测量装置，该光生伏打器件经由逆变器连接到具有接地中性导体的单相电网。因此，用于确定相对于地的隔离电阻的已知测量装置仅在逆变器被去活时才工作。借助于参考电阻器来测量隔离电阻，参考电阻器在其端部之一接地，并且参考电阻器交替连接到从逆变器直流侧的光生伏打器件而来的两个导体，从而测量在两个导体与地之间下降的电压。可代替地，也可以测量在将两个导体交替连接到地时流动的电流。在已知的测量装置中，因为首先必须要达到电荷在相对于地活跃的所有电容上的稳定分布，所以电流或电压的每次单次测量花费几秒到几分钟。EP 1 265 076 Bl公开了一种用于监测直流电压总线隔离的安全装置，除了其它文献之外，在DE 10 2006 022 686 Al的说明书的引言部分中还引用了 EP 1 265 076 Bl 作为现有技术。将经由逆变器和隔离变压器连接到交流电网的光生伏打器件表示为一种可能的应用。由于隔离变压器的原因，变压器的交流侧也相对于地被隔离，从而在逆变器运行时也可以进行直流电压总线隔离的监测，这是因为它并未连接到地。因此，实现了独立权利要求1和9的前序部分的特征。这里，监测直流电压总线隔离也是基于从逆变器直流侧上的导体开始的、在端部之一接地的参考电阻器上降落的电压来测量的。EP 0 833 423 A2公开了另一种基于在参考电阻器上的电压降而监测IT网隔离的方案，在EP 0 833 423 A2中，未描述与连接到逆变器的光生伏打器件相关的应用。已经知道Dipl. -Ing. W. Bender GmbH Co. KG公司的产品名称为IRDH275的产品是另一种包括独立权利要求9前序部分特征的设备，其应用获得了一种包括独立权利要求1 前序部分特征的方法。这种已知的设备每次向逆变器直流侧上的导体之一施加相对于地的规定电压，并测量所得的电流，即使当电荷在所有相对于地活跃的电容上的稳定分布已经到达时，电流仍然流动。该电流是相应导体相对于地的隔离电阻的直接测量。在逆变器直流侧的两个导体的每一个上进行这种测量。此外，在同一导体上两次相继测量之间反转相对于地的极性以确保测量结果。由于相对于地的电容的原因(在每次新测量的情况下必须量值为止)，每次测量花费几秒到几分钟。相应地，利用该已知的设备以及利用该种已知的方法仅能够非常慢地识别隔离故障。然而，即使是高隔离电阻下的小隔离故障，也能够以高精度识别。在Bender公司的包括独立权利要求1和9的前序部分特征的设备的已知应用中，同样在逆变器交流侧上确定IT网的这些隔离故障，这是因为它们经由逆变器对直到逆变器的直流侧都有影响。根据其英文名称“residual current protective device (残余电流保护装置)”， 所谓的GFCI或接地故障电路断流器也被称为RCD，在超过流出和流回的电流之间的特定差动电流强度时，GFCI或接地故障电路断流器将被监测的交流电路与地分开，该差动电流强度表示对地的泄漏电流。为了确定差动电流强度，将被监测的交流电路的导体一起引导通过环形芯。环形芯的最终得到的磁化强度是将通过导体的、带着正确符号的电流相加求和的结果。在交流电路的导体相对于地短路的情况下，会导致瞬态电流差，其可以通过环形芯周围的感应线圈容易地确定并且被变换为用于中断被监测电路的信号。在IT网中将接地折叠电路断流器(ground fold circuitinterrupter)用于接地监测通常是不可能的(例如，参见 http://de. wikipedia. org/wiki/Niederspannungsnetz,在那里参见在"Arten" 小节中提及IT系统的文字)。US 2002/0105765 Al公开了用于检测光生伏打器件相对于地的隔离故障的方法和设备。出于该目的，确定逆变器的输入线之间的差动电流，逆变器从光生伏打器件向交流电网馈送电能。除了在光生伏打器件区域中发生连接到地的情况下的感兴趣的故障电流之外，差动电流还包括由于光生伏打器件相对于地的有限电容而出现的地电流，这是由于在逆变器开关频率下输入线相对于逆变器输出线的地参考的电势改变造成的。从差动电流中去除这些地电流分量(即使在没有发生故障时，这些地电流分量也经由光生伏打器件的电容流向变换器的直流侧的地)，以单独获得实际感兴趣的故障电流信号。US 2002/0105765 Al不涉及在逆变器交流侧的逆变器输出线的任何隔离故障。本发明要解决的问题本发明的问题是提供一种用于监测IT网隔离的方法和设备，该方法和设备分别包括独立权利要求1和独立权利要求9的前序部分特征，通过该方法和设备可以可靠地在逆变器两侧检测隔离电阻的小变化，并且尤其可以迅速识别逆变器交流侧上的危险隔离故障。解决方案本发明的问题是通过包括独立权利要求1的特征的方法和包括独立权利要求9的特征的设备而解决的。在从属权利要求中定义了新方法和新设备的优选实施例。

发明内容
在新方法中，除了监测直流侧的隔离电阻之外，还监测经由运行的逆变器流向地的泄漏电流。由于逆变器将其直流侧与其交流侧电连接，所以这两种监测还检测在交流侧以及逆变器中相对于地的短路。在那种情况下，泄漏电流的测量对这种短路非常迅速地做出响应，从而以所需的速度应对由此给人和设备造成的危险。在新方法中，监测经由运行的逆变器流向地的泄漏电流，看是否超过电流阈值。由于交流侧和地之间电容的原因，始终有经由逆变器并经由逆变器交流侧流向地的特定泄漏电流，并且该特定泄漏电流不表示隔离故障。然而，该泄漏电流的猛烈增大表示隔离故障。 通过将监测的泄漏电流与电流阈值比较可以容易地检测到这种猛烈增力卩。在这里，通常，足以查看泄漏电流的非固定部分并监测它们看是否超过电流阈值，因为通常也非常迅速发生经由逆变器的泄漏电流的猛烈增加。在泄漏电流超过电流阈值的情况下，优选立即关闭逆变器。至少给出报警消息，还可以在除了进行关闭之外给出该报警消息。对于直流侧的隔离电阻下降到电阻阈值以下的情况，这同样适用，其中直流侧的隔离电阻是在逆变器运行的同时监测的。优选地，通过监测经过直流侧两个导体流向逆变器的电流的差异，即逆变器直流侧上的电流差异，监测经由运行的逆变器流向地的泄漏电流。因此，关于相对于地的隔离故障，借助于监测泄漏电流，覆盖了逆变器的整个交流侧，而不仅仅是从交流侧上的泄漏电流确定点开始覆盖。令人吃惊的是，在新方法中，可以通过简单地监测经过直流侧两个导体流向逆变器的电流的差异就可以监测泄漏电流，例如，利用感应线圈测量由两个导体联合感应的磁场来监测经过直流侧两个导体流向逆变器的电流的差异。由于逆变器逐脉冲地将直流侧的导体与交流侧的短路导体连接，由于交流侧上相对于地的短路，导致经过两个导体的电流的差异的调制，这在感应线圈中引起强信号。利用该信号，可以关闭逆变器，或者可以通过另一种方式将逆变器的交流侧与光生伏打面板隔离开。在新方法中，可以通过在说明书引言部分中援引的文献之一中描述的任何方法来确定隔离电阻。然而，如果通过与参考电阻器进行比较来监测隔离电阻，则是特别优选的。 在这样做时，甚至能够观察到隔离电阻中的小故障。然而，每次单次测量的持续时间由几秒直到几分钟，对于迅速检测逆变器交流侧上相对于地的危险短路而言，该持续时间太长。出于该目的，在新方法中监测泄漏电流。在新方法中，如果逐个地监测直流侧的两个导体对地的隔离电阻，则这是特别优选的。这样，可以在直流侧上的单个导体的隔离故障和交流侧上的隔离故障之间进行区分， 这对直流侧上两个导体的隔离电阻都有影响。监测经由逆变器流向地的泄漏电流仅针对逆变器交流侧上的隔离故障给出错误信号。这也允许向逆变器的直流侧或交流侧分配故障。通常，对于根据独立权利要求1和9的前序部分的IT网，在新方法中还优选在直流侧的两个导体之间串联连接两个电容，串联连接的中点接地。通过这种方式形成EMC滤波器，并且为维护运行的光生伏打器件的人员提供了针对泄漏电流的额外保护。在根据本发明的设备中，除了确定直流侧相对于地的隔离电阻的电阻测量装置之外，还提供了一种电流测量装置，其确定经由逆变器流向直流侧的地的泄漏电流。由于在与逆变器交流侧的地短路的情况下该泄漏电流是开关频率的交流电流，即，处于逆变器开关频率的交流电流，所以电流测量装置具有围绕直流侧导体的环形芯，并且该环形芯可以像普通的残余电流操作装置中那样，是由晶体或纳米晶体软磁性带卷成的。可以利用感应线圈以通常方式相应地测量开关频率下环形芯的磁化。优选地，新设备的隔离测量装置包括至少一个开关、至少一个在端部之一处接地的参考电阻器、以及用于测量参考电阻器两端的电压降的测量装置。然而，通常，同样可能的是，以现有技术公知的另一种方式，电阻测量装置包括用于相对地的电压的电压源或用于测量逆变器直流侧隔离电阻的恒流源，在逆变器运行时，逆变器直流侧隔离电阻也受到逆变器交流侧隔离电阻的影响。从权利要求书、说明书和附图可以显露出对本发明的进一步优选改进。说明书引言部分中提到的特征的优点和若干特征组合的优点仅仅是示例性的，并且特征的优点和若干特征组合的优点可以选择性地生效或累加地生效，不必一定由根据本发明的实施例来取得特征。可以从附图，尤其是从图示的几何图形和若干部分相对于彼此的相对尺度、以及它们的相对布置和工作连接来得到更多特征。本发明不同实施例的特征的组合以及不同专利权利要求的特征的组合也可能偏离权利要求书中选定的从属性，并且此处启发了本发明不同实施例的特征的组合以及不同专利权利要求的特征的组合。这还涉及到在单独附图中图示或在其描述中提到的这种特征。也可以将这些特征与不同权利要求的特征进行组合。类似地，对于本发明的其它实施例，也可以省略权利要求书中提到的特征。


在下文中，将参考附图，借助于具体的示例性实施例，进一步解释和描述本发明。图1示出了与IT网相关的电路图，该IT网具有将光生伏打器件连接到变压器的逆变器并具有根据本发明的隔离监测设备；以及图2示出了根据图1的隔离监测设备的电阻测量装置的替代方案。
具体实施例方式在图1中，示出了 IT网1，该IT网1从光生伏打器件2延伸到变压器3，通过该IT 网1将光生伏打器件2的电力耦合在接地交流电网中。在这里，提供了逆变器4，该逆变器 4将来自光生伏打器件2的直流电流转换成交流电流。通过这种方式，逆变器4将IT网的直流侧与交流侧6连接。在这里，这种连接是电连接。这意味着，逐脉冲地将直流侧5的导体7和8直接连接到交流侧6的导体9到11，使得存在电流接触。这里没有对逆变器的其它要求。于是，可以通过各种非常切合实际的方式来构造逆变器。在设计成不接地的IT网 1中，必须以与相对于交流侧6的导体9到11的地的隔离电阻仏到、同样的方式来监测直流侧5的正导体7相对于地的隔离电阻艮和负导体8相对于地的隔离电阻I n。在这里， 在交流侧6上，相对于地的额外隔离电容C9到C11是活跃的。在直流侧5，电容也发挥作用， 其中所示的电容(^既表示光生伏打器件2的电容，又表示逆变器4输入侧的可能的缓冲电容器的电容，并且电容C2和C3既表示相对于地的线路电容，又表示具有接地中点13的EMV 滤波器12。为了测量隔离电阻，提供电阻测量装置14，其经由选择开关15将端部之一接地的参考电阻器&交替与导体7和8连接，然后借助于伏特表16测量在电阻器Rf两端下降的电压U16。同时，电阻测量装置14利用伏特表17测量导体7和8之间的电压U17。根据电阻器&分别连接到导体7和导体8时的伏特表16的测量值U16_7和U1”以及伏特表17的测量值U17_7和U17_8，从下式得到隔离电阻和Rp = Rf( (U17_7-U16_7) /U16_8-l)Rn = RF( (U17_8_U16_8) /U16_7_l)在逆变器4运行时，Rp和的值也都受到&到R11的分量的影响。在几秒到几分钟之后，当电容C1到C3与C9和C11的电荷已经重新分布到它们处于平衡状态的程度时，仅借助利用伏特表16和17测量的电压就可以测量民和的值。对应地，仅非常缓慢地记录，可以以高精度对它们进行确定。于是，电阻测量装置14也可以检测隔离电阻的蠕变以及小但不希望的故障，并关闭逆变器4以避免造成损坏。艮与！^之比还表示哪里发生了隔离故障。交流侧6的隔离故障以同样方式影响&和1^。直流侧7的隔离故障通常首先导致隔离电阻&和I^n中的仅一个的衰退。由于导体7和8被引导经过环形芯19并且感应线圈20绕环形芯19布置，所以额外的电流测量装置18测量直流侧5的非固定泄漏电流。利用直流侧5上的非固定泄漏电流，经由逆变器4，交流侧6的导体9到11之一的短路变得引人注意，直流侧5上的非固定泄漏电流导致环形芯19的非固定磁化，从而在感应线圈20处产生信号。可以监测信号以看其是否超过阈值。一旦到达或超过该阈值(其表示最大可允许泄露电流)，电流测量装置18就关闭逆变器4。由于隔离电容(；到。的原因，始终产生特定的泄漏电流，从而可以将泄漏电流的阈值不设置为零。然而，在交流侧6的导体8到11之一相对于地短路的情况下，泄漏电流迅猛地增大。这在感应线圈20处相当迅速地产生信号，其也可以用于非常迅速地关闭逆变器4。由于环形芯19在直流侧5以实际上不寻常的方式围绕导体7和8，因此电流测量装置18测量该测量位置下游的任何泄漏电流，而不仅是从交流侧6上的特定点进行测量。图2示出了电阻测量装置14的替代实施例。在这里，该实施例包括相对于地的直流电压源21，该直流电压源21可以交替连接到导体7和8。然后利用安培表23测量流向地的电流。相应导体7和8的隔离电阻分别直接从直流电压源21的输出电压和电流中得到。在这里，可以针对同一导体的隔离电阻的两次测量反转直流电压源21的极性以提高测量精度。图2仅示出了与电流测量装置14的替代实施例相关的细节。除此之外，整个组件
对应于图1。
附图标记列表
1IT网
2光生伏打器件
3变压器
4逆变器
5直流侧
6交流侧
7导体
8导体
9导体
10导体
11导体
12EMC滤波器
13中占 I ^ \\\
14电流测量装置
15选择开关
16伏特表
17伏特表
18电流测量装置
19环形芯
20感应线圈
21直流电压源
22选择开关
23安培表
权利要求
1.一种用于监测IT网(1)相对于地的隔离的方法，包括将所述IT网(1)的直流侧 (5)与交流侧(6)连接的逆变器G)、以及所述IT网⑴的所述直流侧(5)上的光生伏打器件O)，其中在所述逆变器(4)正在运行的同时，监测所述直流侧( 相对于地的至少一个隔离电阻OV Rn)，以监测所述至少一个隔离电阻是否下降到电阻阈值以下，其特征在于 还另外监测经由运行的所述逆变器(4)流向地的泄漏电流，以监测所述泄漏电流是否超过电流阈值。
2.根据权利要求1所述的隔离监测方法，其特征在于监测所述泄漏电流的非固定部分，以监测所述泄漏电流的非固定部分是否超过所述电流阈值。
3.根据权利要求1或2所述的隔离监测方法，其特征在于在下降到所述电阻阈值以下时以及在超过所述电流阈值时，都关闭所述逆变器(4)和/或给出报警消息。
4.根据权利要求1到3中的任一项所述的隔离监测方法，其特征在于通过监测经过所述直流侧(5)的两个导体(7，8)流向所述逆变器的电流的差异来监测所述泄漏电流。
5.根据权利要求4所述的隔离监测方法，其特征在于以感应方式监测所述电流的差已
6.根据权利要求1到5中的任一项所述的隔离监测方法，其特征在于通过与参考电阻器(Rf)进行比较来监测所述隔离电阻。
7.根据权利要求1到6中的任一项所述的隔离监测方法，其特征在于单独监测所述直流侧的所述两个导体(7，8)相对于地的所述隔离电阻(Rp，Rn)。
8.根据权利要求1到7中的任一项所述的隔离监测方法，其特征在于在所述直流侧 (5)的所述两个导体(7，8)之间串联连接两个电容(C2，C3),串联连接的中点(1 接地。
9.一种用于监测IT网⑴相对于地的隔离的设备，包括将IT网⑴的直流侧(5) 与交流侧(6)电连接的逆变器G)、以及所述IT网(1)的所述直流侧(5)上的光生伏打器件O)，所述设备包括电阻测量装置(14)，所述电阻测量装置(14)测量所述直流侧(5)相对于地的至少一个隔离电阻OVRn)，将所述至少一个隔离电阻(I p，Rn)与电阻阈值比较，并在所述至少一个隔离电阻(Rp，Rn)降低到所述电阻阈值以下时给出信号，其特征在于还另外提供电流测量装置(18)，所述电流测量装置(18)测量经由所述逆变器(4)流向地的泄漏电流，将所述泄漏电流与电流阈值比较并在所述泄漏电流下降到所述电流阈值以下时给出信号。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于所述电阻测量装置(14)和所述电流测量装置(18)都关闭所述逆变器(4)和/或通过所述电阻测量装置(14)和所述电流测量装置(18)的信号来触发报警消息的输出。
11.根据权利要求9或10所述的设备，其特征在于所述电流测量装置(18)通过测量经过所述直流侧的两个导体(7，8)流向所述逆变器的电流的差异来测量所述泄漏电流。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于所述电流测量装置(18)包括包围所述直流侧(5)的导体(7,8)的环形芯(19)。
13.根据权利要求9到12中的任一项所述的设备，其特征在于所述电阻测量装置 (14)包括至少一个开关(15)、至少一个在端部之一处接地的参考电阻器og以及用于测量所述参考电阻器(Rf)两端的电压降的测量装置(16)。
14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于所述电阻测量装置(14)逐个地将所述直流侧(15)的所述两个导体(7，8)连接到所述参考电阻器(Rf)。
15.根据权利要求9到14中的任一项所述的设备，其特征在于在所述直流侧(5)的所述两个导体(7，8)之间串联连接EMC滤波器(1 的两个电容(C2，C3)，串联连接的中点 (13)接地。
全文摘要
为了监测IT网相对于地的隔离，包括将IT网(1)的直流侧(5)与交流侧(6)连接的逆变器(4)、以及所述IT网(1)直流侧(5)上的光生伏打器件(2)，在所述逆变器(4)正在运行时，监测所述直流侧(5)相对于地的至少一个隔离电阻(Rp，Rn)，监测该至少一个隔离电阻(Rp，Rn)是否下降到电阻阈值以下，此外还监测经由逆变器(4)流向地的泄漏电流，监测该泄漏电流是否超过电流阈值。
文档编号G01R27/18GK102395891SQ201080016843
公开日2012年3月28日 申请日期2010年3月16日 优先权日2009年3月16日
发明者R·莱曼 申请人:艾思玛太阳能技术股份公司