專利名稱：將故障電流對(duì)應(yīng)于三相系統(tǒng)的三條相線中的一條的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將故障電流歸屬于三相系統(tǒng)的三條相線中的 一條相線的方法。
背景技術(shù)：
已知通過總和電流互感器來檢測(cè)故障電流，其中(所有)供電
線^各和Hr電線^各在一級(jí)側(cè)這才羊連^婁，即流向負(fù)載系統(tǒng)的電流產(chǎn)生》茲 場(chǎng)，供電線路向該負(fù)載系統(tǒng)輸送電流，該》茲場(chǎng)將準(zhǔn)確地通過在輸電 線路上流動(dòng)的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)來補(bǔ)償。如果存在故障電流，則在輸 電線路上流通的電流要小于流向負(fù)載系統(tǒng)的電流，從而兩個(gè)石茲場(chǎng)不 再互相完全地進(jìn)行補(bǔ)償。剩余的磁場(chǎng)在總和電流互感器的二次側(cè)上 產(chǎn)生不為零的電壓。在二次側(cè)上的電壓是一種用于故障電流的纟軒量 標(biāo)準(zhǔn)。在常用的故障電流保護(hù)開關(guān)中，這種電壓被輸送到微控制器， 在該微控制器中模數(shù)轉(zhuǎn)換器將這種電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，在那里該 數(shù)字信號(hào)通過評(píng)估邏輯電路來處理。通常，微控制器設(shè)置成當(dāng)電壓 超出預(yù)定的閾值時(shí)將輸出一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，并且通過該觸發(fā)信號(hào)激活 斷流器，該斷流器在出現(xiàn)故障電流時(shí)切斷電流。這種故障電流保護(hù) 開關(guān)不^f又用于常用的雙線路系統(tǒng)，也可以用于具有三條相線和地線 的工才目系纟充。
為此，在DE 198 26410A1中描述了一種方法和一種裝置，用 于監(jiān)測(cè)絕緣電流和故障電流，其中 一旦一個(gè)或多個(gè)電流分量超出預(yù) 定的反應(yīng)值，該裝置則起到切斷負(fù)載的作用，所述電流分量由總和 電流互感器的二次側(cè)的差動(dòng)電流中提取。同時(shí)，在一個(gè)實(shí)施例中借 助于比4交器和計(jì)時(shí)器測(cè)定在差動(dòng)電流的交流成分和網(wǎng)3各交變電壓
之間的相位，從而僅從中計(jì)算出差動(dòng)電流的有效電流部分。DE 198 26 410 Al中的設(shè)計(jì)方案主要涉及到一種〗又具有一個(gè)相導(dǎo)體的交流 電網(wǎng)絡(luò)。在用于一個(gè)三相電網(wǎng)的進(jìn)一步的i殳計(jì)方案中，測(cè)定用于所 有三個(gè)電網(wǎng)相位的全部有效電流部分或者生成三個(gè)電網(wǎng)相位的根 據(jù)凄t值的4交大的有效電流部分作為用于觸發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)。
在三相系統(tǒng)的情況下，這也可是感興趣的，其中在三條相線的 該情況中出現(xiàn)造成故障電流的故障。為此，在JP 06070 44 8中提出 了一種方法，該方法可以實(shí)JE見這才羊的用于三相系統(tǒng)的導(dǎo)線和:l也面之 間的短3各的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這種方法4吏用到一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)將分沖斤在 電網(wǎng)相^f立的正弦形;]犬的電壓曲線和在回線的電壓曲線中的顯著的 不規(guī)則性，如它們是在短路的情況下取得的。在這種系統(tǒng)中并沒有 使用總和電流互感器。此外，通過這種系統(tǒng)不能檢測(cè)出故障，該故 障由遠(yuǎn)^[氐于短^各電流強(qiáng)度的故障電流造成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種方法，通過該方法，通過總和電流 互感器測(cè)定的古文障電流可以p舉 一 地j十應(yīng)于三條相線中的 一 條相線 (當(dāng)該故障電流以其中 一條相線中的故障為基礎(chǔ)時(shí))。
該目的通過具有根據(jù)權(quán)利要求1的特征的方法來實(shí)現(xiàn)。
由此，才艮據(jù)本發(fā)明的方法包括以下步驟
a) 通過總和電流互感器測(cè)定故障電流，在總和電流互感器 中，供電線路和輸電線路在一次側(cè)上這樣連接，即在出現(xiàn)故障 電流時(shí)，在二次側(cè)上產(chǎn)生一個(gè)不為零的電壓，
b) 測(cè)定一方面在三條相線(必要時(shí)分別的)中預(yù)定的電壓值 的通過與另一方面在總和電流互感器的二次側(cè)上預(yù)定的電壓 值的通過之間的時(shí)間間隔，
c) 將相位角對(duì)應(yīng)于所測(cè)定的時(shí)間間隔，
d) 當(dāng)滿足以下條件時(shí)，將所述故障電流對(duì)應(yīng)于一相線 或者
標(biāo)準(zhǔn)1，即已被對(duì)應(yīng)的相位角以預(yù)定的精度與該相線中的電壓 的相4立角相一致，其中預(yù)定的^"度在±2°和±20°之間(伊C選 ±10°),
或者
標(biāo)準(zhǔn)2，即已被對(duì)應(yīng)的相位角以預(yù)定的精度與該相線中的減少 90。的電壓的相位角相 一致，其中預(yù)定的精度在士O.5。和±5。之間 (優(yōu)選±2° )。
在相線中電壓過零點(diǎn)以及同沖羊在總和電濟(jì)u互感器的二次側(cè)上 的電壓時(shí)的電壓過零點(diǎn)優(yōu)選用于測(cè)定時(shí)間間隔。
時(shí)間間隔可以分別成只于;也測(cè)定。因?yàn)橄辔怀?20。隔開，所以滿 足故障電流相對(duì)于相位的定向如果時(shí)間間隔在一個(gè)相位和故障電 流之間#皮測(cè)定一次，貝'J自動(dòng);也獲4尋其4也的時(shí)間間隔。
為了挑出導(dǎo)致故障電流的故障，操作人員應(yīng)識(shí)別出該方法的結(jié)
果。相應(yīng)地，優(yōu)選在顯示裝置上顯示在步驟d)中哪條相線;故對(duì)應(yīng)。 也可以顯示出，該相線是否基于標(biāo)準(zhǔn)1或者基于標(biāo)準(zhǔn)2#1對(duì)應(yīng)的。
因?yàn)樵趯?shí)際的相線中發(fā)生故障時(shí)通常出現(xiàn)電阻變化，伴隨著當(dāng) 一般來說僅細(xì)微的電感部分時(shí)，因此而得出標(biāo)準(zhǔn)1。因?yàn)楣收想娏?也可以生成作為泄漏電流，也就是說可以源自于電容耦合，則為標(biāo) 準(zhǔn)2。當(dāng)在其中一條相線中出現(xiàn)電阻性故障時(shí)，電容耦合本身上是 無害的，而古文障電^/床護(hù)開關(guān)可以#皮;敫活。才目應(yīng)i也，在滿足才示準(zhǔn)1 時(shí)電流#1中斷，在滿足才示準(zhǔn)2時(shí)則不會(huì)#1中斷。
當(dāng)故障電流不是太高時(shí)，則可以舍棄才艮據(jù)本發(fā)明的方法的結(jié) 果，否則可能出現(xiàn)診斷的故障。因此而可以要求根據(jù)本發(fā)明的方法， 即測(cè)定故障電流是否小于處于50和300 mA之間的界限值(優(yōu)選為 100mA),并且僅當(dāng)小于該界限值時(shí)，步驟d)的結(jié)果可以作為可靠 的結(jié)果來處理。作為可靠的結(jié)果進(jìn)行的處理可以表示其中的含義， 即僅在那時(shí)為操作人員實(shí)現(xiàn)上述的顯示。
故障電流通常由絕緣的惡化所產(chǎn)生。因?yàn)檫@要逐漸地進(jìn)行，所 以故障電流會(huì)緩慢地增大。因此，這種所謂的泄漏電流可通過分析 故障電流、尤其是分析其時(shí)間上的4,導(dǎo)值(zeitlichenAbleitung)來 識(shí)別。根據(jù)本發(fā)明獲取的哪些相線發(fā)生故障的信息僅在這種情況下 是有意義的，即故障電流是泄漏電流，從而這樣相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)也可以 使用，也就是在此分析故障電流是否是泄漏電流或不是。


接下來，將參照附圖來說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中圖1示出了來自于一條相線中電流曲線的矩形脈沖信號(hào)的導(dǎo)
數(shù)，
圖2示出了電路圖，在優(yōu)選的實(shí)施例中該電路產(chǎn)生根據(jù)圖1的 矩形脈沖信號(hào)的導(dǎo)數(shù)，并且
圖3示出了在相位圖表中相位角的不同區(qū)域，這些區(qū)域這樣地 選擇，即當(dāng)故障電流的相位落入到其中一個(gè)區(qū)域中時(shí)，出現(xiàn)故障電 流的相線會(huì)纟皮p舉一地對(duì)應(yīng)。
具體實(shí)施例方式
在一種測(cè)量設(shè)備(優(yōu)選同時(shí)具有故障電流保護(hù)開關(guān)的功能)中， 在出現(xiàn)故障電流時(shí)應(yīng)當(dāng)能測(cè)定出，故障電流對(duì)應(yīng)于三相系統(tǒng)的三條 相線中的哪一條，操作人員由此知道可以在多條相線的哪條相線上 找出產(chǎn)生故障電流的故障。
隨后描述的方法基于這樣的認(rèn)識(shí)，即在負(fù)載系統(tǒng)的典型的出現(xiàn) 故障電流的故障中，故障電流周期性地與通過相線輸送的電壓進(jìn)行 諧振。在確定的相線中出現(xiàn)電阻性故障時(shí)，故障電流的相位角的相 位與在該相線中的故障電流的相位角相等或幾乎相等，并且在導(dǎo)致 泄漏電流的電容性古文障時(shí)，相位差大約為90?！，F(xiàn)在必須以某一方 式使故障電流的相位角能夠?qū)?yīng)于三條相線中的電壓的相位角。最 簡單的是根據(jù)電壓的過零點(diǎn)進(jìn)行。圖1示出了通常的電壓信號(hào)10。 從該電壓信號(hào)中可以產(chǎn)生一系列的矩形脈沖信號(hào)12，并且矩形脈沖 信號(hào)應(yīng)該在下降的電壓的過^f:點(diǎn)16時(shí)分別開始并且在上升的電壓 的過零點(diǎn)14時(shí)分別結(jié)束。
這種矩形月永沖信號(hào)12可以通過在圖2中示出的電i 各獲4尋?？?體上以18標(biāo)識(shí)的電路在輸入端與三條相線Li， i=l、 2、 3的其中之
一以及地線N連4妄。整流二才及管Dl ^5U又可以通過4言號(hào)10的正半 波。電阻R1用于限制電流，并且輸入端Li和N通過光電耦合器O 相互連接，從而使電流流過。光電耦合器已知地由光電二極管D2 和光電晶體管T組成，其中光電晶體管T通過10.5 kQ的電阻R2 與3.3 V的參考電位連接。在另 一側(cè)，該光電耦合器與接地("GND") 連4妄。通過光電二纟及管D2以矩形3永沖流動(dòng)的電流在每個(gè)矩形脈沖 時(shí)起作用，即光電晶體管T變得可導(dǎo)電并且在光電耦合器O的輸出 端流過電流，該電流也以矩形的形式月永動(dòng)。隨后，在Pl點(diǎn)中電壓 從在不存在脈沖時(shí)的3.3V變?yōu)榇蠹s0V的較低值。從Pl點(diǎn)分出具 有由100kQ的電阻R3和R4構(gòu)成的分壓器的電路，其中分壓器的 中間分支點(diǎn)P2通過具有1 nF電容的電容器Cl與運(yùn)算i文大器OV 的輸出端P3連接。分壓器在其端點(diǎn)P4上與運(yùn)算放大器的正極輸入 端連4妄并且同時(shí)通過具有1 nF電容的電容器C2與4妾;也連4妄。P3 直接與運(yùn)算放大器的負(fù)極輸入端連接。此夕卜，P3通過具有101 nF 電容的電容器C3與接地連接。由具有電容器Cl和C2的分壓器以 及運(yùn)算放大器構(gòu)成的裝置起到主動(dòng)濾波器的功能，即作為具有2 kHz臨界頻率的低通濾波器。
運(yùn)算放大器P3的輸出端通向測(cè)量設(shè)備的^f效控制器。對(duì)應(yīng)于故 障電流的電壓被輸送到同一微控制器，并且以本身已經(jīng)公開的方式 使用總和電流互感器，如常規(guī)的故障電流保護(hù)開關(guān)。
如果不是三重地安裝到測(cè)量設(shè)備中，則電路18至少雙重地分 別連接到一條另外的相線Li上。微控制器(當(dāng)其接收兩個(gè)電路18 的信號(hào)時(shí))從矩形脈沖信號(hào)中虛擬地計(jì)算出第三個(gè)電路的信號(hào)，原 因是相位確實(shí)是以預(yù)定的關(guān)系位于相線Li上。電路18實(shí)時(shí)地起作 用?？偤碗娏骰ジ衅饕矊?shí)時(shí)地工作。因此，微控制器可以根據(jù)供應(yīng) 到微控制器的電壓來識(shí)別總和電流互感器的過零點(diǎn)，該過零點(diǎn)以直
接的關(guān)系式設(shè)定為由電路的輸出端的矩形脈沖表征的過零點(diǎn)。由時(shí)
間間隔可以確定出沖IH立角。
圖3示出了相位圖表。其中表示出，在相線L1上的相位，即 00，在 N)線L2上的相^f立，即1200以及在相線L3上的才目^f立，即2400。 人們可以設(shè)想，即故障電流的相位角占據(jù)0°和360。之間的任意值。 但這是不正確的。相反，以下是適用的如果故障電流起因于相線 Ll中的電阻性i丈障，則古史障電流的相4立角大約為0°，無i侖如4可古文 障電流的相位角都位于0°±10°的范圍20內(nèi)。當(dāng)同樣起因于相線L2 中的故障時(shí)，故障電流的相位角準(zhǔn)確地位于相位角120。左右的范圍 22內(nèi)，即在120°±10°的范圍內(nèi)。如果故障電流起因于相線L3中的 法丈障時(shí)，相^立角^f立于240。士10。的范圍24內(nèi)。
如果故障電流作為泄漏電流起因于寄生電容，則相位角以90° 位于這樣的相線的相位角之后，寄生電容形成在或者到這樣的相線 上。區(qū)》或26、 28、 30可以限定，古文障電流的相4立角4立于這些區(qū)i或 中。這些區(qū)域具有4。的寬度，其中區(qū)域26從270。土2。延伸，區(qū)域 28 乂人30。士2。延伸以及區(qū)i或30 乂人150。士2。延伸。
由此，通過相對(duì)于在相線L1、 L2、 L3中電壓的各個(gè)相位來測(cè) 量故障電流的相位角可以找到關(guān)于故障電流的起因的明確證據(jù)，當(dāng) 這些起因是電阻性的或電容性的時(shí)。在感應(yīng)性故障時(shí)，該方法不能 明確地起作用。目前，測(cè)量i殳備具有顯示裝置，在該顯示裝置上顯 示出才目<立角4立于這些區(qū)*或20、 22、 24、 26、 28或30的口那個(gè)區(qū)i或中 或在相線L1、 L2、 L3的哪條相線上對(duì)故障進(jìn)行搜索以及故障的類 型(是電阻性的或電容性的)。如果故障電流的相位角位于上述區(qū) 域之外，則在顯示裝置上顯示出故障起因不能確定。
在電阻性故障的情況下，當(dāng)相位角落入到區(qū)i或20、 22、 24的其中
一個(gè)區(qū)域中時(shí)，故障電流應(yīng)該被中斷，可以執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法 的合適的故障電流保護(hù)開關(guān)可通過其可控制電流中斷的孩支處理器來中斷故障電流，其中，該故障電流保護(hù)開關(guān)也包括電^各18。當(dāng)故 障是電容性時(shí)，也就是相位角落入到區(qū)域26、 28、 30中一個(gè)區(qū)域 中時(shí)，不需要中斷^t障電流。
參考標(biāo)識(shí)
10 電壓4言號(hào)
12 矩形脈沖信號(hào)
14、 16 過零點(diǎn)
18 電路
20、 22、 24、 26、 28、 30才目4立圖表中的區(qū)i或
Cl、 C2、 C3 電容器
Dl、 D2 整流二才及管
Li 相線
Ll、 L2、 L3 相線
N 地線
O 光電耦合器
Pl、 P2、 P3、 P4 電3各18中的點(diǎn)
T 光電晶體管
權(quán)利要求
1.一種方法，用于將故障電流對(duì)應(yīng)于三相系統(tǒng)的三條相線中的一條相線，所述方法具有以下步驟a)通過總和電流互感器測(cè)定故障電流，在所述總和電流互感器中，供電線路和輸電線路在一次側(cè)上這樣連接，即在出現(xiàn)故障電流時(shí)，在二次側(cè)上產(chǎn)生一個(gè)不為零的電壓，b)測(cè)定一方面在所述相線中預(yù)定的電壓值的通過與另一方面在所述總和電流互感器的二次側(cè)上預(yù)定的電壓值的通過之間的時(shí)間間隔，c)將相位角對(duì)應(yīng)于所測(cè)定的時(shí)間間隔，d)當(dāng)滿足以下條件時(shí)，將故障電流對(duì)應(yīng)于一相線或者標(biāo)準(zhǔn)1，即已被對(duì)應(yīng)的相位角以預(yù)定的精度與該相線中的電壓的相位角相一致，其中所述預(yù)定的精度在±2°和±20°之間，或者標(biāo)準(zhǔn)2，即已被對(duì)應(yīng)的相位角以預(yù)定的精度與該相線中的減少90°的電壓的相位角相一致，其中所述預(yù)定的精度在±0.5°和±5°之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過將所述相位的電壓過 零點(diǎn)(14、 16)與在電流互感器的二次側(cè)上的電壓過零點(diǎn)聯(lián)系 起來實(shí)現(xiàn)對(duì)所述時(shí)間間隔的測(cè)定。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，在顯示裝置上顯示在 所述步一驟d)中口那條相線祐^寸應(yīng)。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在滿足所述標(biāo) 準(zhǔn)1時(shí)電流-故中斷，在滿足所述標(biāo)準(zhǔn)2時(shí)則不會(huì)中斷。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，測(cè)定所述故障電流是否小于處于50和300 mA之間的界限值，并且僅當(dāng)小 于所述界限值時(shí)，所述步驟d)的結(jié)果才可以作為可靠的結(jié)果 來處理。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，當(dāng)分析所述故 障電流、尤其是分析其時(shí)間上的導(dǎo)數(shù)時(shí)得出所述故障電流是泄 漏電流時(shí)，所述步艱《d)的結(jié)果才作為可靠的結(jié)果來處理。
全文摘要
在確定類型的故障電流保護(hù)開關(guān)中安裝有總和電流互感器，該總和電流互感器在二次側(cè)輸出電壓，該電壓是用于故障電流的衡量標(biāo)準(zhǔn)。在三相系統(tǒng)中所要關(guān)注的是，在三條相線的哪一條上出現(xiàn)了造成故障電流的故障。通過將在總和電流互感器的二次側(cè)上電壓的相位與在相導(dǎo)體中的電壓的相位聯(lián)系起來可以獲得所希望的信息。這可以在一方面起因于電阻損壞的故障和另一方面起因于寄生電容的故障之間進(jìn)行區(qū)分。
文檔編號(hào)G01R31/08GK101345408SQ200810130590
公開日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2008年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月13日
發(fā)明者加西亞 塞爾焦·翁, 米卡埃爾·斯瓦沃拉, 讓-瑪麗·馬特爾 申請(qǐng)人:西門子公司