[发明专利]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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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DIN EN 62606(VDE 0665-10)/IEC 62606:2013中对电弧故障检测装置(Arc-Fault Detection Devices，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。

EP 2 040 348 A2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。

发明内容