[发明专利]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

说明书

本发明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_res)和第二变量(I_net)确定在测量区域中传输的混合能量(E_mix)。本发明还涉及一种设备、定位系统以及用于检测电网中的故障的方法。

技术领域

本发明涉及一种用于检测电能分配网络中的故障的装置和方法。本发明还涉及一种配备有这种检测装置的电能分配网络或设备。

背景技术

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。

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。

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。

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。

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。

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。

发明目的