利用抗干擾測量信號(hào)來監(jiān)視和測量絕緣電阻的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用抗干擾測量信號(hào)來監(jiān)視和測量絕緣電阻的方法。具體地說，本發(fā)明涉及一種監(jiān)視和測量未接地和接地的電源系統(tǒng)中的絕緣電阻的方法，包括以下的方法步驟：生成周期性的測量信號(hào)、將測量信號(hào)耦合在要被監(jiān)視的電源系統(tǒng)的有效導(dǎo)體和地之間、以及檢測和評估測量信號(hào)的測量值。解決這個(gè)任務(wù)在于所生成的測量信號(hào)通過具有至少三個(gè)諧波的有限數(shù)量的諧波振蕩的疊加形成為多頻信號(hào)。可替換地，多頻信號(hào)還可以借助于在二元序列優(yōu)化基礎(chǔ)上的時(shí)域中的信號(hào)形狀的目標(biāo)分段構(gòu)造或者通過借助于時(shí)分復(fù)用方法生成測量信號(hào)來實(shí)現(xiàn)。此外，本發(fā)明涉及監(jiān)視絕緣電阻的信號(hào)發(fā)生器，其包括信號(hào)發(fā)生器電路，該信號(hào)發(fā)生器電路包括生成和存儲(chǔ)根據(jù)本發(fā)明的方法的多頻信號(hào)的裝置。
【專利說明】利用抗干擾測量信號(hào)來監(jiān)視和測量絕緣電阻的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)視和測量未接地和接地的電源系統(tǒng)中的絕緣電阻的方法，該方法包括以下的方法步驟:生成周期性的測量信號(hào)、將測量信號(hào)耦合在要被監(jiān)視的電源系統(tǒng)的有效導(dǎo)體和地之間、以及檢測和評估測量信號(hào)的測量值。
[0002]此外，本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)視未接地和接地的電源系統(tǒng)中的絕緣電阻的信號(hào)發(fā)生器，該信號(hào)發(fā)生器包括用于生成周期性的測量信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器電路，并且包括用于將測量信號(hào)耦合在要被監(jiān)視的電源系統(tǒng)的有效導(dǎo)體和地之間的耦合電路。
【背景技術(shù)】
[0003]對于電源系統(tǒng)和設(shè)備中的人員、系統(tǒng)和火災(zāi)安全，監(jiān)視絕緣電阻，即要被監(jiān)視的電源系統(tǒng)中相對于地的電阻(包括連接至要被監(jiān)視的電源系統(tǒng)的所有設(shè)備的電阻)，是電氣系統(tǒng)的無故障運(yùn)行的必需的先決條件。沒有足夠高的絕緣電阻，不再保證對直接和間接接觸的保護(hù)。電氣系統(tǒng)的故障可能給人員帶來危險(xiǎn)、導(dǎo)致生產(chǎn)損失或者系統(tǒng)的中斷，或者短路電流或接地故障電流可能造成火災(zāi)和爆炸。在新組裝的系統(tǒng)和設(shè)備中，絕緣電阻通常足夠高，但是在系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，它可能通過電學(xué)和機(jī)械影響和通過環(huán)境影響和老化效應(yīng)被減小。
[0004]在接地網(wǎng)絡(luò)(TN系統(tǒng))以及未接地網(wǎng)絡(luò)(IT系統(tǒng))中可以進(jìn)行絕緣電阻的測量，在運(yùn)轉(zhuǎn)期間絕對的絕緣值的持續(xù)監(jiān)視扮演顯著的作用。對于該測量，與網(wǎng)絡(luò)的類型無關(guān)，信號(hào)發(fā)生器和測量裝置被插入在電源系統(tǒng)的有效導(dǎo)體和之間，信號(hào)發(fā)生器將測量信號(hào)電壓施加到網(wǎng)絡(luò)中，以便在絕緣故障的情況下形成與絕緣故障成比例的測量電流產(chǎn)生其中的閉合電路。該測量電流通過測量裝置來記錄并且因此允許關(guān)于絕緣電阻的強(qiáng)度的說明。
[0005]在今天的現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)中，多個(gè)設(shè)備設(shè)有電子部件。為了防止例如通過由逆變器所生成的直流分量引起的測量失真，考慮到可靠的絕緣監(jiān)視，測量方法已經(jīng)不斷地被進(jìn)一步開發(fā)。因此，已知的做法是使用在純交流網(wǎng)絡(luò)中疊加DC測量電壓而不使直流分量失真的方法，而在有故障的環(huán)境中，使用具有方波發(fā)生器脈沖形狀的受控的具體地說時(shí)鐘化的測量電壓。盡管在當(dāng)前待售的監(jiān)視設(shè)備中使用的這類方波脈沖序列經(jīng)證明對寬帶干擾信號(hào)相對不敏感，但是它們在窄帶干擾的情況下顯示出不足的魯棒性。
[0006]根據(jù)DE3882833T2，進(jìn)一步知曉可以通過合適的評估電路供給AC電壓參考信號(hào)，基于該AC電壓參考信號(hào)能夠計(jì)算復(fù)數(shù)絕緣阻抗的實(shí)部和虛部。由于正弦的參考信號(hào)僅僅具有一個(gè)頻率分量，因此它對在參考信號(hào)的頻率范圍內(nèi)出現(xiàn)的干擾信號(hào)相對敏感。
[0007]為了能夠更好地處理低頻干擾，在EP0593007B1中提出了在具有等幅度的兩個(gè)周期性測量信號(hào)交流電壓的基礎(chǔ)上的復(fù)數(shù)網(wǎng)絡(luò)漏泄阻抗的計(jì)算。然而，兩個(gè)交流電壓的頻率應(yīng)該位于大部分不受到干擾信號(hào)的范圍中并且通過簡化的功能相關(guān)，忽略網(wǎng)絡(luò)感應(yīng)性，對于可計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)泄漏值是相對較低。
[0008]用于確定絕緣電阻的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)可知的方法提供對窄帶干擾信號(hào)不足的抗干擾性，尤其是對具有僅僅一個(gè)離散頻率的干擾信號(hào)來說。此外，所使用的測量信號(hào)依賴調(diào)節(jié)為各個(gè)測量信號(hào)形狀并且顯示對于干擾信號(hào)的抑制的不同效率的評估方法?？偠灾?，到目前為止不能令人滿意地解決干擾抑制的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]因此，本發(fā)明的目的在于開發(fā)一種用于監(jiān)視和測量具有對干擾信號(hào)，尤其是對窄帶干擾信號(hào)的提高的抗干擾性的絕緣電阻的方法和裝置。
[0010]對于方法，實(shí)現(xiàn)與權(quán)利要求1的前序有關(guān)的該目的在于:所生成的測量信號(hào)通過具有至少三個(gè)諧波的有限數(shù)量的諧波振蕩的疊加形成為多頻信號(hào)。
[0011]有故障的電源系統(tǒng)的模擬已經(jīng)顯示:如果所生成的周期性測量信號(hào)的頻譜幾乎不包括離散分量，即如果它包括具有有限數(shù)量的傅里葉分量的傅里葉級(jí)數(shù)，則由連接到該網(wǎng)絡(luò)的其它電氣系統(tǒng)和設(shè)備所引起的諸如振蕩的某些類型的干擾信號(hào)可以被成功地抑制。在下文中，這個(gè)特征被稱作“多頻”。由于在這里僅僅描述周期性測量信號(hào)并且周期性信號(hào)總是具有線狀譜(頻率離散譜)，因此術(shù)語“頻譜”應(yīng)該被認(rèn)為描述該諧波的傅里葉系數(shù)，第一諧波或者一階諧波對應(yīng)于具有基頻(發(fā)生器頻率)fgen的諧波振蕩和具有頻率Hfgen的第N諧波或者η階諧波。
[0012]通過有限數(shù)量的諧波振蕩，通常通過基頻及其諧波的正弦信號(hào)形成的這種多頻信號(hào)的使用具有如下的優(yōu)點(diǎn):因?yàn)樗鼈儍H僅可以影響傅里葉頻譜的單個(gè)分量，因此有效地抑制干擾振蕩。如果根據(jù)本發(fā)明通過至少三個(gè)疊加振蕩(諧波)形成測量信號(hào)，則其余的未受干擾的傅里葉系數(shù)仍然允許對絕緣阻抗的正確值的多數(shù)決定法。因此，測量信號(hào)Ugen (發(fā)生器電壓)可以被表示為:
[0013]
【權(quán)利要求】
1.一種用于監(jiān)視和測量未接地和接地的電源系統(tǒng)中的絕緣電阻(3)的方法，所述方法包括以下方法步驟: 生成周期性的測量信號(hào)， 將所述測量信號(hào)耦合在要被監(jiān)視的電源系統(tǒng)的有效導(dǎo)體(1)和地(2)之間， 檢測和評估所述測量信號(hào)的測量值， 其特征在于， 所生成的測量信號(hào)通過具有至少三個(gè)諧波的有限數(shù)量的諧波振蕩的疊加形成為多頻信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述測量信號(hào)的峰值與均方根的比值被最小化。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述測量信號(hào)的峰值與均方根的比值的最小化借助于相位優(yōu)化來進(jìn)行。
4.如權(quán)利要求3所述的方法,其特征在于,所述相位優(yōu)化根據(jù)Schroeder相位公式φη = πη(η-1)/Ν來進(jìn)行，其中φη是η階諧波的相位并且N是諧波的數(shù)量。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述相位優(yōu)化借助于計(jì)算具有諧波的遞增的相位變化的測量信號(hào)形狀來進(jìn)行。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述諧波的振幅隨著所述頻率單調(diào)地增加。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述諧波的振幅隨著所述頻率線性地增加。
8.如權(quán)利要求1-7中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，為了最大化所選擇的諧波的功率，進(jìn)行所述測量信號(hào)的受控的過調(diào)制，因?yàn)槟軌蛟O(shè)置限制和/或放大因數(shù)和/或DC偏移。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，通過將受控的過調(diào)制轉(zhuǎn)換到極限的過調(diào)制，方波脈沖序列能夠以所選擇的諧波的功率變?yōu)樵陬A(yù)先確定的動(dòng)態(tài)范圍中的最大值的方式產(chǎn)生。
10.一種用于監(jiān)視和測量未接地和接地電源系統(tǒng)中的絕緣電阻(3)的方法，所述方法包括以下方法步驟: 生成周期性的測量信號(hào)， 將所述測量信號(hào)耦合在要被測量的電源系統(tǒng)的有效導(dǎo)體(1)和地(2)之間， 檢測和評估所述測量信號(hào)的測量值， 其特征在于， 所生成的測量信號(hào)借助于方波脈沖序列構(gòu)建為多頻信號(hào)，形成所述序列的方波脈沖被分成相等長度的m部分，以有序方式、以0/1的單極方式或者以-1/+1的雙極方式二元地設(shè)置所述m部分中的每一個(gè)，對于2m種可能的方波脈沖序列中的每一個(gè)計(jì)算所選擇的諧波的傅里葉系數(shù)，選擇滿足關(guān)于它的頻譜構(gòu)成的預(yù)先確定的要求的方波脈沖序列。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所選擇的諧波的功率變?yōu)樵陬A(yù)先確定的動(dòng)態(tài)范圍中的最大值。
12.如權(quán)利要求10或者11所述的方法，其特征在于，基頻的低諧波被抑制。
13.如權(quán)利要求10-12中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述諧波的振幅隨著所述頻率單調(diào)地增加。
14.如權(quán)利要求10-13中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述諧波的振幅隨著所述頻率線性地增加。
15.如權(quán)利要求10-14中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方波脈沖序列的邊緣通過插入內(nèi)插節(jié)點(diǎn)來被后處理，導(dǎo)致偏離所述方波脈沖的信號(hào)形狀。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，借助于線性內(nèi)插節(jié)點(diǎn)來生成梯形脈沖序列。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，借助于所述內(nèi)插節(jié)點(diǎn)，生成具有余弦邊緣或者具有大部分線性連續(xù)邊緣和到恒定部分的圓潤轉(zhuǎn)換的脈沖。
18.一種用于監(jiān)視和測量未接地和接地的電源系統(tǒng)中的絕緣電阻(3)的方法，所述方法包括以下方法步驟: 生成周期性的測量信號(hào)， 將所述測量信號(hào)耦合在要被監(jiān)視的電源系統(tǒng)的有效導(dǎo)體(1)和地(2)之間， 檢測和評估所述測量信號(hào)的測量值， 其特征在于， 所生成的測量信號(hào)通過分配了正交函數(shù)系的不同的所選擇的階的函數(shù)的、時(shí)間上后來的并且不斷地合并的信號(hào)部分形成為在測量信號(hào)周期內(nèi)的多頻信號(hào)。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述函數(shù)是正弦函數(shù)和正弦函數(shù)的諧波。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，為了增大更高階諧波的均方根，進(jìn)行所述信號(hào)部分的過調(diào)制和/或限制。
21.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述函數(shù)是方波函數(shù)、沃爾什函數(shù)、梯形函數(shù)或者具有余弦邊緣的函數(shù)。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述梯形函數(shù)具有大部分線性連續(xù)邊緣和到恒定部分的圓潤轉(zhuǎn)換。
23.如權(quán)利要求18-22中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述信號(hào)部分具有相同長度。
24.如權(quán)利要求18-22中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，借助于不同長的信號(hào)部分進(jìn)行所述函數(shù)的加權(quán)。
25.一種用于監(jiān)視未接地和接地電源系統(tǒng)中的絕緣電阻(3)的信號(hào)發(fā)生器，該信號(hào)發(fā)生器包括用于生成周期性的測量信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器電路(5)，并且該信號(hào)發(fā)生器包括將所述測量信號(hào)耦合在要被監(jiān)視的電源系統(tǒng)的有效導(dǎo)體(1)和地(2)之間的耦合電路(6)， 其特征在于， 所述信號(hào)發(fā)生器電路(5)包括用于生成和存儲(chǔ)根據(jù)權(quán)利要求1-9、10-17或者18-24的本發(fā)明的方法中的至少一個(gè)所生成的多頻測量信號(hào)的裝置。
【文檔編號(hào)】G01R27/18GK103713199SQ201310456410
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月4日
【發(fā)明者】?？斯隆げ祭湛寺? 布克哈德·毛赫特, 迪特爾·黑克爾 申請人:本德爾有限兩合公司