CN109581035B - 用于指示高压网络中存在电压的*** - Google Patents

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Abstract

电压存在指示***(3)，旨在连接到用于高压电网的每一个相位(1)的电压测量传感器，包括：表示测量电压存在的视觉指示器(8)；第一峰值限制器(12)，具有第一调节电压以传送表示所述测量电压的第一正弦输出信号(15)；第二峰值限制器(22)，具有第二调节电压以传送表示所述测量电压的相位角的第二正弦输出信号(25)，所述第二调节电压大于所述第一调节电压。

Description

用于指示高压网络中存在电压的***
技术领域
本发明涉及一种电压存在指示***，用于验证开关设备单元的电网的各个相位中电压的存在或不存在，并且还用于借助于相位比较器验证两个开关设备单元之间的相位的一致性。这种***用于高压电网(即，具有大于1000V的电压)的控制和监视。
背景技术
在高压电网中，为了确保开关设备单元带电(live)或者不带电，安装符合IEC标准61243的电压传感器。这些传感器与通常称为电压存在指示***(VPIS)的电子***相关联，其操作具体在IEC标准61958和62271中定义。术语“VPIS***”用于本文件的其余部分。
已经存在电压存在指示***，其旨在连接到电网的每一个相位的电压测量传感器，如文献DE10162822A1中所述。
VPIS***直接连接到连接到多相电网的每个相位的电压传感器。电压传感器优选地为套管(bushing)电容器类型，这也使得能够为VPIS***自供电。因此，安装在开关设备单元中的VPIS***通常能够通过视觉手段指示开关设备单元的电网的各个相位中电压的存在或不存在。
此外，对于每一个相位，VPIS***提供输出信号，该输出信号具体可用于验证网络电压的相位角。因此，可以将该输出信号连接到外部监视设备，诸如IEC标准62271也适用的相位比较器。因此，为了验证同一电路板的两个开关设备单元的相位之间的直接对应关系，两个单元的两个VPIS***连接到相位比较器。这使得可以验证两个单元之间的相位的一致性，以便例如在网络的重新配置期间连接这些单元之后或者在事件之后的任何干预之后验证相位的非交叉。这种相位比较器能够单独或者与频率误差一起检测相位差异。
然而，如文献EP3001206中所示，在现代的VPIS***中，旨在用于相位比较器的输出信号仅提供电网的一个相位上的测量电压的负半周。与此同时，现代的VPIS***还提供另一个输出信号，使得可以估计测量的相位电压的值，但是仅提供电网的一个相位上的测量电压的正半周。因此，有时需要复杂的数字处理通过使用外推法和信号处理技术来重建丢失的半周并形成表示测量电压的完整正弦信号。现在，这种处理的结果并不总是令人满意的，并且仍然有些不准确。此外，VPIS***必须保持简单并且不会消耗太多能量。
因此，期望VPIS***在保持简单和经济的同时能够使用电网相位电压测量传感器来执行以下所有四个功能，即：防止电压浪涌、视觉指示电压的存在或者不存在、传送表示测量电压的正弦输出信号、以及传送表示测量电压的相位角的另一个正弦输出信号。
此外，在IEC标准61958的应用中并且出于安全原因，如果上述最后两个功能中的一个有缺陷，例如因为它被短路，则必须不影响VPIS***的其他功能的操作。因此，如果例如传送表示测量电压的相位角的信号的输出被短路，则传送表示测量电压的信号的另一输出仍然需要保持功能，反之亦然。
发明内容
上述目的通过电压存在指示***来实现，该电压存在指示***旨在连接到用于高压电网的每一个相位的电压测量传感器，对于每一个相位，包括：由所述传感器测量的电压存在的视觉指示器；第一峰值限制器，具有第一调节电压以在第一输出端子处传送表示所述测量电压的第一正弦输出信号；第二峰值限制器，具有第二调节电压以在第二输出端子处传送表示所述测量电压的相位角的第二正弦输出信号，所述第二调节电压大于所述第一调节电压。
根据一个特征，对于每一个相位，所述指示***包括连接到所述第一输出端子的第一限制器电阻器以及连接到所述第二输出端子的第二限制器电阻器，所述第二限制器电阻器具有比所述第一限制器电阻器更高的值。
根据另一特征，对于每一个相位，所述指示***包括由第一电容器与第二电容器串联形成的电容桥、第二峰值限制器与所述电容桥并联连接，并且第一峰值限制器与所述第一电容器并联连接。
根据另一个特征，对于每一个相位，所述指示***包括与所述视觉指示器并联连接、用于调节用于测量电压的存在阈值的设备。所述存在阈值调节器设备包括一组彼此并联连接的可切换电阻器。
根据另一个特征，所述第一峰值限制器和所述第二峰值限制器由两个在相反方向上串联连接的齐纳二极管组成。
根据另一个特征，对于每一个相位，所述指示***还包括用于防止瞬态电压浪涌的设备。
根据另一个特征，所述可视指示器包括LED，其当所述测量电压大于所述调节器设备)的存在阈值时被间歇地供电。
本发明还涉及一种相位比较***，包括根据本发明的第一和第二电压存在指示***以及相位比较器，其中，所述相位比较器连接到电网的相同相位的所述第一和第二电压存在指示***的第二输出端子，以检测所述第一和第二电压存在指示***的第二输出信号之间的相位角差。
附图说明
在参考附图1给出的以下详细描述中，其他特征将变得明显。
附图1示出了根据本发明的电压指示***的一个实施例的一个相位的理论电路图。
具体实施方式
参考图1，电压存在指示***，也称为VPIS***，包括用于高压电网的每一个相位的电子电路3，每一个电子电路3能够包括一个或多个印刷电路。电子电路3在输入点A处接收来自电压测量传感器2的正弦信号5，该电压测量传感器2可以是套管电容器。电压传感器2连接到电网的一个相位1，以在入口点A的电平处提供表示相位1相对于地的测量电压V的信号5。VPIS***通常旨在安装在高压开关设备单元的前面板上。
VPIS***首先实现针对瞬态电压浪涌的电气保护功能。对此，电子电路3包括电气保护模块4，其连接在入口点A和地之间。模块4优选地包括充气的火花隙。相位火花隙用于在套管电容器2发生故障时保护货物和人员。
然后，VPIS***实现视觉地指示由传感器2测量的电压V的存在的功能，这使得可以容易地向位于开关设备单元前面的操作员指示相位1上的电压的存在。为此，电子电路3包括视觉指示器8，其通常由LED组成，并且通过用于限制输入电流的电阻器6在一侧连接到入口点A而在另一侧连接到电子电路3的中点B。
如果测量电压V超过某个预先配置的发光(firing)阈值，则该可视指示器8被点亮。因为VPIS***旨在安装在易于用于不同国家的高压电网的开关设备单元中，所以该发光阈值优选地是可调节的。现在电压电平在不同国家之间变化(例如20kV或15kV)，一些国家甚至具有多个不同的电压电平。因此，提供视觉电压存在指示器的可调节发光阈值是重要的。
这就是为什么VPIS***包括与视觉指示器8并联连接的阈值调节器设备7。根据优选的实施例，该调节器设备7实际上包括单个电阻器，其值作为所需的发光阈值的函数被选择。或者，调节器设备7可以包括一组并联连接的可切换电阻器，例如对应于九个阈值的九个电阻器，这使得可以更容易地修改发光阈值。
另一个变型实施例将包括使用一组电容器，但是电阻器的选择由避免谐波的期望所引导。另一种变型将包括使用电容器/电阻器组合。
因此，当测量电压低于发光阈值时，视觉指示器8的LED关闭，或者当测量电压大于或等于发光阈值时，视觉指示器8的LED的点亮。尽管如此，为了优化VPIS***中的电流消耗并因此以最小的电源电流操作，LED不是被连续地供电，而是通过使用视网膜持续现象以给出连续发光的错觉而仅间歇地被供电。
当两个不同单元的两个VPIS***与相位比较器结合使用时，视觉指示器8也可以组合使用以帮助验证两个单元之间的相位的一致性。
如图1所示，信号5经由输入电流限制器电阻器6在VPIS***的各个功能块中循环。除了电流限制之外，该电阻器6还涉及关于规范测试的EMC(电磁兼容性)。其值也作为火花隙4的函数被选择：火花隙4的电压上升越高，需要越多地增加电阻器6的值。在1/8瓦特的功率时值为2.7kOhms 5％适合于以令人满意的方式限制输入电流。
VPIS***为每一个相位提供表示测量电压V的第一正弦输出信号15，这意味着输出信号15使得可以根据比例因子确定所测量的相位电压的各种参数，诸如具体地是均方根(rms)值、最大值或峰值、波形、基频和谐波分量。目的是将VPIS***连接到外部设备，该外部设备可以容易地并且直接地使用该信号15进行各种质量测定(qualimetry)功能，还可以计算电网的功率和能量。第一输出信号15在VPIS***的电子电路3的第一输出端10处可用。
对此，VPIS***的电子电路3包括具有第一调节电压的第一峰值限制器12。其还包括第一限制电阻器11和电容桥，其由与第二电容器14串联的第一电容器13形成。电容器13和14之间的电容桥的中心点被称为点C。第一限制器电阻器连接在第一输出端子10和电容桥的中心点C之间。第一峰值限制器12连接在电子电路3的中点B和中心点C之间。电容桥13、14连接在中点B和地之间。
最后，VPIS***为每一个相位提供表示测量电压V的相位角的第二正弦输出信号25。该第二输出信号在电子电路3的第二输出端20处可用，使得其可以由外部设备(诸如连接到输出端子20的相位比较器)使用。事实上，通过将相位比较器连接到两个VPIS***，操作员可以容易地监控两个相位和两个不同开关设备单元之间的相位角的一致性，甚至在第一输出信号15不可用的情况下。
对此，VPIS***的电子电路3包括连接在中点B和地之间并且具有第二调节电压的第二峰值限制器22。电子电路3还包括连接在第二输出端子20和中点B之间的第二限制器电阻器21。第二调节电压用于保证中点B的电位。
第二输出信号25是全波正弦信号，并且对于测量电压V的角度相位是精确的，这使得其非常容易地与相位比较器一起使用。另一方面，其不需要与关于测量电压V的其他参数的第一输出信号15一样精确。
因此，在监视三相网络的情况下，VPIS***因此包括连接到三个电压测量传感器2的三个电子电路3，并且包括三个第一输出端子10和三个第二输出端子20。
当使用正弦输出信号15时，也就是说当存在连接到第一输出端子10的电荷时，第一限制器电阻器11的值优选地被选择为可能的最低以确保正弦输出信号15的最大电流。实际上，到达输入限制器电阻器6的最大电流必须到达第一输出信号15以具有可能的最佳信号15。
第二限制器电阻器21的值高于第一限制器电阻器11的值。实际上，与第一限制器电阻器11不同，第二限制器电阻器21的值必须足够高以仅将最小电流转移到相位比较器中。实际上，第二输出信号25必须仅表示测量电压V的相位角。因此，虽然必须优先考虑第一输出信号15的电流通过，但是必须确保第二输出信号25的电流足以为连接到第二输出端子20的相位比较器供电。
第一峰值限制器12和第二峰值限制器22优选地每一个都是由在相反方向上串联连接的两个齐纳二极管组成，这使得可以为第一和第二输出信号15、25提供全波信号。可替代地，也可以使用双向Transil二极管(瞬态电压抑制二极管(TVS))。
根据本发明，第二峰值限制器22的调节电压大于第一峰值限制器12的调节电压。这使得可以保证如果第一输出信号15用于测量，则几乎所有流入输入限制器电阻器6的电流确实在第一输出信号15侧离开。在所选择的实施例中，第二峰值限制器22的调节电压等于47V，而第一限制器12的调节电压等于39V。
实际上，当使用第一输出信号15时，第一峰值限制器12然后在点B和C之间施加其压降，也就是说第一峰值限制器12的齐纳二极管的调节在所选择的实施例中将低至39V。然后，电容电桥的中心点C的电平处的电压将小于或等于峰值限制器12、13的各自调节电压之间的差。点C处的电压通过电容桥的第二电容器14并且同时通过第一限制电阻器11和将连接到第一输出端子10以利用第一输出信号15的外部装置的阻抗保持。
由于第一峰值限制器12的限制电压小于第二峰值限制器22的限制电压，所以，这保证了如果使用第一输出信号15，则大部分电流在测量侧转向(divert)，包括如果第二输出信号25也被使用(在这种情况下，第二峰值限制器25将在该示例中将中点B处的电压调节到47V。因此，与输出信号15侧的偏离电流相比较，第二输出信号25侧的偏离电流非常弱)。
通过将第一峰值限制器12的调节电压选择为39V，将第二峰值限制器22的调节电压选择47V，将第二限制器电阻器21的值选择为10MOhms±1％1/8瓦特以及将第一限制器电阻器11的值选择为在1.1KOhms 1％1/8瓦特，因此，确定大部分电流确实将朝向第一输出端子10流动，同时保证将被转向到第二输出端子20的电流将是最大4.7μA，这是一个足以为相位比较器供电的数量级。

Claims (9)

1.电压存在指示***，旨在连接到用于高压电网的每一个相位(1)的电压测量传感器(2)，其特征在于，对于每一个相位，所述指示***包括：
-表示由所述传感器(2)测量的电压存在的视觉指示器(8)，其中所述视觉指示器(8)与所述传感器(2)相连接；
-第一峰值限制器(12)，具有第一调节电压以在第一输出端子(10)处传送表示所述测量的电压的第一正弦输出信号(15)，其中第一峰值限制器(12)与所述视觉指示器(8)相连接；
-第二峰值限制器(22)，具有第二调节电压以在第二输出端子(20)处传送表示所述测量的电压的相位角的第二正弦输出信号(25)，所述第二调节电压大于所述第一调节电压，其中第二峰值限制器(22)与所述视觉指示器(8)和第一峰值限制器(12)相连接。
2.根据权利要求1所述的指示***，其特征在于，对于每一个相位，其包括连接到所述第一输出端子(10)的第一限制器电阻器(11)以及连接到所述第二输出端子(20)的第二限制器电阻器(21)，所述第二限制器电阻器具有比所述第一限制器电阻器更高的值。
3.根据权利要求1所述的指示***，其特征在于，对于每一个相位，其包括由第一电容器(13)与第二电容器(14)串联形成的电容桥，所述第二峰值限制器(22)与所述电容桥并联连接，并且所述第一峰值限制器与所述第一电容器(13)并联连接。
4.根据权利要求1所述的指示***，其特征在于，对于每一个相位，其包括与所述视觉指示器(8)并联连接、调节用于测量电压的存在阈值的设备(7)。
5.根据权利要求4所述的指示***，其特征在于，所述设备(7)包括一组彼此并联连接的可切换电阻器。
6.根据权利要求1所述的指示***，其特征在于，所述第一峰值限制器(12)和所述第二峰值限制器(22)由两个在相反方向上串联连接的齐纳二极管组成。
7.根据权利要求1所述的指示***，其特征在于，对于每一个相位，其还包括用于防止瞬态电压浪涌的设备(4)，其中所述用于防止瞬态电压浪涌的设备(4)与所述传感器(2)相连接。
8.根据权利要求4所述的指示***，其特征在于，所述视觉指示器(8)包括仅当所述测量的电压大于所述调节用于测量电压的存在阈值的设备(7)的存在阈值时被间歇地供电的LED。
9.相位比较***，包括两个根据前述权利要求中任一项所述的电压存在指示***、以及相位比较器，其中，所述相位比较器连接到电网的相同相位(1)的所述两个电压存在指示***的第二输出端子(20)，以检测所述两个电压存在指示***的第二输出信号(25)之间的相位角差。
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