[發明專利]電氣設備中的串聯電弧的探測

在審

• 申請號: 201510099334.3
• 申請日: 2015-03-06
• 公開（公告）號: CN104898008A
• 公開（公告）日: 2015-09-09
• 發明（設計）人: F.埃哈德;F.費斯特爾;J-M.馬特爾
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: G01R31/02
• 分類號: G01R31/02;H02S50/10
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 盧江;劉春元

本發明涉及用于探測電氣設備中的串聯電弧的裝置，其中該裝置具有監控單元以及分析單元，該監控單元用于監控電壓變化和/或電流變化，該分析單元用于分析所確定的電壓變化和電流變化以探測串聯電弧，并根據分析結果來產生信號。根據本發明，該裝置包括：確定單元，其用于確定是否存在當前的常規運行狀態的自發變化，在所述自發變化中不僅電壓、而且電流都下降；比較單元，其用于將電壓變化的數值和與電壓變化在時間上相對應的電流變化的數值與相應的比較值相比較，以及基于電壓變化和電流變化在相應的數值超過比較值的至少一個時來確定電弧指示值；檢查單元，其用于檢查電弧指示值的周期性；和輸出單元，其用于在檢查結果為否定時輸出該信號。

技術領域

本發明涉及一種用于探測電氣設備中的串聯電弧的裝置，該電氣設備包括直流電壓源以及連接到該直流電壓源上的逆變器，其中該裝置具有監控單元以及分析單元，該監控單元被設置用于在電氣設備中關于電壓變化監控電壓以及關于電流變化監控電流，該分析單元被設置用于分析所確定的電壓變化和電流變化以探測串聯的電弧，并根據分析結果產生信號。此外本發明涉及一種用于探測包括直流電壓源以及連接到該直流電壓源上的逆變器的電氣設備中的串聯電弧的方法，為此在該電氣設備中關于電壓變化監控電壓，并關于電流變化監控電流，分析所探測的電壓變化和電流變化以探測串聯的電弧，并根據分析結果產生信號。

背景技術

電弧在電氣設備中是以下事件，該事件通常應被視為電氣設備的干擾運行狀態。電弧可以導致危險的狀態，因此通常普遍在電氣設備中設置相應的裝置來探測這樣的電弧。尤其是在直流電加載的電氣設備中，電弧證實是危險的，因為電弧由于占優勢的直流電壓而通常不自己消失。如果電弧本身還沒有造成電氣設備的失效，那么電弧可能至少導致危險的后果、如引起火災、特別是電氣設備的部分的火災或諸如此類的。不同于在交流電加載的電氣設備中，在直流電加載的電氣設備中通常不能識別到電弧的自消失。電弧的確定因此一直在直流電加載的電氣設備中是尤其有意義的。

可再生能源的尤其是在光伏領域但是也在電能存儲領域中的增加的使用，導致增加地使用直流電加載的電氣設備，尤其是也具有遭受天氣變化的設備部分的電氣設備。所述情況促使電氣設備發生變化，所述變化可能導致電弧。

因此應區分兩種不同類型的電弧，也即一方面是并聯電弧，所述并聯電弧在處于不同電位的兩個電導體之間出現，以及另一方面是串聯電弧，其在關于參考電位進行的電流傳導中出現。并聯電弧通常能夠容易識別，因為并聯電弧對電氣設備的影響通常是大的，使得非常顯然地不能保持當前的運行狀態，或者觸發安全裝置。

但證實有問題的是對串聯電弧的識別，利用并聯電弧的探測工具通常不能可靠地識別所述串聯電弧。這由以下得出，即串聯電弧可能繼續允許常規的運行，但同時其損害效應在時間進程中才蔓延。比如串聯電弧可以在兩個相互連接的電導體的接觸位置上出現，其中該連接的接觸受到損壞，并且經過電弧的通過電流被提供。

比如WO 2013/004 295 A1公開了一種用于在光伏設備中探測電弧的方法。在此為了識別串聯電弧而規定，在固定的預先給定的電壓的情況下改變工作點的功率。雖然WO2013/004 295 A1的方法在實際運行中經受了考驗，盡管如此仍出現問題。

如果出現非期望的變化，并且該變化不能可靠地與所連接的逆變器的變化相關聯，那么就探測到電弧。所述技術需要在逆變器與電弧探測單元之間進行通信。出于該原因必須把電弧探測器集成到逆變器中。但在實現尤其是應該識別串聯電弧的電弧探測器時，這是一個重大的缺點。此外，這還不利于電氣設備的盡可能靈活的建造和構型。

串聯電弧在連接故障或連接中斷的情況下以高的概率出現。如果這樣的串聯電弧開始了，那么所述串聯電弧可以持續非常長的時間，因為電的能量源的電壓/電流特性提高電弧的穩定性。隨串聯電弧而產生的能量在出現串聯電弧的損壞位置上可以導致可燃材料的點火并引發火災。