用于电设施的安全设备和方法
【专利摘要】本发明涉及一种能够连接在断路器设备(14)与电设施之间的安全设备(16)，由提供具有相关的第一频率的三相电流的电网使用传送电流的电线为该电设施供电，该电线包括三条相导线(PH1,PH2,PH3)、中性导线(N)和保护导线(PE)。该设备使得能够在该断路器设备(14)切断该电设施的电源之后检验至少一种电安全条件。该设备包括：用于检验至少一条导线上高于预定安全阈值的剩余电压的存在的装置(32)；以及用于检验隔离的装置(34,36)，其能够检验所述相导线当中被称为测试导线对的至少一对导线的两条导线之间的隔离。本发明还涉及由相关的安全设备执行的相关的安全检验方法。
【专利说明】用于电设施的安全设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及能够连接在断路器设备与电设施之间的用于电设施的安全设备，由提供具有相关的第一频率的三相电流的电网使用传送电流的电线为该电设施供电，该电线包括三条相导线、中性导线和保护导线，该设备使得能够在该断路器设备切断该电设施的电源之后检验至少一种电安全条件。本发明还涉及相关的安全检验方法。
[0002]本发明属于向消耗高功率的工业电设施配电的领域。
【背景技术】
[0003]已知，电力提供商经由配电网为高功率工业电设施供电。
[0004]为了保护电力系统的各种电设施，已知在各种电设施的供电线上布置安全设备，诸如断路器，使得能够在过电压或事故的情况下切断供电，以便避免损坏这样的系统的电设施。
[0005]如果发生事故，例如过电压，则维护操作员干预以维修或更换作为事故源头的故障设备，从而恢复电力系统的运作。运作的恢复伴随着“闭合”断路器，其使得能够恢复到设施的电力。执行该服务恢复操作的维护操作员有安全风险，特别是在功率设施的情况下，因为有断路器下游存在短路的风险，这可能导致操作员受伤风险的后果。
[0006]已经提出多种系统用于检测短路的潜在存在以便增强维护操作员的安全。
[0007]除了存在短路之外，还有这样的可能，要恢复服务的电力系统可能具有来自位于断路器下游的源头的剩余电压，这也将维护操作员置于危险，而且有损坏设施的各种组件的风险。
[0008]例如，当包括几个电设施的配电系统由690V且具有50Hz的频率的三相电流供电时，可能存在大于50V且小于或等于690V的剩余电压。
[0009]文献US6034447描述一种使得能够测试短路的存在的电路，但是不适用于通过包括三条相导线、中性导线和保护导线的三相配电网提供电流的情况，而是仅适用于单相配电网的情况。另外，该文献中提出的电路需要昂贵的开关，因为它必须能够支持全部可能的过电压。
[0010]需要在成本、效率和安全方面改进对断路器之后的配电系统的服务进行恢复前的安全系统。
【发明内容】
[0011]为此，根据第一方面，本发明提出一种前述类型的安全设备，包括:用于检验至少一条导线上高于预定安全阈值的剩余电压的存在的装置；以及用于检验隔离的装置，其能够检验所述相导线当中被称为测试导线对的至少一对导线的两条导线之间的隔离。
[0012]有利地，根据本发明的设备包括用于检验剩余电压的存在的装置和用于检验相导线之间的隔离的装置，因而有几种累积的安全条件。
[0013]根据一个特别特征，根据本发明的设备的隔离检验装置能够检验每对相导线、以及中性导线或保护导线中的每条导线。
[0014]于是，有利地，穷尽地测试该组三相电流导线当中的全部导线对，使得能够增强安全。
[0015]根据本发明的安全设备还可以具有一个或多个以下特征:
[0016]-该隔离检验装置包括:用于注入具有低于一电压阈值的电压和高于所述第一频率的第二频率的高频电信号的模块；以及复用电路，使得能够向将要测试的每对导线注入所述高频电信号；
[0017]-该隔离检验装置进一步包括:连接在该复用电路的输出端且连接到所述相导线的高通类型的注入滤波器，其具有高于三相电流的所述第一频率且低于该高频电信号的所述第二频率的截止频率；
[0018]-注入的高频电信号的复用电路包括一组开关部件，其被配置为在三相电网的电流传送线的所述导线与注入的高频电信号之间产生耦合；
[0019]-该复用电路包括五个开关部件，各自的输入端能够切换到两个输出端当中的一个输出端，被连接为使得电网的电流传送线的每条电导线连接到开关部件的至少一个输出端;
[0020]-每条相导线在其输出端连接到两个分开的开关部件；
[0021]-该安全设备包括:测量适配模块；以及电压测量电路，其连接到该测量适配模块的输出端，且能够执行指示剩余电压的存在的电压测量、和指示测试的每对导线的电隔离的缺失故障的阻抗测量；
[0022]-该安全设备包括命令控制部件，其能够检查所述用于检验剩余电压的存在的装置和所述隔离检验装置；
[0023]-该安全设备包括人机接口，其能够接收来自操作员的命令，并提供相对于所检验的安全条件的指示；
[0024]-该人机接口包括发光指示器，其能够提供相对于所检验的安全条件的指示。
[0025]根据第二方面，本发明涉及一种用于检验由连接在断路器设备与电设施之间的安全设备实现的安全的方法，由提供具有相关的第一频率的三相电流的电网使用传送电流的电线为该电设施供电，该电线包括三条相导线、中性导线和保护导线，该方法使得能够在该断路器设备切断该电设施的电源之后检验至少一种电安全条件。根据本发明的检验方法包括:
[0026]-检验相导线之一上存在高于预定安全阈值的电压的第一安全条件；
[0027]-而且，如果没有高于该安全阈值的电压，则进行隔离检验，其能够检验所述相导线当中被称为测试导线对的至少一对导线的两条导线之间的隔离；
[0028]-使用该安全设备的至少一个人机接口显示每个检验步骤的结果。
[0029]根据本发明的检验方法的优点类似于上面简要描述的安全设备的优点。
[0030]根据一个实施例，在检验第一安全条件之后，该安全检验方法进一步包括检验相对于与相导线之一的连接丢失的第二安全条件。
[0031]根据一个实施例，在隔离检验步骤中，检验全部相导线对、分别由相导线之一和中性导线形成的全部对、以及分别由相导线之一和保护导线形成的全部对。
[0032]优选地，一旦隔离检验步骤指示缺少一导线对的隔离，就在安全设备的人机接口上实现风险指示器。
[0033]优选地，在完成隔离检验步骤之前和之后检验所述第一和第二安全条件。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]通过阅读下面参照附图作为信息非限制地提供的本发明的描述，本发明的这些特征和优点将显现，其中:
[0035]图1概要地示出使用根据本发明的安全设备的配电系统；
[0036]图2概要地示出根据本发明的安全设备的一组功能块；
[0037]图3概要地示出根据本发明的安全设备的一个实施例；
[0038]图4概要地示出复用电路的一个实施例；
[0039]图5示出注入电信号组合；以及
[0040]图6概要地示出测量电路的一个实施例。
【具体实施方式】
[0041]图1概要地示出适用本发明的配电系统2的示例。于是，下面将具体参照该图描述本发明的一般原理。
[0042]配电系统2包括两个配电板，图中分别记作4和6，它们可以在物理上位于例如工业场所的不同的建筑物中。系统2允许为该示例中连接到配电板6的被称为负载的各种电功率设施15供电。
[0043]利用由例如EDF( “法国电力”)的电力供应商提供的三相电流经由电流输送线8直接为被称为主配电板的配电板4供电。电流输送线8包括图2中可见的被记作PH1、PH2、PH3的三条相导线，可选地，中性导线N以及连接到地的保护导线PE。
[0044]每个配电板4、6包括主开关(分别地，对配电板4记作10，对配电板6记作12)，使得能够切断电流输送线8上到来的电流。另外，将断路器设备14a、14b、14c、14d和14e置于配电系统2的各种供电线上，以便在事故的情况下，特别是在由于连接到配电系统的故障负载造成的过电压的情况下，保护配电系统的各种组件。
[0045]于是，当发生事故时，断路器设备切断电流供应，从而将自己置于断开位置。维护操作员可以接着干预以清除事故的源头，从而通过闭合受影响的断路器设备来恢复配电系统2服务。
[0046]为了更好地保障维护操作员的安全，在能量分配系统中添加安全设备16a、16b、16c、16d和16e,每个安全设备16a至16e连接在相关的断路器设备14a至14e的下游。
[0047]根据本发明的每个安全设备能够检验几种安全条件，S卩，相关的断路器设备下游存在电压的第一安全条件，可选地，包括检验安全设备到相导线的任何连接丢失的第二安全条件，以及最后，相对于在相导线之间和/或在每条相导线与中性和保护导线之间的短路的潜在存在的第三安全条件。
[0048]图2概要地示出根据本发明的安全设备16的一组功能块。
[0049]借助保险丝类型的保护部件20a、20b、20c将安全设备16连接到相关的断路器设备14下游的供电线的每条相导线PH1、PH2、PH3。这些保护部件20a、20b、20c使得能够对于对安全设备上的任何干扰将安全设备16从相导线隔离，并且还避免在安全设备16故障的情况下导致相导线PHl、PH2、PH3之间的短路。
[0050]例如经由电源块22通过24V电压的外部直流源为安全设备16供电。
[0051]安全设备16包括命令控制功能块24，其连接到人机接口块26，使得能够例如经由命令按钮28获得用户命令，并且例如使用发光指示器30a、30b、30c显示安全设备执行的安全测试的结果。
[0052]命令控制功能块24控制检验电压的存在的块32，其能够检验优选地低于50V(例如，等于30V)、具有给定频率(例如，等于50Hz)的剩余电压的存在。如果电源连接在相关的断路器设备14的下游，则即便断路器设备14自身处于将上游电源断开的位置，将发生以上情况。
[0053]另外，安全设备16包括连接到复用块36的测量块34，其能够根据各种可能的组合在各个相导线PH1、PH2、PH3、中性导线N、保护导线PE之间产生例如低于50V、频率50Hz的高频、低电压注入电信号，并且测量短路阻抗，使得能够检测导线之间短路的潜在存在。
[0054]在如图2所示的一个实施例中，有利地，通过下面将详细描述的同一个检验和测量电路来完成检验32电压的存在、和测量34短路阻抗的功能。
[0055]根据图3所示的一个实施例，安全设备40包括通过未示出的连接块连接的两个电子块42、44，连接到三相电流输送线的块42能够支持具有690V的电压的电源信号，而块44能够在恢复与安全设备相关的断路器设备服务之前，执行设计用于检验安全条件的低电压测量操作。
[0056]通过上述的24V外部直流电源为电子块42供电。
[0057]块44包括诸如微处理器46的计算装置，其能够与允许与操作员交互的人机接口48相关地执行命令和控制功能。
[0058]微处理器46能够命令注入模块50将通过模块52形成而且通过功率放大器54放大后的高频、低电压电信号注入到复用电路56。复用电路56被命令模块58命令，其能够命令开关部件使得能够从全部三相电流导线当中选择将要测试的导线对。下面将参照图4概述复用电路56的一个实施例。
[0059]复用电路56的输出端连接到高通注入滤波器60的输入端，后者还连接到相导线PH1、PH2、PH3、中性导线N和保护导线PE。
[0060]高通注入滤波器60是RC类型的滤波器，具有被选择为允许注入的高频信号通过、并且衰减、或者甚至截断来自相导线的低频、高电压电信号的截止频率。例如，在一个实施例中，高通注入滤波器60包括I千欧的电阻和33nF (纳法)的电容，其使得能够获得4.822kHz的截止频率。
[0061]注入滤波器60的输出端连接到测量适配模块62的输入端，后者的目的在于使得能够一方面适配注入的电信号以便检验导线之间的隔离并检验任何短路的存在，并且适配电网的电信号以便检验剩余电压的存在。
[0062]有利地使得测量适配模块62耐受电网中存在的任何闪电波类型的干扰。
[0063]在一个实施例中，测量适配模块62包括执行能够截断具有低于1kHz的频率的电信号的滤波的电路。该滤波器被设计为允许注入频率通过并衰减电网频率。
[0064]测量适配模块62连接到测量电路64，测量电路64是电子块44的一部分。测量电路64包括保护滤波模块66、测量复用模块68、以及放大和整流模块70。放大和整流模块70具有两个输出端，一个输出端到滤波模块72，滤波模块72是具有平均值50kHz的积分滤波器，另一个输出端到滤波模块74，其包括分压桥和具有平均值50Hz的积分滤波器。
[0065]滤波模块72使得能够提供所测试的相导线对的两条导线之间、或相导线之一与中性导线或保护导线之间的两条导线之间的电压测量值，使得能够获得与预定隔离阈值相比接近的电阻(或阻抗)值，以便确定是否满足导线对之间的隔离条件，或者相反，是否所测试的导线对的两条导线之间存在短路。隔离条件优选地由隔离电阻阈值给出，在几欧到几十欧左右。如果测量获得的值低于隔离电阻阈值，则检测到短路。
[0066]如果隔离条件指示在测试的导线对的两条导线之间存在短路，则通过安全设备40的人机接口 48向操作员信号通知安全故障的风险。
[0067]滤波模块74提供所测试的相导线对的两条导线之间、或相导线PH1、PH2、PH3之一与中性导线或保护导线之间的高于50伏的电压范围的50Hz的电压存在测量。如果检测到电压，则通过安全设备的人机接口 48向操作员发送适当的信号。另外，如果检测到电压则禁止任何隔离检验信号注入。
[0068]图4示出用于注入电信号的复用电路56的实施例。该实施例中，复用电路包括多个开关部件80、82、84、86、88，其优选地为电化学继电器，具有一个输入端和两个输出端，允许从一条输入导线切换到两个可能的输出端之一。所述开关部件被连接为使得允许相导线PH1、PH2、PH3、中性导线N、保护导线PE与在输入端A、B上提供的注入电信号之间的耦合。另外，复用电路56包括连接到测试电阻92的逆变器开关部件90，使得能够将注入模块60从电网断开。
[0069]开关部件80至90的布线使得能够产生全部测量组合，用于检验隔离，并且用于检验导线对之间(即，相导线对之间:(PH1，PH2)、(PH1，PH3)、(PH2, PH3);每条相导线与中性导线之间:(PHl, N)、(PH2, N)、(PH3, N);每条相导线与保护导线之间:(PHI, PE)、(PH2, PE)、(PH3，PE))的潜在短路。
[0070]有利地，选择的布线使得能够使用最小数量的开关部件80至90来产生将要测试的连接的集合，于是使得能够最小化安全设备的总体积和成本。
[0071]复用电路56包括五个开关元件80、82、84、86、88，其一个输入端能够切换到两个输出端当中的一个输出端，被连接为使得电网的输送线的每条电导线PH1、PH2、PH3、N、PE连接到开关部件80、82、84、86、88的至少一个输出端。
[0072]另外，在图4的实施例中，每个相导线PH1、PH2、PH3连接到五个开关部件80、82、84、86、88当中的两个分开的开关部件的输出端。
[0073]优选地，开关部件之间的接触电阻低到可以避免压降。优选地，每个开关部件的接触电阻低于50毫欧，其使得能够在最坏的情形下具有7*50毫欧=350毫欧的总电阻。
[0074]利用图4所示的布线，命令模块58应用以下命令以获得将要测试的每对导线上的注入信号的复用，如图5所示。对于每个开关部件，图5示出相关的命令信号。命令信号Cl与开关部件90相关，命令信号C2与开关部件86相关，命令信号C3与开关部件88相关，命令信号C4与开关部件84相关，命令信号C5与开关部件82相关，而命令信号C6与开关部件80相关。
[0075]-pair(PHl,PH2):命令开关部件:90 ;
[0076]-pair (PH2, PH3):命令开关部件:90、84、88 ;
[0077]-pair (PHI, PH3):命令开关部件:90、84 ；
[0078]-pair (PHI, N):命令开关部件:90、82 ;
[0079]-pair (PH2, N):命令开关部件:90、82、88 ;
[0080]-pair (PH3, N):命令开关部件:90、82、86 ;
[0081]-pair (PHI, PE):命令开关部件:90、80 ;
[0082]-pair (PH2, PE):命令开关部件:90、80、88 ;
[0083]-pair (PH3, PE):命令开关部件:90、80、86。
[0084]因而，有利地，利用最小数量的开关部件测试全部组合。
[0085]图6示出如上所述的安全设备实现的用于检验安全条件的方法的主要步骤。
[0086]优选地，安全设备持续地测量第一安全条件:相导线PH1、PH2、PH3上的电压的存在。仅当保证相导线上不存在高于安全阈值的电压时执行对导线之间的短路的存在的检验，该安全阈值优选地小于50V，例如等于作为非常低的安全电压的30V。
[0087]另外，安全设备检验第二安全条件:因故障保险丝20a、20b、20c或连接问题造成的与相导线的连接丢失。仅在已经检验这两种安全条件之后，执行导线之间的隔离的检验以便验证没有短路，作为第三安全条件。
[0088]优选地，在已经验证第三安全条件之后再次验证第一和第二安全条件。
[0089]图6示出根据本发明的方法的主要步骤。实现第一个步骤100，用于向安全设备提供电力(24V)。在安全设备的一面上可见的指示该设备加电的发光指示器接着被点亮。
[0090]随后是第二安全条件的检验110，即，与相导线之一的潜在的连接丢失。
[0091]在例如因报废保险丝造成连接丢失的情况下，在步骤120点亮一发光指示器以向维护操作员指示异常。例如，闪烁的黄色指示器30c指示异常。
[0092]在连接丢失检验否定的情况下，步骤110之后进行步骤130，在步骤130中一发光指示器(例如，同一个指示器30c)被熄灭。
[0093]无论何时，操作员可以操作按钮(例如，按钮28)以请求安全测试。在步骤140检验来自操作员的这样的请求的到达。只要操作员没有提出安全检验请求，方法就返回前述的步骤110。
[0094]因而，有利地，持续地监视与相导线的连接的状态。
[0095]如果在步骤140有安全检验请求，则触发安全检验步骤150，包括对高于给定安全阈值的电压的存在的第一检验。如果检测到这样的存在，则发光指示器30c在步骤160期间点亮以指示无法继续导线隔离检验。于是，不注入高频电信号用于成对导线的隔离测试。
[0096]如果没有对任何相导线检测到高于安全阈值的电压，则在安全检验步骤150期间如上所述通过注入高频电信号来测试导线对的集合。
[0097]如果在所测试的导线对之一上检测到短路的存在，则在步骤170点亮发光指示器30b，其指示存在短路。于是，操作员被警告有安全风险，因而不通过闭合安全设备上游的断路器设备来使配电系统恢复服务。例如，发光指示器30b点亮为红色。可以使用任何其他利用安全设备的人机接口指示安全风险的手段作为替换选择。
[0098]最后，如果没有检测到短路，则在步骤180点亮发光指示器30a，其指示安全条件的检验已经取得肯定结果。例如，发光指示器30b点亮为绿色。
[0099]应当注意，可以考虑例如利用几个分开的发光指示器的安全条件测试的全部信令选项作为替换选择。
[0100]有利地，测试几种安全条件，并且在安全设备的人机接口上向操作员指示结果，使得能够赢得可靠性和维护时间。另外，累积测试几种安全条件使得能够增强操作员的安全，以及降低损坏组件的风险。
【权利要求】
1.一种被适配为连接在断路器设备(14，14a, 14b, 14c, 14d, 14e)与电设施之间的安全设备(16，16a, 16b, 16c, 16d, 16e，40)，由提供具有相关的第一频率的三相电流的电网使用传送电流的电线(8)为该电设施供电，该电线包括三条相导线(PH1，PH2，PH3)、中性导线(N)和保护导线(PE)，该设备使得能够在该断路器设备(14，14a, 14b, 14c, 14d, 14e)切断该电设施的电源之后检验至少一种电安全条件，其特征在于，该设备包括:用于检验至少一条导线上高于预定安全阈值的剩余电压的存在的装置(32);以及隔离检验装置(34，36)，其能够检验所述相导线当中被称为测试导线对的至少一对导线的两条导线之间的隔离。
2.根据权利要求1所述的安全设备，其特征在于，该隔离检验装置(34，36)被适配为检验每对相导线。
3.根据权利要求1或2之一所述的安全设备，其特征在于，该隔离检验装置(34，36)进一步被适配为检验由每条所述相导线和中性导线形成的每对导线的隔离、以及检验由每条所述相导线和保护导线形成的每对导线的隔离。
4.根据权利要求1至3任意之一所述的安全设备，其特征在于，该隔离检验装置包括:用于注入具有低于一电压阈值的电压和高于所述第一频率的第二频率的高频电信号的模块(50);以及复用电路(56)，其被适配为向将要测试的每对导线注入所述高频电信号。
5.根据权利要求4所述的安全设备，其特征在于，该隔离检验装置(34，36)进一步包括:连接在该复用电路(56)的输出端且连接到所述相导线的高通类型的注入滤波器(60)，其具有高于三相电流的所述第一频率且低于该高频电信号的所述第二频率的截止频率。
6.根据权利要求4或5之一所述的安全设备，其特征在于，注入的高频电信号的复用电路(56)包括一组开关部件(80，82，84，86，88)，其被配置为在三相电网的电流传送线(8)的所述导线与注入的高频电信号之间产生耦合。
7.根据权利要求6所述的安全设备，其特征在于，该复用电路(56)包括五个开关部件(80，82，84，86，88)，各自的输入端能够切换到两个输出端当中的一个输出端，被连接为使得电网的电流传送线(8)的每条电导线(PH1，PH2，PH3，N，PE)连接到开关部件(80，82，84，86，88)的至少一个输出端。
8.根据权利要求7所述的安全设备，其特征在于，每条相导线(PH1，PH2，PH3)作为输出端连接到两个分开的开关部件(80，82，84，86，88)。
9.根据权利要求5至8之一所述的安全设备，其特征在于，包括:测量适配模块(62)；以及电压测量电路(64)，其连接到该测量适配模块￠2)的输出端，且能够执行指示剩余电压的存在的电压测量、和指示测试的每对导线的电隔离缺失故障的阻抗测量。
10.根据前述权利要求的任何一个所述的安全设备，其特征在于，包括命令控制部件(24，26)，其能够检查所述用于检验剩余电压的存在的装置(32)和所述隔离检验装置(34，36)。
11.根据权利要求10所述的安全设备，其特征在于，包括人机接口(26，48)，其能够接收来自操作员的命令，并提供相对于所检验的安全条件的指示。
12.根据权利要求11所述的安全设备，其特征在于，该人机接口包括发光指示器(30a, 30b, 30c)，其能够提供相对于所检验的安全条件的指示。
13.一种用于检验由连接在断路器设备(14，14a, 14b, 14c, 14d, 14e)与电设施之间的安全设备实现的安全的方法，由提供具有相关的第一频率的三相电流的电网使用传送电流的电线(8)为该电设施供电，该电线包括三条相导线(PH1，PH2，PH3)、中性导线(N)和保护导线(PE)，该方法使得能够在该断路器设备(14，14a, 14b, 14c, 14d, 14e)切断该电设施的电源之后检验至少一种电安全条件，其特征在于，该安全检验方法包括: -检验(150)相导线之一上存在高于预定安全阈值的电压的第一安全条件； -而且，如果没有高于该安全阈值的电压，则进行隔离检验(150)，其能够检验所述相导线当中被称为测试导线对的至少一对导线的两条导线之间的隔离； -使用(160，170，180)该安全设备的至少一个人机接口显示每个检验步骤的结果。
14.根据权利要求13所述的安全检验方法，其特征在于，在检验第一安全条件之后，进一步包括检验(110)相对于与相导线之一的连接丢失的第二安全条件。
15.根据权利要求13至14之一所述的安全检验方法，其特征在于，在隔离检验步骤(150)中，检验全部相导线对、分别由相导线之一和中性导线形成的全部对、以及分别由相导线之一和保护导线形成的全部对。
16.根据权利要求15所述的安全检验方法，其特征在于，一旦隔离检验步骤指示缺少一导线对的隔离，就在安全设备的人机接口上实现风险指示器。
17.根据权利要求14和权利要求15至16之一所述的安全检验方法，其特征在于，在完成隔离检验步骤之前和之后检验所述第一和第二安全条件。
【文档编号】H02J3/00GK104466943SQ201410471380
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年9月16日 优先权日:2013年9月16日
【发明者】A.拉波特, F.文森特, C.佩莱格里恩 申请人:施耐德电器工业公司