[发明专利]用于电绝缘、AC/DC灵敏差动电流测量的装置及方法

说明书

本发明提供了用于电绝缘、AC/DC灵敏差动电流测量的装置及方法，该装置是一种电路装置，该电路装置包括以下元件：环形电流互感器，其具有至少一个次级绕组，该环形电流互感器用于检测差动电流；驱动器电路，其用于为次级绕组供电；第一振荡器电路，其用于控制驱动器电路并用于生成在状态1和状态2下具有停留时间的经时间调制的二进制振荡器信号；第二振荡器电路，其用于借助于时钟信号以高分辨率确定状态1和状态2下的相应停留时间，时钟信号具有与振荡器信号无关的时钟频率；估计装置，其用于估计停留时间；以及数据接口，其用于输出差动电流测量值；驱动器电路和第二振荡器电路各自被实现为结构上独立的集成电路。

技术领域

本发明涉及用于具有高分辨率的电绝缘、AC/DC灵敏的差动电流测量的电路装置和方法。

背景技术

用于监测电气设备的已知测量装置和测量方法是基于差动电流测量的原理的装置和方法。

这种测量装置基于以下事实：当电气设备的操作无故障且因此在围绕供给线的测量电流互感器的可磁化环形线圈中不存在磁场时，对于供给线例如电力供给系统的线的所有有源导体，电流(初级电流)的矢量和等于零。例如，如果由于绝缘故障而产生故障电流，该故障电流排到供给线的外部，则会在供给侧上产生差动电流。由该差动电流在环形线圈内引起的变化的磁通量会在测量电流互感器的次级绕组中感应出电压，该电压的大小使得能够得出有关差动电流的大小的结论。

如果差动电流特别小或者如果当差动电流大时必须记录小的变化，则需要具有高灵敏度的测量装置。因此，对于某些应用，例如用于检测未接地的电力供给系统中的测试电流脉冲，可能有必要能够检测小于1mA或者甚至小于10μA的范围内的特别小的差动电流。

以这种方式限制测量分辨率会导致以下情况：当例如确定未接地电力供给系统中的故障输出馈电时，必须将第二(故障电流)路径切换至接地，以便使大量可测量的差动电流能够流过测量电流互感器。然而，由于技术和法规原因，这种方法在某些情况下可能不可靠。

如在EP 2 813 856 B1中所公开的用于借助于测量电流互感器进行AC/DC灵敏的差动电流测量的已知方法使用振荡器电路，所述振荡器电路经由受控的次级侧电流流动振荡地通过测量电流互感器的芯的在上饱和与下饱和之间的磁化曲线。根据这种振荡的时间进展，可以定义两种状态，并且可以通过已经确定相应状态下的停留时间来形成测量参数，能够经由测量电流互感器从测量参数来确定供给侧差动电流。然而，在提到的文献中开始使用专用集成电路(ASIC)，这需要大量的开发工作和高的初始成本。

在最广泛的意义上，用于测量差动电流的其他已知电路装置也基于集成电路，并因此形成结构和功能单元，该结构和功能单元由于其复杂性而需要大量的开发工作。

发明内容

因此，本发明的目的是设计一种用于电绝缘、AC/DC灵敏的差动电流测量的电路装置和测量方法，电路装置和测量方法二者都允许差动电流的高分辨率测量，并且从经济视角以及电路系统相关的视角来看，电路装置和测量方法可以同时有效地被实现。

该目的经由用于电绝缘、AC/DC灵敏的差动电流测量的电路装置来实现，该电路装置包括以下元件：环形电流互感器，其具有至少一个次级绕组，所述环形电流互感器用于检测差动电流；驱动器电路，其用于为次级绕组供电；第一振荡器电路，其用于控制驱动器电路并且用于生成在状态1和状态2下具有停留时间的经时间调制的二进制振荡器信号；第二振荡器电路，其用于借助于时钟信号以高分辨率确定状态1和状态2下的相应停留时间，时钟信号具有与振荡器信号无关的时钟频率；以及数据接口，其用于输出差动电流测量值；驱动器电路和第二振荡器电路各自被实现为结构上独立的集成电路。

本发明假定一种用于检测差动电流的环形电流互感器，该环形电流互感器的磁化曲线具有相当大的正饱和范围和负饱和范围，近似线性的区域在正饱和范围与负饱和范围之间延伸。环形电流互感器包括由驱动器电路供电的至少一个次级绕组。