用于在高压测试期间进行人员保护的方法和设备与流程

1.本发明涉及一种用于在测试对象上进行高压测试期间进行人员保护的方法以及一种根据用于人员保护的方法运行的高压产生设备。


背景技术：

2.高压绝缘测量(例如电容测量和损耗系数测量)是测试高压设备状态(即例如变压器绝缘或套管绝缘)的既定方法。在这种情况下使用几千v(例如10kv)的高测试电压、尤其是高交流电压。测量电流能够为几百ma，例如高达300ma。
3.合适的测量设备通常被构建为使得(例如通过测量设备和所使用的测量线路的适当绝缘)保护用户免受高测试电压的影响。然而，在测试件自身上(例如在变压器或一些其他高压设备上)会存在不绝缘或绝缘不良的部件，这些部件在测试期间被施加高压。为了在测量期间保护人员免受电气危害，例如能够使测试区域无法进入，并且能够输出警告信号，例如带有红光或闪光的视觉警告信号以及听觉警告信号(例如响亮的警告音)。因此，人员保护是基于以下假设：即所有参与测试的人员和所有处于测试区域中的人员都知道并遵守适当的安全规定。尽管存在这些安全规定，但是例如如果没有遵守或绕开安全规定，则事故还是时常发生。由于在测试期间使用高压，如果人员与带电部件接触，则对人员的生命造成巨大的隐患。


技术实现要素：

4.因此，在现有技术中存在如下需求：改进高压测试或高压测量期间的人员保护。
5.根据本发明，提供了根据独立权利要求的用于在测试对象上进行高压测试期间进行人员保护的方法和用于在测试对象上进行高压测试的高压产生设备。从属权利要求限定了本发明的优选或有利的实施例。
6.用于在测试对象上进行高压测试期间进行人员保护的方法包括：借助于高压产生设备为测试对象输出高压交流电流。高压产生设备具有用于产生高压交流电流的高压变压器。例如，高压交流电流能够用于在测试对象上执行高压绝缘测量。高压交流电流能够具有例如2kv至12kv的电压。此外，在该方法中，在输出高压交流电流的同时确定高压变压器上的至少一个电变量的时间曲线(ein zeitlicher verlauf)。例如，至少一个电变量的时间曲线能够直接在高压变压器上测量，或者能够借助于控制设备或处理设备从高压变压器上的一次或更多次测量中确定。根据至少一个电变量的时间曲线结束高压交流电流的输出。
7.例如，测试对象(例如高压变压器或高压套管)上的一个或更多个电变量(例如电流、电压、功率、相位角或阻抗)的时间曲线与电通流过的人体的一个或更多个电变量的相应时间曲线不同，使得从该时间曲线的观察中可以识别：人员是否与高压交流电流接触。如果以这种方式识别到人员与高压交流电流的这种接触，则能够切断高压交流电流，以保护人员免受伤害。在这种情况下，尽快地实现切断是非常重要的，因为高压交流电流对人员的暴露时间的长度会对可能的伤害程度产生重大影响。例如，在200ma的电流流动且暴露时间
小于300ms的情况下，通常出现具有可逆影响的肌肉收缩，而在更长的暴露时间且更高电流流动的情况下可能产生不可逆影响，另外显著增加了心室颤动的可能性。
8.例如，高压变压器能够具有带有输入绕组的输入侧和带有输出绕组的输出侧。在输出绕组处为测试对象输出高压交流电流。借助于在高压变压器的输入侧上的检测来确定至少一个电变量的时间曲线。根据以这种方式确定的至少一个电变量的时间曲线来结束高压交流电流的输出。高压变压器的输入绕组上存在的电压通常显著低于高压变压器的输出绕组上存在的电压。与在输出侧上相比，由于更低的电压，在输入侧上的例如电流和电压测量能够更低成本地且尤其更快速地执行。然而，高压变压器的输入绕组和输出绕组上的电变量直接相互依赖，使得输出绕组上的电变量能够从输入绕组上的电变量推导出来。结果，可以快速识别人员是否与高压交流电流接触，从而意味着可以实现快速切断。输入绕组上的电变量与输出绕组上的电变量之间的关系通过高压变压器的特性确定。因此，还能够根据高压变压器的至少一个特性来切断高压交流电流。换言之，在决定高压交流电流是继续输出还是切断时，能够检测输入绕组上的电变量，并且借助于高压变压器的特性能够推导出输出绕组上的相应电变量。
9.根据一个实施例，至少一个电变量包括高压变压器上的电流的相位和绝对值以及高压变压器上的电压的相位和绝对值。在该方法中，还能够基于电流和电压的相位确定高压变压器上的电流与电压之间的相位角。如果相位角小于预定义的相位角阈值，则结束高压交流电流的输出。相位角阈值能够为例如80
°
至89
°
，优选地例如能够为80
°
或85
°
。例如，如果相位角小于80
°
，则能够断开高压交流电流。在绝缘测量和测试件或测试对象的绝缘基本完好的情况下，测试件基本上构成电容负载，使得电流与电压之间的相位角几乎是90
°
。在这种情况下，电流滞后电压几乎90
°
。如果人员与高压交流电流接触，由于人构成电阻负载，则因此相位角减小。如果在电流与电压之间的相位角的相应变化被确立，则能够切断高压交流电流，以保护人员。
10.替代地或附加地，能够基于电流和电压的相位角确定损耗系数。如果损耗系数大于预定义的损耗系数阈值，则结束高压交流电流的输出。损耗系数阈值能够具有例如0.5％至10％、优选5％或10％的值。损耗系数等于损耗角的正切，该损耗角在电容的情况下对应于90
°
减去相位角。
11.在另一个实施例中，基于电流和电压的绝对值和相位确定连接到高压变压器的负载的阻抗。如果阻抗小于预定义的阻抗阈值，则结束高压交流电流的输出。阻抗阈值能够为例如30kω至70kω，并且优选为50kω。在绝缘基本正常的高压设备中，阻抗通常显著超过50kω，通常超过70kω。因此，较低的阻抗表明高压设备的绝缘缺陷，或者表明人员与高压交流电流接触。因此，在这种情况下的切断能够有效地保护人员免受电击及其后果。
12.在该方法的另一个实施例中，确定由高压变压器输出的功率的时间曲线。基于电流和电压的绝对值和相位的时间曲线确定由高压变压器输出的功率。例如，能够确定由高压变压器输出的功率的有效值(rms值)。如果在预定义的时间段内，输出功率的变化超过预定义的功率变化值，则结束高压交流电流的输出。例如，功率变化值能够是相对值，例如10％至30％，优选例如20％。预定义的时间段能够为几毫秒，例如10ms至300ms，优选200ms。换言之，如果例如确定由高压变压器输出的功率在例如200ms内增加超过例如20％，则切断高压交流电流。假设由高压变压器输出的电压在预定义的时间段内没有增加，输出功率的
这种增加能够表明人员触摸了带电部件，使得附加电流流过该人员从而输出功率增加。通过在例如200ms的相对短的时间段内检测到这种功率增加，能够迅速切断高压交流电流，使得人员仅在非常短的时间段内暴露在高压交流电流下。
13.在另一个示例中，如果电流的绝对值超过预定义的电流阈值，则结束高压交流电流的输出。电流阈值能够为100ma至300ma，并且优选为200ma。例如，电流能够是电流的有效值。如上所述，在300ms的时间段内暴露在200ma的电流下通常不会造成任何不可逆的损伤，并且心室颤动的可能性也相对较低。
14.如果在预定义的时间段内，电流的绝对值的时间曲线的变化超过预定义的电流变化值，则也能够结束高压交流电流的输出。预定义的时间段也能够为10ms至300ms并且能够优选为200ms。电流变化值能够是相对值并且例如能够为10％到20％。在该示例中，如果电流在例如200ms内增加超过20％，则因此切断高压交流电流。例如，电流能够是电流的有效值。如果人员触摸了带电部件，则会发生这种电流的突然增加。因此，在这种情况下切断高压交流电流能够减少对人员的危害。
15.在另一个实施例中，如果在为测试对象输出高压交流电流期间，电压的绝对值没有达到预定义的最小电压，则结束高压交流电流的输出。最小电压能够为例如1kv至10kv。未达到预定义的最小电压的原因，一方面可能是测试对象没有足够的绝缘，另一方面也可能是人员与带电部件接触从而电流流过人员，由于高压变压器的性能受限，该电流限制了最大输出电压。因此，在这些情况下切断能够有助于保护人员。
16.如果在预定义的时间段内，电压的绝对值的时间曲线的变化超过预定义的电压变化值，则也能够结束高压交流电流的输出。例如，电压变化值能够是在预定义的时间段开始时的电压值的绝对值或百分比值。例如，电压变化值能够为-10％至-20％，也就是说，如果电压在预定义的时间段内变化例如10％或例如20％，则切断高压交流电流。如果人员在高压测试期间触摸了带电部件，则通过人员的附加电流能够显著增加要由高压变压器输出的电流，使得由于高压变压器的性能受限，电压下降。由于这种情况，切断高压交流电流因此能够减少对人员的危害。
17.在另一个实施例中，以连续增加或分阶段增加的电压绝对值输出高压交流电流。例如，高压交流电流能够始于例如25v或100v数量级的低电压连续增加或分阶段增加到最终电压。高压交流电流能够从也能够例如为1kv的低电压增加到例如12kv的最终电压，例如能够在几秒、例如1至5秒、优选3秒内的时间段内例如从1kv分阶段增加到12k。结合上述识别人员触摸带电部件然后切断高压交流电流的保护机制，能够进一步减少对人员的危害，因为能够在达到例如12kv的完整测量电压之前，已经能够执行切断。
18.一种用于在测试对象上进行高压测试的高压产生设备包括高压变压器、输出端和控制设备。高压变压器用于产生高压交流电流。在输出端处为测试对象提供高压交流电流。控制设备被设计成在高压测试期间通过以下方式保护人员：控制设备经由输出端为测试对象输出高压交流电流，并在输出高压交流电流的同时确定高压变压器上的至少一个电变量的时间曲线。根据至少一个电变量的该时间曲线，控制设备结束高压交流电流的输出。高压产生设备因此适用于执行上述方法并且因此还包括结合上述方法描述的优点。
19.高压产生设备或相应的测试系统能够优选地为便携式设备或单元的形式。
附图说明
20.下面将参照附图对本发明进行详细描述。
21.图1示意性地示出了根据本发明的一个实施例的高压产生设备。
22.图2示意性地示出了根据本发明的一个实施例的高压产生设备的高压变压器上两个电变量的时间曲线。
23.图3示意性地示出了根据本发明的一个实施例的高压产生设备的高压变压器上两个电变量的另一时间曲线。
24.图4示出了具有根据本发明的一个实施例的方法的步骤的流程图。
具体实施方式
25.本发明的上述特性、特征和优点以及实现它们的方式结合以下示例性实施例的描述变得更清楚和更显而易见，这些实施例结合附图进行更详细的说明。
26.下面参照附图使用实施例更详细地说明本发明。在附图中，相同的附图标记表示相同或相似的元件。附图是本发明的不同实施例的示意性图示。附图中所示的元件不一定按比例示出。附图中所示的各种元件被描述为使得其功能和一般目的对于本领域技术人员来说是可以理解的。功能单元与元件之间的附图中所示的连接和耦合也能够实现为间接连接或耦合。功能单元能够被实施为硬件、软件或硬件和软件的组合。
27.图1示出了与高压交流电压测试设备100连接的测试对象或测量对象300以及人员400。测试对象300(也被称为测试件)包括高压设备(即例如变压器、高压开关或高压套管)。高压交流电压测试设备100被设计成在测试对象300上执行高压绝缘测量。为此，将几千v、例如2kv至12kv的测试电压施加到测试对象300，并且确定所得到的通过测试对象300的电流。可以使用电流和电压来确定测试对象300相对于地或另一个导体的绝缘质量。为此，高压交流电压测试设备100例如具有电流测量设备102以及电压测量设备103，它们测量馈入到测试对象300中的电流或存在于测试对象300处的电压。为了获得关于测试对象绝缘的高质量报告，测量设备102、103具有高精度并且检测直接连接到测试对象300的电信号(例如电流和电压)。为此，例如能够对电流和电压进行采样，例如以显著高于馈入到测试对象300中的高压交流电流的频率的采样率进行采样。在高压交流电压测试设备100的处理设备101中，处理采样的电流和电压信号并且例如确定绝缘电阻并输出给用户。
28.高压交流电压测试设备100还包括高压产生设备200，用于产生要馈入到测试对象300中的高压交流电流。高压产生设备200包括高压变压器201，该高压变压器能够在输出侧211以其输出绕组经由输出端202耦合到测试对象300。在输入侧210，高压变压器201的输入绕组经由开关设备204连接到能量供应装置(例如电压为110至240v的交流电压的能量供应网络)。高压变压器201被设计成使得其基于输入绕组处供应给所述高压变压器的电压在输出绕组处提供期望的高压交流电流以供测量。高压产生设备200还包括控制设备203以及测量设备205、206(例如电流测量设备205和电压测量设备206)。与测量设备102和103相比，测量设备205、206不是针对高精度设计的，而是针对快速测量设计的。测量设备205、206与测量设备102、103一样能够对电流值或电压值进行采样，并且向控制设备203提供采样值。测量设备102、103的采样率能够显着高于高压变压器201的输入绕组上的电压频率，例如10到100倍，即例如在输入绕组上的电压频率为50hz的情况下，采样率为每秒500至5000个采样
值。控制设备203耦合到开关设备204，并且能够接通或断开用于高压变压器201的能量供应。高压产生设备200能够包括另外的部件，以便例如在控制设备203的控制下提供具有可调电压的高压交流电流，例如以便能够连续增加或分阶段增加高压交流电流，例如从1kv增加到12kv。
29.图2示出了具有电压501的时间曲线和电流502的时间曲线的图表500，如其例如在对具有基本上电容性负载的测试对象300进行绝缘测量期间在高压变压器201上出现。在基本上电容性负载的情况下，在电压501的时间曲线与电流502的滞后时间曲线之间存在大约90
°
的相位角503。在高压设备(即例如高压变压器或高压套管)的典型绝缘测量中，存在例如高达50纳法的电容，使得在12kv下流动有大约150ma的最大电流。这对应于大约60kω到70kω的阻抗。损耗系数通常小于10％，即损耗角小于6
°
，从而电流与电压之间的相位角大于84
°
。损耗系数、损耗角和相位角彼此直接相关。损耗系数是损耗角的正切，并且损耗角在电容性负载的情况下为90
°
减去相位角。下文中，将主要考虑损耗系数。然而明确的是：相同的考虑适用于相位角和损耗角。
30.如果人员400接触到测试对象300的带电部件，则附加电流能够流过人员400。由于人体具有本质上的欧姆电阻，因此相位角、损耗角和损耗系数发生变化。此外，人体的阻抗取决于施加的电压、接触面和电压所在的接触点的位置。随着电压的增加，阻抗降低，并且在例如1000v的电压的情况下，能够具有700ω至1500ω的绝对值。图3示出了具有电压601的时间曲线和电流602的时间曲线的图表600，如其例如在对测试对象300进行绝缘测量并同时与人员400接触期间在高压变压器201上出现。电压601的时间曲线与电流602的滞后时间曲线之间的相位角603小于图2中没有与人员400接触的相位角503。损耗系数由此增加并且典型地至少为10％。
31.另外(但未在图3中示出)，电流602的绝对值能够由于整体较低的阻抗而增加。结果，高压变压器201在输出绕组处输出的进而在输入绕组处消耗的总功率也能够增加。此外，由于高压变压器201本身具有特定的内阻，电压601能够由于较低的阻抗而下降。
32.上述认识能够用于在高压测试或高压测量、尤其是高压绝缘测量期间改进人员保护。在高压测试中，尤其在高压绝缘测量中，将几千v的高压施加到测试对象。产生这种高测量电压的测量设备通常被设计成使得防止接触带电部件。但是，在测试对象(例如变压器或高压套管)上，电压也能够存在于人员能够触摸的暴露部件上。为避免这种情况，通常采取安全措施来防止接触带电部件。例如，这些安全措施包括：使测量区域无法进入或视觉和/或听觉警告。尽管采取了这些安全措施，但如果例如没有遵守或绕过安全规定，则仍会发生事故。如果人员接触到高压，则暴露在该高压下的时间对于受伤程度至关重要。因此重要的是：尽快地识别到人员正触摸带电部件，并且在这种情况下尽快地切断电压。
33.评估高压变压器201处的电流和电压的绝对值和相位，允许控制设备203确定：例如如果损耗系数小于10％并且负载的阻抗在测试对象的典型范围内而不是在电流流过的身体的典型范围内(例如在阻抗》50kω时)移动时，整个负载是否以电容为主。在这种情况下，继续测量。然而，如果损耗系数大于例如10％，或者阻抗处于能够由电流流过的人员引起的范围内，例如在阻抗小于50kω的情况下，则立即中断测量。为此，控制设备203能够断开开关设备204，使得高压变压器201不在输出端202处提供任何高压交流电流。此外，如果高压变压器消耗或输出的功率突然变化，电流突然增加或电压突然下降，则能够切断高压
交流电流。检测和切断应在电流开始流过人员后的非常短的时间内进行，优选在300ms内进行，以避免永久损伤。因此，在一个优选实施例中，本发明被设计成使得该方法包括检测和切断在300ms内进行。在许多情况下，高压变压器201的输出侧211(即在高压变压器201的高压侧)上电变量的测量、尤其是这些电变量的时间曲线无法足够快地获得，因为这些测量通常是针对精度而非针对速度来设计的。因此，相应的变量优选在高压变压器201的输入侧210上(即在高压变压器201的初级侧或低压侧上)测量，并且通过考虑高压变压器201的特性(例如内部损耗)，例如估计高压变压器201的输出侧211上的相应值，以便由此实现更快速的测量。一旦感知到电流流过的身体处于电路中，就进行切断。这能够以全自动化的方式进而非常快速地执行，使得通常能够避免相对较大的人员伤害。因此，正确运行的测量(即在人员不与带电部件接触的情况下的测量)不受影响。
34.例如，图4示出了能够在控制设备203中执行的相应方法的细节。为此，控制设备203能够包括电子控制装置(即例如处理器，尤其是信号处理器)。然而，电子控制装置也能够以类似结构实现。图4中所示的方法700包括方法步骤701至708。尽管方法步骤在图4中以特定顺序示出，但是能够以期望的任何其他顺序或并行地执行方法步骤。尤其是，方法步骤703至707能够以期望的任何其他顺序执行，或者优选地在时间上并行地执行。
35.在高压测试开始时，在步骤701中，在高压交流电压测试设备100中产生高压交流电流并将其输出。为此，开关设备204被接通，使得向高压变压器201供应电能。高压变压器201从向其供应的电能中产生高压交流电流作为测试电压，该高压交流电流在输出端202处输出。测试对象300连接到输出端202。例如，高压测试能够是高压绝缘测量，其中检查测试对象300的绝缘。为此，在向测试对象300输出高压交流电流的同时，借助测量设备102和103确定高压交流电流的电流和电压。为了实现高压绝缘测量的精确测量结果，电流测量设备102和电压测量设备103通常是针对非常精确的测量而非针对非常快速的测量来设计的。尤其是，电压测量设备103必须被设计成使得其能够测量几千v的非常高的电压。在这样高的电压下的电压测量通常比在较低电压下(例如在低于500v的电压下)的电压测量需要更多的时间。
36.高压交流电压测试设备100还在变压器201的输入侧210上具有测量设备(例如电流测量设备205和电压测量设备206)。测量设备205和206能够具有比测量设备102和103更低的精度，但能够更快速地执行测量。例如，测量设备205和206能够以每秒500到5000个采样值的采样率和仅几毫秒(例如小于100ms)的延迟来提供当前的电流和电压值。采样率明显高于高压交流电流的频率，例如10到100倍。结果，能够在步骤702中基于采样值确定电变量的时间曲线，例如在高压变压器201的输入侧210上的电流和电压的时间曲线。例如，通过考虑高压变压器201的特性(例如输入绕组与输出绕组的匝数比、内部损耗和传输特性)，能够推导出输出端202上的电变量的相应曲线。
37.然后，在步骤703到707中，评估这些电变量的时间曲线。在这种情况下，能够直接使用高压变压器201的输入侧210上的电变量的时间曲线，或者能够使用高压变压器201的输出侧211处的相应电变量的从中估计出的时间曲线。在步骤703到707中使用的阈值必须进行相应地调节。
38.在步骤703中，评估电流和电压的相位。例如，基于电流相对于电压的相位，能够确定损耗系数，并且如果损耗系数上升超过预定义的阈值(例如超过10％)，则在步骤708中切
断高压交流电流。控制设备703能够相应地致动开关设备204以在步骤708中切断高压交流电流。
39.此外，在步骤704中，确定阻抗，如其从高压交流电流测试设备100的角度看的输出端202处得出。阻抗由测试对象300确定并且可能由人员400确定。如果阻抗下降到预定阈值以下，例如下降到50kω以下，则在步骤708中，控制设备203能够通过致动开关设备204来切断高压交流电流。
40.此外，在步骤705中，能够随时间观察并估计在输出端202处输出的功率。例如，功率能够是视在功率或有功功率。在功率突然变化的情况下，在步骤708中，控制器203能够切断高压交流电流。例如，功率的突然变化能够由功率在预定义的时间段内的相对变化来定义。例如，如果输出的功率在200ms内增加超过10％或20％的百分比，则能够被视为功率的突然变化。这种突然增加能够由人员400触摸带电部件引起。替代地，代替输出端202处输出的功率，也能够确定由高压变压器201消耗的功率，并且考虑到高压变压器201的内部损耗，能够可选地以相同的方式作为切断高压交流电流的标准。
41.以类似的方式，在步骤706中，能够随时间观察并估计在输出端202处输出的电流。例如，电流能够是有效值电流(rms电流)。在电流突然增加的情况下，在步骤708中，控制设备203能够切断高压交流电流。例如，电流的突然变化能够由电流在预定义的时间段内的相对变化来定义。例如，如果电流在100或200ms的时间段内增加超过10％或20％，则能够被视为电流的突然变化。电流的突然增加能够由人员400与带电部件接触引起。
42.同样，在步骤707中，能够随时间观察并估计存在于输出端202处的电压。例如，电压能够是有效值电压(rms电压)。在电压突然下降的情况下，在步骤708中，控制设备203能够切断高压交流电流。突然的电压下降能够由人员400触摸带电部件引起。由于与测试对象300的绝缘部的阻抗相比，人员400的阻抗相对较低，电流会急剧地上升，使得高压变压器201由于其内部电阻或高压变压器201的相应保护电路而无法维持输出电压。同样地，如果在接通高压交流电流时没有达到期望的输出电压，则控制设备203能够切断高压交流电流。
43.如果在步骤703至707中对电变量的时间曲线的评估没有引起在步骤708中切断高压交流电流，则方法700继续步骤702，直到高压交流电流测量结束。因此，使用上述方法700能够改进高压交流电流测量期间的人员保护。
44.当然，本发明的上述实施例和方面的特征能够相互组合。尤其是，在不脱离本发明范围的情况下，这些特征不仅能够以所描述的组合使用，而且能够以其他组合使用或单独使用。