本发明涉及用于检测分支ac电源系统中的定位电流的磁场测量设备和方法，其中具有电源频率的负载电流流经该ac电源系统的待测试线路区段并且定位电流具有低于电源频率的频率。
此外，本发明涉及根据本发明的磁场测量设备作为用于检测绝缘故障定位系统的定位电流的设备的使用。
背景技术：
首先，下面以不接地电源系统为例，示出绝缘故障定位系统的重要性以及由此产生的检测定位电流的必要性。但是，本发明不限于不接地电源系统，并且一般可以用于需要检测定位电流的任何应用的高电阻或低电阻的接地电源系统中。
为了提高对操作、火灾和接触安全的要求，使用不接地电源系统的网络结构，该系统也称为隔离网络(法语：isoléterre–it)或it电源系统。
使用这种类型的电源系统，网络的有效部分与接地电位断开(与地面隔离)，或者经由高电阻阻抗接地。
这种网络的优势在于，当发生诸如接地故障或主体故障之类的绝缘故障(第一故障)时，连接的电负载的功能不会受到损害，因为由于理想地无限大的阻抗值，在网络的有效导体和地面之间可以不形成闭合的故障电流电路。
因此，当发生第一绝缘故障时，通过不接地电源系统的这种固有安全性，甚至可以保证由不接地电源系统馈送的对负载的连续电源供应。
因此，必须始终监视不接地电源系统对地面的电阻(绝缘电阻–在发生故障的情况下，还称为绝缘故障电阻或故障电阻)，因为在另一个有效导体上的可能附加故障(第二故障)的情况下，会发生故障回路，并且与过电流保护设备相结合，产生的故障电流会引起系统停机和运行停止。
如果始终通过绝缘监视设备(imd)监视不接地电源系统的绝缘的状态，那么即使发生第一故障，也可以在没有规定的时间限制的情况下连续操作不接地电源系统，但是建议尽快消除第一故障。
为了满足快速消除第一故障的要求，如产品标准iec61557-9中所描述的绝缘故障定位系统/绝缘故障定位设备(ifls)的使用代表了最新技术水平，特别是在扩展的、分支广泛的不接地电源系统中。
绝缘故障定位系统基本上包括测试电流生成器和数个测试电流传感器，大多数被实现为测量电流互感器，它们连接到绝缘故障定位系统的评估单元，用于评估测量信号。
如果不接地电源系统中的绝缘监视设备检测到第一绝缘故障，那么通过测试电流生成器开始绝缘故障跟踪，测试电流生成器生成测试电流并将其作为定位电流在一个或数个有效导体与地面之间的中央位置处馈入不接地电源系统。形成闭合的测试电流电路，其中定位电流从测试电流生成器流到携带电压的有效导体、绝缘故障并经由接地连接流回到测试电流生成器。
故障位置的定位是通过测试电流传感器检测不接地电源系统中的定位电流来实现的，其中测试电流传感器固定地指派给每个要监视的线路区段，因此测试电流(定位电流)的路径是可跟踪的。
定位电流由位于定位电流电路(测试电流电路)内的所有测试电流传感器检测，并在绝缘故障定位系统的评估单元中进行评估和指示。因为知道哪个测试电流传感器被指派给哪个线路区段，所以可以定位故障位置。
特别是对于已经存在的电气系统，对这种绝缘故障定位系统的扩展或改造能力的需求不断增加。在现有系统中批准这种绝缘故障跟踪设备的决定性因素是可以在成本和努力方面进行有利升级的可能性。为了满足这些基本要求，需要具有以下特征的用于检测定位电流的测试电流传感器技术：
-体积小巧、紧凑并且适合在现有系统中用狭窄、难以获得的电缆布线进行改装，而无需重建电缆，
-输入功率非常低，以便允许在没有电源连接(插座)的地方进行改装，
-非常高的磁场测量灵敏度(在几ma范围内)，用于检测为故障定位馈入的测试电流，其中，由于系统泄漏电容的常规尺寸，定位电流的频率通常在明显低于10hz的范围内；
-高达几百a的范围的电源频率负载电流的不间断故障定位；
-对于ka范围内的短路电流，没有破坏作用或明显的饱和作用，
-与常规的故障定位方法相比，传感器的成本以及故障定位系统的其余部分的成本必须提供明显的经济优势。
迄今为止，根据现有技术，还没有包括所有前述特征的电流测量概念。用于检测定位电流的已知测量方法具有以下缺点：
-对于大多数应用场合，采用分流电阻器进行非隔离式测量不作为改装解决方案被接受，因为为此必须完全重建电气系统。此外，对于高负载电流产生的高功耗是另一个不期望的特征。
-根据rogowski原理的电流互感器可以被轻松改装，但是对于低于10hz的频率，它们无法在ma范围内提供所需的高磁场测量灵敏度。
-可以设计具有高导磁率软磁芯和具有小气隙的构造形式的电流互感器，以便对于低于10hz的频率达到在ma范围内的高磁场测量灵敏度。仅当使用剩余电流互感器形式的电流传感器时，才可以实现高达100a的范围的电源频率负载电流的无故障故障定位。但是，在这种情况下，为了电缆安装必须满足某些条件，这要求控制柜中的明显更大的组装空间，这就是为什么在实践中很少发现它们处于理想状态的原因。尤其是对于较大的负载电流，需要具有更大铁芯体积的剩余电流互感器。这极大地增加了现有系统的改装难度，并导致某些应用超出合理的经济限制。对于在ka范围内的更大的短路电流，预期出现饱和效应，并且在不采取其它措施的情况下也会引起破坏。
-带有磁通门感应传感器的根据补偿原理的零磁通互感器理想地满足了计量要求。但是，为了在高负载电流下维持功能并最小化大短路电流的负面影响，与电流互感器或剩余电流互感器相比，需要付出更大的努力。除了成本大大提高外，与大的、高导磁率芯相关的补偿原理还需要为传感器提供更多的电源。因此，对于许多应用而言，与电流互感器或剩余电流互感器相比，改装甚至更加困难。
-使用其它磁场传感器(诸如霍尔效应传感器或gmr(巨磁阻)传感器)的根据补偿原理的电流互感器很少满足对于极高动态范围的计量要求。对于所需的高动态范围，这个解决方案的成本太高，无法用于所考虑的应用。
如果由于上面提到的原因而使得与由合格的电工进行的手动故障检测相比，改装故障定位系统的工作没有经济上的优势，那么迄今为止尚未使用故障定位系统，而是使用手动故障检测。这种连接方式中的主要缺点是，利用手动故障检测，在电气系统中发生的第一绝缘故障持续更长的时间，因为故障定位比由故障定位系统提供的绝缘故障跟踪要花费更长的时间。
此外，手动故障跟踪常常会给合格的电工带来附加的风险。例如，对于在光伏系统中未安装绝缘故障定位系统的手动故障跟踪，在最坏的情况下必须在带电设备上进行工作。
技术实现要素：
因此，本发明的目的是创建一种测试电流传感器技术，用于检测用于ac电源系统中的绝缘故障定位系统的定位电流，该技术可以成本有效且容易地进行改装。
该目的是通过具有权利要求1的特征的磁场测量设备来实现的。
磁场测量设备包括安装在待测试线路区段上的电流传感器布置，电流传感器布置包括第一电流传感器、第二电流传感器和补偿线圈。补偿线圈生成补偿磁场，该补偿磁场在第一电流传感器的检测范围内形成并且引起仅在第一电流传感器的所述检测范围内的由负载电流引起的电源频率交变磁场的部分补偿。
磁场测量设备还包括第一信号处理块、第二信号处理块和补偿块。
第一电流传感器和第二电流传感器被布置成使得，除了由补偿线圈生成的补偿磁场之外，第一电流传感器还检测负载电流的交变磁场和由定位电流引起的共模磁场。在这种情况下，在第一电流传感器的检测范围内形成的磁场被称为部分补偿的磁场。电流传感器布置，特别是第一电流传感器与第二电流传感器的间距，被实现为使得由补偿线圈生成的补偿磁场对第二电流传感器的影响是可忽略的，第二电流传感器因此仅检测由定位电流引起的交变磁场和共模磁场作为结果磁场。
因此，由补偿线圈生成的补偿磁场引起在第一电流传感器的检测范围内的电源频率交变磁场的部分补偿，但是不干扰在第二电流传感器的检测范围内的交变磁场和共模磁场的检测。
第一信号处理块从由第一电流传感器生成的第一传感器输出信号中生成指示定位电流的定位信号。因此，这个定位信号反映了待测试线路区段中的定位电流的存在，并且与绝缘故障定位系统相结合，可以作为检测信号被传输到绝缘故障定位系统的评估单元。
从第二电流传感器接收第二传感器信号的第二信号处理块从中生成对应的交流电压信号，该第二传感器信号是从第二电流传感器检测到的结果磁场中得出的。
连接在第二信号处理块下游的补偿块从交流电压信号中生成补偿电流，该补偿电流馈入补偿线圈以生成补偿磁场。
此外，第二信号处理块具有信号输入，该信号输入用于接收同步信号，以便使测量周期与交流电压信号同步，该测量周期由上级绝缘故障定位系统预先定义并且在该测量周期期间检测定位电流。这种同步测量确保在测量周期期间，由第二信号处理块提供的交流电压信号保持不变，等于这个交流电压信号在测量周期期间恒定的有效值，其中在测量周期期间在绝缘故障定位系统的评估单元中对定位电流进行检测。
根据本发明，电流传感器被有利地设计为使得第二电流传感器具有比第一电流传感器显著更低的磁场测量灵敏度和显著更大的磁场测量范围。较低的磁场测量灵敏度等同于较低的测量分辨率，并反映在较大的测量灵敏度数值中。因此，由负载电流引起的电源频率交变磁场的补偿在第一电流传感器的检测范围内进行，仅达到出现的部分补偿的磁场不超过第一电流传感器的磁场测量范围的程度。
因此，如果补偿成功到使得在第一电流传感器的检测范围内剩余的部分补偿的磁场位于更敏感的第一电流传感器的测量范围内的程度就足够了。
与第一电流传感器相比，第二电流传感器灵敏度较低，但是能够处理更大的交变磁场。
电源频率交变磁场没有被完全补偿；替代地，剩余的部分补偿的磁场不会使更灵敏的第一电流传感器的磁场测量范围过载是足够的。
关于磁场测量灵敏度，两个电流传感器的组合必须充分检测定位电流的磁场，并且必须覆盖关于磁场测量范围的负载电流的磁场。
根据本发明的具有不同磁场测量灵敏度和不同磁场测量范围的两个电流传感器的这种组合得出的结论是，连接在灵敏度较低的第二传感器下游的数字信号处理可以以显著降低复杂度并且因此以成本有效的方式执行。
在另一个有利的实施例中，第二信号处理块被设计为使得所产生的交流电压信号在测量周期内保持不变，其中测量周期在定位电流的数个周期上延伸。
为了避免对故障定位产生干扰，即，确保在测量周期内无错误地检测到定位电流，由第二信号处理块生成的交流电压信号在测量周期期间保持不变。如上所述，交流电压信号的有效值在定位电流的数个周期上延伸的时间段(测量周期)期间保持恒定，并且为了考虑例如改变负载电流，不对交流电压信号进行控制或调整处理。
测量周期优选地被选择为足够长以覆盖定位电流的整数周期。只是在此之后，电源频率交变磁场的变化也导致交流电压信号的调整，并且因此也导致生成补偿磁场的补偿电流的调整。
有利的是，第二信号处理块具有过载检测，用于在第一电流传感器的磁场测量范围过载的情况下生成过载信号。
如果电源频率交变磁场变化很大，以至于虽然在测量周期的期间内进行了补偿，第一电流传感器也会过载，那么由第一电流传感器提供的第一传感器输出信号将无法再用于进一步处理。使用错误的第一传感器输出信号继续进行测量将会导致对定位电流的检测结果不可靠。
因此，第二信号处理块由过载检测扩展，过载检测确定第一电流传感器的过载并将过载信号发送到绝缘故障定位系统以重新开始测量周期。
此外，补偿块具有用于调整补偿电流的调整电路和用于接收由第二信号处理块生成的调整信号的信号输入。
当接收到由第二信号处理块生成的调整信号时，在补偿块中以这样的方式发生补偿电流的调整(同时开始新的测量周期)：由第一电流传感器检测到的部分补偿的磁场不(再)超出第一电流传感器的磁场测量范围。
优选地，第一信号处理块被设计为生成精细补偿信号，精细补偿信号被提供给补偿块以用于交变磁场的精细补偿。
第一信号处理块从第一电流传感器的第一传感器输出信号生成精细补偿信号，精细补偿信号与检测到的电源频率交变磁场相位同步，并且其振幅与这个交变磁场对第一电流传感器的未完全补偿的效果对应。通过使第一电流传感器的关于定位电流的操作范围保持恒定，这个精细补偿可以用于减小整个电流传感器布置的测量不确定性。在定位电流的测量周期期间，由第一信号处理块生成的精细补偿信号保持恒定。
在具体的实施例中，补偿线圈有利地是平面线圈，平面线圈的绕组被实现为电路板上的导电路径并且具有由铁氧体制成的平面芯。
通过将其绕组作为导电路径安装在电路板上，可以轻松且成本有效地实现补偿线圈。
优选地，平面芯同心地具有气隙，第一电流传感器布置在气隙中。
如果第一电流传感器布置在平面芯的同心气隙中，那么可以特别有效地补偿交变磁场，同时以紧凑的方式进行设计。
磁场测量设备有利地被实现为包括电路板和壳体或浇铸材料的独立组件，其中用于信号处理的电子部件附加地布置在电路板上。
磁场测量设备作为紧凑的独立模块的实施例提供了以成本有效的方式容易的改装的可能性。特别是对于其中安装空间小的情况的空间狭窄的条件，例如在控制柜中，与使用测量电流互感器相比，这个解决方案具有优势。
第二电流传感器优选地布置在电路板上或被实现为分离的结构单元。
在特别紧凑的设计中，第二电流传感器也布置在电路板上。但是，也可以将其实现为分离的结构单元。至关重要的是，实现模块中传感器的结构性布置，使得电源频率交变磁场和共模磁场对第一电流传感器和第二电流传感器的影响相同。在电流传感器的相应检测范围内作用不同的磁强度在第一电流传感器的检测范围内引起较大的未补偿电源频率交变磁场；这一定不会导致第一个电流传感器的过载。
根据本发明的磁场测量设备优选地用作用于检测ac电源系统中的绝缘故障定位系统的定位电流(测试电流检测、测试电流传感器技术)的设备，其中定位信号被传输到绝缘故障定位系统的评估单元，同步信号由绝缘故障定位系统接收，并且过载信号被提供给绝缘故障定位系统。
向上级绝缘故障定位系统发信号通知定位电流的存在的定位信号以及作为用于测量周期的重新启动的触发的过载信号被提供给绝缘故障定位系统。作为回报，第二信号处理块从绝缘故障定位系统接收同步信号，以便使交流电压信号与测量周期同步。
作为根据现有技术所使用的测量电流互感器的组成部分，尤其是作为替代，根据本发明的磁场测量设备表示用于检测定位电流的解决方案，该解决方案易于集成到绝缘故障定位系统中并且成本有效。
根据本发明，通过两个灵敏度不同的电流传感器实现在存在大电源频率负载电流的情况下可靠地检测低频、小定位电流，其中，由于其结构紧凑，这个磁场测量设备被设计用于在绝缘故障定位系统中使用。
有利的是，与现有技术已知的解决方案相反，在这种情况下不使用剩余电流互感器/测量电流互感器的软磁芯，该软磁芯必须包围待监视的线路区段的带电导体。替代地，根据本发明的实施例满足了在现有系统中容易且成本有效地改装的要求。磁场测量设备作为绝缘故障定位系统的测试电流检测设备的使用试图以最高的灵敏度可能来检测定位电流，以便尽可能快地找到ac电源系统中的绝缘故障并能够在后续步骤中消除故障。因此，尽可能准确地确定负载电流或剩余电流不是本发明的主要目的。
本发明的目的还通过具有权利要求11的特征的方法来实现。
根据本发明的磁场测量设备基于用于检测分支ac电源系统中的定位电流的方法。因此，由此产生的上面提到的技术效果和优点也适用于方法的特征。
特别是通过组合具有不同磁场测量灵敏度和不同磁场测量范围的两个电流传感器，能够通过构造简单且成本有效的实现，特别是通过改装现有系统，来实现对绝缘故障定位系统中的定位电流的可靠检测。
附图说明
其它有利的特征可以从下面的描述和附图中得出，这些描述和附图用示例来解释本发明的优选实施例。
在附图中：
图1以示意图示出了根据本发明的磁场测量设备，
图2示出了磁场测量设备的传感器设置，
图3以标准化视图示出了负载电流和定位电流，
图4以标准化视图示出了负载电流和定位电流的叠加，
图5以标准视图示出了补偿电流，
图6以标准化视图示出了第一电流传感器的传感器输出信号，
图7示出了关于同步行为的时序表，
图8示出了关于第一电流传感器过载时的同步行为的时序图，以及
图9以示意图示出了磁场测量设备的实现。
具体实施方式
图1以示意图示出了根据本发明的磁场测量设备2及其相对于待监视的线路区段4的位置。
线路区段4包括两个有效导体l1、l2，其中负载电流il用于馈入连接的负载，并且(共模)定位电流ip用于跟踪测试电流(定位电流)的电路流。
负载电流il生成交变磁场bl，在有效导体l1和l2中同步流动的定位电流ip生成共模磁场bp。沿着待监视的线路区段4，布置第一电流传感器s1和第二电流传感器s2，使得两个电流传感器s1、s2都暴露于由交变磁场bl和共模磁场bp构成的相同磁场强度。但是，两个电流传感器s1、s2彼此隔开一定程度，使得补偿磁场bk仅作用在第一电流传感器s1上，所述补偿磁场bk由补偿电流ik引起，该补偿电流ik流入补偿线圈ak。
因此，第二电流传感器s2检测由交变磁场bl和共模磁场bp组成的结果磁场b2，并将第二传感器输出信号xs2提供给第二信号处理块v2。第二信号处理块v2从其生成交流电压信号xs，该信号被馈送到补偿块vk，补偿块vk从其生成补偿电流ik，该补偿电流ik被馈入补偿线圈ak以建立补偿磁场bk。
除了交变磁场bl和共模磁场bp外，第一电流传感器s1还检测由补偿线圈ak生成的补偿磁场bk作为部分补偿的磁场b1。
与部分补偿的磁场b1对应的第一电流传感器s1的第一传感器输出信号xs1被馈送到第一信号处理块v1，第一信号处理块v1通过数字处理方法从中生成定位信号xp，定位信号xp指示定位电流ip出现在待监视的线路区段4中，并被传输到绝缘故障定位系统ifls的上级评估单元14。
从绝缘故障定位系统ifls的评估单元14开始，同步信号xsync通向第二信号处理块v2，以便将交流电压信号xs的时间曲线与由上级绝缘故障定位系统ifls预定义的测量周期tm同步(图7)，在该测量周期期间实现对定位电流ip的检测。
第二信号处理块v2包括过载检测10，用于在第一电流传感器s1的磁场测量范围过载的情况下生成过载信号xov。过载信号xov被传输到绝缘故障定位系统ifls，绝缘故障定位系统ifls引起测量周期tm的重新启动并经由同步信号xsync将这种重启传达给第二信号处理块v2。
补偿块vk从第二信号处理块v2接收调整信号xad，以便在调整电路12中将补偿电流ik调整到第一电流传感器s1的磁场测量范围。
可选地，第一信号处理块v1从由第一电流传感器s1提供的输出信号中生成精细补偿信号xf，作为附加的交流电压信号，所述精细补偿信号xf与检测到的电源频率交变磁场相位同步，并且所述精细补偿信号xf的振幅与这个交变磁场bl对第一电流传感器s1的不完全补偿的效果对应。精细补偿信号xf被提供给补偿块vk，并且可以通过不超过电流传感器s1的磁场测量范围来减少磁场测量设备2的测量不确定性。
图2以剖视图示出了具有待监视的线路区段4的电流传感器s1、s2的电流传感器布置。待监视的线路区段4包括三个有效导体l1、l2、l3，它们导致负载电流il(图1)，负载电流在电流传感器s1、s2的检测范围内生成交变磁场bl。
两个电流传感器s1、s2沿着线路区段4的纵向延伸方向彼此并排布置，并在线路区段4的圆周方向上位于导体l3的层级。在这个剖视图中，第二电流传感器2被第一电流传感器s1隐藏，并且未示出。由负载电流生成的交变磁场bl和由定位电流引起的共模磁场bp的模拟揭示，将两个电流传感器s1、s1圆周地布置在有效导体l1、l2、l3的层级对于实现对交变磁场bl的最佳检测是有利的。
此外，适当地将电流传感器s1、s1从线路区段4开始朝着地面布置，以便有效地检测由定位电流ip引起的共模磁场bp。
下面的图3至6各自示出了磁场测量设备2的不同测量点的电流和信号曲线。为了说明根据本发明的磁场测量设备2的工作原理，定位电流ip与电源频率负载电流il的比例已减小到1比10，而不是预期的实际比例1比1000。此外，尺寸指示是在标准化视图中进行的。
图3示出了与定位电流ip成比例的电源频率正弦负载电流il，在这种情况下，定位电流ip具有矩形曲线。负载电流il的频率为50hz(电源频率)，定位电流ip的矩形波的基本频率为10hz，这与0.1s的周期持续时间tp(图7)对应。原则上，除了定位电流ip的矩形曲线外，如果需要的话，还可以使用其它曲线形状，诸如具有其它频率的正弦波或三角波，只要它可以在检测和信号处理之后导致可评估的定位信号xp即可。
图4以标准化视图示出了图3中所示的负载电流il和图3中所示的定位电流的叠加。这个电流曲线生成均等地作用于第一电流传感器s1和第二电流传感器s2上的磁场，该磁场由交变磁场bl和共模磁场bp组成。
图5示出了补偿电流ik的曲线，补偿电流ik馈入补偿线圈ak以生成补偿磁场bk。可以看到补偿电流ik的量化，该量化由于磁场测量灵敏度低而是粗糙的。为了更好的说明，用5位执行量化，等同于32个量化级。
在实践中，第一电流传感器s1的磁场测量灵敏度应当足够高，以便待解决的定位电流ip的磁场如此高使得有可能可靠地检测定位电流ip。关于磁场测量范围，在经济考虑的框架内，动态范围应当尽可能大。就成本而言，用14到16位映射动态范围似乎是可接受的。
第二电流传感器s2的磁场测量范围应当足够大，以使得在不超出测量范围的情况下可以处理由电源频率负载电流il引起的交变磁场bl的最大强度。应当测量第二电流传感器s2的动态范围，使得第二电流传感器s2的磁场测量灵敏度可以比第一电流传感器s1的磁场测量灵敏度小大约64倍(相当于6位)至512倍(相当于9位)。一般而言，对于第二电流传感器s1，可以用12位映射的动态范围就足够了。通过组合第一和第二电流传感器s1、s1的测得的值所实现的总动态范围达到大约22位至24位。
图6示出了补偿之后的第一电流传感器s1的传感器输出信号xs1与由施加的不受干扰的定位电流ip引起的传感器输出信号xsi的比较。
补偿之后的传感器输出信号xsl的正/负(测试)脉冲的平均电平在这种情况下与不受干扰的传感器输出信号xsi对应，使得从第一信号处理块v1中的传感器输出信号xsl得出的定位信号xp允许简单、可靠地检测定位电流ip。
图7示意性地描述了定位电流ip、由第二信号处理块v2生成的交流电压信号xs(图1)的有效值xseff和第二传感器输出信号xs2(图1)的有效值xs2eff之间的同步行为。
在所示的情况示例中，测量周期tm在定位电流ip的两个周期tp上延伸。
下方的线图示了第二传感器输出信号xs2的有效值xs2eff，由于交变磁场bl的变化(负载电流变化)，该有效值xs2eff在测量周期tm内阶梯式地变化。但是，该变化仅与不发生超出第一电流传感器s1的磁场测量范围所需的变化一样大。为了不损害定位电流ip的检测，特别是由于通过第一电流传感器(s1)检测部分补偿的磁场b1期间的干扰，交流电压信号xs在测量周期tm期间在第二信号处理块v2的输出端处继续保持不变，即，交流电压信号xs的有效值保持恒定。交变磁场bl在测量周期tm期间的变化(即，第二传感器输出信号xs2的有效值xs2eff的阶跃)直到下一个测量周期tm的开始才在有效值xseff中可注意到，并且被用作这下一个测量周期tm的有效值xseff，因为在这下一个测量周期tm的开始时没有可用的改变的值。
图8示意性地示出了当第一电流传感器s1过载时的同步行为。
如果由于交变磁场bl的过度变化而超出第一电流传感器s1的磁场测量范围，那么取消测量周期tm并以调整后的有效值xseff重新启动。
图9以示意图示出了根据本发明的磁场测量设备2的实现。
磁场测量设备2相对于待测试的线路区段4的位置以剖视图示出。磁场测量设备2包括电路板10，在该电路板上，将补偿线圈ak应用为平面线圈，该平面线圈具有被实现为导电路径12的绕组。补偿电流ik流经导电路径12并生成补偿磁场bk，该补偿磁场bk在由铁氧体制成的平面磁芯14中传导。
用于检测补偿磁场bk、交变磁场bl和共模磁场bp的第一电流传感器s1布置在平面芯14的气隙16中。第二电流传感器s2在线路区段4的轴向方向上并且在相等的圆周位置上(以隐蔽的方式)布置，第二电流传感器s2优选地也布置在电路板10上，但与第一电流传感器分离一定距离，使得由补偿线圈ak生成的补偿磁场bk不作用在第二电流传感器s2的检测范围上。
1.一种磁场测量设备(2)，用于检测分支ac电源系统中的定位电流(ip)，其中
具有电源频率的负载电流(il)流经ac电源系统的待测试的线路区段(4)，并且定位电流(ip)具有低于电源频率的基频，
磁场测量设备(2)具有安装在待测试的线路区段上的电流传感器布置并且包括第一电流传感器(s1)、第二电流传感器(s2)和补偿线圈(ak)，补偿线圈(ak)生成在第一电流传感器(s1)的检测范围内起作用并部分地补偿由负载电流(il)引起的电源频率交变磁场(bl)的补偿磁场(bk)，以及
磁场测量设备(2)具有第一信号处理块(v1)、第二信号处理块(v2)和补偿块(vk)，其中
第一电流传感器(s1)和第二电流传感器(s2)被布置成使得，除了补偿磁场(bk)之外，第一电流传感器(s1)还检测由定位电流(ip)引起的作为部分补偿的磁场(b1)的交变磁场(bl)和共模磁场(bp)，并且由补偿线圈(ak)生成的补偿磁场(bk)对第二电流传感器(s2)的影响是可忽略的，第二电流传感器(s2)因此仅检测由定位电流(ip)引起的交变磁场(bl)和共模磁场(bp)作为结果磁场(b2)，其中
第一信号处理块(v1)从由第一电流传感器(s1)生成的第一传感器输出信号(xs1)生成指示定位电流(ip)的定位信号(xp)，
第二信号处理块(v2)从由第二电流传感器(s2)生成的第二传感器输出信号(xs2)生成与结果磁场(b2)对应的交流电压信号(xs)，以及
连接在第二信号处理块(v2)下游的补偿块(vk)从交流电压信号(xs)生成馈入补偿线圈(ak)的补偿电流(ik)，以及其中
第二信号处理块(v2)具有用于接收同步信号(xsync)的信号输入，以便将期间检测定位电流(ip)的指定的测量周期(tm)与交流电压信号(xs)同步，以及其中
电流传感器(s1，s2)被设计为使得第二电流传感器(s2)具有比第一电流传感器(s1)低的磁场测量灵敏度并且具有更大的磁场测量范围，这是仅进行部分补偿达到部分补偿的磁场(b1)不超过第一电流传感器(s1)的磁场测量范围的程度的原因。
2.如权利要求1所述的磁场测量设备，其特征在于，
第二信号处理块(v2)被设计为使得生成的交流电压信号(xs)在测量周期(tm)期间持续保持不变，其中测量周期(tm)在定位电流(ip)的数个周期(tp)上延伸。
3.如权利要求1或2所述的磁场测量设备，其特征在于，
第二信号处理块(v2)具有用于在第一电流传感器(s1)的磁场测量范围过载的情况下生成过载信号(xov)的过载检测(10)。
4.如权利要求1至3中任一项所述的磁场测量设备，其特征在于，
补偿块(vk)具有用于调整补偿电流(ik)的调整电路(12)和用于接收由第二信号处理块(v2)生成的调整信号(xad)的信号输入。
5.如权利要求1至4中任一项所述的磁场测量设备，其特征在于，
第一信号处理块(v1)被设计为生成精细补偿信号(xf)，精细补偿信号(xf)被提供给补偿块(vk)，用于交变磁场(bl)的精细补偿。
6.如权利要求1至5中任一项所述的磁场测量设备，其特征在于，
补偿线圈(ak)是其绕组被实现为电路板(10)上的导电路径并且具有由铁氧体制成的平面芯(14)的平面线圈。
7.如权利要求6所述的磁场测量设备，其特征在于，
平面芯(14)同心地具有气隙(16)，第一电流传感器(s1)布置在气隙中。
8.如权利要求6或7所述的磁场测量设备，其特征在于，
作为独立组件的实施例，包括电路板(10)和周围壳体或浇铸料，其中在电路板(10)上额外布置有用于信号处理的电子部件。
9.如权利要求6至8中任一项所述的磁场测量设备，其特征在于，
第二电流传感器(s2)布置在电路板(10)上或实现为分离的结构单元。
10.一种如权利要求3至9中任一项所述的磁场测量设备的使用，作为用于检测ac电源系统中绝缘故障定位系统(ifls)的定位电流的设备，其中定位信号(xp)被传输到绝缘故障定位系统(ifls)的评估单元(14)，同步信号(xsync)由绝缘故障定位系统(ifls)接收，并且过载信号(xov)被提供给绝缘故障定位系统(ifls)。
11.一种用于检测分支ac电源系统中的定位电流(ip)的方法，其中具有电源频率的负载电流(il)流经ac电源系统的待测试的线路区段(4)并且定位电流(ip)具有低于电源频率的基本频率，所述方法包括以下步骤：
在待测试的线路区段上以以下的方式安装电流传感器布置，电流传感器布置包括第一电流传感器(s1)、第二电流传感器(s2)和补偿线圈(ak)，补偿线圈(ak)生成在第一电流传感器(s1)的检测范围内起作用并部分地补偿由负载电流(il)引起的电源频率交变磁场(bl)的补偿磁场(bk)：
第一电流传感器(s1)和第二电流传感器(s2)被布置成使得，除了补偿磁场(bk)之外，第一电流传感器(s1)还检测由定位电流(ip)引起的作为部分补偿的磁场(b1)的交变磁场(bl)和共模磁场(bp)，并且由补偿线圈(ak)生成的补偿磁场(bk)对第二电流传感器(s2)的影响是可忽略的，第二电流传感器(s2)因此仅检测由定位电流(ip)引起的交变磁场(bl)和共模磁场(bp)作为结果磁场(b2)，
通过第一信号处理块(v1)，从由第一电流传感器(s1)生成的第一传感器输出信号(xs1)生成指示定位电流(ip)的定位信号(xp)，
通过第二信号处理块(v2)，从由第二电流传感器(s2)生成的第二传感器输出信号(xs2)生成交流电压信号(xs)，
通过补偿块(vk)，从由第二信号处理块(v2)生成的交流电压信号(xs)生成向补偿线圈(ak)馈送的补偿电流(ik)，
在第二信号处理块(v2)中接收同步信号(xsync)，以便将期间检测定位电流(ip)的指定的测量周期(tm)与交流电压信号(xs)同步，以及其中
电流传感器(s1，s2)被选择为使得，与第一电流传感器(s1)相比，第二电流传感器(s2)具有更低的磁场测量灵敏度和更大的磁场测量范围，这是仅进行部分补偿达到部分补偿的磁场(b1)不超过第一电流传感器(s1)的磁场测量范围的程度的原因。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，
生成的交流电压信号(xs)在测量周期(tm)期间持续保持不变，其中测量周期(tm)在定位电流(ip)的数个周期(tp)上延伸。
13.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于，
生成过载信号(xov)，用于在第二信号处理块(v2)中检测第一电流传感器(s1)的磁场测量范围的过载。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，
在补偿块(vk)从第二信号处理块(v2)接收到调整信号(xad)的情况下，调整补偿块(vk)中的补偿电流(ik)。
15.如权利要求11至14中任一项所述的方法，其特征在于，
在第一信号处理块(v1)中生成精细补偿信号(xf)，精细补偿信号(xf)被提供给补偿块(vk)用于交变磁场(bl)的精细补偿。
技术总结