(57)【要約】  接地されていない電力グリッドの絶縁をモニタする際、交流電圧源（１２）が、少なくとも１つの試験抵抗器（Ｒｋ）を介して電力グリッドに接続される。交流電圧源（１２）によって、接地に対して周期的な連続電圧コースを有し、周波数を有する試験信号（ｕＰ）が電力グリッドに適用される。試験信号（Ｕｐ）のために流れる漏れ電流（ｉＡｂ）が計測され；オーミック絶縁抵抗（Ｒｉｓｏ）が漏れ電流（ｉＡｂ）から決定される。漏れ電流（ｉＡｂ）の有効電流部分が、電力グリッドの変化する漏れ静電容量（ＣＡｂ７、ＣＡｂ８）で所定の推奨される値を維持するように、前記試験信号（Ｕｐ）の前記周波数が変更される。これにより、最高速度で絶縁または接地の障害が検出され所望のレベルの精度が提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接地されていない電力グリッドの絶縁をモニタする方法であって：
−少なくとも１つの試験抵抗器（Ｒｋ）を介して交流電圧源（１２）を前記電力グリッドに接続するステップ、
−前記交流電圧源（１２）によって、接地に対して周期的な連続電圧コース、および周波数を備える試験信号（ｕＰ）を前記電力グリッドに適用するステップ、
−前記試験信号（ｕＰ）のために流れる漏れ電流（ｉＡｂ）を計測するステップ、および
−前記漏れ電流（ｉＡｂ）からオーミック絶縁抵抗（Ｒｉｓｏ）を決定するステップ
を備え、前記漏れ電流（ｉＡｂ）の有効電流部分が、前記電力グリッドの変化する漏れ静電容量（ＣＡｂ７、ＣＡｂ８）で所定の推奨される値を維持するように、前記試験信号（ｕＰ）の前記周波数が変更される方法。
【請求項２】
前記試験信号（ｕＰ）の前記周波数（ｆ）は、追従方法に従って変更される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記試験信号（ｕＰ）の前記周波数（ｆ）は、拡張された周波数範囲にわたって繰り返し増大させられる、および／または低減される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記試験信号（ｕＰ）の前記周波数（ｆ）は連続的に調節される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記試験信号（ｕＰ）の振幅が調節される、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記試験信号（ｕＰ）の前記振幅は、
−前記交流電圧源（１２）により中に結合された電力、または
−前記漏れ電流（ｉＡｂ）の有効電流部分の絶対的な実効値、または
−前記交流電圧源（１２）により中に結合された前記電力の絶対的な有効電力値、または
−前記交流電圧源（１２）により中に結合された前記電力の、前記交流電圧源（１２）により中に結合された全電気値と関係がある相対的な有効電力値
が一定に維持されるように調節される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記試験信号（ｕＰ）および前記漏れ電流（ｉＡｂ）の間の相互相関が決定される、請求項４〜６のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記漏れ電流（ｉＡｂ）の前記有効電流部分を決定するために、前記漏れ電流（ｉＡｂ）は、前記試験信号（ｕＰ）と同相の基準関数を乗じられ、前記積は前記基準関数の整数周期にわたり平均される、および／または前記漏れ電流（ｉＡｂ）の無効電流部分を決定するために、前記漏れ電流（ｉＡｂ）は、前記試験信号（ｕＰ）に対して位相オフセットπ／２を有する他の基準関数を乗じられ、前記積は前記他の基準関数の整数周期にわたり平均される、請求項１〜７のうちいずれか一項に記載に記載の方法。
【請求項９】
前記試験信号（ｕＰ）は正弦信号である、請求項１〜８のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記漏れ電流（ｉＡｂ）の前記有効電流部分がしきい値を超えた場合、ならびに／または前記漏れ電流（ｉＡｂ）および／もしくは前記漏れ電流（ｉＡｂ）の前記有効電流部分がステップ状の変化を表示する場合、絶縁障害が示される、請求項１〜９のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
互いに対して絶縁された、前記電力グリッドの個々のラインからの部分的漏れ電流が、検出された絶縁障害の場所に対して計測され、評価される、請求項１〜１０のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記部分的漏れ電流は、前記交流電圧源（１２）および前記電力グリッドの前記個々のライン（７、８）の間で直接、または接地（５）に対する前記個々のライン（７、８）の電圧によって間接的に計測される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記交流電圧源（１２）は、インバータ（３）の直流電流側で前記電力グリッドに接続される、請求項１〜１２のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記漏れ電流（ｉＡｂ）、および／または前記電力グリッドの個々のライン（７、８）からの前記部分的漏れ電流は、
−インバータ（３）の前記直流電圧側で、
−前記インバータが動作中の間、および
−前記インバータが動作中ではなく、任意選択で、前記ライン（７、８）内に配置された、いくつかのスイッチのうち１つのスイッチが開かれている間、
計測され、
−検出された絶縁障害の前記場所に対して評価される、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
接地されていない電力グリッドの絶縁をモニタする装置（１１）であって：
−少なくとも１つの試験抵抗器Ｒｋを介して前記電力グリッドに接続されるように構成され、接地（５）に対して周期的な連続電圧コース、および周波数を有する試験信号（ｕＰ）を生成する交流電圧源（１２）、
−前記試験信号（ｕＰ）のために流れる漏れ電流（ｉＡｂ）を計測する計測デバイス（１４）、および
−前記漏れ電流（ｉＡｂ）からオーミック絶縁抵抗（Ｒｉｓｏ）を決定する評価デバイス
を備え、前記漏れ電流（ｉＡｂ）の有効電流部分が、前記電力グリッドの変化する漏れ静電容量（ＣＡｂ７、ＣＡｂ８）で所定の推奨される値を維持するような方法で、前記交流電圧源（１２）は、前記試験信号（ｕＰ）の前記周波数を変更する装置（１１）。
【請求項１６】
前記交流電圧源（１２）は、追従方法に従って前記試験信号（ｕＰ）の前記周波数を変更する、請求項１５に記載の装置（１１）。
【請求項１７】
前記交流電圧源（１２）は、一定の周波数範囲にわたり前記試験信号（ｕＰ）の前記周波数を繰り返し増大させる、または低減する、請求項１５に記載の装置（１１）。
【請求項１８】
前記交流電圧源（１２）は、前記試験信号（ｕＰ）の前記周波数を連続的に調節する、請求項１５に記載の装置（１１）。
【請求項１９】
前記交流電圧源（１２）は、前記試験信号（ｕＰ）の前記振幅を調節する、請求項１５〜１８のうちいずれか一項に記載の装置（１１）。
【請求項２０】
前記評価デバイスは、前記試験信号（ｕＰ）および前記漏れ電流（ｉＡｂ）の間の相互相関を決定する、請求項１８または１９に記載の装置（１１）。
【請求項２１】
前記漏れ電流（ｉＡｂ）の前記有効電流部分を決定するために、前記評価デバイスは、前記漏れ電流（ｉＡｂ）に前記試験信号（ｕＰ）と同相の基準関数を乗じ、前記積を前記基準関数の整数周期にわたり平均する、および／または前記漏れ電流（ｉＡｂ）の無効電流部分を決定するために、前記漏れ電流（ｉＡｂ）に、前記試験信号（ｕＰ）に対して位相オフセットπ／２を有する他の基準関数を乗じ、前記積を前記他の基準関数の整数周期にわたり平均する、請求項１５〜２０のうちいずれか一項に記載に記載の装置（１１）。
【請求項２２】
前記試験信号（ｕＰ）は正弦信号である、請求項１５〜２１のうちいずれか一項に記載の装置（１１）。
【請求項２３】
前記漏れ電流（ｉＡｂ）の前記有効電流部分がしきい値を超えたとき、ならびに／または前記漏れ電流（ｉＡｂ）および／もしくは前記漏れ電流（ｉＡｂ）の前記有効電流部分がステップ状の変化を表示するとき、前記評価デバイスは絶縁障害を示す、請求項１５〜２２のうちいずれか一項に記載の装置（１１）。
【請求項２４】
前記計測デバイス（１５〜１８）は、互いに対して切り離された前記電力グリッドの個々のライン（７、８）から流れる部分電流を計測し、前記評価デバイスは、検出された接地障害の場所に対して前記部分電流を評価する、請求項１５〜２３のうちいずれか一項に記載の装置（１１）。
【請求項２５】
前記計測デバイス（１５〜１８）は、前記交流電圧源（１２）および前記電力グリッドの前記個々のライン（７、８）の間で直接、または接地に対する前記個々のラインの電圧によって間接的に、前記部分電流を計測する、請求項２４に記載の装置（１１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本国際出願は、２０１１年５月２４日に出願された、「Ｉｓｏｌａｔｉｏｎｓｕｂｅｒｗａｃｈｕｎｇ  ｍｉｔ  ｅｉｎｅｍ  Ｐｒｕｆｓｉｇｎａｌ  ｖａｒｉａｂｌｅｒ  Ｆｒｅｑｕｅｎｚ」と題する独国特許出願公開第１０２０１１０５０５９０．３号明細書の優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、接地されていない電力グリッドの絶縁をモニタする方法に関する。より詳細には、本発明は、接地されていない電力グリッドの絶縁をモニタする方法であって、少なくとも１つの試験抵抗器を介して交流電圧源を電力グリッドに接続するステップ；交流電圧源によって、接地に対して周期的な連続電圧コース、および周波数を備える試験信号を電力グリッドに印加するステップ；試験信号のために流れる漏れ電流を計測するステップ；およびオーミック絶縁抵抗を漏れ電流から決定するステップを備える方法に関する。
【０００３】
さらに、本発明は、接地されていない電力グリッドの絶縁をモニタする装置に関する。より詳細には、本発明は、接地されていない電力グリッドをモニタする装置であって：少なくとも１つの試験抵抗器を介して電力グリッドに接続されるように構成され、接地に対して周期的な連続電圧コース、および周波数を有する試験信号を生成する交流電圧源；試験信号のために流れる漏れ電流を計測する計測デバイス；およびオーミック絶縁抵抗を漏れ電流から決定する評価デバイスを備える装置に関する。
【０００４】
接地されていない電力グリッドは、直流電力グリッドでも、交流電力グリッドでもよい；接地されていない電力グリッドはまた、たとえばインバータの入力側のように直流領域、およびたとえばインバータの出力側のように交流領域の両方を有してもよい。
【０００５】
接地されていない電力グリッドは、詳細には太陽光発電システムまたは任意の他の接地されていない電力グリッドにおける、いわゆるＩＴ（フランス語：ｉｓｏｌｅｅ  ｔｅｒｒｅ）グリッドであってもよい。
【背景技術】
【０００６】
接地されていない電力グリッドのラインのうち任意の電気接地と固定した関係がない接地されていない電力グリッドが、さらにＩＴ（フランス語：ｉｓｏｌｅｅ  ｔｅｒｒｅ）グリッドと呼ばれることがある。このような電力グリッドでは、ラインの１本および接地の間の絶縁障害が、このラインが接地されることになるだけであり、電力グリッドは依然として動作させられたままであることがある。しかしながら、このような絶縁障害をできるだけ早く検出して、電力グリッドの停止を余儀なくさせる他のどんな絶縁障害であれ発生する前に、このような絶縁障害を修理することができるべきである。
【０００７】
ＩＴグリッドでは、接地に対する絶縁障害が、接地に対するインピーダンスを計測し、評価することにより検出される場合がある。接地に対するインピーダンスは、接地に対するインピーダンスの実部としての、対象となるオーミック絶縁抵抗、および接地に対するインピーダンスの虚部としての、接地に対する容量性リアクタンスからなる複素数値である。接地に対する容量性リアクタンスは、接地に対して実効的な電力グリッドの漏れ静電容量の結果である。
【０００８】
ＩＴグリッドは、太陽光発電システムでしばしば使用される。太陽光発電システムの太陽光モジュールだけの表面積のために、太陽光発電システムは、接地に対して高い漏れ静電容量を示す。これらの漏れ静電容量の値は、たとえば、雨が太陽光発電システムの上に降ったとき、かなり変化する。高いと同時に変化する漏れ静電容量のために、接地に対してＩＴグリッドとして動作させられる太陽光発電システムの絶縁をモニタすることが、かなり複雑になる。さらに、最大電力点追従制御（ＭＰＰ  ｔｒａｃｋｉｎｇ）のためにそれぞれの太陽光発電機にわたり発生する電圧変動が、同じく太陽光発電システムの絶縁モニタリングで問題を引き起こす。
【０００９】
接地されていない電力グリッドの絶縁をモニタするための方法および装置が、独国特許出願公告第２５４２８１１（Ｂ１）号明細書により公知である。この特許では、好ましい範囲２５Ｈｚ〜５００Ｈｚの周波数を有する正弦形状の試験信号が、交流電圧源によって計測対象に印加される。交流電圧源と直列に接続された抵抗器の両端の電圧降下が、試験信号により引き起こされた漏れ電流の尺度として使用される。漏れ電流は、試験信号と同相の漏れ電流の有効電流部分を決定するために、試験信号と同相で動作している整流器回路に供給される。漏れ電流の有効電流部分が比較的小さく、したがって、比較的高い誤差でしか決定されないことがあるので、公知の方法および公知の装置は、ＩＴグリッドとして動作させられた太陽光発電システムの絶縁モニタリングでは非常に限られた範囲だけに適していることになる。
【００１０】
接地されていない電力グリッドの絶縁をモニタするための他の方法および他の装置が、独国特許第３８８２８３３（Ｄ２）号明細書により公知である。この特許では、交流電流グリッドがモニタされている場合、ＩＴグリッドに印加される試験信号が、交流電流の周波数より低い周波数を有するべきであること、およびモニタされる電力グリッドの漏れ静電容量の両端を流れる電流が最小になるほど周波数を低くすべきであることが示されている。たとえば、１０Ｈｚの周波数がモニタされる。このとき、漏れ電流のこの無効電流部分が、絶縁抵抗を決定するために補償される。
【００１１】
欧州特許出願公開第０６５４６７３（Ａ１）号明細書により公知の、接地されていない直流および交流の電力グリッドの絶縁をモニタする方法および装置では、電圧源によってモニタされるように、方形波電圧コースを有する試験信号が電力グリッド印加される。その結果得られる漏れ電流に基づき、計測対象および接地の間の絶縁抵抗の絶対値が決定される。方形波電圧コースを使用するために、遷移効果、詳細には、モニタすべき電力グリッド内の接地に対するどんな静電容量のローディングも、漏れ電流を計測するまで待たされなければならない。このため、高い静電容量が存在するとき、絶縁抵抗の計測には非常に時間がかかる。これを、前の遷移効果が終わり、漏れ電流が計測されるとすぐに、次の電圧ステップを試験信号に印加することにより補償しようと試みられた。しかしながら、それにもかかわらず、高い漏れ静電容量があれば、絶縁抵抗の１回の計測に、約数分間を要することがある。これは、絶縁障害を迅速に検出するには十分ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】独国特許出願公告第２５４２８１１（Ｂ１）号明細書
【特許文献２】独国特許第３８８２８３３（Ｄ２）号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第０６５４６７３（Ａ１）号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって、高い漏れ電流が存在するときでさえ、詳細には変化する漏れ電流が存在するときでさえ、絶縁障害の発生を確実に検出する、接地されていない電力グリッドの絶縁をモニタするための強固で迅速に応答する方法および装置が依然として必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、接地されていない電力グリッドの絶縁をモニタする方法に関する。この方法では、少なくとも１つの試験抵抗器を介して交流電圧源が電力グリッドに接続される。接地に対して周期的な連続電圧コース、および周波数を備える試験信号が、交流電圧源によって電力グリッドに印加される。試験信号のために流れる漏れ電流が計測され、オーミック絶縁抵抗が漏れ電流から決定される。漏れ電流の有効電流部分が、電力グリッドの変化する漏れ静電容量で所定の推奨される値を維持するように、試験信号の周波数が変えられる。
【００１５】
本発明はまた、接地されていない電力グリッドの絶縁をモニタする装置に関する。この装置は、（ｉ）少なくとも１つの試験抵抗器を介して電力グリッドに接続されるように構成され、接地に対して周期的な連続電圧コース、および周波数を有する試験信号を生成する交流電圧源、（ｉｉ）試験信号のために流れる漏れ電流を計測する計測デバイス、および（ｉｉｉ）漏れ電流からオーミック絶縁抵抗を決定する評価デバイスを備える。交流電圧源は、漏れ電流の有効電流部分が、電力グリッドの変化する漏れ静電容量で所定の推奨される値を維持するような方法で、試験信号の周波数を変更する。
【００１６】
漏れ電流の有効電流部分が所定の推奨される値を維持することは、漏れ電流の有効電流部分が、限られた値の範囲内に留まり、最高速度で絶縁または接地の障害を検出し所望のレベルの精度を提供することを意味する。
【００１７】
本発明の他の特徴および利点が、以下の図面および詳細な説明を検討すると、当業者には明確になるであろう。このような追加の特徴および利点がすべて、本明細書において、特許請求の範囲により規定されるように、本発明の範囲に含まれることが意図される。
【００１８】
本発明は、以下の図面を参照して、よりよく理解することができる。図面中の構成要素は必ずしも縮尺どおりではなく、むしろ、本発明の原理を明確に示すことに重きが置かれている。図面では、同様の参照番号は、さまざまな図全体にわたって対応する部分を指す。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】インバータを備え、ＩＴグリッドとして動作させられる太陽光発電システムを、交流電圧源、およびＩＴグリッドの絶縁をモニタする装置の計測デバイスと共に概略的に示す。
【図２】図１によりＩＴグリッドおよび電気接地の間に存在する電圧を決定するための、簡略化した等化回路図を示す。
【図３】複素漏れ電流ＩＡｂの実部としての有効電流部分Ｉｗおよび複素漏洩電流ＩＡｂの虚部としての無効電流部分Ｉｂからなる複素漏れ電流ＩＡｂのベクトル図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本明細書で開示する、接地されていない電力グリッドの絶縁をモニタする方法では、試験信号の周波数が固定されるのではなく、現在実効的な、電力グリッドの漏れ静電容量に適合される。この適合は、いくつかの異なる方法で、たとえば、繰り返しまたは連続的に試験信号の周波数を調節することにより達成されてもよい。いずれの場合も、試験信号の周波数を変更する目的は、所定の推奨される値が達成されるように、漏れ電流の有効電流部分を高いレベルで保持することである。この方法では、モニタされる電力グリッドの絶縁抵抗を十分な精度および信頼度で決定することができることが保証される。同時に、この決定はまた、十分な精度および信頼度を達成するために必要な程度だけ試験信号の周波数を下方に変更することにより最小量の時間内で行われる。換言すれば、推奨される値を超えた場合、変化する絶縁抵抗に、詳細には絶縁障害に反応するために必要な時間は不必要に長くなり、このことは、十分な精度および信頼度を達成するためにいずれにしても必要ない。したがって、本明細書で開示する方法では、変化する絶縁抵抗に、詳細には絶縁障害に反応するために必要な時間は、推奨される値を維持することにより、できるだけ短く維持される。一方では、推奨される値は、本明細書で開示する方法では、有効電流部分が到達する最小値である；しかしながら、他方では、推奨される値は、不必要に超えられない目標値である。
【００２１】
詳細には、漏れ電流の有効電流部分の所定の推奨される値は、所定の相対的な窓、すなわち、詳細にはパーセンテージ窓または制限された範囲のパーセンテージ値の範囲内に維持される全漏れ電流に対する漏れ電流の有効電流部分の相対的な実効値であってもよい。漏れ電流の有効電流部分の相対的な実効値および全漏れ電流の関係は、原因となる試験信号に対する漏れ電流の位相角に直接対応する。一方では精度および信頼度のレベルに応じて、同時に他方では実現すべき反応時間に応じて、漏れ電流の有効電流部分に対する推奨される値は、全漏れ電流に対する漏れ電流の有効電流部分の相対的な実効値として決定されてもよく、典型的なパーセンテージ範囲０．１％〜５０％内であってもよい。好ましくは、この推奨される値は約１０％であり、約８０°の位相角に対応する。特定の状況下では、推奨される値はまた、０．１％未満、または５０％を超えて設定されてもよい。低いオーミック絶縁障害がすでに検出された場合、有効電流部分に対して推奨される値に従って、試験信号の周波数をさらに増大させる必要がないことが認識されよう。代わりに、試験信号の周波数は、最大値に制限されてもよい。この最大値に到達すればかならず、低いオーミック絶縁抵抗がすでに検出されているように、この最大値を設定してもよい。
【００２２】
本明細書で開示する方法では、試験信号の周波数は、漏れ電流の有効電流部分の推奨される値が常にできるだけ近くに維持されるように、追従方法に従って連続的に変更されてもよい。推奨される値を維持するために必要な周波数を見つけ出すために、試験信号の周波数はまた、拡張された周波数範囲全体を繰り返しスイープされてもよい。試験信号の周波数を連続的に調節することも可能である。しかしながら、低すぎる周波数では、方法は絶縁障害に対して、望まれるより遅く反応する、または高すぎる周波数では、方法は望まれる精度未満で動作するので、周波数をスイープまたは調節する間、推奨される値を満たさない試験信号の全周波数で、最適な計測条件が達成されないことが考慮されなければならない。
【００２３】
本明細書で開示する方法の特定の一実施形態では、試験信号の振幅が、同じく調節される。周波数の調節に伴い電力が基本的に変動するにもかかわらず、交流電圧源により供給される電力が一定に保持されるような方法で、振幅の調節を行うことができる。あるいは、振幅調節を使用して、（ｉ）漏れ電流の有効電流部分の絶対的な実効値、または（ｉｉ）交流電圧源の電力の絶対的な有効電力値、または（ｉｉｉ）交流電圧源の全電力に対する交流電圧源の相対的な有効電力値を一定に保つことができる。
【００２４】
さらに、有利な方法では、試験信号の周波数および／または振幅の調節を使用して、試験信号および試験信号により引き起こされる漏れ電流の間の相互相関を決定してもよい。相互相関によって決定される類似度が、複素漏れインピーダンスの絶対値に対応し、一方では、試験信号および漏れ電流の間の時間シフトが、複素漏れインピーダンスの位相角に対応する。
【００２５】
あるいはまたはさらに、漏れ電流は、試験信号ｕＰと同相の基準関数を乗じられてもよい。このとき、この乗算の積は、基準関数の整数周期にわたり平均されてもよい。試験信号が正弦信号であり、かつ基準関数がたとえばピーク値
【数１】
2014517667.tif 000003
を有する正弦関数である場合、その結果得られる平均値は、漏れ電流の有効電流部分の実効値に直接対応する。同様な方法で、漏れ電流の無効電流部分が、同じく、試験信号に対してπ／２の位相オフセットを有する他の基準関数を漏れ電流に乗じることにより、および乗算の積を他の基準関数の整数周期にわたり平均することにより、決定されてもよい。試験信号としての正弦信号の場合、この場合も好ましくはピーク値
【数２】
2014517667.tif 000004
を有する他の基準関数として、余弦関数が使用されてもよい。実際には、それぞれの積の平均化はまた、低域フィルタリングにより実現されてもよい。
【００２６】
試験信号に対して連続的に変化するので、漏れ電流のステップ、詳細には、漏れ電流の有効電流部分のステップは、試験信号により引き起こされるのではなく、絶縁障害の指示である。このような絶縁障害はまた、当然のことながら、漏れ電流の有効電流部分がしきい値を超えたとき、または漏れ電流に基づき決定された絶縁抵抗がしきい値以下に下がったときに、常に存在する。
【００２７】
本明細書で開示する方法を、変圧器までの交流電流側が接地されていないインバータを含む太陽光発電システムに適用するとき、交流電圧源は、好ましくは、インバータの直流電流側で電力グリッドに接続される。しかしながら、一般に、交流電圧源はまた、インバータの交流電流側で電力グリッドの個々のラインに接続されてもよい。この場合、電力グリッドの絶縁状態に関する追加情報、および詳細には、現在の絶縁障害の場所に関する追加情報が、他の計測値によって得られることがある。本明細書で説明する方法をインバータの直流電流側だけで実行するときでさえ、動作しているインバータがインバータの直流電流側のラインをインバータの交流電流側のラインと（交互に）直流電気的に接続する限り、インバータの交流電流側で絶縁障害が同じく検出される。このとき、絶縁障害をインバータの直流電流側または交流電流側に局在化するためには、インバータの交流電流側がインバータの直流電流側から直流電気的に分離されるように、インバータの動作を停止することで十分である。このとき、絶縁障害がインバータの直流電流側からもはや検出されない場合、絶縁障害は交流電流側にある。しかしながら、絶縁障害が直流電流側から依然として検出される場合、絶縁障害は直流電流側にある。
【００２８】
互いに対して絶縁された電力グリッドの個々のラインからの部分電流を決定することにより、同じく電力グリッドの絶縁状態に関する追加情報が得られることがある。部分電流は、電圧源および電力グリッドの個々のラインの間で直接決定されても、接地に対する個々のラインの電圧に基づき間接的に決定されてもよい。部分電流を評価することにより、検出された絶縁障害を電力グリッドの個々のラインに割り振ることができるようになる。これは、少なくとも、絶縁された、すなわち直流電気的に絶縁された、電力グリッドのラインに適用される。太陽光発電機を備える電力グリッドでは、この絶縁は動作状態で存在しない。しかしながら、太陽光発電機が夜間のように非活動状態であり、かつ非導電状態になるとすぐに、この絶縁は存在し、少なくともこのとき、説明した方法で絶縁障害が局在化されてもよい。このような局在化はまた、太陽光発電機およびインバータの間の個々のライン内に配置されたスイッチによって日中に達成されてもよい。これらのスイッチが１つずつ開かれ、かつ電力グリッドの個々のラインからの部分電流が直流電流側で同時に計測された場合、それぞれ開かれたスイッチのどちら側に絶縁障害が位置するかを決定することができる。
【００２９】
次に、図面をより詳細に参照すると、図１は、ＩＴグリッドとして、すなわち電気接地５に対して絶縁された電力グリッドとして設定され、太陽光発電機２から、インバータ３を越えて変圧器４まで伸びる太陽光発電システム１を概略的に示す。太陽光発電機２からインバータ３までは、ＩＴグリッドは直流電力グリッドであり、インバータ３から変圧器４までは、ＩＴグリッドは交流電力グリッドである。変圧器４を介して、太陽光発電システム１は、太陽光発電機２から、接地５に対して固定された基準を有する公衆交流電力グリッド６の中に電気エネルギーを供給する。接地５に対する、インバータ３の入力ライン７および８の絶縁抵抗Ｒｉｓｏ７およびＲｉｓｏ８は、図１ではオーム抵抗器９により表される。これらのオーム抵抗器９は、接地に対する入力ライン７および８の漏れ静電容量Ｃａｂ７およびＣａｂ８を表すコンデンサ１０に平行に接続される。これらの漏れ静電容量Ｃａｂ７およびＣａｂ８は、本質的に、太陽光発電機２の太陽光モジュールの広い表面積に起因する。
【００３０】
入力ライン７または８の一方に絶縁障害が存在する場合、すなわち、絶縁抵抗器Ｒｉｓｏ７またはＲｉｓｏ８の一方が、アース障害が発生するようにあまりにも小さくなったとき、太陽光発電システム１は、必ずしも完全に停止されなければならないわけではない。しばしば、インバータ３のスイッチをオフにすることが、高い漏れ電流が第２の入力ラインとして流れるのを防ぐのに十分であり、したがって、太陽光発電機２の第２の極は、接地５に対して依然として絶縁される。しかしながら、インバータ３のスイッチをオフにするために、およびいずれにせよ接地障害を修理するために、この接地障害はできるだけ早く検出されなければならない。このために、装置１１が提供される。この装置１１は、２つの試験抵抗器ＲＫ７およびＲＫ８を備える結合ネットワーク１３を介して接地５に対して周期的な連続電圧コースを備える試験信号が、太陽光発電システム１のインバータ３の直流電流側で電力グリッドに印加される交流電圧源１２を備える。試験信号ｕＰのために結合ネットワーク内を流れる漏れ電流ｉＡｂが、この場合、電流計である計測デバイス１４によって計測される。さらに、試験抵抗器ＲＫ７およびＲＫ８を通って流れる部分電流ｉＡｂ７およびｉＡｂ８が、同じく電流計である計測デバイス１５および１６により計測される。あるいは、入力ライン７および８それぞれと、接地５との間の電圧ｕＡｂ７およびｕＡｂ８が、電圧計である計測デバイス１７および１８によって計測される。試験信号ｕＰは、振幅が調節されてもよい、接地に対して正弦形状の交流電圧から構成されてもよい。いずれの場合も、試験信号は、接地に対して周期的な連続電圧コースを備え、試験信号の周波数に関して変更することができる。この変更は、チャープとして、またはウェーブレットとして行われてもよい；しかしながら、好ましくは、この変更は連続的な変更である、または周波数は、次のチャープまたはウェーブレットまでチャープによって、またはウェーブレットによって、周波数の最適値が決定された後に一定に維持される。
【００３１】
計測デバイス１４〜１８により計測された電流または電圧は、絶縁抵抗Ｒｉｓｏ７およびＲｉｓｏ８だけではく、漏れ静電容量ＣＡｂ７およびＣＡｂ８、ならびに試験信号ｕＰの周波数にも依存する。詳細には、交流電流抵抗および漏れリアクタンスＸＣは、ＸＣ＝１／（２πｆ＊ＣＡｂ）に従って漏れ静電容量ＣＡｂ７およびＣＡｂ８に依存し、式中、ｆは試験信号ｕＰの周波数である。漏れ静電容量ＣＡｂが非常に高ければ、容量性漏れリアクタンスＸＣは小さくなり、それに対応して、試験信号ｕＰは、比較的高い絶縁抵抗Ｒｉｓｏ７およびＲｉｓｏ８と比較して、漏れ静電容量ＣＡｂ７およびＣＡｂ８にわたり高い漏れ電流を引き起こす。このことが、漏れ電流ｉＡｂという尺度に基づく絶縁抵抗Ｒｉｓｏ７およびＲｉｓｏ８の決定が十分高い精度になるのを妨げる。試験信号ｕＰの周波数ｆが低減されたとき、漏れリアクタンスＸＣは増大し、このことは、漏れ静電容量ＣＡｂ７およびＣＡｂ８にわたる漏れ電流がより小さくなること、および絶縁抵抗Ｒｉｓｏ７およびＲｉｓｏ８を通る漏れ電流が、相対的観点からより高くなることを意味する。試験信号ｕＰの全電力が、この場合、試験信号の周波数の増大と共に試験信号ｕＰの振幅を増大させることさえ可能になる定数に維持されると、絶縁抵抗Ｒｉｓｏ７およびＲｉｓｏ８を流れる漏れ電流もまた、絶対的観点から増大する。しかしながら、試験信号ｕＰの周波数ｆの低減により、絶縁抵抗Ｒｉｓｏ７およびＲｉｓｏ８の決定がより遅くなり、したがって、絶縁抵抗Ｒｉｓｏ７およびＲｉｓｏ８の変化が迅速に検出されなくなる。この理由のために、一方では、漏れ電流が絶縁抵抗Ｒｉｓｏ７およびＲｉｓｏ８を決定するのに十分高いことを保証し、他方では、絶縁抵抗短絡の変化に反応するために試験により必要とされる時間を維持するために、試験信号ｕＰの周波数ｆの最適化が行われる。
【００３２】
図２による簡略化された等価回路図は、結合ネットワーク１３の両端の電圧降下ｕＲｋが、計測された漏れ電流ｉＡｂ、および結合ネットワーク１３の試験抵抗器Ｒｋの値からどのように演繹できるかを示す。メッシュ規則によれば、このとき、並列に接続された絶縁抵抗Ｒｉｓｏおよび漏れ静電容量ＣＡｂの両端の電圧降下ｕＡｂが決定されてもよい。この方法では、ＲｉｓｏおよびＣＡｂの値を決定するために、電流ｉＡｂおよび電圧ｕＡｂが利用できる。あるいは、電圧ｕＡｂはまた直接計測されてもよい。しかしながら、直接計測するには、図１による太陽光発電機２の高い出力電圧のために何らかの努力が必要であり、低い精度しか提供されない。しかしながら、結合ネットワーク１３の両端の電圧ｕＲｋ降下はまた、少ない努力で直接計測される場合がある。
【００３３】
同じ方法で、ｕＡｂおよびｉＡｂに起因する絶縁インピーダンスＺが、絶縁インピーダンスＺの実部としての絶縁抵抗Ｒ、および絶縁インピーダンスＺの虚部としての漏れリアクタンスＸＣから構成される複素数値であるので、漏れ電流ＩＡｂもまた、漏れ電流ＩＡｂの実部としての有効電流部分Ｉｗ、および漏れ電流ＩＡｂの虚部としての無効電流部分Ｉｂ、すなわち容量性漏れ電流から構成される複素数である（図３参照）。実部Ｉｂの実効値は、時間に依存する計測値ｉＡｂに試験信号ｕＰと同相の正弦関数を乗ずることにより決定されてもよい。それに対応して、虚部Ｉｂの実効値は、時間に依存する計測値ｉＡｂに、試験信号ｕＰに対して位相オフセットπ／２を含む基準信号を乗ずることにより得られてもよい。しかしながら、この方法では、Ｉｗが容量性漏れ電流に対して、すなわちＩＡｂの無効電流部分Ｉｂに対して十分高い場合だけ、Ｉｗについて、十分正確な値が得られる。これは、本明細書で開示する方法に従って試験信号ｕＰの周波数を調整することにより保証される。換言すれば、たとえば太陽光発電システムへの降雨のための漏れ静電容量の変化により引き起こされた、漏れ電流ＩＡｂの有効電力部分Ｉｗおよび無効電力部分Ｉｂの間の位相角φの小さな変動が、別の方法ですでに、無効電力部分Ｉｂ、および絶縁インピーダンスＺの対象となる実部Ｒを決定する際の精度に大きな影響を及ぼすので、無効電流部分Ｉｂは、ＲｉｓｏおよびＣＡｂの並列回路内の漏れ電流ＩＡｂの有効電流部分Ｉｗを大きく越えすぎることはないことが、十分小さい周波数によって保証される。
【００３４】
絶縁障害の迅速な検出に関して同じく最適化された試験信号ｕＰの周波数ｆでは、漏れ電流の有効電流部分および無効電流部分の間の位相角φは、太陽光発電システム内の比較的高い絶縁抵抗Ｒおよび比較的低い漏れリアクタンスＸＣの間の典型的な関係のために、対象となる絶縁抵抗Ｒの値に少ししか依存性を示さない。詳細には、本明細書で説明する方法は、デジタル化された信号ｕＡｂおよびｉＡｂそれぞれに、試験信号ｕＰと同相であり、かつその後低域通過フィルタで処理される正弦信号または余弦信号をそれぞれ乗じることにより、位相角φを決定することなく、行われる。この方法で得られる直流値は、試験信号によって中で結合された電力の仮想的な有効部分（基準正弦との乗算によるＵｗおよびＩｗ）および無効部分（基準余弦との乗算によるＵｂおよびＩｂ）を表す。これらの値から、仮想電力が計算されてもよい：
Ｐ＝Ｕｗ＊Ｉｗ＋Ｕｂ＊Ｉｂ
Ｑ＝Ｕｗ＊Ｉｂ−Ｕｂ＊Ｉｗ
【００３５】
仮想電力から、抵抗部分Ｒｉｓｏおよび無効部分ＸＣを有する複素インピーダンスＺが、以下のように、太陽光発電機および接地の間の電圧の実効値から決定されてもよい：
Ｒｉｓｏ＝Ｕ実効値２／Ｐ
ＸＣ＝Ｕ実効値２／Ｑ
【００３６】
本明細書で開示する方法では、デジタル化された後の計測値ｉＡｂはまた、周波数および／または振幅に関して調節された試験信号ｕＰに対する相互相関を計算することにより評価されてもよく、有効電流部分および無効電流部分の間の位相角φに対応する、ｕＰに対するｉＡｂの時間シフト、ならびに複素絶縁インピーダンスＺに対応する、試験信号ｕＰおよび計測された信号ｉＡｂの間の類似度が決定される。試験信号ｕＰの電圧コースに関しては、この場合、詳細には、たとえば、正弦形状の搬送波、および振幅０ボルト〜３０ボルトを有し周波数範囲０．１Ｈｚ〜１Ｈｚの調節を有するウェーブレットのような、調整されたウェーブレットが適している。一般に、試験信号ｕＰの振幅を安全な、特別に低い電圧５０ボルト以下に維持するのが適している。
【００３７】
試験信号ｕＰの周波数ｆを調節することにより保証される、本明細書で開示する方法の感度は、複素絶縁インピーダンスＺを完全に決定するためだけでなく、複素絶縁インピーダンスＺの実部Ｒｉｓｏだけを定量的に決定するために利用可能である。試験信号ｕＰは連続電圧コースを備え、かつ高い周波数を備えないので、試験信号により、詳細には、決定された漏れ電流の有効電流部分により引き起こされるような計測値ｉＡｂ、ｉＡｂ７、ｉＡｂ８、ｕＡｂ７、ｕＡｂ８は、ステップ状の変化をまったく含まない。計測値にこのようなステップが発生した場合、これは、入力ライン７および８の突然の絶縁破壊を示す。さらに、ｉＡｂ７およびｉＡｂ８の間の、またはｕＡｂ７およびｕＡｂ８の間の差異を認めることにより、少なくとも、任意の絶縁障害のおおよその場所を突き止めることが可能になる。このとき、少なくとも太陽光発電機２が入力ライン７および８をショートカットしない間、図１に従って、または図２による太陽光発電機２の対応する極に従って、インバータ３の入力ライン７および８の両方にメッシュ規則が別個に適用されてもよい。このことは、絶縁がまったくない夜間に特にあてはまる。インバータ３の交流電流側に絶縁障害を局在化することは、インバータの動作を停止させ、したがって、インバータ３の出力ライン２０〜２２および入力ライン７および８の間の（交替する）直流電気接続を中断することにより可能である。インバータの交流電流側に絶縁障害があれば、漏れ電流ＩＡｂは低減する。このとき、交流電流側での絶縁障害をさらに局在化するために、結果として生じる漏れ電流が計測される間、試験信号がインバータ３の個々の出力ライン２０〜２２に印加されてもよい。
【００３８】
本発明の精神および原理から実質的に逸脱することなく、本発明の好ましい実施形態に多くの変更および修正が行われてもよい。このような修正および変更はすべて、本明細書において、特許請求の範囲により規定されるように、本発明の範囲に含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３９】
１    太陽光発電システム
２    太陽光発電機
３    インバータ
４    変圧器
５    接地
６    交流電力グリッド
７    入力ライン
８    入力ライン
９    オーミック抵抗
１０    コンデンサ
１１    装置
１２    交流電圧源
１３    結合ネットワーク
１４    計測デバイス
１５    計測デバイス
１６    計測デバイス
１７    計測デバイス
１８    計測デバイス
２０    出力ライン
２１    出力ライン
２２    出力ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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