DE10045439A1

DE10045439A1 - Erdungsanlagen-Überwachungseinrichtung

Info

Publication number: DE10045439A1
Application number: DE10045439A
Authority: DE
Inventors: Chang Yang Hsueh
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-09-17
Filing date: 2000-09-14
Publication date: 2001-04-26
Also published as: GB2356500B; CN100473993C; CN2408466Y; GB2356500A; JP2002107391A; KR20010067185A; KR100679988B1; JP3408235B2; GB0022732D0; CN1246616A

Abstract

Erdungsanlagen-Überwachungseinrichtung zur Überwachung des Erdungsstatus einer Erdungsbusleitung (A3) und eines unterirdischen Erdungsstabs (A2) oder Erdungsnetzes, wobei die Überwachungseinrichtung eine Vielzahl von Überwachungseinheiten (100) und einen Hauptrechner (200) aufweist. Jede Überwachungseinheit (100) weist folgendes auf: eine Stromversorgung (10), die dazu ausgebildet ist, eine Netzspannung in die gewünschte Betriebsgleichstromversorgung umzuwandeln, eine Vordektierschaltung (20) und eine Pufferschaltung (30) zum Detektieren des Erdungsstatus der zu überwachenden Erdungsanlage, ein Display (40) zur Anzeige des Detektierergebnisses von der Vordetektierschaltung (20), eine Eingabeeinrichtung (60), die dazu ausgebildet ist, einen vorgegebenen Sollwert der Erdungssteuerung einzugeben, einen Vergleicher, der den vorgegebenen Sollwert der Erdungssteuerung mit dem Detektierergebnis vergleicht, eine Warneinrichtung (80), eine Treiberschaltung (70), die von dem Vergleicher (50) angesteuert wird und die Warneinrichtung (80) im Fall einer Abnormalität des Erdungsstatus aktiviert, und eine Kommunikationsschaltung (90), die das Detektierergebnis zu einem entfernten Hauptrechner (200) übermittelt.

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Erdungsanlagen-Überwachungs einrichtung, und zwar speziell eine, die zum Einsatz bei der Fernüberwachung des Erdungsstatus von mehreren Meßstellen praktisch verwendbar ist.

Die Erdungstechnik wird bei der IC-Herstellung, beim Einbau von Präzisionsschaltungen sowie bei Flugzeugen auf Flughäfen oder Tankwagen in Tankstellen, die eine Erdung erfordern, intensiv angewandt. Integrierte Schaltungen bzw. ICs, elek tronische Bauelemente, Arbeitsstationen, Flugzeuge, Fahr zeuge, die explosionsfähige Treibstoffe transportieren, und alle gegenüber statischer Elektrizität empfindlichen Einrich tungen erfordern eine Erdungsanlage, um die statische Elek trizität von statischen Elektrizitätsträgern mit Erde zu ver binden, um einen sicheren Betrieb der IC, elektronischen Bau elemente, Arbeitsstationen, Flugzeuge, Fahrzeuge und Einrich tungen zu gewährleisten.

Die Güte der Erdungsanlage ist dabei kritisch. Außerdem ist es wichtig, den Erdungsstatus der Erdungsanlagen im Betrieb zu überwachen. Bei herkömmlichen Verfahren erfolgt die Über wachung des Erdungsstatus einer Erdungsanlage durch eine Arbeitskraft, d. h. der Techniker mißt periodisch oder nicht periodisch die Erdungsimpedanz zwischen dem Busleiter über der Erde und dem Erdungsstab der Erdungsanlage.

Die auf diese Weise gemessene Impedanz ist nicht die echte Erdungsimpedanz. Tatsächlich ist die echte Erdungsimpedanz abstrakt eine physikalische Größe, die der spezifische Wert des Erdungsstabs oder der Erdungsanlage relativ zu dem ent fernten Nullpotential bei Verbindung mit einem Erdungsstrom ist. Kurz gesagt, die echte Erdungsimpedanz ist die Kombina tion aus der Impedanz des Erdungsleiters und des Erdungsstabs oder der Erdungsanlage, umfaßt jedoch nicht den Wert, der von der Verbindung zwischen dem Busleiter und dem Erdungsstab gemessen wird.

Die herkömmlichen Erdungsmeßverfahren können einen fehler haften Zustand des Erdungsstabs/der Erdungsanlage und den Verbindungszustand zwischen dem Erdungsstab und der unter irdischen Schaltung nicht wirksam detektieren. Außerdem ist bei den herkömmlichen Verfahren zum Messen der Erdungsimpe danz kein Standard-Erdungswert (Referenzwert) zum Vergleich mit einem Meßwert vorgesehen, und der Techniker kann nicht sofort eine exakte Beurteilung vornehmen.

Wenn der Erdungsstab nicht in Ordnung ist oder die Verbindung zwischen dem Erdungsstab und der Busleitung unterbrochen ist, kann der Techniker diesen Zustand nicht rasch entdecken, und daher kann eine fehlerhafte Erdung in einer IC-Fertigungs straße auftreten. Wenn die Erdungsanlage eines Flughafens oder einer Tankstelle nicht genau überwacht werden kann, kann ein Unfall auftreten.

Weiterhin hat eine in einem Flughafen oder einer Tankstelle verwendete Erdungsanlage eine Vielzahl von Meßpunkten. Es erfordert viel Arbeitsaufwand und Geräteeinsatz, an den Meß punkten Messungen vorzunehmen. Außerdem ist es schwierig, sämtliche Meßpunkte gleichzeitig zu überwachen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung wurde im Hinblick auf diese Situation gemacht. Aufgabe der Erfindung ist die Angabe einer Erdungsanlagen- Überwachungseinrichtung, die den Erdungsstatus der Erdungs busleitung und des Erdungsstabs der zu überwachenden stati schen Erdungsanlage in Abhängigkeit von der Standarderdung des Erdungsleiters der Stromversorgungsanlage überwacht und bei Vorhandensein einer Abnormalität des Erdungsstatus auto matisch ein Warnsignal abgibt.

Dabei besteht eine weitere Aufgabe der Erfindung in der Angabe einer Erdungsanlagen-Überwachungseinrichtung, die es dem Benutzer erlaubt, unterschiedliche Zielwerte für die Erdungssteuerung entsprechend unterschiedlichen Anwendungen vorzugeben, beispielsweise für die Erdung eines Blitzablei ters, die statische Erdung einer Halbleiterfertigungsanlage, die Erdung eines medizinischen Systems, die Erdung eines Nachrichtenübertragungssystems, die Erdung einer petrochemi schen Anlage, um so den Erdungsstatus von Erdungsanlagen über der Erde sowie den Erdungsstatus von unterirdischen Erdungs anlagen präzise zu überwachen.

Weiterhin besteht eine weitere Aufgabe der Erfindung in der Angabe einer Erdungsanlagen-Überwachungseinrichtung, die mit einem Kommunikationssystem ausgestattet ist, um ein Meßergeb nis an einen verkabelten entfernten Hauptrechner oder einen tragbaren drahtlosen Rechner zu liefern, was es der zuständi gen Person ermöglicht, den Erdungsstatus der Erdungsanlagen von einem entfernten Standort aus zu überprüfen, zu unter suchen und aufzuzeichnen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung eine Erdungsanlagen-Überwachungseinrichtung vorgesehen, die einen Hauptrechner sowie eine Vielzahl von Erdungsüberwachungs einheiten aufweist, die jeweils mit dem Hauptrechner verbun den und dazu ausgebildet sind, den Erdungsstatus von zugeord neten Überwachungsstellen zu detektieren.

Jede Erdungsüberwachungseinheit weist dabei folgendes auf:
eine Stromquelle, die dazu ausgebildet ist, eine Netzspannung in die gewünschte Betriebsgleichstromversorgung umzuwandeln und einen Erdungsleiter des Netzes mit dem Erdungsanschluß der Stromversorgung zu verbinden;
eine Vordetektierschaltung, die mit einem Erdungsstab und einer Erdungsbusleitung in einer der zugehörigen Über wachungsstellen verbunden ist, um den Erdungsstatus des Erdungsstabs und des Erdungsbusleiters auf der Basis der Standarderdung der Stromversorgung zu detektieren und ein elektrisches Signal abzugeben, das den Erdungsstatus des Erdungsstabs und der Erdungsbusleitung angibt;
eine Pufferschaltung, die dazu ausgebildet ist, das von der Vordetektierschaltung abgegebene elektrische Signal zwischen zuspeichern, zu verstärken und abzugeben und ein Ausgangs signal abzugeben, das den Wert der Erdungsimpedanz des Erdungsstabs und der Erdungsbusleitung angibt;
eine Displayeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, das Aus gangssignal der Pufferschaltung anzuzeigen;
eine Eingabeeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, einen vor gegebenen Sollwert der Erdungssteuerung einzugeben;
einen Vergleicher, der dazu ausgebildet ist, den vorgegebenen Sollwert der Erdungssteuerung mit dem Wert des Ausgangs signals der Pufferschaltung zu vergleichen und ein dem Ver gleichsergebnis entsprechendes Ausgangssignal abzugeben;
eine Warneinrichtung, die dazu ausgebildet ist, ein Warn signal zu liefern;
eine Treibereinrichtung, die von dem Ausgangssignal des Ver gleichers angesteuert wird, um die Warneinrichtung zu akti vieren, wenn der Wert des Ausgangssignals der Pufferschaltung den Wert des vorgegebenen Zielwerts der Erdungssteuerung überschreitet; und
eine Kommunikationsschaltung, die dazu ausgebildet ist, das Ausgangssignal der Pufferschaltung zu empfangen und das empfangene Signal auf einem Kabel zu einem entfernten Hauptrechner zu übermitteln.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt ein Systemblockbild einer Überwachungseinheit für eine Erdungsanlagen-Überwachungseinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 zeigt ein Systemblockbild der Erdungsanlagen- Überwachungseinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 3 zeigt eine Anwendungsdarstellung der Erfindung, wobei die Überwachungseinheit in einen Tankwagen eingebaut gezeigt ist; und

Fig. 4 zeigt eine andere Anwendungsdarstellung der Erfindung, wobei die Überwachungseinheit in einen Behälter eingebaut gezeigt ist.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Gemäß Fig. 1 weist eine Erdungsanlagen-Überwachungseinrich tung gemäß der Erfindung eine Vielzahl von Überwachungsein heiten 100 auf. Jede Überwachungseinheit 100 weist folgendes auf: eine Stromquelle 10, eine Vordetektierschaltung 20, eine Pufferschaltung 30, ein Display 40, einen Vergleicher 50, eine Eingabeeinrichtung 60, eine Treiberschaltung 70, eine Warneinheit 80 und eine Kommunikationsschaltung 90.

Die Stromversorgung 10 wandelt eine Netzspannung A in Betriebsgleichstrom um und verbindet einen Erdungsleiter A1 des Netzes A mit dem Erdungsanschluß 11 der Stromversorgung. Die Stromversorgung 10 liefert somit den erforderlichen Betriebsgleichstrom und eine Standarderdung für die jeweilige Überwachungseinheit 100 für die normale Überwachung des Betriebs- und Erdungsstatus.

Die Vordetektierschaltung 20 ist mit dem Erdungsstab A2 und der Erdungsbusleitung A3, die zu messen sind, verbunden. Der Erdungsstab A2 und die Erdungsbusleitung A3 sind für das Erdungsband einer IC-Fertigungsstraße, den Erdungsmantel eines Tankwagens in einer Tankstelle oder ein Flugzeug auf einem Flughafen vorgesehen. Der zu detektierende Erdungsstab A2 ist mit dem Erdungsstab A4 am Ende des Erdungsdrahts A1 des Netzes A durch die Erde hindurch verbunden, wobei eine elektrische Schleife gebildet wird.

Die Vordetektierschaltung 20 detektiert den Erdungsanschluß 11 der Stromversorgung 10, um den Erdungsstatus des Erdungs stabs A1 und der Erdungsbusleitung A3 zu bestimmen, d. h. die Vordetektierschaltung 20 wandelt den Erdungsimpedanzwert der Standarderdung (des Erdungsanschlusses 11) des Erdungsstabs A2 und der Erdungsbusleitung A3 oder den äquivalenten Para meter in ein elektrisches Signal oder Daten um.

Die Pufferschaltung 30 dient dazu, elektrische Signale oder Daten, die den Erdungsstatus des Erdungsstabs A2 und der Erdungsbusleitung A3 angeben, von der Vordetektierschaltung 20 zu empfangen, zwischenzuspeichern und zu verstärken.

Das Display 40 kann irgendeines aus einer Vielzahl von Aus gabeeinrichtungen sein, die dazu ausgebildet sind, elektri sche Signale oder Daten von der Pufferschaltung 30 anzuzei gen. Der ausgegebene Inhalt kann die Erdungsimpedanz oder jeder Parameter sein, der den Erdungsstatus bezeichnet.

Der Vergleicher 50 hat einen ersten Eingang 51, der mit dem Ausgang der Pufferschaltung 30 verbunden ist, um das elektri sche Signal oder die Daten zu empfangen, die den Erdungs status bezeichnen, und einen zweiten Eingang 52, der mit der Eingabeeinrichtung 60 verbunden ist, um das elektrische Signal oder Daten zu empfangen, die vom Anwender vorgegeben werden und dem erwünschten Sollwert der Erdungssteuerung ent sprechen.

Der Vorgabewert wird direkt an das Display 40 zur Anzeige abgegeben, d. h. das Display 40 kann so geschaltet werden, daß es den überwachten Erdungsstatus und den vorgegebenen Sollwert der Erdungssteuerung anzeigt. Der vorgegebene Soll wert der Erdungssteuerung wird mit dem elektrischen Signal oder den Daten am Vergleicher verglichen, die den Erdungs status des Erdungsstabs A2 und der Erdungsbusleitung A3 ange ben, und das Vergleichsergebnis wird am Ausgang 53 des Ver gleichers 50 ausgegeben.

Die Treiberschaltung 70 empfängt das Ausgangssignal vom Aus gang 53 des Vergleichers 50 und steuert die Warneinheit 80 in Abhängigkeit von dem Zustand des Ausgangssignals an, d. h. die Treiberschaltung 70 treibt die Warneinheit 80 in den aktivierten Zustand, wenn der Wert des elektrischen Signals oder der Daten, die von dem Erdungsstab A2 und der Erdungs busleitung A3 durch den ersten Eingang 51 des Vergleichers 50 erhalten werden, den von dem zweiten Eingang 52 des Verglei chers 50 erhaltenen vorgegebenen Sollwert der Erdungssteue rung überschreitet.

Dagegen ist die Treiberschaltung 70 unwirksam, wenn der vor gegebene Sollwert der Erdungssteuerung den Wert des elektri schen Signals oder der Daten von dem Erdungsstab A2 und der Erdungsbusleitung A3 überschreitet.

Die Kommunikationsschaltung 90 kann irgendeine Kommunika tionsschaltungs-Architektur haben, beispielsweise eine RS- 242-Standardkommunikationsschnittstelle oder ein USB-Standard sein mit einem Eingang, der mit dem Ausgang der Puffer schaltung 30 zum Empfang des elektrischen Signals oder der Daten, die den Erdungsstatus angeben, verbunden ist, und mit einem Ausgang, der mit einem Hauptrechner 200 (siehe Fig. 2) verbunden ist, so daß der Hauptrechner 200 imstande ist, den statischen Erdungsstatus der betreffenden Stelle aus der Ferne zu überwachen.

Gemäß Fig. 2 können die Überwachungseinheiten 100 jeweils in den Endbereichen der Erdungsanlagen einer IC-Fertigungsstraße oder an Überwachungspunkten in Tankstellen, in Kraftstoff vertriebszentren, auf dem Vorfeld oder in dem Wartungszentrum eines Flughafens installiert sein, und der Hauptrechner 200 kann im Kontrollzentrum der IC-Fertigungsstraße, dem Büro oder der Zentrale der Tankstellen, dem Kontroll- oder dem Wartungszentrum des Flughafens installiert sein.

Der statische Erdungsstatus oder die Daten jedes Arbeitspunkts werden jeweils zu dem Hauptrechner 200 im Kontrollzentrum oder in der Zentrale rückgeleitet, um die Fernüberwachung des Erdungsstatus durchzuführen. Diese Art der Fernüberwachung des Erdungsstatus erfordert weniger Arbeitskräfte und Einrichtungen.

Ein Notebook-Rechner kann verwendet werden und mit der Kommu nikationsschaltung 90 verbunden sein, um von jeder Über wachungseinheit 100 Überwachungsdaten zu erhalten, da jede Überwachungseinheit 100 Aufzeichnungs- und Alarmfunktionen für Erdungsabnormalitäten hat; ein Warnsignal wird erzeugt, um die zuständige Person zu informieren, wenn in irgendeiner Überwachungseinheit 100 eine Erdungsabnormalität auftritt, und die zuständige Person kann die erforderlichen Schritte einleiten, um die Störung innerhalb kurzer Zeit zu beseiti gen.

Fig. 3 zeigt die Überwachungseinheit 100, die zur Überwachung des Erdungsstatus eines Tankwagens B verwendet wird. Der Außenmantel des Tankwagenaufbaus B ist mit einem Metall gestell D und dem Außenmantel einer metallischen Treib stoffleitung C durch ein Erdungskabel 1B verbunden, so daß eine Erdungsschleife gebildet ist. Das Metallgestell D ist mit einem unterirdischen Erdungsanschluß G' verbunden.

Ähnlich der Wirkung des vorher erwähnten Erdungsstabs A2 und der Busleitung A3 halten die metallische Treibstoffleitung C und das Metallgestell D den Metallmantel des Tankwagens B in wirksamem Kontakt mit Erde und verhindern einen Unfall, der infolge einer Explosion aufgrund der Anwesenheit statischer Elektrizität auftreten könnte. Die Überwachungseinheit 100 überwacht den Status der Erdungsschleife, die aus der metal lischen Treibstoffleitung C, dem Metallgestell 2 und dem Treibstofftank B' des Tankwagens B besteht.

Ein Erdungssignal wird von dem unterirdischen Erdungsanschluß G' (der dem genannten Erdungsstab A2 äquivalent ist) durch das Metallgestell D, das Erdungskabel 1B, den Außenmantel des Aufbaus des Tankwagens B und den Treibstofftank B' des Tank wagens B zu der Vordetektierschaltung 20 der Überwachungsein heit 100 übertragen, so daß die Überwachungseinheit 100 den Erdungsstatus des unterirdischen Erdungsanschlusses G' über wachen kann.

Fig. 4 zeigt die Überwachungseinheit 100 bei Verwendung zur Überwachung des Erdungsstatus eines Behälters. Die metalli sche Überland-Treibstoff-Förderleitung C' ist mit einem Erdungsanschluß F durch ein Erdungskabel E verbunden und mit der metallischen Treibstoffleitung D' des Behälters verbun den, und die metallische Treibstoffleitung D' des Behälters ist mit der Vordetektierschaltung 20 der Überwachungseinheit 100 verbunden, so daß die Überwachungseinheit 100 den Erdungsstatus zwischen dem Körper B des Behälters und dem Erdungsanschluß F überwachen kann; jeder Erdungsausfall oder jede fehlerhafte Erdung infolge von Korrosion oder aufgrund irgendeines anderen Problems kann also sofort entdeckt wer den.

Es versteht sich, daß die Zeichnungen nur beispielhaft sind und keine Einschränkung der Erfindung bedeuten sollen.

Claims

1. Erdungsanlagen-Überwachungseinrichtung, die einen Hauptrechner (200) und eine Vielzahl von Erdungs- Überwachungseinheiten (100) aufweist, die jeweils mit dem Hauptrechner verbunden und dazu ausgebildet sind, den Erdungsstatus von zugeordneten Überwachungsstellen zu detektieren, dadurch gekennzeichnet, daß jede Erdungs-Überwachungseinheit folgendes aufweist:

- eine Stromversorgung (10), die dazu ausgebildet ist, eine Netzspannung (A) in die gewünschte Betriebsgleichstromversorgung umzuwandeln und einen Erdungsleiter (A1) des Netzes (A) mit dem Erdungs anschluß (11) der Stromversorgung zu verbinden;
- eine Vordetektierschaltung (20), die mit einem Erdungsstab (A2) und einer Erdungsbusleitung (A3) in einer der zugeordneten Überwachungsstellen ver bunden ist, um den Erdungsstatus des Erdungsstabs (A2) und der Erdungsbusleitung (A3) auf der Basis der Standarderdung der Stromversorgung zu detektie ren und ein elektrisches Signal abzugeben, das den Erdungsstatus des Erdungsstabs und der Erdungs busleitung angibt;
- eine Pufferschaltung (30), die dazu ausgebildet ist, das von der Vordetektierschaltung (20) abgege bene elektrische Signal zwischenzuspeichern, zu verstärken und abzugeben und ein Ausgangssignal abzugeben, das den Wert der Erdungsimpedanz des Erdungsstabs (A2) und der Erdungsbusleitung (A3) angibt;
- ein Display (40), das dazu ausgebildet ist, das Ausgangssignal der Pufferschaltung (30) anzuzeigen;
- eine Eingabeeinrichtung (60), die dazu ausgebildet ist, einen vorgegebenen Sollwert der Erdungssteue rung einzugeben;
- einen Vergleicher (50), der dazu ausgebildet ist, den vorgegebenen Sollwert zur Erdungssteuerung mit dem Wert des Ausgangssignals der Pufferschaltung (30) zu vergleichen und ein dem Vergleichsergebnis entsprechendes Signal abzugeben;
- eine Warneinrichtung (80), die dazu ausgebildet ist, ein Warnsignal abzugeben;
- eine Treibereinrichtung (70), die von dem Ausgangs signal des Vergleichers (50) angesteuert wird und die Warneinrichtung (80) aktiviert, wenn der Wert des Ausgangssignals der Pufferschaltung (30) den Wert des vorgegebenen Sollwerts der Erdungssteue rung überschreitet; und
- eine Kommunikationsschaltung (90), die dazu ausge bildet ist, das Ausgangssignal der Pufferschaltung (30) zu empfangen und das empfangene Signal an einen entfernten Hauptrechner (200) abzugeben.

2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Display (40) eine Schalteinrichtung aufweist, um die Anzeige des Displays zwischen dem Ausgangssignal der Pufferschaltung (30) und dem vorgegebenen Sollwert der Erdungssteuerung umzuschalten.

3. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Display (40) so gesteuert wird, daß es das Aus gangssignal der Pufferschaltung (30) in Form des Impe danzwerts anzeigt.

4. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommunikationsschaltung eine RS-242-Schnitt stelle ist.

5. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommunikationsschaltung ein USB-Standard ist.