DE102005054544A1

DE102005054544A1 - Verfahren und Einrichtung zur Ortung von Isolationsfehlern in isolierten ungeerdeten Wechselspannungsnetzen

Info

Publication number: DE102005054544A1
Application number: DE200510054544
Authority: DE
Inventors: Stephan Rathsmann; Thomas Steuernagel
Original assignee: EAN ELEKTROSCHALTANLAGEN GmbH
Current assignee: EAN ELEKTROSCHALTANLAGEN GmbH
Priority date: 2005-11-14
Filing date: 2005-11-14
Publication date: 2007-05-31
Anticipated expiration: 2025-11-15
Also published as: DE102005054544B4

Abstract

Isolationsfehler in isolierten ungeerdeten Wechselspannungsnetzen werden durch Erfassung eines Prüfstromes mit Hilfe von Differenzstromwandlern in jedem Netzabgang geortet, wobei ein Messkreis so ausgebildet ist, dass der induktive Widerstand des Differenzstromwandlers zur Erfassung des Prüfstromes erhöht wird und somit normale Betriebsstromwandler ohne Hilfswicklung als Differenzstromwandler verwendet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Ortung von Isolationsfehlern in isolierten ungeerdeten Wechselspannungsnetzen mit Prüfspannungsgenerator und Erfassung eines Prüfstromes durch Anordnung von Differenzstromwandlern in jedem Netzabgang zum Einbau in Schaltverteiler mit Profilschienen.

Die bekannten Verfahren zur Isolationsfehlersuche in isolierten Netzen, wie beispielsweise von Krankenhäusern, machen es erforderlich, einen Wechselstrom geringer Frequenz (<=1Hz) und Stärke (<=1mA), der als Prüfstrom verwendet wird, mit Hilfe induktiver Differenzstromwandler zu erfassen. Eine Einrichtung, die dies leistet, weist eine wesentlich niedrigere untere Grenzfrequenz und eine höhere Empfindlichkeit auf, als Einrichtungen zur Erfassung von Fehlerströmen in geerdeten Netzen. Der prinzipielle Aufbau einer solchen Einrichtung ist in 1 dargestellt. Grenzfrequenz und Empfindlichkeit werden von den Eigenschaften des Messstromkreises 6 bestimmt, der die Sekundärspule des Differenzstromwandlers 1, den Messverstärker 4 und die Spannungseinkopplung 3 enthält. Die untere Grenzfrequenz f_g hängt von der Induktivität L_s der Sekundärspule des Differenzstromwandlers 1 und der Summe der ohmschen Innenwiderstände R_ges aller Komponenten des Messstromkreises 6 ab. Es gilt: fg = 1/(2·Pi·Tau) mit der Zeitkonstante des Messstromkreises 6 Tau = Ls/Rges

Um eine niedrige Grenzfrequenz f_g zu erhalten, muss die Zeitkonstante T_au möglichst groß sein. Das kann durch einen großen Wert der Induktivität L_s und einen niedrigen Wert des Widerstandes R_ges erreicht werden.

Bei den bekannten Verfahren wird ein Differenzstromwandler 1 mit großer Sekundärwindungszahl und einem weichmagnetischen Kernmaterial hoher Permeabilität verwendet, dessen Induktivität L_s entsprechend groß ist.

Des weiteren wird die Spannungseinkopplung 3 von der Signalverarbeitung 5 derart angesteuert, dass sie einen Spannungsabfall in den Messstromkreis 6 einbringt, der den Spannungsabfällen über den ohmschen Innenwiderständen der übrigen Komponenten entgegengerichtet ist. Die Spannungseinkopplung 3 bildet für den Sekundärstrom I_s einen negativen ohmschen Widerstand, der sich zu den übrigen Innenwiderständen addiert, so dass R_ges sich stark verringert. Der Kupferwiderstand R_s der Sekundärwicklung des Differenzstromwandlers 1 bildet dabei den größten positiven Anteil von Gesamtwiderstand R_ges, so dass der erzeugte negative Widerstand hauptsächlich der Kompensation von R_s dient. Außerdem ist bekannt, dass derartige Stromwandler in Schaltschränken einzeln oder in Gruppen neben anderen elektrischen Geräten angeordnet werden.

Die bekannten Verfahren weisen den Nachteil auf, dass sie trotz Innenwiderstandskompensation mit Gesamtwiderstand R_ges -> 0 einen speziellen Differenzstromwandler 1 mit den genannten Eigenschaften erfordern. Der Einsatz von preiswerten Betriebsstromwandlern, wie sie zur Messung netzfrequenter Ströme im Amperebereich verwendet werden, ist bei diesen Verfahren nicht möglich. Der zu messende Prüfstrom ist zu niedrig, um die Remanenz des Kernmaterials solcher Stromwandler zu überwinden und eine nennenswerte Änderung des Magnetflusses im Kern zu bewirken. Daher findet die Messung in einem kleinen, sehr flach verlaufenden Teil der Magnetisierungskurve statt. Die auf diese Weise verfügbare Induktivität L_s ist zu niedrig für das beschriebene Verfahren.

Nachteilig ist ebenfalls, dass bei der bekannten Anordnung neben den übrigen Schaltgeräten der Schaltschränke viel Platz benötigt wird.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die vorgenannten Nachteile zu beseitigen und ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erfassung des Differenzstromes unter Verwendung von preisgünstigen Betriebsstromwandlern und eine Anordnung derselben zur Platz sparenden Anordnung in Schaltschränken zu schaffen.

Zur Lösung der genannten Aufgabe wird in den Messstromkreis 6 des Differenzstromwandlers 1 über die Vormagnetisierung 2 eine Wechselspannung, deren Frequenz weit über der des Prüfstromes liegt, eingekoppelt. Der resultierende Wechselspannungsabfall über induktiven Widerstand L_s erzwingt eine Magnetflussänderung im Wandlerkern, so dass in einer Periode der Wechselspannung ein großer Teil der Magnetisierungskurve des Kernes durchlaufen wird. Eine derartige Vormagnetisierung des Wandlerkernes führt zu einer starken Erhöhung des für die Messung verfügbaren induktiven Widerstandes L_s. Der durch die Vormagnetisierung 2 im Messstromkreis erzeugte Wechselstrom, der sich dem zu messenden Prüfstrom überlagert, wird durch den Tiefpass 7 vor der Signalverarbeitung 5 wieder herausgefiltert. Auf diese Weise ist es möglich, den Differenzstrom mit normalen Stromwandlern 1, wie sie zur Betriebsstromerfassung üblich sind, zu erfassen.

Durch versetzte Anordnung mehrerer Stromwandler auf einer busfähigen Baugruppe mit Statusanzeige und über Anordnung im Schaltschrank über Tiefenwinkel, sozusagen auf einer zweiten Ebene zwischen jeweils zwei Hutschienen für elektrische Geräte, können die Differenzstromwandler Platz sparend in den Schaltverteilungen angeordnet werden.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert:
1: Übersichtsdarstellung einer Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung
2: Draufsicht einer Stromwandlerbaugruppe in einem Schaltgerüst
3: Schnittdarstellung nach 2
Die Erfindung wird im folgenden anhand 1 erläutert. In einem Netzabgang ist ein Differenzstromwandler 1 angeordnet. Es wird ein Messstromkreis 6 aus Messverstärker 4, Spannungseinkopplung 3, Kupferwiderstand R_s und induktivem Widerstand L_s des Differenzstromwandlers 1 und Vormagnetisierung 2 gebildet, die auf einen Messverstärker 4 mit nachgeschaltetem Tiefpassfilter 7 und nachgeschalteter Signalverarbeitung 5 wirkt. Der Ausgang der Signalverarbeitung 5 ist über eine Rückkoppelung mit der Spannungseinkopplung 3 verbunden.
Durch die Vormagnetisierung 2 wird eine Wechselspannung in den Messstromkreis 6 eingekoppelt und dadurch eine Vormagnetisierung 2 des Differenzstromwandlers 1 erreicht.
Über die Spannungseinkopplung 3 erfolgt eine Spannungseinkopplung in den Messstromkreis 6 zur Kompensation des ohmschen Widerstandes R_s.
2 zeigt ein Schaltverteilergerüst, das aus Profilschienen 8 und Hutschienen 9 zur Befestigung von nicht dargestellten elektrischen Geräten dient. Über Tiefenwinkel 10 ist zwischen den Hutschienen 9 die Baugruppe Stromwandler 11 angeordnet. Die Baugruppe Stromwandler 11 besteht aus zwei Reihen, und versetzt angeordneten Differenzstromwandlern 1, so dass die Leitungsdurchführungen der Differenzstromwandler 11 in eine Richtung zeigen und die Leitungsöffnungen der Stromwandler 14 sind. Die Baugruppe Stromwandler 11 ist mit Busschnittstelle 12 versehen und bildet eine zweite Einbauebene.
3 zeigt eine Schnittdarstellung zu 2 zum besseren Verständnis der Anordnungen.

1: Differenzstromwandler
2: Vormagnetisierung
3: Spannungseinkopplung
4: Messverstärker
5: Signalverarbeitung
6: Messstromkreis
7: Tiefpassfilter
8: Profilschiene
9: Hutschiene
10: Tiefenwinkel
11: Baugruppe Stromwandler
12: Busschnittstelle
13: Statusanzeige
14: Leitungsöffnung der Stromwandler

Formelzeichen und Abkürzungen

R_s: Kupferwiderstand
L_s: Induktiver Widerstand der Sekundärspule des Differenzstromwandlers
R_ges: Gesamtwiderstand
f_g: Grenzfrequenz des Messstromkreises
T_au: Zeitkonstante des Messstromkreises

Claims

Verfahren zur Ortung von Isolationsfehlern in isolierten ungeerdeten Wechselspannungsnetzen mit Prüfspannungsgenerator und Erfassung eines Prüfstromes durch Anordnung von Differenzstromwandlern in jeden Netzabgang zum Einbau in Schaltverteiler mit Profilschienen, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkreis (6) der Differenzstromwandler (1) mit einer Vormagnetisierung (2) ausgeführt ist, die durch Einkoppelung einer Vormagnetisierungswechselspannung bzw. -strom in den Messkreis (6) den induktiven Widerstand L_s erhöht, so dass der induktive Widerstand L_s zur Erfassung des Prüfstromes ausreichend ist und dass die Erfassung des Differenzstromes durch normale Betriebsstromwandler (1) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung der Induktivität L_s des Differenzstromwandlers durch Anlegen einer Vormagnetisierungswechselspannung bzw. -strom auf einer Hilfswicklung des Differenzstromwandlers erfolgt.
Einrichtung zur Ortung von Isolationsfehlern in isolierten ungeerdeten Wechselspannungsnetzen mit Prüfspannungsgenerator und Erfassung eines Prüfstromes durch Anordnung eines Differenzstromwandlers in jedem Netzabgang, dadurch gekennzeichnet, dass eine Baugruppe Stromwandler (11) aus mehreren Stromwandlern (1), mindestens einem Mikroprozessor mit Busschnittstelle (12) und Statusanzeige (13) gebildet und auf Hutschiene (9) befestigt wird und diese mit Tiefenwinkel (10) zwischen jeweils zwei Hutschienen (9) abgesenkt angeordnet wird und die Differenzstromwandler (1) in Reihe und versetzt stehend angeordnet werden und die Leitungsöffnungen der Stromwandler (14) rechtwinklig zu Hutschienen (9) angeordnet sind und eine zweite Einbauebene entsteht.