DE102006047960A1

DE102006047960A1 - Echtzeit-Mehrpunkt-Erdungswiderstands-Überwachungsgerät

Info

Publication number: DE102006047960A1
Application number: DE102006047960A
Authority: DE
Inventors: Hsin-Ming Yang
Original assignee: Yang Ellison Chung-He
Current assignee: Yang Ellison Chung-He
Priority date: 2006-03-02
Filing date: 2006-10-10
Publication date: 2007-09-06
Also published as: GB2436649B; TW200735721A; US20070210808A1; KR20070090719A; US7525317B2; TWI303140B; GB2436649A; GB0618889D0

Abstract

Ein Echtzeitmehrpunkterdungswiderstandsüberwachungsgerät ist vorgesehen, um hiermit gleichzeitig Erdungswiderstände von unterschiedlichen Arbeitsstationen zu überwachen. Das erfindungsgemäße Gerät umfasst im Wesentlichen eine Anzahl von Überwachungsanschlüssen, die an mehrere Testerdungspunkte parallel angeschlossen sind über jeweilige leitende Drähte. Jeder Überwachungsanschluss ist konfiguriert mit einem Sicherheitsbereich akzeptabler Erdungswiderstände sowie einer Präsentationsart eines Alarms, wenn der gemessene Erdungswiderstand eines Überwachungsanschlusses den Sicherheitsbereich überschreitet. Das Überwachungsgerät besitzt eine selbstkorrigierende Funktion für ein automatisches Versetzen des Widerstandes des Leiterdrahtes von dem Messergebnis, wenn der leitende Draht zu lang ist. Das Überwachungsgerät kann darüber hinaus ein Netzwerkinterface umfassen für Fernbetrieb und -überwachung.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Erdungswiderstands-Überwachungseinrichtung und im Besonderen auf eine Erdungswiderstands-Überwachungseinrichtung, welche in der Lage ist, den Erdungswiderstand mehrerer Arbeitsstationen gleichzeitig in Echtzeit zu überwachen.
2. Stand der Technik
Die Erdung wird oft als äußerst wichtig angesehen bei der Verhinderung elektrostatische Unfälle. Trotz technologischen Fortschritts ist jedoch das Erzielen einer verlässlichen und wirksamen Erdung nach wie vor eine schwierige Aufgabe. Unfälle aufgrund mangelnder Erdung sind recht häufig, was sogar für hochtechnisierte Hersteller gilt. Elektrostatische Entladungen, wenn sie nicht sorgfältig und vorsichtig behandelt werden, können ernsthafte Wertverluste und auch Verluste menschlichen Lebens verursachen.
An einem herkömmlichen Arbeitsplatz sind normalerweise mehrere Montagebänder vorhanden, die jeweils eine Anzahl von Montagestationen oder Maschinen umfassen. Um zu verhindern, dass die elektrostatischen Aufladungen, die von den an diesen Montagebändern arbeitenden Personen mitgeführt werden, die in Produktion befindlichen Produkte zu beschädigen, tragen die Arbeiter normalerweise elektrostatisch feste Kleider, Schuhe und/oder Armbänder und der Fußboden und die Tischoberflächen sind normalerweise mit Fußbodenteppichen oder Tischauflagen abgedeckt, um die Ansammlung elektrostatischer Aufladungen zu verhindern. Entsprechend der Darstellung in 1a sind der Fußbodenteppich 10, die Tischauflage 20 und das Armband (nicht dargestellt) normalerweise an einen gemeinsamen Erdungspunkt 30 in einer Montagestation angeschlossen. Der gemeinsame Erdungspunkt 30 ist normalerweise eine metallische Platte oder ein Draht, der sich an einer vorbestimmten Stelle der Montagestation befindet.
Entsprechend der Darstellung in 1b sind üblicherweise die Erdungspunkte 30 der Montagestationen innerhalb der Montagelinie in Reihe geschaltet durch einen Leiterdraht 40 und die leitenden Drähte 40 getrennter Montagelinien sind miteinander verbunden oder getrennt angeschlossen, entweder an eine Geräteerdung oder an einer Bodenerdung (unabhängig von der Geräteerdung) angeschlossen.
Die Geräteerdung ist normalerweise die Erdung, die bereitgestellt wird durch den Erdungsdraht der Wechselstromhauptleitungen. Wenn ein Gebäude aufgebaut wird, werden eine oder mehrere Schienen in den Boden eingetrieben, um ein Erdungsnetz 70 zu bilden. Der Erdungsdraht der Wechselstromhauptleitungen wird dann an das Erdungsnetz 70 angeschlossen. Die Erdung der Wechselstromhauptleitungen wird dann abgezweigt zu den Spannungsauslässen über einen Schaltkasten 50 auf jeder Ebene und einen Hauptschaltkasten 60 des Gebäudes. Die Erdung wird normalerweise an zusätzliche oder unabhängige Erdungsschienen oder das Erdungsnetz angeschlossen. In jedem Fall werden die elektrostatischen Aufladungen, die von den Arbeitern geführt oder gesammelt werden, zur Erde abgleitet durch die Armbänder, die Tischauflagen und/oder die Fußbodenteppiche zum Haupterdungspunkt der Montagestationen und dann zu der Geräteerdung des Gebäudes oder der unabhängigen Fußbodenerdung, um somit einen möglichen elektrostatischen Unfall zu verhindern.
Der vorstehend beschriebene Erdungsaufbau findet sich auch üblicherweise in Produktionslinien mit einer Anzahl von Arbeitsmaschinen, wie etwa bei der Oberfläche von Montagemaschinen, und diese Arbeitsmaschinen sind normalerweise an die Geräteerdung angeschlossen über ihre jeweiligen Netzkabel. Neben den Montagelinien besitzen die Serviceinseln von Gasstationen eine ähnliche Umgebung. Jede Serviceinsel besitzt eine Anzahl von Benzinpumpen, von denen jede eine Anzahl von Schläuchen aufweist, um unterschiedliche Benzinarten bereitzustellen. Die Düsen der Schläuche sind an einen leitenden Draht der Benzinpumpe angeschlossen und die leitenden Drähte der Benzinpumpen einer Serviceinsel sind in Reihe geschaltet mit einer Erdungsschiene oder einem Erdungsnetz der Tankstelle.
Bei Montagelinien, Produktionslinien, Serviceinseln oder irgendwelchen anderen ähnlichen Arbeitsumgehungen sind jeweils eine Anzahl von Arbeitsstationen vorgesehen (im Nachfolgenden wird dieser Begriff eingesetzt, um auf Arbeitsstationen, Maschinen, Benzinpumpen oder irgendwelche anderen ähnlichen Stellen, die eine entsprechende Erdung erfordern, hinzuweisen), die entsprechend geerdet werden sollten, um Unfälle, die durch elektrostatische Entladungen entstehen, zu verhindern. Es tritt jedoch häufig der Fall ein, dass diese Erdungsschienen oder Erdungsnetze von Rost befallen sind, so dass sie keine entsprechende Erdung bereitstellen, oder die Schaltkästen sind nicht an die Erdungsschiene oder das Erdungsnetz aus irgendeinem Netz angeschlossen oder aber die leitenden Drähte sind unterbrochen. All diese Umstände bewirken, dass eine oder mehrere Arbeitsstationen eine ungenügende Erdung aufweisen, so dass sich dementsprechend elektrostatische Ladungen aufbauen können, die sich bei den Arbeitern sammeln, wodurch das Produkt bei der Produktion oder auch teure Maschinen beschädigt werden können.
Im Allgemeinen liegt eine übliche Näherung zu diesem Problem darin, periodisch manuelle Überprüfungen der Erdung einer jeden Arbeitsstation vorzunehmen. Eine manuelle Untersuchungsmethode ist das sog. Drei-Punkt-Erdungs-Verfahren durch eine spezifische Erdungswiderstandsmessungsausrüstung. Das Drei-Punkt-Erdungsverfahren verbindet zwei Testleitungen des Gerätes mit zwei existierenden Erdungsschienen, wobei dann eine Verbindung zu einer dritten Testleitung der Ausrüstung hergestellt wird zur Erdungsschiene oder dem zu untersuchenden Erdungsnetz. Wie man sich vorstellen kann, erfordert dieses Verfahren einen großen Aufwand und Zeit und ist nur anwendbar bei einer begrenzten Anzahl von Umgebungen. Für Erdungspunkte innerhalb eines Gebäudes oder in einer höheren Etage ist dieses Verfahren unzureichend. Darüber hinaus kann diese Art von periodischen Untersuchungen nach wie vor nicht Erdungsprobleme erfassen und lösen, die während des Zeitfensters zwischen zwei Untersuchungen eintreten.

Es gibt eine Anzahl von anderen Näherungen, die auf diesem Gebiet vorgeschlagen werden. Zum Beispiel schlägt ein Armband, wie es in der US-PS 5,623,255 beschrieben ist, einen Alarm, wenn es von dem gemeinsamen Erdungspunkt gelöst wird. Es ist jedoch nach wie vor nicht bekannt, ob der gemeinsame Erdungspunkt tatsächlich eine hinreichende Erdung bereitstellt. Ein Überwachungsgerät, wie es in der R.O.C. (Taiwan)-Patentschrift Nr. 448,414 beschrieben ist, kann automatisch überwachen und einen Alarm abgeben, wenn eine abnormale Erdung für einen einzelnen Erdungspunkt erfasst wird. Um mehrere Erdungspunkte zu überwachen, müssen mehrere Geräte eingesetzt werden, welches zu kostenaufwändig ist, während auf der anderen Seite die Bequemlichkeit einer zentralisierten Handhabung nicht vorhanden ist.

Des weiteren erfordern die bestehenden Techniken normalerweise eine Erdung, von welcher bekannt ist, dass sie sich als Bezug eignet. Die Bezugserdung zu lokalisieren und von ihr sicherzustellen, dass sie in der Tat ausreicht, müssen die voran stehend beschriebenen Verfahren, wie etwa das Drei-Punkt-Erdungsverfahren eingesetzt werden, wodurch zusätzlich ein großer Aufwand erforderlich wird beim Erstellen der Überwachungsgeräte. Was außerdem besonders aufwändig ist, liegt darin, dass die Tatsache, ob die Bezugserdung wirksam bleibt, allein ein Problem ist und dementsprechend können periodische Untersuchungen ebenfalls erforderlich sein.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung stellt ein Echtzeitmehrpunkterdungswiderstand-Überwachungsgerät bereit, welches gleichzeitig die Erdungswiderstände von mehreren Arbeitsstationen in Echtzeit zu überwachen vermag.

Ein Hauptmerkmal der vorliegenden Erfindung liegt darin, die Erdungswiderstandsmessung durchzuführen und zu überwachen durch das Einrichten eines Weges durch die Erde zwischen dem Erdungspunkt, der überwacht wird, und der Erdung der allgemeinen Wechselstromhauptleitungen.

Ein weiteres Hauptmerkmal der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass die Bezugserdung, die durch die Wechselstromhauptleitungen bereitgestellt wird, leicht und bequem überprüft werden kann, ohne das Erfordernis teurer Untersuchungsgeräte und/oder die Durchführung von aufwändigen Untersuchungsverfahren.

Noch ein weiteres Hauptmerkmal der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass das Gerät geeicht werden kann, um automatisch den Drahtwiderstand zu versetzen, wenn der Verbindungsdraht zum zu überwachenden Erdungspunkt sich als zu lang erweist, um eine genaue Messung zu erzielen.

Das Echtzeitmehrpunkterdungswiderstands-Überwachungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine Anzahl von Überwachungsanschlüssen, die jeweils getrennt parallel angeschlossen sind an den gemeinsamen Erdungspunkt, die Geräteerdung oder eine andere geeignete Erdung einer Arbeitsstation über einen leitenden Draht. Jeder Überwachungsanschluss kann ausgerüstet werden mit einem spezifischen Sicherheitsbereich akzeptabler Erdungswiderstände und kann einen Alarm abgeben, wenn das Messergebnis den Sicherheitsbereich überschreitet. Darüber hinaus kann, da der leitende Draht sich über einen beträchtlichen Abstand zu erstrecken vermag, jeder Überwachungsanschluss eine Selbstkorrigierfunktion besitzen, um den Einfluss des Drahtwiderstandes des sich erstreckenden leitenden Drahtes zum Messergebnis zu versetzen. Das Echtzeitmehrpunkterdungs-Widerstandsgerät stellt auch ein Netzwerkinterface bereit, welches es sich in einer großen Entfernung befindlichen Benutzern gestattet, die Erdungswiderstände von mehreren Arbeitsstationen über ein Netzwerk zu überwachen.

Das Echtzeitmehrpunkterdungswiderstands-Überwachungsgerät enthält eine Recheneinheit, eine Anzeige- und Betriebseinheit, eine Test- und Leistungsversorgungseinheit sowie eine Messeinheit. Die Prozesseinheit ist das Hirn des Gerätes, welches Zwei-Wegeanschlüsse zu den anderen Einheiten für den Datenaustausch besitzt. Die Anzeige- und Betriebseinheit ist das Mensch-Maschinen-Interface zur Erstellung der Parameter, der Präsentation der Messergebnisse und der Abgabe eines Alarms. Die Test- und Leistungsversorgungseinheit bietet den Anschluss an eine externe Wechselstromhauptleitung, konvertiert die Wechselstromleistung in entsprechende Spannungen, um die anderen Einheiten zu versorgen und stellt die Erdung der Wechselstromhauptleitungen bereit als Bezug zu der Messeinheit zum Messen des Erdungswiderstandes an jedem Überwachungsanschluss. Um die Richtigkeit der Messungen zu bestätigen, ist eine weitere Hauptfunktion der Test- und Leistungsversorgungseinheit, sicher zu stellen, dass die Wechselstromhauptleitungen eine hinreichende Erdung besitzen, und den Erdungswiderstand der Wechselstromhauptleitungen zu erhalten. Die Messeinheit misst unter der Steuerung der Prozesseinheit periodisch den Erdungswiderstand an jedem Überwachungsanschluss und leitet die Messergebnisse der Prozesseinheit zu. Die Prozesseinheit vergleicht dann die Messergebnisse mit ihren entsprechenden Sicherheitsbereichen und gibt einen Alarm ab über die Anzeige und über die Betriebseinheit, wenn ein außergewöhnlicher Zustand erfasst worden ist.

Das Echtzeitmehrpunkterdungswiderstands-Überwachungsgerät kann darüber hinaus eine Netzwerkinterfaceeinheit enthalten, die das Mensch-Maschinen-Interface der Anzeige- und Betriebseinheit in der Form von Webseiten oder einem ähnlichen Interface in die Lage versetzt, autorisierten Benutzern Zugang zu dem Überwachungsgerät über ein Netzwerk zu bieten und es dementsprechend autorisierten Benutzern gestattet, Geräteparameter oder Überwachungsmessergebnisse über das Netzwerk einzustellen. In einer ähnlichen Weise kann ein Alarm von der Prozesseinheit auch in den Webseiten präsentiert werden oder weitergegeben werden an spezielle Benutzer in einer entsprechenden Art und Weise.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die vorliegende Erfindung wird dem Sachverständigen auf diesem Gebiet deutlich durch das Studium der nachfolgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen:

1a ist eine schematische Ansicht unter Wiedergabe der Erdung einer herkömmlichen Montagestation;

1b ist eine schematische Ansicht unter Wiedergabe der Erdung von mehreren Montagelinien;

2a ist eine schematische Ansicht unter Wiedergabe der Umgebung, in welcher eine Überwachungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet;

2b ist ein funktionales Blockdiagramm unter Wiedergabe einer Ausführungsform des Echtzeitmehrpunkterdungswiderstandsüberwachungsgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung;

2c ist eine schematische Ansicht unter Wiedergabe einer Ausführungsform der Anzeige- und Betriebseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung;

2d ist eine schematische Ansicht unter Wiedergabe der Art und Weise, in welcher ein Testerdungspunkt gemessen wird durch das Überwachungsgerät gemäß 2b;

2e ist eine schematische Ansicht unter Wiedergabe, in welcher Weise der Widerstand eines leitenden Drahtes abgeschätzt wird durch das Überwachungsgerät gemäß 2b, und

2f ist eine schematische Ansicht unter Wiedergabe einer Ausführungsform des Testelementes der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
2a ist eine schematische Ansicht unter Wiedergabe der Umgebung, in welcher ein Überwachungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung funktioniert. Wie die 2a zeigt, handelt es sich bei dem Echtzeitmehrpunkterdungswiderstands-Überwachungsgerät 100, gemäß der vorliegenden Erfindung, um ein unabhängiges Gerät, welches an eine Wechselstromhauptleitung 200 (normalerweise eine Steckdose, die 110 Volt oder 220 Volt Wechselspannung bereitstellt) angeschlossen ist, um die erforderliche Spannung abzuziehen, wobei die Erdung der Wechselstromhauptleitung eingesetzt wird, um einen elektrischen Weg bereitzustellen (mehr Details werden später angegeben). Das Überwachungsgerät 100 ist parallel angeschlossen an mehrere Erdungspunkte 400 über leitende Drähte 300, um jeweils den Erdungswiderstand der Erdungspunkte 400 zu messen. Jeder Erdungspunkt 400 ist eine gemeinsame Punkterdung, eine Geräteerdung oder ein anderer Erdungspunkt, dessen Überwachung erforderlich ist. Wie in der 2a angegeben ist, kann das Überwachungsgerät 100 darüber hinaus an ein Netzwerk 500 angeschlossen sein für eine Fernbedienung und -überwachung. Das Netzwerk 500 ist eine Abstraktion irgendeines entsprechenden Netzwerkes. So kann es beispielsweise ein verdrahtetes oder über Funk angeschlossenes lokales Flächennetzwerk (LAM), ein geeignetes weites Flächennetzwerk (WAN) oder das Internet über ein verdrahtetes oder über Funk angeschlossenes LAN oder ein mobiles Datennetzwerk sein (wie etwa ein 2,5 G oder 3 G mobiles Kommunikationsnetzwerk).
2b ist ein funktionales Blockdiagramm unter Wiedergabe einer Ausführungsform des Echtzeitmehrpunkterdungswiderstands-Überwachungsgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie in 2b gezeigt ist, enthält das Echtzeitmehrpunkterdungswiderstands-Überwachungsgerät 100 im Wesentlichen eine Rechnereinheit 110, eine Anzeige- und Betriebseinheit 120. Eine Test- und Versorgungseinheit 130 sowie eine Messeinheit 140. Unter diesen ist die Anzeige- und Betriebseinheit 120 das Haupt-Mensch-Maschine-Interface des Überwachungsgerätes 100. 2c ist eine schematische Ansicht unter Wiedergabe einer Ausführungsform der Anzeige- und Betriebseinheit 120 gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie in 2c wiedergegeben ist, enthält die Anzeige- und Betriebseinheit 120 einen Bildschirm 121 sowie ein Tastenfeld 122 auf dem oberen Abschluss des Überwachungsgerätes 100 und macht es einem Benutzer möglich, Geräteparameter einzustellen und Messergebnisse anzusehen. Bei der in 2c dargestellten Ausführungsform gibt das Display 121 Messergebnisse von mehreren Überwachungsanschlüssen des Überwachungsgerätes 100 an, wobei "0" als normal und "X" als anormal gelten. Es ist herauszustellen, dass die in 2c gezeigte Ausführungsform lediglich exemplarisch ist und die vorliegende Erfindung nicht auf die in 2c dargestellte Ausführungsform beschränkt ist. Die Anzeige- und Betriebseinheit 120 kann darüber hinaus andere Steuer- und Anzeigeeinrichtungen enthalten, wie etwa Blitzlichte, einen Zoomer oder einen Lautsprecher, um den Benutzer zu alarmieren, wenn das Überwachungsgerät 100 irgendeinen unnormalen Zustand erfasst. Die Anzeige- und Betriebseinheit 120 kann auch ein elektrisches oder mechanisches Relais enthalten, um den Betrieb eines externen Gerätes zu schalten.
Die Anzeige- und Betriebseinheit 120 wird geschaltet durch die Rechnereinheit 110 über eine Verbindung hierzwischen. Durch die Verbindung schickt die Anzeige- und Betriebseinheit 120 Befehle, die durch den Benutzer eingegeben wurden, zurück zur Rechnereinheit 110. Die Rechnereinheit 110 ist der Kern, der verantwortlich ist für die Bearbeitung und die Berechnung von Daten für das Überwachungsgerät 100, wobei es sich um eine regelmäßige Rechnungsstruktur handelt einschließlich eines Prozessors, eines ROM, eines RAM, Eingang-Ausgang-Steuerungen, eine Echtzeituhr, Anschlussleisten usw. Die Rechnereinheit 110 besitzt Zweiwege-Verbindungen mit allen anderen Einheiten, um Daten miteinander auszutauschen. Diese Details sind dem Sachverständigen auf diesem Gebiet geläufig und deren Beschreibung wird an dieser Stelle zur Vereinfachung weggelassen.
Die Messeinheit 140 enthält mehrere Überwachungsanschlüsse 141 und ein Steuerinterface 142. Jeder Überwachungsanschluss 141 stellt eine Verbindung zu einem Erdungspunkt 400 dar, welcher zu überwachen ist (nachfolgend als Testerdungspunkt bezeichnet) über einen leitenden Draht 300. Diese Überwachungsanschluss 141 sind wiederum an das Steuerinterface 142 angeschlossen. Die Rechnereinheit 110 misst periodisch jeden Testerdungspunkt 400 über das Steuerinterface 142. 2d ist eine schematische Ansicht, die zeigt, wie ein Testerdungspunkt gemessen wird durch das Überwachungsgerät der 2d. Wie die 2d zeigt, aktiviert die Rechnereinheit 110 der 2b das Steuerinterface 142, um einen speziellen Übetrwachungsanschluss 141 auszuwählen und den Überwachungsanschluss 141 an eine entsprechende Spannungsquelle 133 anzuschließen, welche durch die Test- und Versorgungseinheit 130 bereitgestellt wird zur Herstellung eines elektrischen Weges von der Spannungsquelle 133 durch den leitenden Draht 300 zum Testerdungspunkt 400 und zurück zur Spannungsquelle 133 über die Erde. Der Widerstand des gesamten Weges ist: R₂₀₃ (Erdungswiderstand der Wechselspannungshauptspannung 200) plus R₃₀₀ (Widerstand des leitenden Drahtes 300) plus R₄₀₀ (Erdungswiderstand des Testerdungspunktes 400). Wenn immer der Testerdungspunkt 400 nicht die entsprechende Erdung besitzt zeigt dies an, dass der elektrische Weg nicht existiert oder der Weg einen extrem hohen Widerstand besitzt. Das Messergebnis, welches durch die Rechnereinheit 100 erhalten wird, gibt dementsprechend einen sehr hohen Wert an und lässt den Schluss zu, dass der Testerdungspunkt 400 nicht die entsprechende Erdung aufweist.
Aus der 2d lässt sich ersehen, dass dann, wenn R₃₀₀ (Widerstand des leitenden Drahtes 300) sehr groß ist, die Rechnereinheit 110 zu einer falschen Beurteilung geführt werden kann. Die vorliegende Erfindung stellt demnach für jeden Überwachungsanschluss 141 eine Selbstkorrekturfunktion bereit, deren regelgerechter Betrieb eine genaue Abschätzung von R₃₀₀ (Widerstand des leitenden Drahtes 300) im Voraus erfordert. 2e ist eine schematische Ansicht, die zeigt, wie der Widerstand eines leitenden abgeschätzt wird durch das Überwachungsgerät der 2b.
Vor dem Einstieg in die Details hinsichtlich der Abschätzung des Drahtwiderstandes ist herauszustellen, dass das Überwachungsgerät 100 gemäß der vorliegenden Erfindung einen zweiten Erdungsanschluss 132 besitzt. Über einen speziellen Eichungsmodus des Überwachungsgerätes 100 misst das Überwachungsgerät 100 einen Testerdungspunkt über den zweiten Erdungsanschluss 132 anstelle über die Erdung der Wechselspannungshauptleitung. Der Zweck der Bereitstellung des zweiten Erdungsanschlusses 132 liegt im Wesentlichen darin, dass eine existierende bekannte, geeignete Erdung außer derjenigen der Wechselspannungshauptleitung zum Einsatz kommen kann für die Mehrpunkterdungswiderstandsüberwachung. Ein weiterer Zweck für die Bereitstellung des zweiten Erdungsanschlusses 132 liegt in der Abschätzung des Drahtwiderstandes, wie dies hier beschrieben wird. Bei diesem speziellen Eichungsmodus ist das Überwachungsgerät 100 an einen anderen leitenden Draht 301 angeschlossen mit im Wesentlichen identischer Länge und aus dem Wesentlichen identischen Material mit dem leitenden Draht 300 zum gleichen Testerdungspunkt 400 über den zweiten Erdungsanschluss 132 zur Bildung eines elektrischen Weges. Der Widerstand des gesamten Weges ist dementsprechend R₃₀₁ (Widerstand des leitenden Drahtes 301) plus R₃₀₀ (Widerstand des leitenden Drahtes 300). Da der leitende Draht 301 im Wesentlichen identisch ist zum leitenden Draht 300, kann die Rechnereinheit 110 einfach das Messergebnis durch zwei teilen, um eine ziemlich genaue Abschätzung von R₃₀₀ zu erhalten.
Die Rechnereinheit 110 hält drei Parameter in einem getrennten Speicher für jeden Überwachungsanschluss 141 bereit: Den Widerstand des leitenden Drahtes, der an den Überwachungsanschluss 141 angeschlossen ist, dessen Fehler 0 ist, den minimal und maximal akzeptierbaren Erdungswiderstand des Testerdungspunktes 400, welcher durch den Überwachungsanschluss 141 überwacht wird (z. B. der Sicherheitsbereich). Der Widerstand des leitenden Drahtes 300 ist normalerweise ein sehr kleiner Wert und kann vernachlässigt werden (dementsprechend ist der Fehler Null in den getrennten Speicher). Wenn jedoch der leitende Draht 300 sehr lang ist und einen sehr großen Drahtwiderstand besitzt, welcher das Messergebnis beeinflussen kann, wird der Widerstand des leitenden Drahtes 300 abgeschätzt über den vorstehend beschriebenem Eichungsmodus. Der abgeschätzte Drahtwiderstandswert wird dann durch den Benutzer eingegeben oder automatisch aufgezeichnet durch die Rechnereinheit 110 in den getrennten Speicher. Der Drahtwiderstand wird dann abgeleitet durch die Rechnereinheit 110 von dessen Messergebnis während des normalen Überwachungsvorgangs. Die Rechnereinheit 110 vergleicht dann das korrigierte Messergebnis gegen den Sicherheitsbereich des Überwachungsanschlusses 141 und gibt Alarm, wenn das Messergebnis den Sicherheitsbereich überschreitet.
Die Test- und Versorgungseinheit 130 ist getrennt an den normalen Leiter 201, den Fasenleiter 202 und den Erdungsleiter 203 der Wechselspannungshauptleitung 200 angeschlossen. Von dem Phasenleiter 202 entnimmt, reguliert und rektifiziert die Test- und Versorgungseinheit 130 die Wechselspannungsleistung und stellt dann den anderen Einheiten die entsprechenden Spannungen bereit. Die Test- und Versorgungseinheit 130 selbst enthält ein Testelement 131, um die Erdung der Wechselspannungshauptleitung zu untersuchen und festzustellen, ob diese korrekt ist und, um den Erdungswiderstand der Wechselspannungshauptleitung zu erhalten (d. h. der vorerwähnte R₂₀₃). 2f ist eine schematische Ansicht, die eine Ausführungsform des Testelementes 131 der vorliegenden Erfindung zeigt. Entsprechend der Darstellung in 2f enthält das Testelement 131 hauptsächlich ein Ladungselement 1311 sowie einen Schalter 1113. Das Ladungselement 1311 enthält wiederum einen Widerstand 1312 mit einem sehr großen Widerstand sowie eine (nicht bezeichnete) Widerstandsanordnung, die parallel zum Widerstand 1312 angeschlossen ist. Bei der in 2f gezeigten Ausführungsform ist die Widerstandsanordnung mit vier Widerständen versehen, die jeweils einen unterschiedlichen Widerstand aufweisen, einschließlich ∞ (d. h. eine offene Schaltung), 1 MΩ, 5.6 KΩ und 200 Ω ausgewählt durch einen zusätzliche Mehrschrittschalter (nicht identifiziert) in dem Ladungselement 1311). Basierend auf diesem Aufbau und der nachfolgenden Tabelle kann der Erdungszustand der Wechselspannungshauptleitung 200 leicht bestimmt werden durch die Beobachtung, ob Strom geleitet wird durch den Erdungsleiter 202 über jeden dieser Widerstände, die ausgewählt sind durch den Mehrschrittschalter (unter der Steuerung der Rechnungseinheit 110):
Wenn die Wechselspannungshauptleitung 200 eine richtige Erdung besitzt, fließt stets Strom durch den Erdungsleiter 203, unabhängig von dem ausgewählten Widerstand (als sei das Fragezeichen in der Zeichnung eine geschlossene Schaltung). Wenn umgekehrt die Wechselspannungshauptleitung 200 überhaupt keine Erdung besitzt, fließt stets kein Strom durch die Erdungsleitung 203, unabhängig vom ausgewählten Widerstand (als sei das Fragezeichen in der Zeichnung ein offener Schaltkreis). Andererseits ist eine falsche Erdung ein besonderer Fall, in welchem ein kleiner Strom fließen kann, was jedoch nicht der Fall ist für einen großen Strom. Wenn dementsprechend ein Widerstand mit einer kleinen Größe ausgewählt wird, wie etwa 5.6 KΩ oder 200 Ω, tritt vermutlich ein großer Strom auf, aber die falsche Erdung der Erdungsleitung 203 ist unfähig, diesen zu absorbieren. Wenn andererseits ein Widerstand mit einem sehr großen Wert, wie etwa ∞ oder 1 Ω ausgewählt ist, wird ein kleiner Strom induziert und kann erfolgreich durch die falsche Erdung der Erdungsleitung 203 abgeleitet werden.
Basierend auf diesen Prinzipien vermag die Rechnereinheit 110 automatisch die Widerstände zu schalten und den Leitungszustand der Erdungsleitung 203 zu beobachten, um zu bestimmen, ob die Wechselspannungshauptleitung 200 die richtige Erdung besitzt. Ein Benutzer kann dann informiert werden hinsichtlich des Untersuchungsergebnisses des Testelementes 131 durch ein Blitzlicht oder Summergeräusch der Anzeige- und Betriebseinheit 120. Der Benutzer kann dementsprechend sicher sein, ob die Wechselspannungshauptleitung 200 eine entsprechend geeignete Erdung für das Überwachungsgerät 100 bereitstellt. Es ist noch herauszustellen, dass die Widerstände des Ladungselementes 1311 nicht eingeschränkt sind auf die zuvor erwähnte Kombination der Widerstandswerte. Es ist ebenfalls zu bemerken, dass bei den vorangehend beschriebenen Verfahren die Rechnereinheit 110 den Erdungswiderstand R₂₀₃ der Wechselspannungshauptleitung 200 zu berechnen vermag, und die Rechnereinheit 110 zeichnet dann den Erdungswiderstand R₂₀₃ in dem unabhängigen Speicher auf zum Ableiten der Erdungswiderstände der Testerdungspunkte in dem periodischen Überwachungsverfahren.
Es ist zu bemerken, dass im wirklichen Leben es nicht unmöglich ist, dass der Phasenleiter 202 und der neutrale Leiter 201 fälschlicherweise umgekehrt angeschlossen ist (d. h., dass die Wechselspannung tatsächlich von dem neutralen Leiter 201 ausgeht, anstatt von dem Phasenleiter 202). Dementsprechend ist der Schalter 1313 vorgesehen, um es dem Benutzer zu ermöglichen, auszuwählen, ob er den Phasenleiter 202 oder aber den neutralen Leiter 201 als Eingang verwendet. Wenn beispielsweise der Phasenleiter 202 als Eingang ausgewählt wird und keine Leitung erfasst wird für alle Widerstandsbelastungen, sollte sich ein Benutzer nicht dem Schluss hingeben, dass die Wechselspannungshauptleitung 200 nicht eine geeignete Erdung bereitstellt. Der Benutzer sollte darüber hinaus den Schalter 1313 einsetzen, um den neutralen Leiter 201 als Eingang zu wählen und den Leitfähigkeitszustand des Erdungsleiters 202 erneut zu untersuchen. Wenn beispielsweise eine Leitung erfasst wird für alle Widerstandsbelastungen, wenn der neutrale Leiter 201 als Eingang ausgewählt ist, leuchtet ein, dass der Phasenleiter 202 und der neutrale Leiter 201 umgekehrt angeschlossen sind und die Erdung, die durch die Wechselspannungshauptleitung bereitgestellt wird, akzeptabel ist.
Entsprechend der Darstellung in 2b kann das Überwachungsgerät 100 darüber hinaus eine Netzwerkinterfaceeinheit 150 einschließen, um das Interface der Anzeige- und Betriebseinheit 120 in der Form einer Webseite bereitzustellen oder in ähnlichem Text- oder Grafikinterface autorisierten Benutzern Zugang zum Überwachungsgerät 100 über ein Netzwerk 500 zu bieten. Dementsprechend ist ein autorisierter Benutzer in der Lage, die Geräteparameter einzustellen oder Messergebnisse über Fernabfrage zu lesen. In einer ähnlichen Weise kann Alarm von der Rechnereinheit 110 ebenfalls einem fernabfragenden Nutzer auf diese Weise präsentiert werden. Das Netzwerk 500 ist eine Abstraktion verschiedener Netzwerktypen, wie etwa ein verdrahtetes oder über Funk arbeitendes LAN, ein geschütztes WAN über ein verdrahtetes oder über Funk arbeitendes LAN, das Internet oder ein mobiles Datennetzwerk (wie etwa ein 2,5 G oder 3 G mobiles Kommunikationsnetzwerk). Dementsprechend sollte die Netzwerkinterfaceeinheit 150 einen physikalischen Anschluss besitzen und ein Kommunikationsprotokoll unterstützen, das zum Netzwerk 500 kompatibel ist. Zusätzlich zum passiven Warten auf die Untersuchung des Benutzers, kann auch die Netzwerkinterfaceeinheit 150 proaktiv einen Alarm einem oder mehreren speziellen Nutzern zuführen über beispielsweise elektronische Mails, SMS oder gar direktes Anwählen mit simulierten oder zuvor aufgezeichneten Stimmeinschaltungen.
Für den Einsatz des Überwachungsgerätes 100 wird zunächst das Überwachungsgerät 100 an die Wechselspannungshauptleitung 200 (normalerweise einer Wandsteckdose) angeschlossen und dann wird ein Testmodus des Überwachungsgerätes aktiviert, um zu bestätigen, dass die Erdungsleitung 203 der Wechselspannungshauptleitung 200 in richtiger Weise geerdet ist, und der Erdungswiderstand der Wechselspannungshauptleitung 200 wird erhalten und aufgezeichnet. Wenn die Wechselspannungshauptleitung 200 eine richtige Erdung besitzt, dann kommt der leitende Draht 300 zum Einsatz, um einen der Testerdungspunkte 400 an einen der Überwachungsanschlüsse 141 anzuschließen. Wenn einer der leitenden Drähte 300 zu lang ist, kann das Überwachungsgerät 100 in den vorgenannten Eichungsmodus eingeführt werden, um den Drahtwiderstand eines jeden leitenden Drahtes 300 zu bestimmen und aufzuzeichnen. Anschließend tritt der Benutzer in den Sicherheitsbereich eines jeden Überwachungsanschlusses 141 ein und aktiviert das Überwachungsgerät 100, um periodisch den Erdungswiderstand eines jeden Testerdungspunktes 400 zu messen und zu vergleichen mit dem Sicherheitsbereich, wobei ein Alarm abgegeben wird, wenn der Erdungswiderstand den entsprechenden Sicherheitsbereich überschreitet.
Wenn das Überwachungsgerät 100 mit der Netzwerkinterfaceeinheit 150 versehen ist, enthält das vorgenannte Verfahren darüber hinaus den Schritt eines entsprechenden Anschlusses des Überwachungsgerätes 100 an das Netzwerk 500 unter Aufstellung der relevanten Parameter, wie etwa IP (Internetprotokoll)-Adresse, Maske, Gateway usw.
Zusammenfassend ist ein Echtzeitmehrpunkterdungswiderstands-Überwachungsgerät vorgesehen, um gleichzeitig Erdungswiderstände verschiedener Arbeitsstationen zu überwachen. Die vorliegende Erfindung enthält in der Hauptsache eine Anzahl von Überwachungsanschlüssen, die mit mehreren Festerdungspunkten parallel verbunden sind über jeweilige leitende Drähte. Jeder Überwachungsanschluss ist konfiguriert mit einem Sicherheitsbereich von akzeptablen Erdungswiderständen und einer Präsentationsart eines Alarms, wenn der gemessene Erdungswiderstand eines Überwachungsanschlusses den Sicherheitsbereich überschreitet. Das Überwachungsgerät besitzt eine selbstkorrigierende Funktion, um automatisch den Widerstand des leitenden Drahtes zu versetzen in Abhängigkeit von dem Messergebnis, wenn der leitende Draht zu lang ist. Das Überwachungsgerät kann darüber hinaus ein Netzwerkinterface umfassen, um einen Fernbetrieb und eine Fernüberwachung zu gestatten.
Es soll an dieser Stelle nochmals ausdrücklich angegeben werden, dass die vorliegende Beschreibung der Erfindung lediglich anhand bevorzugter Ausführungsformen erfolgte, wobei einleuchtet, dass die Erfindung nicht auf die hier beschriebenen Details beschränkt ist. Es wurden verschiedene Substitutionen und Modifikationen im Rahmen der vorliegenden Beschreibung vorgeschlagen, während andere dem Sachverständigen auf diesem Gebiet geläufig sind. Dementsprechend sollen alle derartigen Substitutionen, Modifikationen und Abänderungen in den Rahmen der Erfindung fallen, wie er durch die beigefügten Ansprüche gesteckt ist.

Claims

Erdungswiderstandsüberwachungsgerät zur Messung von Erdungswiderständen einer Mehrzahl von Testerdungspunkten gekennzeichnet durch: eine Anzeige- und Betriebseinheit (120) mit mindestens einem Anzeigefeld (121) sowie einem Tastenfeld (122) als Mensch-Maschine-Interface des Erdungswiderstandsüberwachungsgerätes (100); eine Rechnereinheit (110) mit Zweiwegeanschlüssen zu den anderen Einheiten für den Datenaustausch hierzwischen; eine Test- und Spannungsversorgungseinheit (130), die an einen neutralen Leiter (201), einen Phasenleiter (202) sowie einen Erdungsleiter (203) eines Wechselspannungshauptanschlusses (200) angeschlossen sind zur Einstellung und Gleichrichtung des Wechselstromnetzes und Bereitstellung einer eingestellten und gleichgerichteten Leistung für die anderen Einheiten des Erdungswiderstandsüberwachungsgerätes (100), wobei die Test- und Spannungsversorgungseinheit (130) in der Lage ist, einen Erdungszustand zu bestimmen und einen Erdungswiderstand der Erdungsleitung der Wechselspannungshauptleitung bereitzustellen, während die Test- und Spannungsversorgungseinheit (130) eine entsprechende Spannungsquelle bereitstellt zur Messung der Erdungswiderstände der Testerdungspunkte, sowie eine Messeinheit (140) mit mehreren Überwachungsanschlüssen, wobei jeder Überwachungsanschluss an den Testerdungspunkt (140) über einen leitenden Draht angeschlossen ist; wobei im Überwachungsmodus des Erdungswiderstandsüberwachungsgerätes (100) die Rechnereinheit (110) periodisch einen Überwachungsan schluss auswählt und einen elektrischen Weg bildet von der Spannungsquelle über den Überwachungsanschluss und der leitende Draht mit den Überwachungsanschluss verbunden ist, während ein Testerdungspunkt, der mit dem leitenden Draht verbunden ist, an den Erdungsleiter der Wechselspannungshauptleitung angeschlossen ist über die Erde zur Bereitstellung eines Messergebnisses eines Erdungswiderstandes des Testerdungspunktes, und die Rechnereinheit die Messergebnisse mit einem Sicherheitsbereich des Überwachungsanschlusses vergleicht und einen Alarm abgibt, wenn das Messergebnis den Sicherheitsbereich überschreitet.
Erdungswiderstandsüberwachungsgerät gemäß Anspruch 1, wobei der Sicherheitsbereich definiert ist durch einen minimal akzeptablen Erdungswiderstand.
Erdungswiderstandsüberwachungsgerät gemäß Anspruch 1, darüber hinaus umfassend einen zweiten Erdungsanschluss, wobei in einem zweiten Überwachungsmodus des Erdungswiderstandsüberwachungsgerätes (100) die Rechnereinheit (110) den Überwachungsanschluss auswählt und einen elektrischen Weg bildet von der Spannungsquelle über den Überwachungsanschluss, einen elektrisch leitenden Draht, welcher an den Überwachungsanschluss angeschlossen ist, einen Testerdungspunkt, der mit dem leitenden Draht verbunden ist zu einer Erdung, die verbunden ist mit dem zweiten Erdungsanschluss über die Erde für die Bereitstellung eines Messergebnisses eines Erdungswiderstandes des Testerdungspunktes.
Erdungswiderstandsüberwachungsgerät gemäß Anspruch 1, darüber hinaus umfassend einen zweiten Erdungsanschluss, wobei in einem Eichungsmodus des Erdungswiderstandsüberwachungsgerätes die Rechnereinheit einen Überwachungsanschluss auswählt und einen elektrischen Weg bildet von der Spannungsquelle über den Überwachungsanschluss, einen leitenden Draht, der mit dem Überwachungsanschluss in Verbindung steht, einen Testerdungspunkt, der an den leitenden Draht angeschlossen ist zu dem zweiten Erdanschluss über einen zweiten leitenden Draht, der im Wesentlichen dem ersten leitenden Draht identisch ist zur Bereitstellung ei nes Drahtwiderstandes des leitenden Drahtes durch die Division des zweiten Messergebnisses des Testerdungspunktes durch zwei.
Erdungswiderstandsüberwachungsgerät gemäß Anspruch 4, wobei im Überwachungsmodus des Erdungswiderstandsüberwachungsgerätes das Messergebnis des Erdungswiderstandes des Testerdungspunktes abgeleitet wird durch den Widerstand des leitenden Drahtes, bevor der Sicherheitsbereich hiermit verglichen wird.
Erdungswiderstandsüberwachungsgerät gemäß Anspruch 1, wobei die Test- und Spannungsversorgungseinheit eine Mehrzahl von Widerstandsbelastungen umfasst, wobei im Testmodus des Erdungswiderstandsüberwachungsgerätes eine Wechselspannung von der Wechselspannungshauptleitung durch jede der Widerstandsbelastungen zum Erdungsleiter der Wechselspannungshauptleitung geführt wird und durch die Überwachung des Leitungszustandes des Erdungsleiters der Erdungsleiter klassifiziert wird in eine der folgenden Erdungszustände: Richtige Erdung, keine Erdung und falsche Erdung.
Erdungswiderstandsüberwachungsgerät gemäß Anspruch 1, wobei die Test- und Spannungsversorgungseinheit einen Schalter umfasst zur Auswahl des Phasenleiters oder des neutralen Leiters oder des neutralen Leiters als Eingang der Wechselspannung.
Erdungswiderstandsüberwachungsgerät gemäß Anspruch 1, darüber hinaus umfassend, eine Netzwerkinterfaceeinheit (150), welche an ein Netzwerk angeschlossen ist, wobei ein Betriebsinterface einen Benutzer präsentiert wird für den Zugang des Erdungswiderstandsüberwachungsgerätes durch das Netzwerk.
Erdungswiderstandsüberwachungsgerät gemäß Anspruch 8, wobei ein Alarm einem speziellen Benutzer zugeführt wird durch das Netzwerk durch mindestens eine der nachfolgenden Elemente: elektronische Post, SMS und direkte Anwahl einer Stimmnachricht.
Erdungswiderstandsüberwachungsgerät gemäß Anspruch 1, wobei die Anzeige- und Betriebseinheit mindestens eine sichtbare und/oder eine hörbare Einrichtung zur Präsentation des Alarmes aufweist.