-
Die Erfindung betrifft ein Isolationsüberwachungsgerät sowie ein Verfahren zur normgerechten Überwachung eines Isolationswiderstandes eines ungeerdeten ein- oder mehrphasigen Stromversorgungssystems mit mindestens zwei aktiven Leitern.
-
Für die Versorgung von elektrischen Betriebsmitteln kommt bei erhöhten Anforderungen an die Betriebs-, Brand- und Berührungssicherheit die Netzform eines ungeerdeten Stromversorgungssystems zum Einsatz, die auch als isoliertes Netz (frz. Isolé Terre – IT) oder IT-System bezeichnet wird. Bei dieser Art des Stromversorgungssystems sind die aktiven Teile von dem Erdpotenzial – gegenüber „Erde” – getrennt. Der Vorteil dieser Netze liegt darin, dass bei einem ersten Isolationsfehler wie beispielsweise einem Erdschluss oder einem Körperschluss die Funktion der elektrischen Betriebsmittel nicht beeinträchtigt wird, da sich wegen des im Idealfall unendlich großen Impedanzwertes zwischen den aktiven Leitern des Netzes und Erde in diesem ersten Fehlerfall kein geschlossener Stromkreis ausbilden kann. Als aktive Leiter werden in einem Dreiphasen-IT-System die Außenleiter L1, L2, L3 und, falls mitgeführt, der Neutralleiter N bezeichnet, in einem einphasigen IT-System ohne Mittelanzapfung stellen die beiden Außenleiter L1 und L2 und bei Mittelanzapfung auch der Mittelleiter die aktiven Leiter dar.
-
Durch die inhärente Sicherheit des IT-Stromversorgungssystems kann somit eine kontinuierliche Stromversorgung der von dem IT-Stromversorgungssystem gespeisten Verbraucher, d. h. der an das IT-Stromversorgungssystem angeschlossenen Betriebsmittel, auch dann gewährleistet werden, wenn ein erster Isolationsfehler auftritt.
-
Der Widerstand des IT-Stromversorgungssystems gegen Erde (Isolationswiderstand – im Fehlerfall auch Isolationsfehlerwiderstand oder Fehlerwiderstand) wird daher ständig überwacht, da durch einen möglichen weiteren Fehler an einem anderen aktiven Leiter (zweiter Fehler) eine Fehlerschleife entstünde und der dabei fließende Fehlerstrom in Verbindung mit einer Überstrom-Schutzeinrichtung eine Abschaltung der Anlage mit Betriebsstillstand zur Folge hätte. Die Überwachung des IT-Stromversorgungssystems erfolgt gemäß der Norm IEC 61557-8 mit einem Isolationsüberwachungsgerät, das zwischen mindestens einem der aktiven Leiter des IT-Stromversorgungssystems und Erde angekoppelt wird. Dazu weist das Isolationsüberwachungsgerät in der Regel einen Isolationswiderstands-Messpfad mit einer Messspannungsquelle auf, die dem Stromversorgungssystem zwischen dem der aktiven Leiter und Erde eine Messspannung überlagert. Eine Verschlechterung des Isolationszustandes des IT-Stromversorgungssystems wird anhand eines ansteigenden Messstroms registriert und rechtzeitig gemeldet.
-
So werden Isolationsfehler im Vergleich zu geerdeten Stromversorgungssystemen um einen Faktor 1.000 bis 1.000.000 früher erkannt und es können zudem symmetrische Fehler festgestellt werden. Darüber hinaus ist eine Messung des Isolationswiderstandes auch in abgeschalteten Systemen möglich und die Isolationsüberwachung ist unabhängig davon durchführbar, ob es sich um Wechselstrom-, Gleichstrom- oder ein Mischsystem handelt. Trotz dieser Vorteile kommt das IT-Stromversorgungssystem im Vergleich zu geerdeten Stromversorgungssystemen noch relativ selten zum Einsatz. Ein Grund dafür ist das im Folgenden erläuterte und mit der Erfindung gelöste Problem der Spannungsüberhöhung.
-
Bei einem IT-Stromversorgungssystem besteht die Gefahr, dass bei Auftreten eines niederohmigen Isolationsfehlers an einem der Außenleiter auf den anderen aktiven Leitern eine Potentialdifferenz gegenüber Erdpotenzial (Spannungsüberhöhung) auftritt, für die die angeschlossenen Betriebsmittel (Verbraucher) nicht ausgelegt sind. So steigt beispielsweise in einem dreiphasigen Stromversorgungssystem mit mitgeführtem Neutralleiter und einer Nennspannung von 230 V zwischen Außen- und Neutralleiter bei einem „satten Erdschluss” eines Außenleiters die Außenleiterspannung gegen Erde an den beiden fehlerfreien Außenleitern um den Faktor 1,73 auf den Maximalwert von ca. 400 V an. Problematisch ist diese Spannungsüberhöhung, wenn die Entstörmaßnahmen (z. B. Y-Kondensatoren) an den angeschlossenen Betriebsmitteln (Verbrauchern) nicht auf diese erhöhte Potentialdifferenz ausgelegt sind.
-
Darüber hinaus werden auch die Isolierstoffe der Leitungen stärker beansprucht und könnten dauerhaft Schaden nehmen.
-
Zwar können bei einem vollständig als IT-Netz geplanten Stromversorgungssystem die Entstörmaßnahmen gegen Erde bei den an das IT-Stromversorgungssystem angeschlossenen Verbrauchern von vornherein auf die maximale Potenzialdifferenz ausgelegt werden. Dies hat jedoch den Nachteil, dass zum einen über die gesamte Lebensdauer der Anlage sicherzustellen ist, dass keine (anderen) Verbraucher zum Einsatz kommen, die nur für die nominelle Netzspannung und nicht für die erhöhte Potenzialdifferenz geeignet sind. Dies wiederum setzt ein technisches Verständnis über die beschriebene Problematik der Spannungsüberhöhung voraus, das in der Praxis vor Ort oftmals nicht gegeben ist. Zum anderen ließen sich geerdete Stromversorgungssysteme nur noch unter Austausch sämtlicher nicht auf die erhöhte Potenzialdifferenz ausgelegten Verbraucher auf ungeerdete Stromversorgungssysteme umrüsten, was aus Kostengründen nicht praktikabel ist.
-
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Spannungsüberwachungsschaltungen für Stromversorgungssysteme bekannt.
-
Die Offenlegungsschrift
DE 23 25 306 A zeigt eine Schaltungsanordnung zur Überwachung eines erdfreien Niederspannungs-Gleichstromnetzes mit dem Ziel, auftretende Erdschlüsse zu erkennen. Dazu weist die Schaltungsanordnung einen aus dem Netz gespeisten Taktgenerator zur Einspeisung einer Messspannung, eine Messleitung mit einem hochohmigen Vorwiderstand und einem Messwiderstand auf. Über dem Messwiderstand wird ein Suchstrom differentiell erfasst und ausgewertet. Daneben umfasst die Schaltungsanordnung einen über einen weiteren Vorwiderstand an die Messleitung angeschlossenen Betragsbildner und ein Schwellwertglied, um durch eine Spannungsmessung einen Schluss der Leiter mit einer erdgebundenen Fremdspannungsquelle detektieren zu können.
-
Die Patentschrift
US 5 390 066 A beschreibt eine elektrische Schutzeinrichtung für elektrische (Verbraucher-)Zuleitungen zum Schutz der angeschlossenen Verbraucher vor Überspannungen. Wird eine derartige Spannungsschwankung auf einer Zuleitung von einer Erkennungsschaltung festgestellt, so wird die betroffene Zuleitung von dem Netz getrennt.
-
Die Offenlegungsschrift
DE 101 11 816 A1 zeigt einen elektronischen Spannungswandler für eine mehrphasige Stromversorgungsleitung, der auch bei nicht mitgeführtem Neutralleiter genaue Spannungsmessungen gestattet. Der Spannungswandler besitzt drei Eingänge mit jeweils einem ohmschen Eingangsspannungsteiler, an den die aktiven Leiter der Stromversorgungsleitung einzeln mit alternativen Schaltungsmöglichkeiten angeschlossen werden.
-
Die Offenlegungsschriftschrift
DE 43 39 241 A1 beschreibt eine Schaltungsanordnung zur Überwachung und Erkennung des Ausfalls („Drahtbruchs”) des Nullleiters oder eines Phasenleiters eines Drehstromnetzes. Die Phasenleiter sind zu einem Sternpunkt zusammengeschaltet, der über einen Widerstand gegen Masse geschaltet ist, die wiederum mit dem Nullleiter verbunden ist. Im Fall der Unsymmetrie fließt ein mit einer Messschaltung detektierbarer Strom.
-
Die Veröffentlichung
JP 2006-025 529 A beschreibt eine (Erdschluss-)Fehlerstrom-Erkennungsvorrichtung, bei der die drei Phasen eines Stromversorgungssystems über Widerstände zu einem Sternpunkt zusammengeführt sind, an den eine Spannungsmessschaltung und eine Fehlerstromerkennung angekoppelt sind.
-
Zur Lösung der bei einer Spannungsüberhöhung auftretenden Probleme scheinen die vorgenannten Offenbarungen jedoch nur bedingt geeignet zu sein, da sie die Art der Spannungsänderung nur unzureichend berücksichtigen.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, die oben beschriebenen aus einer Spannungsüberhöhung resultierenden Probleme bei dem Betrieb eines ungeerdeten ein- oder mehrphasigen Stromversorgungssystems und bei der Umrüstung eines geerdeten Stromversorgungssystems in ein ungeerdetes Stromversorgungssystem in möglichst kosteneffizienter Weise zu lösen.
-
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass das Isolationsüberwachungsgerät eine Spannungsüberwachungsschaltung aufweist, die eine Leiterspannung zwischen mindestens einem der aktiven Leiter und Erde erfasst und bei Erkennung einer Spannungsüberhöhung ein Abschaltsignal zur Abschaltung des Stromversorgungssystems erzeugt, wobei die Spannungsüberwachungsschaltung eine Auswerteeinrichtung mit einem einstellbaren Schwellwert-Detektor aufweist und die Auswerteeinrichtung eine Transienten-Erkennung zur Erkennung nicht-gefährdender kurzzeitiger Spannungsspitzen aufweist.
-
Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung beruht erfindungsgemäß darauf, ein normativ vorgeschriebenes Isolationsüberwachungsgerät mit einer Spannungsüberwachungsschaltung auszustatten, die permanent für die zu überwachenden aktiven Leiter die jeweiligen Spannungen zum Erdpotential, d. h. zwischen dem betrachteten aktiven Leiter und Erde, misst. Wird dabei an einem aktiven Leiter eine Spannungsüberhöhung festgestellt, erzeugt die Spannungsüberwachungsschaltung ein Abschaltsignal, das als Ausgangssignal zur Verfügung steht und außerhalb des Isolationsüberwachungsgerätes weiterverarbeitet werden kann, um beispielsweise ein Schaltglied zu veranlassen, das Stromversorgungssystem abzuschalten.
-
Neben der Vermeidung von Risiken, die durch die Einwirkung der Spannungserhöhung auf nicht für derartige Potentialdifferenzen ausgelegte Entstör- oder Isolationseinrichtungen entstehen können, nutzt die erfindungsgemäße Verknüpfung der Isolationsüberwachung mit der Spannungsüberwachung den Zusammenhang aus, dass die Spannungsüberhöhung abhängig von der Größe des Isolationsfehlers ist. Ein „satter Erdschluss”, also ein nahezu widerstandsloser Isolationsfehler, führt zu einer maximalen Spannungsüberhöhung und damit zu einer Abschaltung des Stromversorgungssystems, wohingegen ein hochohmiger Isolationsfehler lediglich – wie bei einem herkömmlichen Isolationsüberwachungsgerät – zu einer normgemäß vorgeschrieben Warnung führt. Es verbleibt dann noch genügend Zeit, um den Isolationsfehler zu lokalisieren und zu beheben, bevor es zu einer Abschaltung kommt.
-
In vorteilhafter Weise wird somit der sicherheitstechnische Nutzen einer Isolationsüberwachung mit der Beseitigung von Gefahren durch eine Spannungsüberhöhung verbunden. Der Grundgedanke des präventiven Monitorings mit der Zielsetzung der Vermeidung der Abschaltung der Stromversorgung bleibt gewahrt.
-
Das erfindungsgemäß mit der Spannungsüberwachungsschaltung erweiterte Isolationsüberwachungsgerät ermöglicht die angestrebte Installation von ungeerdeten Stromversorgungssystemen mit den daraus resultierenden Vorteilen des IT-Netzes auch in den Anwendungsfällen, die ansonsten anderen Netzformen vorbehalten blieben.
-
Die Spannungsüberwachungsschaltung erlaubt den Einsatz beliebiger Betriebsmittel, ohne deren Spannungsfestigkeit gegenüber Erdpotenzial kennen zu müssen.
-
Weiterhin eignet sich die erfindungsgemäße Lösung hervorragend für die Umrüstung von geerdeten Stromversorgungssystemen in ungeerdete Stromversorgungssysteme. Da in geerdeten Stromversorgungssystemen eine Spannungsüberhöhung nicht auftreten kann, bleibt dieses Problem zunächst unbeachtet und tritt erst auf, wenn ein geerdetes Stromversorgungssystem zu einem ungeerdeten Stromversorgungssystem umgerüstet werden soll. Die erfindungsgemäße Isolationsüberwachung mit Abschaltung bei Spannungsüberhöhung führt vorteilhafterweise dazu, dass das Stromversorgungssystem umgerüstet werden kann, ohne den Verbrauchern hinsichtlich ihrer Spannungsfestigkeit weitere Beachtung schenken zu müssen. Sämtliche Vorteile des IT-Systems können genutzt werden – außer dem des Betriebs bei einem niederohmigen Erdschluss („satter Erdschluss, s. o). Da aber auch ein geerdetes Stromversorgungssystem bei einem solchen Erdschluss sofort abschalten würde, ergibt sich hieraus kein Nachteil gegenüber dem (nicht umgerüsteten) geerdeten Stromversorgungssystem.
-
Die Spannungsüberwachungsschaltung weist vorteilhafterweise eine Auswerteeinrichtung mit einem einstellbaren Schwellwert-Detektor auf.
-
Um die Spannungsüberhöhung zwischen dem jeweiligen aktiven Leiter und Erde zu erkennen, ist in der Auswerteeinrichtung ein Schwellwert-Detektor vorgesehen, der die von der Spannungsmesseinrichtung übermittelten Spannungswerte bewertet. Dabei ist der Schwellwert-Detektor einstellbar ausgeführt, so dass die gemessenen Spannungswerte auf die Überschreitung eines an das zu überwachende Stromversorgungssystem angepassten Spannungs-Schwellwertes geprüft werden können. Somit ist es möglich, entsprechend spezifizierte Toleranzen der elektrischen Anlage und der daran angeschlossenen Betriebsmittel auszunutzen und das Stromversorgungssystem erst dann abzuschalten, wenn aus der Spannungsüberhöhung tatsächlich funktionsbeeinträchtigende Folgen oder Gefahren entstehen.
-
Weiterhin weist die Auswerteeinrichtung eine Transienten-Erkennung zur Erkennung nicht-gefährdender kurzzeitiger Spannungsspitzen auf.
-
Die Transienten-Erkennung verhindert, dass Kurzzeit-Störungen, wie beispielsweise vereinzelt auftretende Spannungsspitzen, fälschlicherweise als dauerhafte Spannungsüberhöhungen interpretiert werden und zu einer unbegründeten Abschaltung führen würden.
-
In vorteilhafter Ausgestaltung weist die Spannungsüberwachungsschaltung mindestens einen Spannungsmesspfad auf, der den jeweiligen aktiven Leiter zur Erfassung der Leiterspannung mit Erde verbindet.
-
Durch diese – neben der Anbindung über den Isolationswiderstands-Messpfad zur Isolationswiderstandsmessung – weitere Ankopplung des Isolationsüberwachungsgerätes mittels des in der Spannungsüberwachungsschaltung vorgesehenen Spannungsmesspfades können genau die Spannungen gegen Erde erfasst werden, die den Spannungen an den Entstöreinrichtungen bei den Verbrauchern entsprechen.
-
Die Anzahl der Spannungsmesspfade in der Spannungsüberwachungsschaltung, mit denen das Isolationsüberwachungsgerät zur Erfassung der Leiterspannung angekoppelt ist, hängt dabei ab von der Art des Stromversorgungssystems sowie von dem verfolgten Schutzziel. Neben der Möglichkeit eine gezielte Überwachung ausgewählter aktiver Leiter durchzuführen, erfolgt in der Regel eine möglichst umfassende Aufnahme der Messgrößen. Dabei müssen nicht für alle Außenleiter Spannungsmesspfade bereitgestellt werden. So ist es möglich, eine unbekannte Spannung aus den Messungen hinreichend vieler Außenleiterspannungen rechnerisch zu ermitteln.
-
In einem Einphasen-Stromversorgungssystem mit zwei Außenleitern weist die Spannungsüberwachungsschaltung daher vorzugsweise zwei Spannungsmesspfade auf, die jeweils einen Außenleiter mit Erde verbinden. Ist das Einphasen-Stromversorgungssystem mit einer Mittelanzapfung ausgestattet, verbinden vorzugsweise drei Spannungsmesspfade jeweils einen der beiden Außenleiter und den Mittelleiter mit Erde.
-
In einem dreiphasigen Stromversorgungssystem mit drei Außenleitern weist die Spannungsüberwachungsschaltung bevorzugt drei Spannungsmesspfade auf, die jeweils einen der drei Außenleiter mit Erde verbinden. Bei zusätzlich mitgeführtem Neutralleiter kann auch dieser über einen Spannungsmesspfad mit Erde verbunden sein.
-
Die Ankopplungspunkte der Spannungsmesspfade können dabei unmittelbar hinter der Einspeisestelle und damit (in Richtung des Verbrauchers betrachtet) vor einer Fehlerstrom-Schutzeinrichtung oder verbraucherseitig hinter einer Fehlerstrom-Schutzeinrichtung liegen.
-
Die verbraucherseitige Ankopplung des Isolationsüberwachungsgerätes ermöglicht die Überwachung eines abgeschalteten (Teil-)Stromversorgungssystems, sodass eine Aufschaltung des abgeschalteten Systemteils nur im fehlerfreien Zustand erfolgt. Die Aufschaltung kann automatisiert oder durch ein Freischaltsignal des Isolationsüberwachungsgerätes geschehen. Allerdings erfordert die verbraucherseitige Anordnung eine separate Hilfsspannung des Isolationsüberwachungsgerätes.
-
Weiterhin bildet der Spannungsmesspfad eine Reihenschaltung aus einem Ankopplungswiderstand und einem Messwiderstand, wobei parallel zu dem Messwiderstand eine Spannungsmesseinrichtung angeordnet ist.
-
In dem Spannungsmesspfad kann die Leiterspannung des aktiven Leiters an dem zu dem Ankopplungswiderstand in Reihe geschalteten Messwiderstand mittels der Spannungsmesseinrichtung gemessen werden.
-
In einer weiteren Ausgestaltung sind der Spannungsmesspfad und ein Isolationswiderstands-Messpfad als ein kombinierter Widerstandsmesspfad mit in Reihe geschalteter Messspannungsquelle ausgebildet.
-
Für die Isolationswiderstandsbestimmung und die Bestimmung der Leiterspannung sind in den bisher beschriebenen Ausgestaltungen entsprechend der jeweiligen Messaufgabe getrennte, parallele Messpfade, nämlich der Isolationswiderstands-Messpfad und der Spannungsmesspfad, zu dem jeweiligen aktiven Leiter vorgesehen.
-
Die beiden Messaufgaben können aber nicht nur funktional, sondern auch schaltungstechnisch in dem Isolationsüberwachungsgerät zusammengefasst werden. Ein einziger, kombinierter Widerstandsmesspfad, bestehend aus der Reihenschaltung von Ankoppelwiderstand, Messwiderstand (mit parallel geschalteter Spannungsmesseinrichtung) und Messspannungsquelle, zu dem jeweiligen aktiven Leiter erlaubt die kombinierte Erfassung der zur Bestimmung des Isolationswiderstands und der Leiterspannung erforderlichen Größen.
-
Die Spannungsüberwachungsschaltung weist bevorzugt eine Alarmschaltung mit mindestens einem Signalausgang zur Bereitstellung eines analogen und/oder eines digitalen Schaltsignals auf.
-
Bei Erkennung einer Spannungsüberhöhung wird ein Schaltsignal zur Abschaltung des Stromversorgungssystems erzeugt. Diese Aufgabe übernimmt die Alarmschaltung, die an dem Signalausgang des Isolationsüberwachungsgerätes ein Abschaltsignal in analoger und/oder digitaler Form zur weiteren Verarbeitung bereitstellt.
-
Mit dem Schaltsignal können nachfolgende Schaltglieder angesteuert werden. Das Schaltsignal kann beispielsweise in Form eines geschalteten Steuerstroms zur Ansteuerung eines elektromechanischen Schützes dienen und neben der Abschaltung auch eine kontrollierte Wiedereinschaltung eines abgeschalteten (Teil-)Stromversorgungssystems bewirken.
-
In weiterer Ausgestaltung weist die Spannungsüberwachungsschaltung ein Alarmrelais auf.
-
In Verbindung mit einer Fehlerstrom-Schutzeinrichtung kann deren abschaltende Funktion durch die Erzeugung eines von dem Alarmrelais der Spannungsüberwachungsschaltung absichtlich herbeigeführten Auslösestroms genutzt werden. Analog zu der bei Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen vorhandenen Erzeugung eines Teststroms bei Betätigen der Prüftaste erfolgt durch den Auslösestrom eine Auslösung der Fehlerstrom-Schutzeinrichtung.
-
Zur Abschaltung des Stromversorgungssystems ist somit als sehr kostengünstige Abschaltmöglichkeit herstellerunabhängig eine handelsübliche Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (FI-Schalter) einsetzbar, wobei in vorteilhafter Weise keine Kommunikation (Buskommunikation) zwischen dem erfindungsgemäßen Isolationsüberwachungsgerät und der Fehlerstrom-Schutzeinrichtung erforderlich ist. Das Alarmrelais kann auch zum Schalten eines Steuerstroms für ein Schaltglied (Schütz) eingesetzt werden, wobei eine Ansteuerung des Alarmrelais über ein internes Steuersignal oder über den Signalausgang erfolgt.
-
Bezogen auf ein Verfahren wird die Aufgabe in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 7 dadurch gelöst, dass eine Leiterspannung zwischen mindestens einem der aktiven Leiter und Erde gemessen wird und bei Erkennung einer Spannungsüberhöhung ein Abschaltsignal zur Abschaltung des Stromversorgungssystems erzeugt wird, wobei nicht-gefährdende kurzzeitige Spannungsspitzen der gemessenen Leiterspannung mittels einer Transienten-Erkennung unberücksichtigt bleiben.
-
Die Umsetzung des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Isolationsüberwachungsgeräts beruht auf der in dem unabhängigen Verfahrensanspruch 9 beschriebenen technischen Lehre. Insoweit treffen auch die vorgenannten technischen Wirkungen und daraus entstehenden Vorteile auf die Verfahrensmerkmale zu.
-
Die Erfassung der Leiterspannungen und die Bereitstellung des Abschaltsignals im Falle einer erkannten Spannungsüberhöhung an einem der aktiven Leiter stellen einen Beitrag zur vorbeugenden Instandhaltung von ungeerdeten Stromversorgungssystemen dar. Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen wird die schutztechnische Funktion eines herkömmlichen, normativ vorgeschriebenen Isolationsüberwachungsgerätes auf die Überwachung gefährdender Spannungsüberhöhungen vorteilhaft erweitert.
-
Mit Vorteil bleiben bei der Erkennung einer Spannungsüberhöhung nicht-gefährdende kurzzeitige Spannungsspitzen unberücksichtigt.
-
Treten in den gemessenen Spannungen kurzzeitige Spannungsspitzen auf, so werden diese durch eine Transienten-Erkennung in der Auswerteeinrichtung erkannt und bleiben im Sinne einer Interpretation als Spannungserhöhung unberücksichtigt, um Fehlabschaltungen zu vermeiden.
-
In weiterer Ausgestaltung wird ein Spannungsschwellwert zur Erkennung einer Spannungsüberhöhung zwischen dem aktiven Leiter und Erde eingestellt.
-
Diese Einstellung erfolgt in dem Schwellwert-Detektor und erlaubt eine Anpassung eines Spannungs-Schwellwertes an das zu überwachende Stromversorgungssystem.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird ein Auslösestrom für eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung erzeugt, um die Fehlerstrom-Schutzeinrichtung auszulösen.
-
Durch die Erzeugung eines absichtlich herbeigeführten Auslösestroms kann eine bereits vorhandene Fehlerstrom-Schutzeinrichtung zur Auslösung gebracht werden. Auf diese Weise wird eine kosteneffiziente Abschaltmöglichkeit bereitgestellt, die sich insbesondere für Nachrüstungen in einem bestehenden Stromversorgungssystem anbietet.
-
Eine weitere Ausgestaltung umfasst die Erzeugung eines Steuerstroms für ein Schaltglied.
-
In Verbindung mit beliebigen Schaltgliedern, insbesondere auch mit Schaltgliedern, die die Fähigkeit zur nicht-manuellen Wiedereinschaltung aufweisen, kann ein Schaltsignal in Form eines Steuerstroms übermittelt werden. Hierzu verfügt das Isolationsüberwachungsgerät über einen Signalausgang, der in der Lage ist, einen entsprechenden Steuerstrom zu treiben.
-
Weiterhin kann ein Steuerstrom für das Schaltglied erzeugt werden, der als Wiedereinschaltsignal eine automatische Wiedereinschaltung eines abgeschalteten Teil-Stromversorgungssystems bewirkt.
-
Sofern das Isolationsüberwachungsgerät in dem abgeschalteten (Teil-)Stromversorgungssystem weiterhin eine Isolationsüberwachung vornimmt, kann automatisch wieder zugeschaltet werden, wenn der niederohmige Isolationsfehler und damit die Ursache der Spannungsüberhöhung beseitigt ist. Allerdings sind in diesem Anwendungsfall Sicherheitsvorkehrungen zu treffen, die den Benutzer vor einer unerwarteten Wiederzuschaltung schützen.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung an Hand von Beispielen erläutern. Es zeigen:
-
1: ein erfindungsgemäßes Isolationsüberwachungsgerät in einem ungeerdeten, dreiphasigen Stromversorgungssystem,
-
2: eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Isolationsüberwachungsgerätes mit Alarmrelais in Verbindung mit einer Fehlerstrom-Schutzeinrichtung,
-
3: eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Isolationsüberwachungsgerätes mit kombinierten Widerstandsmesspfaden und verbraucherseitiger Ankopplung in einem Dreiphasen-Stromversorgungssystem,
-
4: eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Isolationsüberwachungsgerätes mit kombinierten Widerstandsmesspfaden und verbraucherseitiger Ankopplung in einem Einphasen-Stromversorgungssystem und
-
5: eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Isolationsüberwachungsgerätes in Verbindung mit einem Schütz als Schaltglied.
-
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Isolationsüberwachungsgerät 2 in einem ungeerdeten, dreiphasigen Stromversorgungssystem 4 mit Außenleitern L1, L2 und L3 und einem mitgeführten Neutralleiter N. Das ungeerdete (IT-)Stromversorgungssystem 4 ist von dem Erdpotential (Erde) PE getrennt, wohingegen ein an den Außenleiter L1 und den Neutralleiter N angeschlossener Verbraucher 6 über die Entstörkondensatoren C1 und C2 mit Erde verbunden ist.
-
Das Isolationsüberwachungsgerät 2 ist zur Isolationswiderstandsmessung dreiphasig über Isolationswiderstands-Messpfade 7 mit den Außenleitern L1, L2 und L3 verbunden. Der Neutralleiter N ist in diesem Beispiel mitgeführt, ist aber nicht an das Isolationsüberwachungsgerät 2 angeschlossen.
-
Zur Spannungsmessung umfasst das Isolationsüberwachungsgerät 2 erfindungsgemäß eine Spannungsüberwachungsschaltung 8, die für die Außenleiter L1, L2, L3 einen Spannungsmesspfad 10a, 10b, 10c aufweist, der jeweils aus einer Reihenschaltung eines Ankopplungswiderstands Ral, Ra2, Ra3 mit einem Messwiderstand Rm1, Rm2, Rm3 besteht. Parallel zu dem Messwiderstand Rm1, Rm2, Rm3 ist eine Spannungsmesseinrichtung Vm1, Vm2, Vm3 angeordnet, mit der die an den Außenleitern L1, L2, L3 auftretenden Außenleiterspannungen gemessen werden.
-
Im dargestellten Fall eines satten Erdschlusses 12 des Außenleiters L2 erhöhen sich die Außenleiterspannungen gegen Erde PE an den nicht fehlerbehafteten Außenleitern L1 und L3. Die Spannungsüberhöhungen werden in einer mit den Spannungsmesseinrichtungen Vm1, Vm2, Vm3 verbundenen Auswerteeinrichtung 14 mit einem einstellbaren Schwellwert-Detektor 16 erkannt. Um fehlerhafte Entscheidungen infolge kurzzeitiger Spannungsspitzen, die keine dauerhafte Spannungsüberhöhung darstellen, zu vermeiden, wird in der Auswerteeinrichtung 14 eine Transienten-Erkennung 18 durchgeführt. Im Fall einer tatsächlich vorliegenden Spannungsüberhöhung erzeugt eine Alarmschaltung 20 ein analoges und/oder digitales Abschaltsignal, das an einem Signalausgang 22 bereitgestellt wird.
-
In 2 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Isolationsüberwachungsgerätes 2 dargestellt, das in Verbindung mit einer Fehlerstrom-Schutzeinrichtung 26 als Schaltglied zusätzlich mit einem Alarmrelais 24 ausgestattet ist. Im Fall einer erkannten Spannungsüberhöhung wird durch das Alarmrelais 24 ein Widerstand Rd zwischen einem der Außenleiter L1, L2, L3 vor der Fehlerstromschutzeinrichtung 26 und entweder dem Neutralleiter N oder einem anderen Außenleiter L1, L2, L3 hinter der Fehlerstrom-Schutzeinrichtung 26 geschaltet. Dadurch wird ein über den Widerstand Rd fließender Auslösestrom erzeugt, der die Fehlerstrom-Schutzeinrichtung 26 auslöst und das Stromversorgungssystem 4 auftrennt. Die Höhe des erzeugten Auslösestroms ist abhängig von dem Ansprechdifferenzstrom der verwendeten Fehlerstrom-Schutzeinrichtung 26 und kann beispielsweise ein 30 mA-Wechselstrom sein.
-
3 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Isolationsüberwachungsgerätes 2 mit kombinierten Widerstandsmesspfaden 11a bis 11d und verbraucherseitiger Ankopplung in einem Dreiphasen-Stromversorgungssystem 4. Die in 1 dargestellten Isolationswiderstands-Messpfade 7 wurden jeweils mit den in 1 gezeigten Spannungsmesspfaden 10a, 10b, 10c zu kombinierten Widerstandsmesspfaden 11a, 11b, 11c zusammengefasst. Optional kann auch ein kombinierter Widerstandsmesspfand 11d zu dem Neutralleiter N vorhanden sein. Die Widerstandsmesspfade 11a bis 11d sind weiterhin mit der Messspanungsquelle Up erweitert, die dem Stromversorgungssystem 4 eine Messspannung zur Bestimmung des Isolationswiderstandes überlagert.
-
Das Isolationsüberwachungsgerät 2 mit integrierter Spannungsüberwachungsschaltung 8 ist in dieser Anwendung verbraucherseitig (in Richtung des Verbrauchers 6 betrachtet) hinter der Fehlerstrom-Schutzeinrichtung 26 angeordnet und an eine Hilfsspannungsquelle Ub angeschlossen.
-
4 zeigt analog zu der Darstellung in 3 den Betrieb eines Isolationsüberwachungsgerätes 2 in einem Einphasen-Stromversorgungssystem 4 mit Mittelanzapfung. Die kombinierten Widerstandsmesspfade 11a, 11b dienen sowohl zur Isolationswiderstandsbestimmung als auch zur Messung der Leiterspannungen und verbinden die Außenleiter L1, L2 mit Erde. Die Mittelanzapfung kann optional einen weiteren Widerstandsmesspfad 11e mit einem Ankopplungswiderstand RaM, einem Messwiderstand RmM und einer Spannungsmesseinrichtung VmM aufweisen.
-
In 5 ist ausgehend von der Darstellung in 3 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Isolationsüberwachungsgerätes 2 in Verbindung mit einem Schütz 28 als Schaltglied gezeigt. Dabei kann, wie im dargestellten Fall, der Steuerstrom für das Schütz 28 aus dem Stromversorgungssystem 4 entnommen und über das Alarmrelais 24 geschaltet werden. Alternativ kann auch ein von dem Signalausgang 22 bereitgestelltes Abschaltsignal als Steuerstrom für das Schlitz 28 herangezogen werden.
