DE102015218764A1

DE102015218764A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung einer Schutzleiterverbindung

Info

Publication number: DE102015218764A1
Application number: DE102015218764.0A
Authority: DE
Inventors: Bernd Häuslein; Helmut Becker; Carsten HARTMANN
Original assignee: Bender GmbH and Co KG
Current assignee: Bender GmbH and Co KG
Priority date: 2014-12-30
Filing date: 2015-09-29
Publication date: 2016-06-30
Also published as: US20160187412A1; CN105738749A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung einer Schutzleiterverbindung einer elektrischen Zuleitung, wobei sich die Zuleitung zwischen einer Einspeisestelle und einem verbraucherseitigen Anschluss erstreckt. Die Erfindung beruht auf der Erzeugung und der induktiven Einspeisung eines Prüfstroms in die Schutzleiterverbindung sowie auf einer Erfassung eines in der Schutzleiterverbindung fließenden Stroms.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Schutzleiterverbindung einer elektrischen Zuleitung, wobei sich die Zuleitung zwischen einer Einspeisestelle und einem verbraucherseitigen Anschluss erstreckt, umfassend die an der Einspeisestelle auszuführenden Verfahrensschritte Erzeugen und Einspeisen eines Prüfstroms.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Überwachung einer Schutzleiterverbindung einer elektrischen Zuleitung, wobei sich die Zuleitung zwischen einer Einspeisestelle und einem verbraucherseitigen Anschluss erstreckt, bestehend aus einem Prüfstrom-Generator zur Erzeugung eines Prüfstroms und einer Ankopplungsschaltung zur Einspeisung des Prüfstroms.
Bekannt sind Schleifenüberwachungsgeräte zur Überwachung von Schleifenwiderständen bzw. Schutzleiterverbindungen. Derartige Geräte werden beispielsweise zur Erkennung einer Schutzleiterunterbrechung in elektrischen Anlagen eingesetzt. Dabei wird ein Überwachungsgerät mit Prüfstrom-Generator über eine Überwachungsleitung oder auch direkt an den geerdeten Körper eines elektrischen Verbrauchers einerseits und einen Erdungsanschluss andererseits angekoppelt. Der Stromkreis schließt sich über den Schutzleiter, so dass der in dem Überwachungsgerät messbare Strom eine Aussage über die Durchgängigkeit der Schutzleiterverbindung liefert. Unterschreitet der gemessene Strom – gleichbedeutend mit einer Überschreitung eines Schleifenwiderstands – einen voreingestellten Ansprechwert, so findet eine Alarmauslösung statt.
Ein Problem bei dieser Verfahrensweise stellen Mehrfacherdungen dar, die dann auftreten, wenn sich der Prüfstromkreis nicht nur über den Schutzleiter zurück zu dem Prüfstrom-Generator schließt, sondern zusätzlich parallele Strompfade existieren, die zu einer fehlerhaften Bewertung des Stromflusses führen können. So kann unter ungünstigen Widerstandsverhältnissen der zurückfließende Prüfstromanteil in dem Schutzleiterstrom nicht genügend groß sein, um eine sichere Aussage über Funktionsfähigkeit des Schutzleiters treffen zu können.
Daneben treten Störeffekte, beispielsweise in Form von Ableitströmen auf, die den zu messenden Prüfstrom auf dem Schutzleiter überlagern und das Messergebnis verfälschen. An dem Beispiel eines Landanschlusses für Schiffe seien diese Probleme und deren erfindungsgemäße Lösung im Folgenden erläutert.
Es gibt Bestrebungen, bei der Be- und Entladung von Schiffen in Überseehäfen die elektrische Energieversorgung der Schiffe vom Land aus bereitzustellen. Dadurch können die schiffseigenen Aggregate stillgelegt werden, wodurch Kraftstoff gespart wird und die Schadstoffbelastung im Umfeld des Hafens für Umwelt und speziell auch Anwohner sinkt.
Bei einem derartigen Landanschluss muss gewährleistet sein, dass vor dem Zuschalten der Landeinspeisung und während der Stromversorgung von Land eine zuverlässige Schutzleiterverbindung zum Schiff besteht.
Mit den bekannten Schleifenüberwachungen ist in diesem Anwendungsfall eine zuverlässige Überwachung der Schutzleiterverbindung nicht gewährleistet, da diese Geräte parallel verlaufende Erdverbindungen, beispielsweise über das Salzwasser und die Landungsbrücken, nicht berücksichtigen und somit nicht erkennbar ist, ob sich die Prüfschleife tatsächlich nur über die vorgesehene Schutzleiterverbindung schließt. Eine fehlerhafte Freigabe der Einspeisespannung sowie ein während der Einspeisung unterbrochener Schutzleiter müssen daher vermieden werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, die eine zuverlässige Überwachung einer Schutzleiterverbindung gewährleisten.
Diese Aufgabe wird bezogen auf ein Verfahren in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass das Einspeisen des Prüfstroms unmittelbar in die zu überwachende Schutzleiterverbindung erfolgt und ein in der Schutzleiterverbindung fließender Schutzleiterstrom erfasst wird.
Durch, dass der Prüfstrom an der Einspeisestelle erfindungsgemäß direkt in die Schutzleiterverbindung eingekoppelt wird, ist in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass ein genau einstellbarer, hinreichend großer Prüfstrom zur Verfügung steht, der bei funktionsgemäß wirkender Schutzleiterverbindung – der Schutzleiter muss isoliert und vorschriftsgemäß angeschlossen sein – vollständig in der zu überwachenden Schutzleiterverbindung fließt.
Zur Auswertung im Hinblick auf die Erkennung einer fehlerhaften oder unterbrochenen Schutzleiterverbindung wird selektiv der in der Schutzleiterverbindung fließende Schutzleiterstrom erfasst. Dadurch kann unabhängig von weiteren parallelen Erdverbindungen festgestellt werden, ob die Schutzleiterverbindung tatsächlich die gewünschte Haupterdungsverbindung darstellt. Ein „Vortäuschen” einer nur scheinbar ordnungsgemäßen Schutzleiterverbindung durch unerwünschte Mehrfacherdungen ist somit ausgeschlossen.
Mit Vorteil erfolgt das Einspeisen des Prüfstroms durch induktive Kopplung. Die induktive (transformatorische) Kopplung ermöglicht eine potentialfreie, also eine von dem betriebsmäßig auf der zu überwachenden Schutzleiterverbindung vorhandenen Potential unabhängige Einspeisung des Prüfstroms.
Weiterhin erfolgt das Erfassen des Schutzleiterstroms durch induktive Kopplung. Die induktive (transformatorische) Kopplung ermöglicht ebenso wie im Fall der Prüfstromeinspeisung eine potentialfreie Erfassung des Schutzleiterstroms.
Mit Vorteil wird der erfasste Schutzeiterstrom in seiner Gesamtheit ausgewertet wird, um eine fehlerhafte Schutzleiterverbindung zu erkennen. Unter der Annahme, dass bei einem entsprechend den elektrischen Kenngröße der Zuleitung zu erwartenden hinreichend großem Stromfluss von einer fehlerfreien Schutzleiterverbindung ausgegangen werden kann, wird der gesamte erfasste Schutzleiterstrom zur Auswertung im Hinblick auf eine Aussage über den Zustand der Schutzleiterverbindung herangezogen. Auch die betriebsmäßig vorhandenen Ableitströme über die Schutzleiterverbindung werden somit ebenfalls als Indiz dafür gewertet, dass der Schutzleiter niederohmig verbunden ist, also eine funktionstüchtige Schutzleiterverbindung existiert.
Vorzugsweise erfolgt bei Unterschreitung eines einstellbaren Schutzleiterstrom-Ansprechwertes eine Alarmmeldung. Wird bei der Auswertung des erfassten Schutzleiterstroms festgestellt, dass dieser unterhalb eines Schutzleiterstrom-Ansprechwertes, also einer vorgebbaren Auslöseschwelle liegt, so deutet dies auf eine Schutzleiterunterbrechung oder zumindest auf eine fehlerhafte Schutzleiterverbindung hin und eine Alarmmeldung wird ausgegeben.
In vorteilhafter Weise findet das vorbeschriebene Verfahren Anwendung in Verbindung mit einer Überwachung des Schutzleiters bei einem Landanschluss für Schiffe.
Insbesondere im Zuge einer weltweiten Standardisierung des Landanschlusses von Schiffen gewinnt eine zuverlässige Schutzleiterverbindung der elektrischen Zuleitung bei der Landeinspeisung zunehmend an Bedeutung.
Die vorliegende Erfindung ist allerdings nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt. Weitere vorteilhafte Anwendungsfälle bestehen bei elektrischen Anlagen und bei elektrischen Betriebsmitteln, insbesondere auch bei dem Betrieb elektrischer Maschinen, überall dort, wo parallele Mehrfacherdungen die Überwachung einer Schutzleiterverbindung erschweren.
Da die nachfolgend beschriebene Überwachungsvorrichtung eine Umsetzung des beanspruchten Verfahrens darstellt, treffen die vorgenannten vorteilhaften Wirkungen des Verfahrens in analoger Weise auch auf die beanspruchte Vorrichtung zu.
So wird die Aufgabe bezogen auf eine Vorrichtung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 7 dadurch gelöst, dass die Ankopplungsschaltung mit der Schutzleiterverbindung gekoppelt ist, um den Prüfstrom unmittelbar in die Schutzleiterverbindung einzuspeisen und dass eine Erfassungseinrichtung mit der Schutzleiterverbindung zur Erfassung eines Schutzleiterstroms gekoppelt ist.
Die mit der Schutzleiterverbindung gekoppelte Ankopplungsschaltung ermöglicht in einfacher Weise die Einspeisung des Prüfstroms derart, dass – unter der Voraussetzung eines isolierten und vorschriftsmäßig angeschlossenen Schutzleiters – ein Prüfstrom vorbestimmter Größe in dem Schutzleiter fließt.
Die Erfassungseinrichtung ist mit der Schutzleiterverbindung gekoppelt und ermöglicht so die Erfassung des gesamten Schutzleiterstrom. Dabei bildet der eingespeiste und vollständig im Schutzleiter fließende Prüfstrom zusammen mit den betriebsmäßig vorhandenen Ableitströmen den erfassten (Gesamt-)Schutzleiterstrom, der zur Auswertung herangezogen wird.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist die Ankopplungsschaltung als induktive Ankopplungsschaltung zur Einspeisung des Prüfstroms in die Schutzleiterverbindung ausgeführt.
Durch die induktive Ankopplungsschaltung (Stromtransformator) kann der Prüfstrom potentialfrei in die Schutzleiterverbindung eingespeist werden.
Mit Vorteil ist die Erfassungseinrichtung als Messstromwandler ausgebildet.
Zur Erfassung des Schutzleiterstroms ist die Erfassungseinrichtung als Messstromwandler ausgestaltet, dessen Wandlerkern die Schutzleiterverbindung umschließt. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine einfache und sichere potentialfreie Strommessung des Schutzleiterstroms.
Weiterhin weist die Überwachungsvorrichtung eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung des erfassten Schutzleiterstroms auf, um eine fehlerhafte Schutzleiterverbindung zu erkennen.
In der Auswerteeinrichtung wird der gesamte erfasste Schutzleiterstrom zur Bewertung der Funktionstüchtigkeit der Schutzleiterverbindung herangezogen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung an Hand eines Beispiels erläutert. Es zeigt die:
Fig.: eine erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung in Verbindung mit einem Landanschluss von Schiffen.
Die Fig. zeigt in schematischer Darstellung am Beispiel eines Landanschlusses für Schiffe 4 eine Anwendung für das erfindungsgemäße Verfahren mit einer Ausführung der das Verfahren umsetzenden Überwachungsvorrichtung 2.
Das Schiff 4 ist über einen verbraucherseitigen Anschluss 5 und eine elektrische Zuleitung 6 zur Hauptstromversorgung mit einer Einspeisestelle 3 verbunden. Der verbraucherseitige Anschluss 5 umfasst weiterhin eine zu überwachende Schutzleiterverbindung 10 (Schutzleiter).
Die an der Einspeisestelle 3 angeordnete Überwachungseinrichtung 2 umfasst einen Prüfstrom-Generator 14 zur Erzeugung eines Prüfstroms 17, eine Ankopplungsschaltung 16, eine Erfassungseinrichtung 19 und eine Auswerteeinrichtung 22.
Über die Ankopplungsschaltung 16 wird der Prüfstrom 17 induktiv in die Schutzleiterverbindung 10 eingespeist. Die Erfassungseinrichtung 19 erfasst den auf der Schutzleiterverbindung 10 fließenden Schutzleiterstrom 24, wobei der eingespeiste Prüfstrom 17 neben den betriebsbedingt fließenden Ableitströmen einen Teil des erfassten Schutzleiterstroms 24 bildet. Die Erfassungseinrichtung 19 ist vorzugsweise als Messstromwandler ausgebildet. In der Auswerteeinrichtung 22 wird der von der Erfassungseinrichtung 19 erfasste (Gesamt-)Schutzleiterstrom 24 ausgewertet, um anhand der Größe des erfassten Schutzleiterstromes 24 eine fehlerhafte, d. h. nicht hinreichend niederohmige, Schutzleiterverbindung 10 zu erkennen.
In dem dargestellten beispielhaften Anwendungsfall des Landanschlusses von Schiffen kann der an der Einspeisestelle 3 in die Schutzleiterverbindung eingespeiste Prüfstrom 17 mehrere unbestimmte Wege zurück zum Prüfstrom-Generator 14 nehmen. Der Prüfstromkreis kann sich beispielsweise über das elektrisch leitfähige Salzwasser 30 oder über eine Landungsbrücke 32 schließen. Da jedoch der Prüfstrom 17 unmittelbar in die Schutzleiterverbindung 10 eingespeist wird, kann auf Basis des tatsächlich in der Schutzleiterverbindung 10 fließenden und erfassten Schutzleiterstroms 24 festgestellt werden, ob eine fehlerfreie Schutzleiterverbindung 10 existiert.

Claims

Verfahren zur Überwachung einer Schutzleiterverbindung (10) einer elektrischen Zuleitung (6), wobei sich die Zuleitung (6) zwischen einer Einspeisestelle (3) und einem verbraucherseitigen Anschluss (5) erstreckt, umfassend die an der Einspeisestelle (3) auszuführenden Verfahrensschritte Erzeugen und Einspeisen eines Prüfstroms (17), dadurch gekennzeichnet, dass das Einspeisen des Prüfstroms (17) unmittelbar in die zu überwachende Schutzleiterverbindung (10) erfolgt und ein in der Schutzleiterverbindung fließender Schutzleiterstrom (24) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspeisen des Prüfstroms (17) durch induktive Kopplung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen des Schutzleiterstroms (24) durch induktive Kopplung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erfasste Schutzeiterstrom (24) in seiner Gesamtheit ausgewertet wird, um eine fehlerhafte Schutzleiterverbindung zu erkennen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreitung eines einstellbaren Schutzleiterstrom-Ansprechwertes eine Alarmmeldung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Anwendung in Verbindung mit einer Überwachung des Schutzleiters bei einem Landanschluss für Schiffe (4).
Vorrichtung zur Überwachung einer Schutzleiterverbindung (10) einer elektrischen Zuleitung (6), wobei sich die Zuleitung (6) zwischen einer Einspeisestelle (3) und einem verbraucherseitigen Anschluss (5) erstreckt, bestehend aus einem Prüfstrom-Generator (14) zur Erzeugung eines Prüfstroms (17) und einer Ankopplungsschaltung (16) zur Einspeisung des Prüfstroms (17), dadurch gekennzeichnet, dass die Ankopplungsschaltung (16) mit der Schutzleiterverbindung (10) gekoppelt ist, um den Prüfstrom (17) unmittelbar in die Schutzleiterverbindung (10) einzuspeisen und dass eine Erfassungseinrichtung (19) mit der Schutzleiterverbindung (10) zur Erfassung eines Schutzleiterstroms (24) gekoppelt ist.
Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankopplungsschaltung (16) als induktive Ankopplungsschaltung (16) zur Einspeisung des Prüfstroms (17) in die Schutzleiterverbindung (10) ausgeführt ist.
Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (19) als Messstromwandler ausgebildet ist.
Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch eine Auswerteeinrichtung (22) zur Auswertung des erfassten Schutzleiterstroms (24), um eine fehlerhafte Schutzleiterverbindung zu erkennen.