DE102018117296A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Aufteilung eines Gesamt-Isolationswiderstands und der Aufteilung einer Gesamt-Netzableitkapazität in einem ungeerdeten Stromversorgungssystem - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Aufteilung eines Gesamt-Isolationswiderstands und einer Gesamt-Netzableitkapazität in einem ungeerdeten Stromversorgungssystem.Die grundlegende Idee der vorliegenden Erfindung besteht darin, ausgehend von zuvor ermittelten Werten für den Gesamt-Isolationswiderstand und für die Gesamt-Netzableitkapazität des ungeerdeten Stromversorgungssystems, aus Messungen von Verlagerungsspannungen zwischen jeweils einem aktiven Leiter des ungeerdeten Stromversorgungssystems und Erde zu bestimmen, wie sich der Gesamt-Isolationswiderstand in Teil-Isolationswiderstände und die Gesamt-Netzableitkapazität in Teil-Netzableitkapazitäten auf die aktiven Leiter des ungeerdeten Stromversorgungssystems aufteilt. Die Auswertung der Verlagerungsspannungen hinsichtlich ihrer Amplitudenänderungen, ihrer Frequenz und ihrer Phasenlagen erlaubt es, Aussagen über die Aufteilung des Gesamt-Isolationswiderstandes sowie der Gesamt-Netzableitkapazität auf die einzelnen aktiven Leiter zu gewinnen.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Aufteilung eines Gesamt-Isolationswiderstands und einer Gesamt-Netzableitkapazität in einem ungeerdeten Stromversorgungssystem.
• Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung der genannten Verfahren.
• Bei erhöhten Anforderungen an die Betriebs-, Brand- und Berührungssicherheit elektrischer Anlagen kommt die Netzform eines ungeerdeten Stromversorgungssystems zum Einsatz, die auch als isoliertes Netz (isolé terre - IT) oder als IT-(Stromversorgungs-)System bezeichnet wird. Bei dieser Art des Stromversorgungssystems sind die aktiven Teile von dem Erdpotential - gegenüber Erde - getrennt. Der Vorteil dieser Netze liegt darin, dass bei einem Isolationsfehler, wie beispielsweise einem Erdschluss oder einem Körperschluss, die Funktion der angeschlossenen elektrischen Verbraucher nicht beeinträchtigt wird, da sich wegen des im Idealfall unendlich großen Impedanzwertes zwischen einem aktiven Leiter des Netzes und Erde kein geschlossener Stromkreis ausbilden kann.
• Durch diese inhärente Sicherheit des ungeerdeten Stromversorgungssystems kann somit eine kontinuierliche Stromversorgung der von dem ungeerdeten Stromversorgungssystem gespeisten Verbraucher auch dann gewährleistet werden, wenn ein erster Isolationsfehler auftritt.
• Der Widerstand des ungeerdeten 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 eine Fehlerschleife entstünde und der dabei fließende Fehlerstrom in Verbindung mit einer Überstromschutzeinrichtung eine Abschaltung der Anlage mit Betriebsstillstand zur Folge hätte.
• Unter der Voraussetzung, dass der Isolationszustand des ungeerdeten Stromversorgungssysteme kontinuierlich von einem Isolationsüberwachungsgerät überwacht wird, kann das ungeerdete Stromversorgungssystem auch bei einem aufgetretenen ersten Fehler ohne vorgeschriebene Zeitlimitierung weiter betrieben werden.
• Zur Überwachung des Isolationswiderstands werden Isolationsüberwachungsgeräte eingesetzt. Aus dem Stand der Technik bekannte Isolationsüberwachungsgeräte nach der Produktnorm IEC 61557-8 bestimmen den Isolationswiderstand des gesamten IT-Systems gegen Erde. Das Isolationsüberwachungsgerät wird zwischen den aktiven Leitern einerseits und Erde andererseits angeschlossen und überlagert dem Netz eine Messspannung. Bei Auftreten eines Isolationsfehlers schließt sich der Messkreis zwischen Netz und Erde über den Isolationsfehler, sodass sich ein dem Isolationsfehler proportionaler Messstrom einstellt. Dieser Messstrom verursacht an einem Messwiderstand in dem Isolationsüberwachungsgerät einen entsprechenden Spannungsabfall, der von der Elektronik ausgewertet wird und bei Überschreiten eines voreinstellbaren Grenzwertes zu einer Alarmmeldung führt.
• Normgemäß ausgeführte Isolationsüberwachungsgeräte berücksichtigen dabei symmetrisch auf alle aktiven Leiter verteilte ohmsche Ableitungen als Isolationsfehler genauso wie unsymmetrisch, beispielsweise an einem einzelnen aktiven Leiter auftretende Isolationsfehler.
• Auf dem Markt verfügbare Isolationsüberwachungsgeräte besitzen neben der Bestimmung des Gesamt-Isolationswiderstands zusätzlich die Funktionalität, die Gesamt-Netzableitkapazität des ungeerdeten Stromversorgungssystems gegen Erde zu bestimmen. Analog zu dem Gesamt-Isolationswiderstand, welcher den ohmschen Anteil der Gesamt-Netzableitimpedanz darstellt, stellt die Gesamt-Netzableitkapazität den kapazitiven Anteil der Gesamt-Netzableitimpedanz gegen Erde dar. Die Gesamt-Netzableitkapazität ist dabei die Summe aller Netzableitkapazitäten gegen Erde wie zum Beispiel kapazitive Leitungsbeläge von aktiven Leitern oder Funkentstörkondensatoren in den angeschlossenen Betriebsmitteln.
• Nicht zufriedenstellend gelöst ist bislang die Aufgabe, die Verteilung von Isolationswiderstandswerten und Netzableitkapazitätswerten für einzelne aktive Leiter gegen Erde selektiv zu ermitteln. Zwar können mit Hilfe der Isolationsüberwachungsgeräte der Gesamt-Isolationswiderstand und die Gesamt-Netzableitkapazität ermittelt werden, jedoch erweist sich die Bestimmung der Aufteilung des Gesamt-Isolationswiderstandes bzw. der Gesamt-Netzableitkapazität auf die einzelnen aktiven Leiter als problematisch.
• In ungeerdeten reinen Gleichspannungssystemen ist es möglich, über eine Messung einer Verlagerungsspannung eine Aussage über die Aufteilung des Gesamt-Isolationswiderstands auf die aktiven Leiter und gegen Erde zu ermitteln. Eine Bestimmung der Aufteilung der Gesamt-Netzableitkapazität auf die aktiven Leiter gegen Erde ist bislang in Isolationsüberwachungsgeräten, die der Produktnorm IEC 61557-8 entsprechen, nicht implementiert.
• In ungeerdeten ein- oder mehrphasigen Wechselspannungs-Stromversorgungssystemen ist die Bestimmung der Aufteilung des Gesamt-Isolationswiderstands nur durch eine Verlagerungsspannungsmessung alleine nicht möglich, da die Verlagerungsspannungen auch entscheidend von der Größe und der Verteilung der Netzableitkapazitäten zwischen den aktiven Leitern gegen Erde abhängen.
• Häufig wird in ungeerdeten Stromversorgungssystemen eine symmetrische Lage des ungeerdeten Systems gegen Erde, eine symmetrische Last der Leiter und eine Minimierung von Schutzleiterströmen angestrebt, um eine Belastung der elektrischen Isolierung und der elektrischen Komponenten gegen Erde zu minimieren. Bei der Systemplanung und bei der Systemerrichtung wird dies meistens berücksichtigt.
• Werden jedoch im Laufe des Netzbetriebs Änderungen an dem ungeerdeten Stromversorgungssystem vorgenommen oder kommt es durch Alterung oder vergleichbare Umwelteinflüsse zu einer Verlagerung des symmetrischen Zustands hin zu unsymmetrischen Zuständen, so ist eine frühzeitig vorliegende Information über diese Veränderung wichtig, um vorbeugend Wartungsmaßnahmen einleiten zu können. Infolge dieser Veränderungen kann von einer symmetrischen Aufteilung des Gesamt-Isolationswiderstands und der Gesamt-Netzableitkapazität auf die aktiven Leiter nicht ausgegangen werden.
• Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, welche in der Lage sind, sowohl die Aufteilung des Gesamt-Isolationswiderstands als auch der Gesamt-Netzableitkapazität auf die einzelnen aktiven Leiter eines ungeerdeten Gleichspannungs- oder Wechselspannungs-Stromversorgungssystems zu bestimmen.
• Diese Aufgabe wird bezogen auf die Aufteilung eines Gesamt-Isolationswiderstands in einem ungeerdeten Stromversorgungssystem mit aktiven Leitern, zwischen denen jeweils eine Leiter-Leiter-Spannung auftritt, ausgehend von einer zuvor durchgeführten Bestimmung des Gesamt-Isolationswiderstands durch folgende weitere Verfahrensschritte gelöst: Messen von Verlagerungsspannungen zwischen jeweils einem der aktiven Leiter und Erde sowie Ermitteln eines Widerstands-Aufteilungsfaktors, welcher die Aufteilung des Gesamt-Isolationswiderstands in auf die aktiven Leiter bezogene Teil-Isolationswiderstände beschreibt, in Abhängigkeit von mindestens einem der Parameter Amplitude, Frequenz, Phase der gemessenen Verlagerungsspannungen.
• Die grundlegende Idee der vorliegenden Erfindung besteht darin, ausgehend von einem bekannten Wert für den Gesamt-Isolationswiderstand des ungeerdeten Stromversorgungssystems, welcher beispielsweise von einem normativ vorgeschriebenen Isolationsüberwachungsgerät ermittelt wurde, aus Messungen von Verlagerungsspannungen zwischen jeweils einem aktiven Leiter des ungeerdeten Stromversorgungssystems und Erde zu bestimmen, wie sich der Gesamt-Isolationswiderstand in Teil-Isolationswiderstände auf die aktiven Leiter des ungeerdeten Stromversorgungssystems aufteilt.
• Aus der Messung der Verlagerungsspannungen, insbesondere aus deren zeitlichen Amplitudenverläufen, daraus abgeleiteten Frequenz- und/oder Phasenmessungen wird ein Widerstands-Aufteilungsfaktor ermittelt, welcher die Aufteilung des Gesamt-Isolationswiderstands beschreibt.
• Mit Vorteil wird in einem ungeerdeten DC-Stromversorgungssystem der Widerstands-Aufteilungsfaktor aus dem Verhältnis der Amplituden der Verlagerungsspannungen ermittelt.
• Da in einem DC-Stromversorgungssystem naturgemäß keine betriebsmäßig erzeugten Amplitudenänderungen der Leiter-Leiter-Spannung vorhanden sind, werden hier parasitär auftretende Änderungen der Leiter-Leiter-Spannung genutzt. Änderungen der Leiter-Leiter-Spannungen können daher in Laständerungen bestehen, es können aber auch andere Vorgänge wie beispielsweise eine Änderung der Quellenspannung oder eine Entladung einer Batterie genutzt werden. Diese zeitlichen Änderungen der Leiter-Leiter-Spannung führen, sofern sie sprunghaft auftreten, zu Einschwingvorgängen, die in den Verläufen der gemessenen Verlagerungsspannungen sichtbar sind. Aus dem Verhältnis der Amplituden der Verlagerungsspannungen wird bei Erreichen des stationären Zustands der Widerstands-Aufteilungsfaktor bestimmt, der angibt, wie sich der zuvor gemessene Gesamt-Isolationswiderstand in Teil-Isolationswiderstände auf die aktiven Leiter aufteilt.
• In weiterer Ausgestaltung wird in einem ungeerdeten ein- oder mehrphasigen AC-Stromversorgungssystem der Widerstands-Aufteilungsfaktor aus dem Verhältnis der Amplituden der Verlagerungsspannungen unter Einbeziehung der Frequenz und der Phasenlagen der Verlagerungsspannungen ermittelt.
• Durch die fortlaufenden, inhärent vorhandenen Spannungsänderungen in einem Wechselspannungs-Stromversorgungssystem können bereits die notwendigen Informationen zur Bestimmung der Aufteilung des Gesamt-Isolationswiderstands abgeleitet werden. Eine weitere Spannungsänderung, beispielsweise durch eine Laständerung, ist hier keine notwendige Voraussetzung, kann aber auch in vorteilhafter Weise genutzt werden. Da in einem Stromversorgungssystem unvermeidlich Netzableitkapazitäten (Imaginärteil der komplexwertigen Netzableitimpedanz) vorhanden sind, die den Wert der Netzableitimpedanz mitbestimmen, wird der Widerstands-Aufteilungsfaktor für den Gesamt-Isolationswiderstand (Realteil der komplexwertigen Netzableitimpedanz) aus dem Verhältnis der Amplituden der Verlagerungsspannungen unter Einbeziehung der Frequenz und der Phasenlagen der Verlagerungsspannungen ermittelt.
• Die Bestimmung einer Aufteilung einer Gesamt-Netzableitkapazität in einem ungeerdeten Stromversorgungssystem mit aktiven Leitern, zwischen denen jeweils eine Leiter-Leiter-Spannung auftritt, erfolgt in Verbindung mit einer vorherigen Bestimmung der Gesamt-Netzableitkapazität in folgenden Verfahrensschritten: Messen von Verlagerungsspannungen zwischen jeweils einem der aktiven Leiter und Erde sowie Ermitteln eines Kapazitäts-Aufteilungsfaktors, welcher die Aufteilung der Gesamt-Netzableitkapazität in auf die aktiven Leiter bezogene Teil-Netzableitkapazitäten beschreibt, in Abhängigkeit von mindestens einem der Parameter Amplitude, Frequenz, Phase der gemessenen Verlagerungsspannungen.
• In Analogie zur Grundidee bei der Bestimmung der Aufteilung des Gesamt-Isolationswiderstands beruht auch die Bestimmung der Aufteilung der Gesamt-Netzableitkapazität darauf, dass zunächst Verlagerungsspannungen zwischen jeweils einem aktiven Leiter des ungeerdeten Stromversorgungssystems und Erde gemessen werden und dann, basierend auf einer Auswertung der zeitlichen Amplitudenverläufe, daraus abgeleiteten Frequenz- und/oder Phasenmessungen ein Kapazitäts-Aufteilungsfaktor ermittelt wird, welcher die Aufteilung der Gesamt-Netzableitkapazität beschreibt.
• Vorteilhafterweise wird in einem ungeerdeten DC-Stromversorgungssystem der Kapazitäts-Aufteilungsfaktor aus der Dauer eines durch die Amplitudenänderung der Leiter-Leiter-Spannung verursachten Einschwingvorgangs der jeweiligen Verlagerungsspannung ermittelt.
• Die durch ein externes Ereignis, beispielsweise einen Schaltervorgang in Form einer Laständerung, verursachte Amplitudenänderung der Leiter-Leiter-Spannung führt zu einer beobachtbaren Amplitudenänderung der an dem jeweiligen aktiven Leiter messbaren Verlagerungsspannung. Aus dem Verhältnis der Dauer der Einschwingvorgänge bzw. deren Zeitkonstanten kann der Kapazitäts-Aufteilungsfaktor der Gesamt-Netzableitkapazität auf die Teil-Netzableitkapazitäten des jeweiligen aktiven Leiters ermittelt werden.
• Mit Vorteil wird in einem ungeerdeten ein- oder mehrphasigen Wechselspannungs-Stromversorgungssystem der Kapazitäts-Aufteilungsfaktor aus dem Verhältnis der Amplituden der Verlagerungsspannungen unter Einbeziehung der Frequenz und der Phasenlagen der Verlagerungsspannungen ermittelt.
• In einem ungeerdeten ein- oder mehrphasigen Wechselspannungs-Stromversorgungssystem werden die sich fortlaufend ändernden Amplituden, die Frequenz und die Phasenlagen der Verlagerungsspannungen bewertet und daraus der Kapazitäts-Aufteilungsfaktor für die Aufteilung der Gesamt-Netzableitkapazität in Teil-Netzableitkapazitäten auf die aktiven Leiter ermittelt.
• Bezogen auf eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Bestimmung einer Aufteilung eines Gesamt-Isolationswiderstands und einer Gesamt-Netzableitkapazität in einem ungeerdeten Stromversorgungssystem wird die Aufgabe basierend auf einem normgemäßen Isolationsüberwachungsgerät zur Bestimmung des Gesamt-Isolationswiderstands und welches zur Bestimmung der Gesamt-Netzableitkapazität ausgeführt ist, dadurch gelöst, dass die Vorrichtung weiter aufweist: Signaleingänge zum Messen von Verlagerungsspannungen und Signalverarbeitungseinheiten zum Ermitteln eines Widerstands-Aufteilungsfaktors, welcher die Aufteilung des Gesamt-Isolationswiderstands in auf die aktiven Leiter bezogene Teil-Isolationswiderstände beschreibt und zum Ermitteln eines Kapazitäts-Aufteilungsfaktors, welcher die Aufteilung der Gesamt-Netzableitkapazität in auf die aktiven Leiter bezogene Teil-Netzableitkapazitäten beschreibt.
• Da in ungeerdeten Stromversorgungssystemen zur Isolationsüberwachung die Verwendung eines Isolationsüberwachungsgerätes zwingend vorgeschrieben ist, kann der von dem normgemäßen Isolationsüberwachungsgerät bestimmte Isolationswiderstandswert vorteilhaft genutzt werden, um die erfindungsgemäße Aufteilung dieses Gesamt-Isolationswiderstands in Teil-Isolationswiderstände durchzuführen.
• Weiterhin umfasst die Vorrichtung Funktionsblöcke zur Bestimmung der Gesamt-Netzableitkapazität, um auf Basis dieser ermittelten Gesamt-Netzableitkapazität die Teil-Netzableitkapazitäten erfindungsgemäß zu bestimmen.
• Dazu weist das erweiterte Isolationsüberwachungsgerät weitere Signaleingänge auf, an denen die Verlagerungsspannungen erfasst werden.
• Zur Verarbeitung der erfassten Verlagerungsspannungen sind Signalverarbeitungseinheiten zum Ermitteln des jeweiligen Aufteilungsfaktors des Gesamt-Isolationswiderstands und der Gesamt-Netzableitkapazität vorgesehen.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, die bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Beispielen erläutern. Es zeigen
• 1 eine Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem ungeerdeten Gleichspannungs-Stromversorgungssystem;
• 2 Messungen der Verlagerungsspannungen in dem in 1 dargestellten ungeerdeten Gleichspannungs-Stromversorgungssystem;
• 3 Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem ungeerdeten einphasigen Wechselspannungs-Stromversorgungssystem und
• 4 Messungen der Verlagerungsspannungen in dem in 3 dargestellten einphasigen Wechselspannungs-Stromversorgungssystem.
• 1 zeigt ein ungeerdetes DC-Stromversorgungssystem 2 mit zwei aktiven Leitern L+ und L-. Das DC-Stromversorgungssystem 2 wird von einer Spannungsquelle U_dc gespeist, welche eine zwischen die aktiven Leiter L+ und L- geschaltete Last 4 mit Energie versorgt.
• Zur Überwachung des Gesamt-Isolationswiderstandes R_iso des ungeerdeten DC-Stromversorgungssystems 2 ist ein Isolationsüberwachungsgerät IMD zwischen die aktiven Leiter L+, L- einerseits und Erde (Erdpotential) E andererseits geschaltet, welches dem Stromversorgungssystem 2 eine Messspannung Um überlagert. Über die den jeweiligen aktiven Leitern L₊, L_- zugeordneten und als Ableitwiderstände wirkenden Teil-isolationswiderstände R_iso+, R_iso- sowie über die den jeweiligen aktiven Leitern L+, L- zugeordneten Teil-Netzableitkapazitäten C_e+, C_e- stellt sich ein Messstrom Im ein, der an einem Messwiderstand R_m des Isolationsüberwachungsgerätes IMD einen entsprechenden Spannungsabfall verursacht, der von dem Isolationsüberwachungsgerät IMD ausgewertet wird. Der so ermittelte Gesamt-Isolationswiderstand R_iso ergibt sich aus der Parallelschaltung der Teil-Isolationswiderstände R_iso+, R_iso-.
• Um eine Aussage über die Aufteilung des Gesamt-Isolationswiderstands R_iso in die den jeweiligen aktiven Leitern L+ und L- zugeordneten Teil-Isolationswiderstände R_iso+, R_iso- treffen zu können, werden zusätzlich die Verlagerungsspannungen U_{L+_E} und U_L-_{_E} gemessen, die sich jeweils zwischen dem aktiven Leiter L+ und Erde bzw. zwischen dem aktiven Leiter L- und Erde E ergeben.
• Weiterhin wird eine Gesamt-Netzableitkapazität C_e gemessen, die sich aus der Parallelschaltung der den jeweiligen aktiven Leitern L+, L-zugeordneten Teilableitkapazitäten C_e+ und C_e- ergibt.
• 2 zeigt Messungen der Verlagerungsspannungen U_{L+_E} und U_{L-_E}, die sich als Reaktion auf eine sprungförmige Änderung der Leiter-Leiter-Spannung (Einspeisespannung) U_dc ergeben.
• Aus einem Maschenumlauf U_dc = U_{L+_E} - U_{L-_E} ergeben sich bei einem Spannungssprung um 10 Volt von 540 Volt auf 550 Volt die in 2 dargestellten Verläufe für die Verlagerungsspannungen U_{L+_E} und U_{L-_E}. Nach Beendigung des Einschwingvorgangs weisen die Verlagerungsspannungen U_{L+_E} und U_{L-_E} betragsmäßig jeweils den gleichen Wert von 275 Volt auf, sodass hieraus auf eine symmetrische Verteilung des ermittelten Gesamt-Isolationswiderstands R_iso auf die Teil-Isolationswiderstände R_iso+, R_iso- geschlossen werden kann.
• Aus dem Verhältnis der beiden Endwerte der Verlagerungsspannungen U_{L+_E} und U_{L-_E} an den beiden aktiven Leitern L+, L- lässt sich direkt das Verhältnis des Teil-Isolationswiderstands R_iso+ des aktiven Leiters L₊ zu dem Gesamt-Isolationswiderstand R_iso und damit der Widerstands-Aufteilungsfaktor r_R ermitteln.
• Allgemein gilt für ein ungeerdetes DC-Stromversorgungssystem mit zwei aktiven Leitern R_iso+ = r_R × R_iso und $R_{iso-}=\left(\frac{1}{r_R-1}+1\right)\times R_{iso}.$

  
• Aus der Dauer eines durch die Amplitudenänderung der Leiter-Leiter-Spannung U_dc verursachten Einschwingvorgangs der jeweiligen Verlagerungsspannung U_{L+_E}, U_{L-_E}, bzw. der aus dem Verlauf der Einschwingvorgänge gewonnenen Zeitkonstanten erhält man den Kapazitäts-Aufteilungsfaktor r_C der Teil-Netzableitkapazität C_e+ des aktiven Leiters L₊ zur Gesamt-Netzableitkapazität C_e des Stromversorgungssystems.
• Für die Teil-Netzableitkapazitäten C_e+, C_e- folgt somit: C_e+ = r_C × C_e und C_e- = (1 - r_C) × C_e.
• Beispielsweise ergeben sich mit einem Widerstands-Aufteilungsfaktor r_R von 25 und einem ermittelten Gesamt-Isolationswiderstand R_iso von 19,2 KΩ aus den oben aufgeführten Formeln die Aufteilung $${\text{R}}_{\text{iso+}}=480\text{ K}\mathrm{\Omega }{\text{ und RR}}_{\text{iso-}}=20\text{ K}\mathrm{\Omega }.$$

  
• In gleicher Weise ergibt sich beispielsweise für einen Wert von 0,25 für den Kapazitäts-Aufteilungsfaktor r_C und einer ermittelten Gesamt-Netzableitkapazität C_e von 40 µF die Aufteilung von C_e+ = 10 µF und C_e- = 30 µF für die Teil-Netzableitkapazitäten der aktiven Leiter L+ und L-.
• 3 zeigt ein einphasiges Wechselstromstromversorgungssystem mit zwei aktiven Leitern L1, L2, an das eine Last 4 angeschlossen ist. Wie in dem in 1 beschriebenen Gleichspannungs-Stromversorgungssystem 12 findet auch hier eine Isolationsüberwachung mit Bestimmung des Gesamt-Isolationswiderstands R_iso durch ein Isolationsüberwachungsgerät IMD statt. Um eine erfindungsgemäße Aufteilung des Gesamt-Isolationswiderstands R_iso auf die den aktiven Leitern L1, L2 zugeordneten Teil-Isolationswiderstände R_iso1, R_iso2 durchführen zu können, werden Messungen der Verlagerungsspannungen U_{L1_E} und U_{L2_E} vorgenommen.
• In 4 sind die zeitlichen Verläufe der Leiter-Leiterspannung U_ac (Einspeisespannung) und der an den jeweiligen aktiven Leitern L₁, L₂ messbaren Verlagerungsspannungen U_{L1_E} und U_{L2_E} dargestellt.
• Im Gegensatz zu dem in 1 beschriebenen Gleichspannungs-Stromversorgungssystem 2 ist hier eine extern angeregte Änderung der Leiter-Leiter-Spannung U_ac, beispielsweise durch eine Laständerung, nicht erforderlich, da sich die Leiter-Leiter-Spannung U_ac in einem Wechselspannungs-Stromversorgungssystem naturgemäß (sinusförmig) ändert. Basierend auf den Amplitudenänderungen der gemessenen Verlagerungsspannungen U_{L1_E} und U_{L2_E} sowie aufgrund der Phasenbeziehung zwischen den Verlagerungsspannungen U_{L1_E} und U_{L2_E} können die Aufteilungsfaktoren r_R und r_C bestimmt werden.
• Die vorliegende Erfindung nutzt somit in vorteilhafter Weise die Tatsache aus, dass neben den von dem Isolationsüberwachungsgerät IMD zur Bestimmung des Gesamt-Isolationswiderstands R_iso eingespeisten Gleichtaktmesssignals die Leiter-Leiter-Spannungen U_dc, U_ac, U_acxy (Indizes x, y stehen für die aktiven Leiter x,y) zeitliche Änderungen aufweisen - verursacht durch externe Ereignisse wie beispielsweise Laständerungen oder implizit vorhanden sind, wie in Wechselspannungs-Stromversorgungssystemen - und die zeitliche Änderungen der erfassten Verlagerungsspannungen U_{L+_E}, U_{L-_E}, U_{Lx_E} bewirken.
• Die Auswertung der Verlagerungsspannungen U_{L+_E}, U_{L-_E}, U_{Lx_E} hinsichtlich ihrer Amplitudenänderungen, ihrer Frequenz und ihrer Phasenlagen erlaubt es, Aussagen über die Aufteilung des Gesamt-Isolationswiderstandes R_iso sowie der Gesamt-Netzableitkapazität C_e auf die einzelnen aktiven Leiter L₊, L_-, L_x zu gewinnen.
• Vorteilhafterweise sind dazu keine weiteren hochgenauen Strommessungen erforderlich. Ebenso kann auf zusätzliche spannungsfeste Schalter zwischen den aktiven Leitern L₊, L_-, L_x und Erde E verzichtet werden, die beispielsweise zum Ändern einer Ankoppelimpedanz des Isolationsüberwachungsgerätes IMD erforderlich wären, um die Verteilung des Gesamt-Isolationswiderstandes R_iso oder der Gesamt-Netzableitkapazität C_e ermitteln zu können.

Claims (7)

1. Verfahren zur Bestimmung einer Aufteilung eines Gesamt-Isolationswiderstands (R_iso) in einem ungeerdeten Stromversorgungssystem (2, 12) mit aktiven Leitern (L_+, L_-, L_x), zwischen denen jeweils eine Leiter-Leiter-Spannung (U_dc, U_ac, U_acxy) auftritt, umfassend die Verfahrensschritte: - Bestimmen des Gesamt-Isolationswiderstands (R_iso) des ungeerdeten Stromversorgungssystems (2, 12), gekennzeichnet durch - Messen von Verlagerungsspannungen (U_{L+_E}, U_{L-_E}, U_{Lx_E}) zwischen jeweils einem der aktiven Leiter (L_+, L_-, L_x) und Erde (E), - Ermitteln eines Widerstands-Aufteilungsfaktors (r_R), welcher die Aufteilung des Gesamt-Isolationswiderstands (R_iso) in auf die aktiven Leiter (L_+, L., L_x) bezogene Teil-Isolationswiderstände (R_iso+, R_iso-R_isox) beschreibt, in Abhängigkeit von mindestens einem der Parameter Amplitude, Frequenz, Phase der gemessenen Verlagerungsspannungen (U_{L+_E}, U_{L-_E}, U_{Lx_E}).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ungeerdeten DC-Stromversorgungssystem (2) der Widerstands-Aufteilungsfaktor (r_R) aus dem Verhältnis der Amplituden der Verlagerungsspannungen (U_{L+_E}, U_{L-_E}) ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ungeerdeten ein- oder mehrphasigen AC-Stromversorgungssystem (12) der Widerstands-Aufteilungsfaktor (r_R) aus dem Verhältnis der Amplituden der Verlagerungsspannungen (U_{Lx_E}) unter Einbeziehung der Frequenz und der Phasenlagen der Verlagerungsspannungen (U_{Lx_E}) ermittelt wird.
4. Verfahren zur Bestimmung einer Aufteilung einer Gesamt-Netzableitkapazität (C_e) in einem ungeerdeten Stromversorgungssystem (2, 12) mit aktiven Leitern (L_+, L_-, L_x), zwischen denen jeweils eine Leiter-Leiter-Spannung (U_dc, U_ac, U_acxy) auftritt, umfassend die Verfahrensschritte: - Bestimmen der Gesamt-Netzableitkapazität (C_e) des ungeerdeten Stromversorgungssystems (2, 12), gekennzeichnet durch - Messen von Verlagerungsspannungen (U_{L+_E}, U_{L-_E}, U_{Lx_E}) zwischen jeweils einem der aktiven Leiter (L_+, L_-, L_x) und Erde (E), - Ermitteln eines Kapazitäts-Aufteilungsfaktors (r_C), welcher die Aufteilung der Gesamt-Netzableitkapazität (C_e) in auf die aktiven Leiter (L₊, L_-, L_x) bezogene Teil-Netzableitkapazitäten (C_e+, C_e-, C_ex) beschreibt, in Abhängigkeit von mindestens einem der Parameter Amplitude, Frequenz, Phase der gemessenen Verlagerungsspannungen (U_L+__E, U_{L-_E}, U_{Lx_E}).
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ungeerdeten DC-Stromversorgungssystem (2) der Kapazitäts-Aufteilungsfaktor (r_C) aus der Dauer eines durch die Amplitudenänderung der Leiter-Leiter-Spannung (U_dc) verursachten Einschwingvorgangs der jeweiligen Verlagerungsspannung (U_{L+_E}, U_{L-_E}, U_{Lx_E}) ermittelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, in einem ungeerdeten ein- oder mehrphasigen AC-Stromversorgungssystem (12) der Kapazitäts-Aufteilungsfaktor (r_C) aus dem Verhältnis der Amplituden der Verlagerungsspannungen (U_{Lx_E}) unter Einbeziehung der Frequenz und der Phasenlagen der Verlagerungsspannungen (U_{Lx_E}) ermittelt wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Bestimmung einer Aufteilung eines Gesamt-Isolationswiderstands (R_iso) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 und zur Durchführung eines Verfahrens zur Bestimmung einer Aufteilung einer Gesamt-Netzableitkapazität (C_e) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6 in einem ungeerdeten Stromversorgungssystem (2, 12), bestehend aus einem normgemäßen Isolationsüberwachungsgerät zur Bestimmung des Gesamt-Isolationswiderstands (R_iso) und welches zur Bestimmung der Gesamt-Netzableitkapazität (C_e) ausgeführt ist, gekennzeichnet durch Signaleingänge zum Messen von Verlagerungsspannungen (U_{L+_E}, U_{L-_E}, U_{Lx_E}) und Signalverarbeitungseinheiten zum Ermitteln eines Widerstands-Aufteilungsfaktors (r_R), welcher die Aufteilung des Gesamt-Isolationswiderstands (R_iso) in auf die aktiven Leiter (L_+, L_-, L_x) bezogene Teil-Isolationswiderstände (R_iso+, R_iso- R_isox) beschreibt und zum Ermitteln eines Kapazitäts-Aufteilungsfaktors (r_C), welcher die Aufteilung der Gesamt-Netzableitkapazität (C_e) in auf die aktiven Leiter (L_+, L_-, L_x) bezogene Teil-Netzableitkapazitäten (C_e+, C_e+, C_ex) beschreibt.

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