DE10355086A1 - Method for determining the ohmic insulation resistance of a grounded AC network - Google Patents

Method for determining the ohmic insulation resistance of a grounded AC network Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des ohmschen Isolationswiderstandes eines geerdeten, ein- oder mehrphasigen, betriebsbereiten, ohne oder mit Gleichstromüberlagerung durch angeschlossene Verbraucher, wie Umrichter, arbeitenden Wechselstromnetzes gegen Erde mit einer Signaleinspeisung in des Wechselstromnetz und einer Signalauswertung von hierdurch entstehenden Netzsignalen. DOLLAR A Um den ohmschen Isolationswiderstand sicher und genau ermitteln zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß an einer beliebigen Einspeisestelle des Wechselstromnetzes in alle Netzleiter desselben ein an der Einspeisestelle zumindest weitgehend auf Reckteckform geregeltes Gleichtakt-Spannungssignal gegen Erde eingespeist wird, daß an einer beliebigen Meßstelle hinter der Einspeisestelle der Differenzstrom aller Netzleiter erfaßt wird, daß aus dem erfaßten Differenzstrom direkt oder indirekt der durch das eingespeiste Gleichtakt-Spannungssignal erzeugte Differenzstrom-Meßsignalanteil durch Filterung bestimmt wird, daß an der Meßstelle das dort an den Netzleitern anstehende Gleichtakt-Spannungssignal gegen Erde erfaßt wird, daß aus dem so erfaßten Gleichtakt-Spannungssignal der auf dem eingespeisten Gleichtakt-Spannungssignal beruhende Gleichtakt-Spannungssignalanteil durch Filterung bestimmt wird und daß dann, wenn der Differenzstrom-Meßsignalanteil nach Erreichen des Einschwingzustandes vom Umladevorgang der Ableitkapazitäten zwischen den Netzleitern und Erde auf das ...The invention relates to a method for determining the ohmic insulation resistance of a grounded, single- or multi-phase, operational, with or without DC superposition by connected loads, such as converters, working AC network to ground with a signal input to the AC network and a signal evaluation of resulting network signals. DOLLAR A In order to determine the ohmic insulation resistance safely and accurately, the invention proposes that the same at the feed point of the AC mains in all network conductor a at the feed point at least largely controlled to Reckteckform common mode voltage signal is fed to ground that at any point behind the feed point of the differential current of all network conductors is detected that from the detected differential current directly or indirectly generated by the injected common mode voltage signal difference current Meßsignalanteil is determined by filtering that detects the there at the network conductors pending common mode voltage signal to ground at the measuring point is that from the thus detected common mode voltage signal based on the injected common mode voltage signal common mode voltage signal component is determined by filtering and that when the difference current Meßsignalanteil after Achieving the transient condition of the reload of the Ableitkapazitäten between the power conductors and ground on the ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des ohmschen Isolationswiderstandes eines geerdeten, ein- oder mehrphasigen, betriebsbereiten, ohne oder mit Gleichstromüberlagerung durch angeschlossene Verbraucher, wie Umrichter, arbeitenden Wechselstromnetzes gegen Erde mit einer Signaleinspeisung in das Wechselstromnetz und einer Signalauswertung von hierdurch entstehenden Netzsignalen.The The invention relates to a method for determining the ohmic insulation resistance a grounded, single or multi-phase, operational, without or with DC superposition by connected consumers, such as converters, AC power network working to earth with a signal feed into the AC mains and a signal evaluation of resulting network signals.

Bei einem bekannten Verfahren gemäß der US-PS 4 638 242 erfolgt eine ungeregelte Netzeinspeisung von sinusförmigen Meßsignalen (vorzugsweise zwei). Der ohmsche Isolationswiderstand wird unter Ausnutzung der Phasenbeziehung zwischen Meßsignalspannung und Meßsignalstrom bestimmt und durch phasenrichtige Gleichrichtung aus dem Meßsignalstrom ermittelt. Hierbei handelt es sich um eine sehr komplexe Methode, die zu großen Fehlern führen kann. Zum einen kann beim Einsatz von realen Übertragern in der Praxis der Einfluss von Parametern wie Wicklungswiderständen, Eisenverlusten, Wirbelstromverlusten, Streuinduktivitäten, Wicklungskapazitäten usw. nicht vernachlässigt werden. Je nach Ableitung gegen Erde verändern sich sowohl die Amplitude als auch die Phase der eingespeisten Meßsignalspannung gegen Erde, und dies unterschiedlich für verschiedene Signalfrequenzen. Bei schwankenden und zusätzlich recht großen Netzableitkapazitäten im Netz ist die Bestimmung von geringen ohmschen Ableitungen bei diesem Verfahren nur mit großen Fehlern möglich, da die tatsächlich im Netz vorhandene Meßsignalspannung von der eingespeisten Signalspannung deutlich abweichen kann.In a known method according to the U.S. Patent 4,638,242 an unregulated mains supply of sinusoidal measuring signals (preferably two) takes place. The ohmic insulation resistance is determined by utilizing the phase relationship between Meßsignalspannung and Meßsignalstrom and determined by in-phase rectification of the Meßsignalstrom. This is a very complex method that can lead to large errors. On the one hand, the influence of parameters such as winding resistances, iron losses, eddy current losses, stray inductances, winding capacitances etc. can not be neglected when using real transformers in practice. Depending on the derivative with respect to earth, both the amplitude and the phase of the injected measuring signal voltage to ground change, and this differently for different signal frequencies. In the case of fluctuating and additionally quite large network discharge capacitances in the network, the determination of low ohmic derivatives in this method is only possible with large errors, since the measuring signal voltage actually present in the network can deviate significantly from the signal voltage fed in.

In geerdeten Versorgungs- oder Steuernetzen werden die verschiedenen Bereiche der elektrischen Sicherheit überwiegend durch den Einsatz differenzstrommessender Einrichtungen abgedeckt. Unterschieden wird hierbei zwischen abschaltenden Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCD) und nicht abschaltenden Differenzstromüberwachungsgeräten (RCM). Als funktional abzudeckende Bereiche können der Personenschutz, der Anlagenschutz, der Brandschutz, die Sicherstellung der Stromversorgung und die vorbeugende Instandhaltung genannt werden. Mit dem Einsatz differenzstrommessender Einrichtungen für die oben beschriebenen Aufgaben sind die folgenden Problemfälle technisch nicht oder unzureichend gelöst:

  • 1. In Drehstromnetzen können bestimmte Kombinationen von ohmschen und kapazitiven Ableitungen (z.B. auch symmetrische ohmsche Ableitungen) dazu führen, daß der von der differenzstrommessenden Einrichtung erfaßbare Differenzstrom nahezu Null wird, obwohl ein unzulässig hoher Fehlerstrom über die ohmsche Ableitung fließt. Je nach Fehlerfall liegt hier ein Problem im Personenschutz, Brandschutz oder im Anlagenschutz vor.
  • 2. Der im „Gut-Zustand" des zu überwachenden Netzes vorhandene kapazitive Ableitstrom liegt bereits über dem zulässigen Grenzwert für den Fehlerstrom (ohmsche Ableitung). Als Lösung wird an der differenzstrommessenden Einrichtung als Grenzwert ein Wert eingestellt, der der arithmetischen Summe aus vorhandenem Ableitstrom und Fehlerstromgrenzwert entspricht. Da sich kapazitive Ableitungen und ohmsche Ableitungen jedoch nicht arithmetisch, sondern geometrisch addieren, ist der daraus entstehende Fehler teilweise sehr groß. Diese Lösung ist unzureichend und nur akzeptabel, solange keine bessere Lösung existiert.
  • 3. Immer häufiger kommen in den Versorgungsnetzen Verbraucher zum Einsatz, die hinter Gleichrichter- und/oder Wechselrichter-Schaltungen liegen. Beispiele hierfür sind Schaltnetzteile und Frequenzumrichter. Hinter dem Gleichrichter entstehende Ableitungen gegen Erde werden durch die differenzstrommessenden Einrichtungen, zwar fallabhängig, jedoch überwiegend mit sehr großen Fehlern erfaßt.
In grounded supply or control networks, the various areas of electrical safety are predominantly covered by the use of differential current measuring devices. A distinction is made here between disconnecting residual current protective devices (RCD) and non-disconnecting residual current monitoring devices (RCM). The functional areas to be covered include personal protection, system protection, fire safety, power supply and preventive maintenance. With the use of differential current measuring devices for the tasks described above, the following problem cases are not technically or inadequately solved:
  • 1. In three-phase networks, certain combinations of ohmic and capacitive derivatives (for example, symmetrical ohmic derivatives) may cause the differential current detectable by the differential-current measuring device to become almost zero, even though an impermissibly high fault current flows via the ohmic derivative. Depending on the error, there is a problem in personal protection, fire protection or in system protection.
  • 2. The capacitive leakage current present in the "good state" of the network to be monitored is already above the permissible limit value for the residual current (ohmic derivative) .As a solution, a value is set as a limit value at the differential current measuring device, which is the arithmetic sum of the existing leakage current However, since capacitive derivatives and ohmic derivatives add geometrically rather than arithmetically, the resulting error is sometimes very large, and this solution is inadequate and only acceptable as long as no better solution exists.
  • 3. Consumers are increasingly being used in the supply networks behind rectifier and / or inverter circuits. Examples include switching power supplies and frequency converters. Discharges from earth occurring downstream of the rectifier are detected by the differential current measuring devices, although they are dependent on the case, but predominantly with very large errors.

Die bisherige Praxis mit differenzstrommessenden Einrichtungen besteht darin, einen von der Netzspannung getriebenen Ableit- oder Fehlerstrom zu erfassen und bei Überschreiten eines Grenzwertes eine definierte Aktion (Abschaltung, Meldung) auszulösen. In der EP 0 990 292 B1 wird ein Verfahren zur selektiven Erfassung von Ableit- und Fehlerströmen beschrieben. In günstigen Netzkonstellationen ist hiermit eine Teillösung des unter 2 beschriebenen Problems möglich. Die unter 1 und 3 beschriebenen Probleme werden hierdurch jedoch nicht gelöst.The previous practice with differential current measuring devices is to detect a leakage current driven by the mains voltage and to trigger a defined action (shutdown, message) when a limit value is exceeded. In the EP 0 990 292 B1 A method for the selective detection of leakage and fault currents is described. In favorable network constellations hereby a partial solution of the problem described under 2 is possible. However, the problems described under 1 and 3 are not solved by this.

Daher wird nach einer mit einer Signaleinspeisung arbeitenden besseren Methode gesucht, den ohmschen Isolationswiderstand gegen Erde zu bestimmen. Daraus können beispielsweise über die Netzspannungsamplitude andere Kenngrößen abgeleitet werden, wie z.B. der maximal zu erwartende Fehlerstrom oder die maximal zu erwartende Wirkleistung.Therefore gets better after working with a signal feed Method sought to determine the ohmic insulation resistance to earth. It can for example about the mains voltage amplitude other parameters are derived, such as e.g. the maximum expected fault current or the maximum expected Active power.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein mit einer Signaleinspeisung arbeitendes Verfahren der im Oberbegriff genannten Art so auszubilden, daß der ohmsche Isolationswiderstand sicher und genau ermittelt werden kann.Of the present invention is therefore based on the object with a a signal feed operating method in the preamble so-called type in such a way that the ohmic insulation resistance can be determined safely and accurately.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich ein Verfahren der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen dieses Anspruchs aufgeführten Merkmale aus, nämlich dadurch,
daß an einer beliebigen Einspeisestelle des Wechselstromnetzes in alle Netzleiter desselben ein an der Einspeisestelle zumindest weitgehend auf Rechteckform geregeltes Gleichtakt-Spannungssignal gegen Erde eingespeist wird,
daß an einer beliebigen Meßstelle hinter der Einspeisestelle der Differenzstrom aller Netzleiter erfaßt wird,
daß aus dem erfaßten Differenzstrom direkt oder indirekt der durch das eingespeiste Gleichtakt-Spannungssignal erzeugte Differenzstrom-Meßsignalanteil durch Filterung bestimmt wird,
daß an der Meßstelle das dort an den Netzleitern anstehende Gleichtakt-Spannungssignal gegen Erde erfaßt wird,
daß aus dem so erfaßten Gleichtakt-Spannungssignal der auf dem eingespeisten Gleichtakt-Spannungssignal beruhende Gleichtakt-Spannungssignalanteil durch Filterung bestimmt wird und
daß dann, wenn der Differenzstrom-Meßsignalanteil nach Erreichen des Einschwingzustandes vom Umladevorgang der Ableitkapazitäten zwischen den Netzleitern und Erde auf das eingespeiste Gleichtakt-Spannungssignal im wesentlichen unverändert bleibt, der ohmsche Anteil des Isolationswiderstandes zwischen den Netzleitern und Erde durch Quotientenbildung zwischen dem momentanen Gleichtakt-Spannungssignalanteil an der Meßstelle und dem momentanen Differenzstrom-Meßsignalanteil an der Meßstelle bestimmt wird.To achieve the object, a method referred to in the preamble of claim 1 according to the invention is characterized by the features listed in the characterizing part of this claim, namely thereby,
that at any feeding point of the Wech the same power supply voltage signal is fed to earth in all network conductor of the same at the feed point at least largely regulated to rectangular shape,
that the differential current of all network conductors is detected at any measuring point behind the feed point,
in that the difference current measurement signal component generated by the injected common-mode voltage signal is determined by filtering directly or indirectly from the detected differential current,
that the common-mode voltage signal against earth which is present there at the measuring conductors is detected at the measuring point,
in that the common-mode voltage signal component based on the injected common-mode voltage signal is determined by filtering from the common-mode voltage signal thus detected, and
that when the difference in current Meßsignalanteil after reaching the Einschwingzustandes from the recharging of the Ableitkapazitäten between the power conductors and ground to the injected common mode voltage signal remains essentially unchanged, the ohmic portion of the insulation resistance between the power conductors and ground by quotient between the current common mode voltage signal component is determined at the measuring point and the instantaneous differential current Meßsignalanteil at the measuring point.

Ein solches Verfahren ermöglicht ein sehr zuverlässiges und genaues Bestimmen des ohmschen Isolationswiderstandes, weil der erfaßte Differenzstrom-Meßsignalanteil im eingeschwungenen Zustand nur hiervon abhängt, und zwar wegen der dann vorhandenen Konstanz des Gleichtakt-Spannungssignalanteils. Dieses Verfahren arbeitet aufgrund der Differenzstrommessung richtungsselektiv und erfaßt nur Isolationsfehler hinter der Meßstelle. Dadurch ist eine gezielte Überwachung bestimmter Netzabschnitte möglich. Das Verfahren arbeitet auch dann einwandfrei, wenn eine Gleichstromüberlagerung durch angeschlossene Verbraucher, wie Frequenzumrichter, erfolgt.One such method allows a very reliable one and accurately determining the ohmic insulation resistance because the captured Residual current Meßsignalanteil in the steady state only depends on this, because of the then existing constant of the common mode voltage signal component. This Method operates directionally selective due to the differential current measurement detected only insulation fault behind the measuring point. This is a targeted monitoring certain network sections possible. The method works well even if a direct current overlay through connected loads, such as frequency converters.

Das Verfahren ist grundsätzlich nicht nur auf geerdete Wechselstromnetze beschränkt, sondern kann auch in geerdeten DC-Netzen oder in geerdeten DC-Netzen mit AC-Anteil eingesetzt werden.The Procedure is basically not limited only to grounded AC networks, but can also be grounded DC networks or in grounded DC networks with AC content are used.

Die Weiterbildung von Anspruch 2 ist bevorzugt, weil eine transformatorische Einspeisung besonders einfach ist. Grundsätzlich könnten jedoch auch andere Lösungen eingesetzt werden.The Training of claim 2 is preferred because a transformatory Infeed is particularly easy. In principle, however, other solutions could be used become.

Gemäß den Ansprüchen 3 und 4 ist eine vielseitige Einspeisung des Gleichtakt-Spannungssignals an verschiedenen Stellen des Wechselstromnetzes möglich.According to claims 3 and 4 is a versatile feed of the common mode voltage signal possible at different points of the AC mains.

Die weiteren Ausgestaltungen der Ansprüche 5 bis 7 ermöglichen eine wirksame Störunterdrückung durch Signalmittelung in einem geeigneten Zeitfenster. Dadurch können Meßfehler vermieden werden.The allow further embodiments of claims 5 to 7 an effective interference suppression by Signal averaging in a suitable time window. This can cause measurement errors be avoided.

Nach Anspruch 8 können digitale Filtertechniken eingesetzt werden, die genau und störunanfällig arbeiten.To Claim 8 can digital filtering techniques are used, which work accurately and trouble-free.

Gemäß den Ansprüchen 9 und 10 ist es in einfacher Weise möglich, ferner die durch den Isolationsfehler begründete Wirkleistung und den maximalen Fehlerstrom zu bestimmen.According to claims 9 and 10 it is easily possible Furthermore, the founded by the insulation failure active power and the to determine maximum fault current.

In weiterer Ausgestaltung der Ansprüche 11 und 12 können auch komplizierte und verzweigte Wechselstromnetze bezüglich ihrer verschiedenen Bereiche gezielt überwacht werden. Theoretisch wäre es auch möglich, mehrere Einspeisestellen mit verschiedenen Gleichtakt-Spannungssignalen einzusetzen, beispielsweise in verschiedenen Netzzweigen. Dann aber müßte an den Meßstellen zwischen den verschiedenen Gleichtakt-Spannungssignalen unterschieden werden.In further embodiment of the claims 11 and 12 can also complicated and branched AC grids with regard to their targeted monitoring of various areas become. Theoretically, that would be it also possible several infeed points with different common mode voltage signals use, for example in different network branches. But then would have to measuring points distinguish between the different common mode voltage signals become.

Nach den Ansprüchen 13 und 14 können zum Erfassen der Gleichtakt-Spannungssignale an den Einspeise- und Meßstellen einfache Widerstandssternpunkte benutzt werden. Alternativ kann es gemäß Anspruch 15 bei Ausfall einer Netzphase oder bei einphasigen Netzen vorteilhaft sein, die Gleichtaktspannung zwischen dem N-Leiter und Erde zu verwenden.To the claims 13 and 14 can to Detecting the common mode voltage signals at the supply and measuring points simple resistance star points are used. Alternatively it can according to claim 15 in case of failure of a network phase or single-phase networks advantageous be to use the common mode voltage between the neutral conductor and earth.

Während die Maßnahme von Anspruch 16 erforderlich ist, um eine einwandfreie Signalfilterung und -auswertung zu gewährleisten, haben sich die Merkmale von Anspruch 17 als besonders zweckmäßig erwiesen, um Offsetströme und Offsetspannungen zu unterdrücken.While the measure of claim 16 is required for proper signal filtering and to ensure evaluation have the features of claim 17 proved to be particularly useful around offset currents and suppress offset voltages.

Die Weiterbildungen der Ansprüche 18 und 19 haben sich im praktischen Betrieb bewährt.The Further developments of the claims 18 and 19 have proven themselves in practical operation.

Die Erfindung wird nachfolgend an zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The The invention is described below by way of drawings explained in more detail. It demonstrate:

1 in einem vereinfachten Blockschaltbild eine zum Durchführen des Verfahrens dienende Isolationsüberwachungseinrichtung mit alternativen Einspeisungsmöglichkeiten direkt in alle Netzleiter oder indirekt über die Sternpunkterdung des zu überwachenden Wechselstromnetzes, 1 in a simplified block diagram serving for carrying out the method insulation monitoring device with alternative feed options directly into all network conductors or indirectly via the neutral earthing of the AC network to be monitored,

2 eine bezüglich des zu überwachenden Wechselstromnetzes detailliertere und bezüglich der Isolationsüberwachungseinrichtung aus 1 vereinfachte Gesamtansicht mit einer Einspeisung direkt in alle Netzleiter des zu überwachenden Wechselstromnetzes, 2 a more detailed with respect to the AC network to be monitored and with respect to the insulation monitoring device 1 simplified overall view with an infeed directly in all network conductors of the AC network to be monitored,

3 eine schematische Gesamtansicht mit einer zentralen Einspeisung direkt in alle Netzleiter und mit dezentralen Meßstellen in verschiedenen Zweigen des zu überwachenden Wechselstromnetzes und 3 a schematic overall view with a central feed directly into all network conductors and decentralized measuring points in different branches of the AC network to be monitored and

4 eine schematische Gesamtansicht mit einer zentralen Einspeisung über die Sternpunkterdung und mit dezentralen Meßstellen in verschiedenen Zweigen des zu überwachenden Wechselstromnetzes. 4 a schematic overall view with a central feed via the neutral earthing and with decentralized measuring points in different branches of the AC network to be monitored.

Gemäß den 1 bis 4 ist ein über eine Netzeinspeisung 12 spannungsversorgtes Drehstromnetz 10 mit den Netzleitern L1 (Phase), L2 (Phase), L3 (Phase), N (Nulleiter) über eine Sternpunkterdung 11 mit Erde (PE) verbunden. Das Drehstromnetz 10 hat gemäß den 1 und 2 beispielhaft nur einen Netzzweig und gemäß den 3 und 4 beispielhaft zwei Netzzweige. An jeden Netzzweig ist im vorliegenden Fall eine Last 14 angeschlossen.According to the 1 to 4 is a via a network feed 12 voltage supplied three-phase network 10 with the line conductors L1 (phase), L2 (phase), L3 (phase), N (neutral) via a neutral earthing 11 connected to earth (PE). The three-phase network 10 has according to the 1 and 2 for example, only one network branch and according to the 3 and 4 for example, two network branches. Each branch of the network has a load in the present case 14 connected.

Das Drehstromnetz 10 hat prinzipiell eine gemischt kapazitive und ohmsche Netzableitung zwischen den Netzphasen L1, L2, L3 und Erde PE. Die Netzableitung ist zeichnerisch beispielhaft wie folgt vereinfacht symbolisiert: In 1 durch CA und RF – in 2 durch CA1, CA2, CA3 für die einzelnen Netzphasen L1, L2, L3 und durch RF für die Netzphase L1 – in den 3 und 4 durch RF1 sowie RF2 für jeweils eine Netzphase der beiden Netzzweige.The three-phase network 10 has in principle a mixed capacitive and ohmic power dissipation between the network phases L1, L2, L3 and earth PE. The derivation of the network is illustrated graphically by way of example as follows: In 1 through C A and R F - in 2 by C A1 , C A2 , C A3 for the individual network phases L1, L2, L3 and by R F for the network phase L1 - in the 3 and 4 by R F1 and R F2 for one net phase of the two network branches.

Ein in den 1 und 2 allgemein mit 38 bezeichnetes Isolationsüberwachungsgerät arbeitet in der Weise, daß auch im Betrieb des geerdeten Wechselstromnetzes 10 eine sichere und genaue Bestimmung des ohmschen Isolationswiderstandes RF möglich ist.One in the 1 and 2 generally designated 38 insulation monitoring device operates in such a way that even in the operation of the grounded AC mains 10 a safe and accurate determination of the ohmic insulation resistance R F is possible.

Eine Einspeisestelle 16 für ein von dem Isolationsüberwachungsgerät 38 einzuspeisendes rechteckförmiges Gleichtakt-Spannungssignal gegen Erde PE kann an beliebiger Stelle des Wechselstromnetzes 10 liegen, wie in dessen Sternpunkterdung 11 ( 1 und 4) – also direkt am Netzanfang – oder hinter dessen Netzeinspeisung 12 (1, 2, 3). Die Einspeisestelle 16 kann sich auch direkt an der Netzeinspeisung 12 befinden.A feed-in point 16 for one of the insulation monitor 38 rectangular common-mode voltage signal to be injected against ground PE can be applied anywhere in the AC network 10 lie as in its star point grounding 11 ( 1 and 4 ) - ie directly at the beginning of the network - or behind its network feed 12 ( 1 . 2 . 3 ). The feed-in point 16 can also connect directly to the grid feed 12 are located.

Gemäß 1 kann die Einspeisung des Gleichtakt-Spannungssignals beispielsweise transformatorisch erfolgen. Hierbei ist für den Fall einer Einspeisung in der Sternpunkterdung 11 nur eine Einspeisewicklung 22 erforderlich, während in allen anderen Einspeisefällen jeweils vier Einspeisewicklungen 22 für alle Netzleiter einschließlich Nulleiter, also für L1, L2, L3 und N, benötigt werden.According to 1 For example, the supply of the common-mode voltage signal can be carried out by transformation. Here, in the case of a feed in the neutral point grounding 11 only one feed winding 22 while in all other feeds there are four feed windings each 22 for all power conductors including neutral, ie for L1, L2, L3 and N.

Ein Generator 20 erzeugt ein über die Einspeisewicklung bzw. -wicklungen 22 einzuspeisendes Gleichtakt-Spannungssignal gegen Erde PE und sorgt durch geeignete Regelungsvorgänge dafür, daß das an der Einspeisestelle 16 am Wechselstromnetz 10 anstehende Gleichtakt-Spannungssignal gegen Erde PE im wesentlichen rechteckförmig ist. Hierunter wird ein Signal verstanden, daß zumindest zwischen seinen Flankenbereichen weitgehend konstant ist. Zu diesem Zweck wird dem Generator 20 über einen Spannungs- oder Netzleiterabgriff 24, wie einen Widerstandssternpunkt, ein Eingangssignal zugeführt, das dem an der Einspeisestelle 16 an den Netzleitern L1, L2, L3 und N anstehenden eingespeisten Gleichtakt-Spannungssignal gegen Erde PE entspricht. Falls dieses Eingangssignal von der Rechteckform abweicht, erfolgt durch den Generator 20 eine entsprechende Nachregelung der Einspeisung.A generator 20 generates an over the feed winding or windings 22 to be fed common mode voltage signal to ground PE and ensures by appropriate control operations that the at the feed point 16 on the AC mains 10 pending common mode voltage signal to ground PE is substantially rectangular. This is understood to mean a signal which is largely constant at least between its flank regions. For this purpose, the generator 20 via a voltage or network conductor tap 24 , such as a resistance star point, an input signal supplied to that at the feed point 16 corresponding to the network conductors L1, L2, L3 and N supplied common mode voltage signal to earth PE. If this input signal deviates from the rectangular form, it is done by the generator 20 a corresponding readjustment of the feed.

An einer hinter der Einspeisestelle 16 liegenden Meßstelle 18 des Wechselstromnetzes 10 wird der Differenzstrom ΔI aller Netzleiter L1, L2, L3 und N durch einen Differenzstrommesser 28 erfaßt. In einem mit digitalen Filtertechniken arbeitenden Bewerter 34 für den erfaßten Differenzstrom werden aus diesem alle nicht zum eingespeisten Gleichtakt-Spannungssignal gehörigen Komponenten ausgefiltert. Der Bewerter 34 sorgt somit dafür, daß auf direktem oder indirektem Wege der durch das eingespeiste Gleichtakt-Spannungssignal erzeugte Differenzstrom-Meßsignalanteil durch Filterung bestimmt wird.At one behind the feed point 16 lying measuring point 18 of the AC network 10 the differential current .DELTA.I of all network conductors L1, L2, L3 and N by a differential current meter 28 detected. In an evaluator working with digital filtering techniques 34 for the detected differential current all components not belonging to the injected common-mode voltage signal are filtered out of this. The evaluator 34 thus ensures that the difference current measurement signal component generated by the injected common mode voltage signal is determined by filtering directly or indirectly.

An der Meßstelle 18 wird an den Netzleitern über einen Spannungs- oder Netzleiterabgriff 30, wie einen Widerstandssternpunkt, ein Eingangssignal abgegriffen, das dem an der Meßstelle 18 an den Netzleitern tatsächlich anstehenden Gleichtakt-Spannungssignal gegen Erde PE entspricht und einem Bewerter 32 zugeführt wird. Gemäß 1 kann bei unmittelbar benachbarten oder zusammenfallenden Einspeise- und Auswertestellen 16, 18 ein gemeinsamer Spannungs- oder Netzleiterabgriff 24/30, wie Widerstandssternpunkt, benutzt werden. Es ist jedoch im Unterschied zu der Ausführungsform aus 1 auch möglich, beispielsweise bei weiter auseinanderliegenden Einspeise- und Auswertestellen 16, 18 an diesen völlig getrennte, mit separaten Spannungs- oder Netzleiterabgriffen 24/30 arbeitende Geräteteile vorzusehen, die keine verbindenden Steuerleitungen benötigen.At the measuring point 18 is connected to the power conductors via a voltage or mains conductor tap 30 , as a resistance star point, an input signal tapped, the at the measuring point 18 corresponds to the network conductors actually pending common mode voltage signal to earth PE and an evaluator 32 is supplied. According to 1 may occur at directly adjacent or coincidental feed-in and evaluation points 16 . 18 a common voltage or network conductor tap 24 / 30 , like resistance star point, are used. However, it is different from the embodiment 1 also possible, for example, at more distant feed-in and evaluation points 16 . 18 on these completely separate, with separate voltage or Netzleiterabgriffen 24 / 30 to provide working device parts that do not require connecting control lines.

In dem im vorliegenden Fall ebenfalls mit digitalen Filtertechniken arbeitenden Bewerter 32 für das erfaßte Gleichtakt-Spannungssignal an der Meßstelle 18 werden aus diesem Signal alle nicht zum eingespeisten Gleichtakt-Spannungssignal gehörigen Komponenten ausgefiltert. Der Bewerter 32 sorgt somit dafür, daß auf direktem oder indirektem Wege der auf dem eingespeisten Gleichtakt-Spannungssignal gegen Erde PE beruhende Gleichtakt-Spannungssignalanteil gegen Erde PE durch Filterung bestimmt wird.In the present case also working with digital filtering techniques evaluator 32 for the detected common mode voltage signal at the measuring point 18 All of this signal will not be fed to the common mode voltage signal components filtered out. The evaluator 32 thus ensures that the common-mode voltage signal component based on the injected common-mode voltage signal against ground PE is determined by filtering directly or indirectly.

In einem an die Bewerter 32, 34 angeschlossenen Widerstandsauswerteglied 36 wird aus dessen Eingangssignalen der ohmsche Isolationswiderstand RF bestimmt. Hierzu wird vorzugsweise jeweils ein Zeitfenster bestimmt, in dem der Differenzstrom-Meßsignalanteil nach Erreichen des Einschwingzustandes vom Umladevorgang der Ableitkapazitäten CA zwischen den Netzleitern und Erde auf das eingespeiste Gleichtakt-Spannungssignal im wesentlichen unverändert bleibt. Das Bestimmen dieses Zeitfensters kann durch Auswertung des Verlaufs des Ausgangsignals vom Bewerter 34, also des Differenzstrom-Meßsignalanteils, direkt erfolgen. Das Zeitfenster kann stattdessen auch indirekt in einfacher Weise dadurch bestimmt werden, daß unter Zugrundelegung des zeitlichen Verlaufs des Ausgangsignals vom Bewerter 32 für das Gleichtakt-Spannungssignal die Flankenbereiche durch vorgegebene feste Zeitdifferenzen ausgespart werden.In one to the evaluator 32 . 34 connected resistance evaluation element 36 is determined from the input signals of the ohmic insulation resistance R F. For this purpose, a time window is preferably determined in each case in which the difference current Meßsignalanteil after reaching the transient condition of the transhipment of the Ableitkapazitäten C A between the network conductors and ground to the injected common mode voltage signal remains substantially unchanged. The determination of this time window can be made by evaluating the course of the output signal from the evaluator 34 , So the difference current Meßsignalanteils, directly done. Instead, the time window can also be determined indirectly in a simple manner in that, on the basis of the time profile of the output signal from the evaluator 32 for the common mode voltage signal, the edge regions are omitted by predetermined fixed time differences.

Innerhalb des Zeitfensters werden die Ausgangssignale des Bewerters 34, alternativ auch des Bewerters 32, gemittelt, um Störgrößen auszuschalten. Die Größe des gegebenenfalls gemittelten Ausgangssignals des Bewerters 32 wird dann durch die Größe des gemittelten Ausgangssignals des Bewerters 34 dividiert, um als Ergebnis den ohmschen Isolationswiderstand RF zu erhalten.Within the time window are the output signals of the evaluator 34 , alternatively also the evaluator 32 , averaged to eliminate disturbances. The size of the possibly averaged output signal of the evaluator 32 is then determined by the magnitude of the averaged output of the evaluator 34 as a result, to obtain the ohmic insulation resistance R F.

Mit Hilfe des so ermittelten ohmschen Isolationswiderstandes RF können die durch den Isolationsfehler und die Netzspannungskomponenten begründeten Größen der Wirkleistung und des maximalen Fehlerstroms bestimmt werden.With the help of the thus determined ohmic insulation resistance R F , the quantities of the active power and the maximum fault current, which are justified by the insulation fault and the mains voltage components, can be determined.

Die von der Netzfrequenz abweichende Frequenz des eingespeisten rechteckförmigen Gleichtakt-Spannungssignals darf mit Rücksicht auf die erforderlichen Filterungen nicht mit Oberwellen der Netzfrequenz übereinstimmen. Ferner sollte sie mit Rücksicht auf eine wirksame Störunterdrückung möglichst klein sein, damit längere Zeitfenster entstehen, während derer der Differenzstrom-Meßsignalanteil im wesentlichen konstant ist. Andererseits kann die Frequenz insbesondere im Falle einer transformatorischen Einspeisung auch nicht zu klein gewählt werden. In der Praxis hat sich bei einer Netzfrequenz von 50 Hz für das einzuspeisende Gleichtakt-Spannungssignal eine Frequenz von 175 Hz bewährt.The frequency different from the mains frequency of the injected rectangular common-mode voltage signal may with respect do not match the required filtering with mains frequency harmonics. Further, it should be with consideration to an effective interference suppression as possible be small, so that longer Time windows arise while derer the difference current Meßsignalanteil is substantially constant. On the other hand, the frequency in particular also not too small in the case of transformer feed-in chosen become. In practice, has a network frequency of 50 Hz for the common-mode voltage signal to be fed in a frequency of 175 Hz proven.

Die Größe des einzuspeisenden rechteckförmigen Gleichtakt-Spannungssignals gegenüber Erde PE kann weitgehend beliebig gewählt werden. Grundsätzlich hat es sich als zweckmäßig erwiesen, ein gegen Erde abwechselnd positives und negatives Gleichtakt-Spannungssignal einzuspeisen. Bei der auswertenden Quotientenbildung können dann als momentaner Gleichtakt-Spannungssignalanteil an der Meßstelle dessen Spitzen-Spitzen-Amplitude und als momentaner Differenzstrom-Meßsignalanteil an der Meßstelle dessen Spitzen-Spitzen-Amplitude benutzt werden. Die bei der Quotientenbildung berücksichtigten Spitzen-Spitzen-Amplituden können wie zuvor beschrieben Bemittelt sein, um Störsignale zu unterdrücken. In der Praxis hat sich eine Spannung von + und – 10 V gegenüber Erde bewährt.The Size of the feed rectangular Common mode voltage signal to ground PE can be largely chosen arbitrarily become. in principle it has proved to be useful, a alternately positive and negative common mode voltage signal to earth feed. In the evaluative quotient formation can then as the current common-mode voltage signal component at the measuring point its peak-peak amplitude and as the instantaneous differential current Meßsignalanteil on the measuring point whose peak-to-peak amplitude is used. The at the quotient formation considered Peak-to-peak amplitudes can be like previously described Averaged to suppress interference signals. In The practice has a voltage of + and - 10 V with respect to ground proven.

Es wird nochmals darauf verwiesen, daß das geschilderte Verfahren grundsätzlich nicht nur auf geerdete Wechselstromnetze beschränkt ist, sondern auch in geerdeten DC-Netzen oder in geerdeten DC-Netzen mit AC-Anteil eingesetzt werden kann.It is again referred to the fact that the described method in principle not limited only to grounded AC grids, but also grounded DC networks or in grounded DC networks with AC content are used can.

Claims (19)

Verfahren zum Bestimmen des ohmschen Isolationswiderstandes eines geerdeten, ein- oder mehrphasigen, betriebsbereiten, ohne oder mit Gleichstromüberlagerung durch angeschlossene Verbraucher, wie Umrichter, arbeitenden Wechselstromnetzes gegen Erde mit einer von der Netzfrequenz abweichenden Signaleinspeisung in das Wechselstromnetz und einer Signalauswertung von hierdurch entstehenden Signalen, dadurch gekennzeichnet, daß an einer beliebigen Einspeisestelle des Wechselstromnetzes in alle Netzleiter desselben ein an der Einspeisestelle zumindest weitgehend auf Rechteckform geregeltes Gleichtakt-Spannungssignal gegen Erde eingespeist wird, daß an einer beliebigen Meßstelle hinter der Einspeisestelle der Differenzstrom aller Netzleiter erfaßt wird, daß aus dem erfaßten Differenzstrom direkt oder indirekt der durch das eingespeiste Gleichtakt-Spannungssignal erzeugte Differenzstrom-Meßsignalanteil durch Filterung bestimmt wird, daß an der Meßstelle das dort an den Netzleitern anstehende Gleichtakt-Spannungssignal gegen Erde erfaßt wird, daß aus dem so erfaßten Gleichtakt-Spannungssignal der auf dem eingespeisten Gleichtakt-Spannungssignal beruhende Gleichtakt-Spannungssignalanteil durch Filterung bestimmt wird und daß dann, wenn der Differenzstrom-Meßsignalanteil nach Erreichen des Einschwingzustandes vom Umladevorgang der Ableitkapazitäten zwischen den Netzleitern und Erde auf das eingespeiste Gleichtakt-Spannungssignal im wesentlichen unverändert bleibt, der ohmsche Anteil des Isolationswiderstandes zwischen den Netzleitern und Erde durch Quotientenbildung zwischen dem momentanen Gleichtakt-Spannungssignalanteil an der Meßstelle und dem momentanen Differenzstrom-Meßsignalanteil an der Meßstelle bestimmt wird.A method for determining the ohmic insulation resistance of a grounded, single- or multi-phase, operational, with or without DC superposition by connected loads, such as converters, working AC network to ground with a different from the mains frequency signal input to the AC mains and a signal evaluation of resulting signals thereby characterized in that at one of the feed point of the AC mains in all network conductors of the same at the feed point at least largely regulated to rectangular shape common mode voltage signal is fed to earth that is detected at any measuring point behind the feed point of the differential current of all network conductors that from the detected differential current directly or indirectly, the differential current measuring signal component generated by the injected common mode voltage signal is determined by filtering that at the measuring point that there to the power conductors standing common-mode voltage signal to earth is detected, that from the thus detected common mode voltage signal based on the injected common mode voltage signal common mode voltage signal component is determined by filtering and that when the difference current Meßsignalanteil after reaching the transient condition of the Umladevorgang the Ableitkapazitäten between the network conductors and ground to the injected common mode voltage signal remains substantially unchanged, the ohmic portion of the insulation resistance between the network conductors and earth by quotient formation between the current Equal akt-voltage signal component at the measuring point and the instantaneous differential current Meßsignalanteil is determined at the measuring point. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleichtakt-Spannungssignal transformatorisch eingespeist wird.Method according to claim 1, characterized in that that this Common mode voltage signal is fed transformally. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisung des Gleichtakt-Spannungssignals über die Netzeinspeisung oder über die Sternpunkterdung durchgeführt wird.Method according to claim 1 or 2, characterized that the Infeed of the common mode voltage signal via the mains supply or via the Star point grounding performed becomes. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisung des Gleichtakt-Spannungssignals hinter der Netzeinspeisung durchgeführt wird.Method according to claim 1 or 2, characterized that the Infeed of the common mode voltage signal is performed behind the grid feed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zeitfenster bestimmt wird, in dem der Differenzstrom-Meßsignalanteil nach Erreichen des Einschwingzustandes vom Umladevorgang der Ableitkapazitäten zwischen den Netzleitern und Erde im wesentlichen unverändert bleibt, daß in diesem Zeitfenster der Mittelwert des Differenzstrom-Meßsignalanteils gebildet wird und daß der so gemittelte Differenzstrom-Meßsignalanteil für die Bestimmung des ohmschen Anteils des Isolationswiderstandes benutzt wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized the existence Time window is determined in which the difference current measuring signal component after reaching the transient state of the transshipment of Ableitkapazitäten between the network conductors and earth remains essentially unchanged that in this Time window of the average value of the difference current Meßsignalanteils is formed and that the so averaged differential current measuring signal component for the determination the ohmic portion of the insulation resistance is used. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitfenster aus dem durch Filterung erzeugten Gleichtakt-Spannungssignalanteil bestimmt wird, indem dessen Flanken und flankennahen Signalbereiche ausgespart werden.Method according to claim 5, characterized in that that this Time window determined from the common mode voltage signal component generated by filtering is spared by its flanks and near-edge signal areas become. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitfenster aus dem durch Filterung erzeugten Differenzstrom-Meßsignalanteil bestimmt wird, indem dessen Flanken und flankennahen Signalbereiche ausgespart werden.Method according to claim 5, characterized in that that this Time window from the differential current measuring signal component generated by filtering is determined by its edges and near-edge signal areas be spared. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß für die Filterungen digitale Filtertechniken eingesetzt werden.Method according to one of claims 1 to 7, characterized that for the filters digital filtering techniques are used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die durch einen ohmschen Isolationsfehler begründete Wirkleistung festge stellt wird, indem die Netzspannungskomponenten in einem definierten Frequenzbereich erfaßt und hieraus über den ermittelten ohmschen Anteil des Isolationswiderstandes die Wirkleistung bestimmt werden.Method according to one of claims 1 to 8, characterized that the determined by an ohmic insulation fault substantiated Festge provides is determined by the mains voltage components in a defined frequency range detected and from here about the determined ohmic portion of the insulation resistance, the active power be determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der durch einen ohmschen Isolationsfehler begründete maximale Fehlerstrom festgestellt wird, indem die Netzspannungskomponenten in einem definierten Frequenzbereich erfaßt und hieraus über den ermittelten ohmschen Anteil des Isolationswiderstandes der maximale Fehlerstrom bestimmt werden.Method according to one of claims 1 to 9, characterized that the due to an ohmic insulation fault justified maximum fault current is determined by the mains voltage components in a defined Frequency range detected and from here about the determined resistive component of the insulation resistance is the maximum Fault current can be determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine zentrale Einspeisestelle für das geregelte Gleichtakt-Spannungssignal und mehrere dezentrale Meßstellen für die dort auftretenden Differenzströme sowie Gleichtakt-Spannungssignale benutzt werden.Method according to one of claims 1 to 10, characterized that one central feed-in point for the regulated common mode voltage signal and several decentralized measuring points for the There occurring differential currents and common mode voltage signals. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zum selektiven Überwachen eines Wechselstromnetzes mit mehreren Netzzweigen in jedem Netzzweig eine Meßstelle für die dort auftretenden Differenzströme sowie Gleichtakt-Spannungssignale benutzt wird.Method according to claim 11, characterized in that that to selective monitoring an AC network with multiple network branches in each network branch a measuring point for the There occurring differential currents and common mode voltage signals is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß an der Einspeisestelle das eingespeiste Gleichtakt-Spannungssignal über einen Widerstandssternpunkt erfaßt und für die Regelung seiner weitgehenden Rechteckform benutzt wird.Method according to one of claims 1 to 12, characterized that on the feed point the fed common mode voltage signal via a Residual star point detected and for the regulation of its extensive rectangular shape is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß an der Meßstelle das dort an den Netzleitern anstehende Gleichtakt-Spannungssignal gegen Erde über einen Widerstandssternpunkt erfaßt und für das Bestimmen des auf dem eingespeisten Gleichtakt-Spannungssignal beruhenden Gleichtakt-Spannungssignalanteils benutzt wird.Method according to one of claims 1 to 13, characterized that on the measuring point the there against the network conductors pending common mode voltage signal against Earth over detected a resistance star point and for determining the on the fed common mode voltage signal based common mode voltage signal component is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einphasennetzen oder bei Ausfall zumindest einer Leiterspannung an der Einspeisestelle und an der Meßstelle das jeweilige Gleichtakt-Spannungssignal zwischen dem Nulleiter und Erde erfaßt wird.Method according to one of claims 1 to 12, characterized that at Single-phase networks or in the event of failure of at least one line voltage the feed point and at the measuring point the respective common mode voltage signal between the neutral and earth is detected. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein von den Oberwellen der Netzfrequenz abweichendes Gleichtakt-Spannungssignal benutzt wird.Method according to one of claims 1 to 15, characterized the existence different from the harmonics of the mains frequency common mode voltage signal is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein gegen Erde abwechselnd positives und negatives Gleichtakt-Spannungssignal eingespeist wird und daß bei der auswertenden Quotientenbildung als momentaner Gleichtakt-Spannungssignalanteil an der Meßstelle dessen Spitzen-Spitzen-Amplitude und als momentaner Differenzstrom-Meßsignalanteil an der Meßstelle dessen Spitzen-Spitzen-Amplitude benutzt werden.Method according to one of claims 1 to 16, characterized the existence alternately positive and negative common mode voltage signal to earth is fed and that at the evaluating quotient formation as the current common-mode voltage signal component at the measuring point of Peak-to-peak amplitude and instantaneous differential current measurement signal component at the measuring point whose peak-to-peak amplitude is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Netzfrequenz von 50 Hz ein Gleichtakt-Spannungssignal von 175 Hz eingespeist wird.Method according to one of claims 1 to 17, characterized that at a mains frequency of 50 Hz a common mode voltage signal of 175 Hz is fed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Netzspannung von 230 V bis 400 V ein Gleichtakt-Spannungssignal mit etwa + und – 10 V gegenüber Erde eingespeist wird.Method according to one of claims 1 to 18, characterized that at a mains voltage of 230 V to 400 V a common mode voltage signal with about + and - 10 V opposite Earth is fed.
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