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Elektrische Meßbrücke zur Anzeige und selbsttätigen Uberwachung der
Isolationswiderstände nicht geerdeter Gleichstromanlagen Die Erfindung bezieht sich
auf eine elektrische Meßbrücke zur Ermittlung der Isolationswiderstände nicht geerdeter
Gleichstromanlagen unter Verwendung von Umschaltern, die ein periodisches, wechselweises
Abtasten der Isolationswiderstände beider Leitungspole gegen Erde ermöglichen. Sie
soll insbesondere in Bergwerken die Speiseleitungen von Signaleinrichtungen überwachen.
Die Sicherheitsbestimmungen bei Schachtförderanlagen erfordern diese ständige Überwachung
des Isolationszustandes der Leitungen gegen Erde. Es sind schon Einrichtungen bekannt,
bei denen eine elektrische Meßeinrichtung, beispielsweise ein Nullstromindikator
oder ein Relais zwischen Erde und einem beider Pole liegt, die durch einen Umschalter
abwechselnd vertauscht werden. Die Meßcinrichtung ist dabei so eingerichtet, daß
bei Absinken des Isolationswiderstandes des gerade zu überprüfenden Leitungspoles
gegen Erde auf einen bestimmten Minimalwert eine Warnung ausgelöst wird. Gleichzeitig
wird der Meßeinrichtung ein Widerstand parallel geschaltet und so ihre Ansprechempfindlichkeit
vermindert. Sie spricht also darauf erst wieder bei einem wesentlich größeren Isolationsfehler
an, schaltet dann aber die ganze Stromversorgung ab. Damit bei einem einseitigen
starken Kurzschluß eines Leitungspoles gegen Erde die Meßeinrichtung nicht beide
Leitungen kurzschließen kann, muß sie selbst einen genügend großen, inneren Widerstand
aufweisen. Da durch kann keine Überlastung der Meßeinrichtung eintreten, und weiterhin
kann sie auch beide Leitungen nicht kurzschließen und so einen Netzzusammenbruch
verursachen. Bei wechselweisem Abtasten beider Leitungen wird auch ein erheblicher
Isolationsfehler in der nicht überwachten Leitung nicht sofort angezeigt werden.
Der Abtastgeschwindigkeit ist eine Grenze durch die Kontaktahnutzung und durch die
Kapazität der Kabel gegen Erde, also infolge der dafür notwendigen Aufladezeit gesetzt.
Eine Wartezeit von 15 bis 30 Sekunden, wie sie bei den augenblicklich bekannten
Meßmethoden eintreten kann, bedeutet aber bei einem unbemerkten Ausfall des Signalnetzes
schon eine ernste Gefährdung des Förderbetriebes.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Anzeige
und selbsttätigen Über wachung der Isolationswi derstände nicht geerdeter Gleichstromanlagen
zu schaffen, die auch bei gleichmäßigem und gleichzeitigem Absinken der Isolationswerte
beider Leitungspole gegen Erde die auftretenden Fehler anzeigt und bei plötzlichem
Schlechterwerden des augenblicklich nicht gemessenen Isolationswiderstandes sofort
die Messung dieses Widerstandes veranlaßt bzw. eine Warnung auslöst oder die Netzversorgung
abschaltet.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß
die Brückenzweige
aus den Isolationswiderständen der Leitungspole des Gleichstromnetzes gegen Erde
und aus in ihrer Größe sehr unterschiedlichen Vergleichswiderständen gebildet sind,
daß in jeder der Vergleichswiderstände enthaltenden, beide Speisepunkte miteinander
verbindenden Brückenseiten der zwischen einem Speisepunkt und der Meßdiagonale liegende
Vergleichswiderstand klein gegenüber dem zwischen der Meßdiagonale und dem anderen
Speisepunkt liegenden Vergleichswiderstand der gleichen Brückenseite ist und daß
mittels des Umschalters die Vergleichswiderstände zeitlich nacheinander so gegeneinander
und gegen die Leitungspole vertauschbar sind, daß der oder die kleineren Vergleichswiderstände
einmal zwischen dem Pluspol und der Meßdiagonale und das andere Mal zwischen dem
Minuspol und der Meßdiagonale liegen. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung
sieht die Verwendung von durch den Brückenausgleichstrom steuerbaren Anzeige- und/oder
Schaltmitteln zur Anzeige und/oder selbsttätigen Überwachung des Isolationszustandes
vor, wobei sie ab einem bestimmten Isolationsfehlerwert sofort auf Abtasten der
augenblicklich nicht geprüften Leitung umschalten und/oder den Isolationsfehler
der zu überprüfenden Leitung melden. Auch ein erst ab einem bestimmten Wert des
Brückenausgleichstroms ansprechendes Anzeige- und/oder Schaltinstrument kann zur
Anzeige und/oder selbsttätigen Überwachung des Isolationszustandes vorgesehen sein.
Es empfiehlt sich auch, einen vom Brückenausgleichstrom gesteuerten und eine Brückenseite
im Sinne des Selbstausgleichs der Brücke verstellenden Servomotor zur
Anzeige
und/oder selbsttätiger Überwachung des Isolationszustandes vorzusehen.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus nachstehender
Beschreibung der Schaltbilder von drei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.
Es zeigt Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel mit Vergleichswiderständen für eine Brückenseite
und einem Meßinstrument, das in seinen Endstellungen Schalter aufweist, Fig. 2 ein
Ausführungsbeispiel mit Vergleichswiderständen für beide Brückenseiten und einem
Meßinstrument, das in seinen Endstellungen Schalter aufweist, Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel
mit Vergleichswiderständen für beide Brückenseiten bei dem an Stelle des Meßinstruments
ein Servomotor zum Selbstangleich vorgesehen ist.
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In den Fig. 1 bis 3 speist jeweils ein Generator G über die beiden
nicht geerdeten Leitungen P, AT den Verbraucher ki. Zwischen den Zuleitungen P,
N und Erde sind die zu messenden Isolationswiderstände Rx und Ry angedeutet. In
Fig. 1 sind an diese Zuleitungen P, 1Y die Vergleichswiderstände Rl, R2, R2' über
einen Umschalter U so angeschlossen, daß im dargestellten Fall ein Spannungsteiler
aus der Parallelschaltung der Vergleichswiderstände R1. R2' und dem Vergleichswiderstand
R 2 entsteht. Zwischen dem AbgriffA und Erde (Meßpunkt) ist ein Meßinstrument J
mit einer D-Marke in Skalenmitte und Schaltern in beiden Endstellungen vorgesehen.
Nach Umschalten des Umschalters U würde dagegen ein Spannungsteiler aus der Parallelschaltung
der Vergleichswiderstände R1, R2 und dem Vergleichswiderstand R2' entstehen. Dabei
ist das Anzeigeinstrument J so dimensioniert, daß es bei genügend hohen Isolationswiderständen
Rx bzw. Rv nicht anzeigt. Sinkt der Isolationswert des zu prüfenden Isolationswiderstandes,
hier beispielsweise Rx, stark ab, so entsteht ein Ausgleichstrom durch Rx und die
Parallelschaltung von Rt, R 2', den das Instrument 1 anzeigt. Das Instrument 1 kann
also gleich in Ohmwerten geeicht sein. Erreicht der Isolationswiderstand Rx einen
bestimmten noch niederen Wert, so wird das Anzeigeinstrument 1 bis zu einem Endschalter
ausschlagen und dadurch ein Warnsignal oder irgendeinen Schaltvorgang auslösen.
Sinkt dagegen in der in Fig. 1 dargestellten Stellung des Schalters U der Isolationswiderstand
Ry unbedeutend ab, so wird er dadurch zwar die Isolationsmessung von Rx ungünstig
beeinflussen, doch kann dies in Kauf genommen werden, Ein starkes Absinken von Ry
bringt dagegen den Endausschlagschalter des Anzeigeinstruments 1 in der anderen
Endstellung zum Ansprechen, und durch diesen kann entweder die Anlage sofort stillgelegt
oder sofort auf Prüfen von' Ry umgeschaltet werden.
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Durch die gewählten großen Unterschiede der den Spannungsteiler bildenden
Widerstandsgrößen wird erreicht, daß nur bei einem diesem Verhältnis entsprechenden
Schlechterwerden der Isolationswiderstände Rx und Ry keine Fehleranzeige erfolgt.
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Dieser Nachteil kann aber in Kauf genommen werden, nachdem nach Umschalten
des Schalter U auch dieser Fehler angezeigt wird. Demgegenüber würde bei gleich
großen Widerständen - wenn also am Abgriff A des Spannungsteilers das mittlere Potential
der beiden Leitungen P, N liegen würde -bei gleichmäßigem Schlechterwerden der Isolationswiderstände
Rx, Ry kein Fehler angezeigt. Aber auch nach Umschalten des Schalter U tritt dieser
Fehler
nicht in Erscheinung, und sogar ein Kurzschluß würde in diesem Fall bei gleichmäßigem
Schlechterwerden von Rx und Ry nicht angezeigt werden.
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In Fig. 2 liegt das Meßinstrument J zwischen den Abgriffen A' des
bereits für Fig. 1 beschriebenen, durch die Vergleichswiderstände R1, R2, R2' gebildeten
Spannungsteilers und dem geerdeten Abgriff .4" eines zusätzlichen, durch die Vergleichswiderstände
R3, R4, R4' gebildeten Spannungsteilers.
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Letzterer wird bei der dargestellten Stellung des Schalters U durch
die Parallelschaltung der Vergleichswiderstände R3, R4' und den Vergleichswiderstand
R4 gebildet, wobei auch dieser Spannungsteiler gleiche Äviderstandsverhältnisse
wie der für Fig. 1 beschriebenen Spannungsteiler aufweist und durch den Umschalter
U genauso im Verhältnis zu den Leitungen P, Ä vertauschbar ist. Dabei wird durch
gleichzeitiges Verbinden des Abgriffs A" mit Erde eine Beziehung zu den Isolationswiderständen
Rx, Ry der Leitungspole gegen Erde erreicht. Das Anzeigeinstrument 1 liegt hier
also zwischen den Meßpunkten,4', A" einer abgestimmten Brücke, wenn nur die Isolationswiderstände
der Leitungspole gegen Erde dem Wert Unendlich zustreben, und zeigt die Änderung
der Isolationswerte infolge einer Verstimmung der Brücke an. Dabei werden die Speisepunkte
der Brücke wechselweise zwischen den beiden Leitungspolen P, N vertauscht, so daß
auch die Verstimmung der Brücke zu den Isolationswiderständen Rv/Ry geändert wird,
nachdem diese Werte beim Umschalten nicht mit vertauscht werden. Weil aber die Abgriffe
A', A" potentialmäßig nicht symmetrisch zu den beiden Leitungspolen P, N liegen,
werden hierdurch ebenso, wie bereits für das Ausführungsbeispiel in Fig. 1 dargelegt
wurde, alle auftretenden Fehler der Isolationswiderstände erkannt.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 besteht aus den gleichen Bauelementen
wie das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2, enthält aber zusätzlich am Vergleichswiderstand
R 3 einen verstellbaren Abgriff A"' und an Stelle des Anzeigeinstruments J einen
Servomotor M, der hier zwischen den Abgriffen A' und A"' liegt. Dieser Servomotor
M gleicht selbsttätig mit dem verstellbaren Abgriff A"' die durch die Vergleichswiderstände
und die Isolationswiderstände gebildete Brücke ab. Mit dem Servomotor M ist eine
Anzeigevorrichtung An samt zwei in ihrer Endstellung wirkenden Schalter zwangläufig
verbunden und zeigt die Isolationswerte des jeweils gemessenen Isolationswiderstandes
Rx bzw. Ry an. Die Endschalter können entweder ein Warnsignal auslösen oder die
Anlage abschalten oder veranlassen, daß der Schalter U umschaltet; also die Überprüfung
des Isolationswiderstandes des augenblicklich nicht geprüften Leitungspols gegen
Erde bewirken.
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Bei einer entsprechenden Dimensionierung der Vergleichswiderstände
zeigt die Meßbrücke Isolationsfehler des jeweils zu überprüfenden Isolationswiderstandes,
beispielsweise Rx, auch dann noch mit genügender Genauigkeit an, wenn der die Messung
verfälschende andere Isolationswiderstand Ry nur einen bestimmten Grenzwert von
z. B. 25 kQ nicht unterschreitet. Ist nun der Isolationswiderstand Rx schlechter
als dieser Grenzwert von z. B. 25 kQ, so ist die Stromversorgung gefährdet, und
deshalb wird ein Warnsignal ausgelöst, gegebenenfalls muß die ganze Anlage abgeschaltet
werden. War dagegen der Isolationswiderstand Ry schlechter als der zulässige Grenzwert
von z. B. 25 kQ, so wird zwar dadurch die Messung des Isolationswiderstandes Rx
ungenau,
trotzdem ist aber immer noch zu erkennen, ob sein Wert
über oder unter dem zulässigen Grenzwert von z. B. 25 kQ liegt. :Liegt der Isolationswiderstand
Rx unter dem zulässigen Grenzwert, so wird, wie oben schon aufgeführt, ein Warnsignal
ausgelöst und gegebenenfalls die Anlage abgeschaltet. Liegt dagegen der Isolationswiderstand
Rx iiber dem zulässigen Grenzwert, so ist damit gleichzeitig sichergestellt, daß
nach Umschalten die Überprüfung des Isolationswiderstandes Ry mit genügender Meßgenauigkeit
erfolgt. Auch hier wird wiederum ein Warnsignal ausgelöst, und gegebenenfalls muß
die ganze Anlage abgeschaltet werden, wenn der zulässige Grenzwert des Isolationswiderstandes
Ry unterschritten wird.
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PATENTANSPROCHE: 1. Elektrische Meßbrücke zur Ermittlung der Isolationswiderstände
nicht geerdeter Gleichstromanlagen unter Verwendung von Umschaltern, die ein periodisches,
wechselweises Abtasten der Isolationswiderstände beider Leitungspole gegen Erde
ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Briickenzweige aus den Isolationswiderständen
(Rx, Ry) der Leitungspole (P, AT) des Gleichstromnetzes gegen Erde und aus in ihrer
Größe sehr unterschiedlichen Vergleichswiderständen (Rt, R 2, R2' bzw. R3, R4, R4')
gebildet sind, daß in jeder der Vergleichswiderstände (Rt, R2, R2' bzw. R 3, R 4,
R4') enthaltenden, beide Speisepunkte (LeitungspoleP, AT) miteinander verbindenden
Brückenseiten der zwischen einem Speisepunkt (z. B.
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Pluspol P) und der Meßdiagonale liegende Vergleichswiderstand (Rt,
R2' bzw. R 3, R4') klein gegenüber dem zwischen der Meßdiagonale und dem anderen
Speisepunkt (z. B. Minuspol AT) liegenden Vergleichswiderstand (R2 bzw. R3) der
gleichen Brückenseite ist und daß mittels des Umschalters (U) die Vergleichswiderstände
(R1, R2,
R2' bzw. R3, R4, R4) zeitlich nacheinander so gegeneinander und gegen die
Leitungspole (P, N) vertauschbar sind, daß der oder die kleineren Vergleichswiderstände
einmal zwischen dem Pluspol (P) und der Meßdiagonale und das andere Mal zwischen
dem Minuspol (N) und der Meßdiagonale liegen.