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Schaltungsanordnung zum Messen und Überwachen des Isolationszustandes
ungeerdeter Wechselstrom -Verteilungsnetze Zur Überwachung des Isolationszustandes
von Niederspannungs-Verteilungsnetzen sind verschiedene Verfahren bekanntgeworden.
Besonders eingeführt haben sich davon zwei Systeme. Bei dem einen wird für die Messung
die Netzspannung selbst verwendet, indem drei in Stern geschaltete Gleichrichter
an die Hauptleiter des Netzes angeschaltet und zwischen Sternpunkt und Erde das
anzeigende Instrument bzw. eine Meßeinrichtung gelegt wird. Bei dem anderen System
wird dem Netz aus einer geeigneten Spannungsquelle eine Meßgleichspannung gegen
Erde aufgedrückt, wobei die Ankopplung gegebenenfalls über einen mit Hilfe von drei
Widerständen oder Drosseln gebildeten Sternpunkt erfolgt. Mit den üblichen Mitteln
sind dabei nur Fehler in der Größenordnung des Widerstandes der Meßeinrichtung einwandfrei
zu erfassen.
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Damit das Netz weiterhin als gegen Erde isoliert gelten kann und
zur Begrenzung des Stromes in der Meßeinrichtung ist es dabei in beiden Fällen erforderlich,
die Ankopplung hochohmig durchzuführen. Die geltenden Vorschriften VDE 0100/11./58
fordern im s 11 a einen Widerstand des Meßkreises von mindestens 15 000 Ohm. Mit
den vorgenannten Einrichtungen ist daher eine einwandfreie Erfassung von Fehlern
nur bis zu etwa 10 000 Ohm herunter möglich. Bei der Messung kleinerer Isolationswiderstände
versagen die bekannten Einrichtungen dieser Art.
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Häufig handelt es sich aber darum, auch geringere Isolationswiderstände
einwandfrei zu erfassen. Das kann mit Hilfe einer Brückenschaltung erreicht werden.
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Es ist bereits ein Netzprüfgerät zur ständigen Überwachung von Leitungsnetzen
mittels überlagerter Gleichspannung bekanntgeworden, das von einer gleichstromgespeisten
Meßbrücke Gebrauch macht, deren einer Zweig von dem zu messenden Netz gebildet wird
und in deren Brückendiagonale eine Relaisanordnung zum Auslösen eines Meldegerätes
oder eines Schalters liegt. Diese bekannte Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß
die Meßeinrichtung von dem Wechselstromanteil des Fehlerstromes beeinflußt wird.
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Es ist zwar andererseits bereits bekannt, zur Fernhaltung von Wechselspannung
von Gleichstrommeßkreisen besondere Vorkehrungen zu treffen.
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So sieht ein bekannter Vorschlag für einen Kabelfehleranzeiger zu
diesem Zweck parallel zur Nulldiagonale einer Meßbrücke einen Kondensator vor.
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Auf diese Weise kann aber ein befriedigendes Ergebnis nur durch unwirtschaftlich
große Kondensatoren erzielt werden.
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Es ist weiterhin bekannt, für die Prüfung von Wechselstrommaschinen
mit einer Gleichstrommeßbrücke, in deren einem Zweig der Prüfling liegt, zum Unwirksammachen
von störenden Wechselspannungen einen von einer Kompensationsspannung gespeisten
Dreiwicklungs-Übertrager mit je einer Sekundärwicklung für die Brückennulldiagonale
und einen der Brückenzweige vorzusehen. Eine solche Anordnung ist jedoch nicht völlig
stabil und ihr Abgleich schwierig. Zudem sind Induktivitäten sehr streufeldempfindlich,
was eine sorgfältige Abschirmung, z.B. gegen den für die Zwecke des Erfindungsgegenstandes
erforderlichen Netztransformator, erfordern würde.
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Alle diese Nachteile der bekannten Anordnungen werden durch die Erfindung
bei einer Schaltungsanordnung zum Messen und Überwachen des Isolationszustandes
ungeerdeter Wechselstrom-Verteilungsnetze mit einer bei einem vorgegebenen Isolationsfehler-Widerstand
ihren Nullabgleich erreichenden, gleichstromgespeisten Meßbrücke, in deren einem
Zweig der Prüfling liegt, und mit einer Relaisanordnung in der Nulldiagonale zum
Auslösen eines Meldegerätes oder eines Schalters zum Abtrennen des Prüflings von
der Spannungsquelle unter Anwendung von Mitteln zum Unwirksammachen von aus dem
Prüfling herrührenden Störspannungen sowohl in der Nulldiagonale als auch in einem
der Brückenzweige vermieden. Die Erfindung besteht darin, daß als Mittel zum Unwirksammachen
der Störspannungen in dem Brückenzweig ein RC-Glied vorgesehen ist, das aus einem
in Reihe mit dem der Prüfling enthaltenden
Brückenzweig angeordneten
Widerstand und einem parallel zu diesem Brückenzweig liegenden Kondensator besteht.
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Um auch eine Störung des Brückengleichgewichts durch den bei An-
oder Abschaltung der Brückenspeisespannung auftretenden Lade- bzw. Entladestrom
des Kondensators auszuschließen, kann in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung
noch ein weiterer, etwa gleich großer Kondensator parallel zu einem der anderenBrückenzweige
vorgesehen werden.
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Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden,
die beispielsweise das Schaltbild einer Einrichtung gemäß der Erfindung zeigt.
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In der Zeichnung ist mit 1 der Speisetransformator bezeichnet, an
dem das zu überwachende Netz 2 liegt. Hierfür ist eine Meßbrücke 3 vorgesehen, die
von einer geeigneten Gleichspannungsquelle 4 gespeist wird. Diese Gleichspannungsquelle
kann aus einer Batterie bestehen, der Gleichstrom kann aber auch - wie dargestellt
- über einen Transformator und eine Gleichrichteranordnunig dem Netz 2 entnommen
werden.
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Drei Zweige dieser Meßbrücke werden aus festen Widerständen 5, 6
und 7 gebildet, während im vierten Zweig der zu messende Isolationswiderstand liegt.
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Zu diesem Zweck ist der eine Speisepunkt 8 der Brücke an das zu überwachende
Netz 2 angeschlossen, während der den anderen Endpunkt dieses Brückenzweiges bildende
Punkt 9 an Erde gelegt ist.
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Der Anschluß der Brückenanordnung an das Netz 2 erfolgt über einen
hochohmigen Widerstand 10. Falls die drei Hauptleiter des Netzes am Anfang oder
Ende betriebsmäßig, beispielsweise durch einen Motor, miteinander verbunden sind,
genügt der Anschluß an einen der Netzleiter. Anderenfalls erfolgt die Ankopplung
in bekannter Weise, wie in der Zeichnung dargestellt, über einen durch eine Dreiphasendrossel
11 geschaffenen künstlichen Sternpunkt.
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Da vom Netz her der Meßeinrichtung eine Wechselspannung aufgedrückt
wird, die in ungünstigen Fällen 30dz, bei Fortlassung der Drossel 11 sogar 500 V
betragen kann, wird nach der Erfindung zwischen Punkt 8 und 9 der Brücke ein Kondensator
12 eingeschaltet. Dieser Kondensator liegt für die Wechselspannung des Netzes in
Reihe mit dem Widerstand 10 an Erde, so daß durch die Spannungsteilung an den Punkten
8 und 9 nur eine geringe Wechselspannung auftritt. Symmetrisch zu dem Kondensator
12 wird dem Brückenzweig 7 ebenfalls ein Kondensator 13 parallel geschaltet, wodurch
das Gleichgewicht der Brücke hergestellt ist und während des Einschaltens nicht
durch kapazitive Einflüsse gestört werden kann. Für einen Abgleich hierfür ist zwischen
den Widerständen 5 und 6 noch ein Einstellwiderstandl8 vorgesehen.
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Die Messung bzw. Überwachung des Isolationszustandes erfolgt durch
eine in die Brückendiagonale zwischen den Punkten 9 und 14 geschaltete Meßanordnung,
die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus dem Meßrelais 15 besteht, dem
die zwischen den Punkten 9 und 14 auftretende Meßgleichspannung über einen zweistufigen
Transistorverstärker zugeführt wird. Dieser Transistorverstärker besteht aus den
Transistorenl6 und 17. Da zwischen den Punkten 9 und 14 trotz der Anordnung der
Kondensatoren 12 und 14 immer noch eine Wechselspannung auftritt, die der zu messenden
Gleichspannung überlagert ist, erfolgt durch einen Wider-
stand 20 und einen Kondensator
21 eine weitere Siebung, so daß die zu messende Brückenspannung an dem Kondensator
21 ansteht. Die noch bei einer Verstärkung der Brückenspannung auftretende Welligkeit
der Gleichspannung kann durch einen Kondensator 28 an geeigneter Stelle beseitigt
werden. Um den Verstärker gegen Beschädigung durch zu hohe Spannungen zu schützen,
liegt an seinem Eingang ein Schwellwertgleichrichter 22, der zusammen mit dem Widerstand
20 die Spannung auf max. 1 Volt begrenzt. Das RC-Glied20,21 kann zur Verbesserung
der Wirkung gegebenenfalls verdoppelt (20a, 21 a) werden.
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Um die Anordnung verschiedenen Betriebsbedingungen anpassen zu können,
d. h. verschiedene Sollwerte des zu überwachenden Isolationszustandes einstellen
zu können, kann der Widerstand 7 veränderbar gemacht oder, wie in dem dargestellten
Beispiel, zusätzlich zu ihm ein weiterer regelbarer Widerstand 24 vorgesehen werden.
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Das dargestellte Gerät erfüllt seine Aufgabe in folgender Weise:
Ist die Brückenanordnung beispielsweise auf einen Isolationswert von 12 kOhm am
Sollwerteinsteller 24 eingestellt, so wird die Gleichspannung an den Punktee 9 und
14 dann Null, wenn der zwischen dem Punkt 9 und dem WiderstandlO bestehende Isolationswert
des Netzes ebenfalls 12 kOhm beträgt. Ist der Widerstand größer, so treten in dem
Brückenzweig Polaritäten auf, die den Punkt 9 positiv und den Punkt 14 negativ machen.
Eine solche Gleichspannung kann den Verstärker nicht betätigen, so daß das Relais
15 abgefallen bleibt. Da der Verstärker bereits durch Spannungen am Eingang 22 von
100 bis 150 mV ausgesteuert werden kann, erfolgt ein Anziehen des Relais dann, wenn
der Isolationswiderstand den vorgesehenen Wert bereits wenig unterschreitet. Durch
eine relativ hohe Betriebsspannung der Gleichspannungsquelle 4 und durch den Verstärker
wird eine sehr geringe Abweichung vom Sollwert bereits erfaßt. Noch genauer wird
der Sollwert gehalten, wenn der Verstärker bei Spannung 0 am Eingang bereits ausgesteuert
ist. Das kann beispielsweise durch einen Widerstand 23 zwischen Basis der ersten
Transistorstufe und dem Minuspol der Verstärkerspannungsquelle geschehen.
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An Stelle der zur Überwachung des Isolationszustandes dienenden Relais
anordnung oder zusätzlich zu dieser kann auch noch ein Anzeigeinstrument25 im Diagonalzweig
der Brücke vorgesehen werden.
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Dieses Instrument kann parallel zu der Relaisanordnung zwischen die
Punkte 9 und 14 eingeschaltet werden. Vorzuziehen ist es aber, das Instrument25,
wie im dargestellten Ausführungsbeispiel, in Reihe mit dem Eingang der Relaisschaltung
anzuordnen.
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Als Meßinstrument wird in üblicher Weise ein solches mit Nullpunkt
in der Mitte verwendet. Die Mittelstellung des Zeigers entspricht dann dem Sollwert
des Isolationswiderstandes, während ein Ausschlag nach der einen Seite einen Widerstand
gegen Null gehend und nach der anderen Seite einen den Sollwert überschreitenden
Widerstand gegen unendlich gehend anzeigt. Trotzdem die Meßeinrichtung durch einen
verhältnismäßig hohen Widerstand 10 an das Netz angeschlossen ist (15 kOhm), gestattet
die Schaltung eine Anzeige von Isolationswiderständen in weiten Grenzen zwischen
beispielsweise 1 kOhm bis 15 kOhm.
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Es ist möglich, zur Prüfung des Meßrelais eine Prüfeinrichtung vorzusehen,
die aus einem einstellbaren Widerstand 26 und einem Taster 27 besteht, durch den
der Widerstand 26 an Erde gelegt werden kann. Mit diesem Widerstand 26 ist es in
jedem Fall möglich, die Ansprechgrenze der Relais anordnung zu ermitteln. Gegebenenfalls
kann dabei durch Umschaltung das Netz abgetrennt werden, damit sein Isolationswert
nicht generell mitgemessen wird.