DE1171066B

DE1171066B - Device for protecting direct current networks with two isolated poles

Info

Publication number: DE1171066B
Application number: DEC29154A
Authority: DE
Original assignee: Charbonnages de France CDF
Current assignee: Charbonnages de France CDF
Priority date: 1962-02-15
Filing date: 1963-02-14
Publication date: 1964-05-27

Description

Vorrichtung zum Schutz von Gleichstromnetzen mit zwei isolierten Polen Die Erfindung betrifft die Überwachung der Isolation und den Schutz eines Gleichstromnetzes mit zwei isolierten Polen.Device for protecting direct current networks with two isolated poles The invention relates to the monitoring of the insulation and the protection of a direct current network with two isolated poles.

Es sind bereits Vorrichtungen zum Schutz von Netzen bekannt, welche ein Umschaltrelais umfassen, das die abwechselnde Überwachung der Isolation jedes der beiden Pole mittels eines nach Erde führenden Widerstandskreises gestattet. Dieser Kreis umfaßt eine Strommeßeinrichtung. Derartige Vorrichtungen haben den Vorteil, daß sie die Anzeige ausgeglichener Fehler auf den beiden Polen gestatten; wegen der Leitungskapazitäten erfolgt jedoch bei jeder Umschaltung eine Ladung und Entladung dieser Leitungskapazitäten. Dadurch wird ein Stromfluß in dem an Erde angeschlossenen Anzeigekreis hervorgerufen. Der mittlere Wert dieses Stromes ist um so höher, je größer die Umschaltfrequenz des Umschaltrelais ist.There are already devices for protecting networks known which include a changeover relay that monitors the isolation of each of the two poles by means of a resistance circuit leading to earth. This circuit includes a current measuring device. Such devices have the Advantage of allowing balanced errors to be displayed on both poles; however, because of the line capacities, a charge takes place with each switchover Discharge of these line capacities. This creates a flow of current in the one to earth connected display circuit. The mean value of this current is the higher the higher the switching frequency of the switching relay.

Der Hauptnachteil dieser Vorrichtungen besteht darin, daß die Strommeßvorrichtung im normalen Betrieb an einem fehlerfreien Netz von einem Strom durchflossen wird, der nicht von einem Fehlerstrom unterschieden werden kann. Wenn ein Fehler auftritt, kann dieser außerdem nicht genau gemessen werden, da dem Fehlerstrom in dem an Erde angeschlossenen Anzeigekreis in jedem Augenblick ein sich exponentiell ändernder Ladungs- und Entladungsstrom der Leitungskapazitäten überlagert wird. Praktischerweise kann die Umschaltung und die Messung bei derartigen Vorrichtungen nur bei ziemlich großen Zeiträumen in der Größenordnung von einigen zehn Sekunden erfolgen. Selbstverständlich entspricht eine derartige Frequenz zur überwachung der Isolation eines Netzes nicht den Sicherheitsbedingungen, welche in vielen praktischen Fällen erforderlich sind.The main disadvantage of these devices is that the current measuring device a current flows through it during normal operation on a fault-free network, which cannot be distinguished from a fault current. If an error occurs, In addition, this cannot be measured precisely because of the fault current in the to earth connected display circuit at every moment an exponentially changing Charge and discharge current of the line capacitances is superimposed. Conveniently the switching and the measurement with such devices can only be done at fairly large periods of time on the order of tens of seconds. Of course does not correspond to such a frequency for monitoring the isolation of a network the safety conditions that are required in many practical cases.

Es ist auch schon eine Erdschlußüberwachungseinrichtung mit einem Langsamumschalter bekannt, bei der der Anzeigekreis sogleich nach jeder Umschaltung kurzzeitig kurzgeschlossen wird, damit die unerwünschten Ladungs- und Entladungsströme vor Zuschaltung des Anzeigekreises abfließen können. Diese bekannte Einrichtung hat jedoch den Nachteil, daß auch die Fehlerströme für eine gewisse Zeit kurzgeschlossen und damit nicht zur Anzeige ausgenutzt werden. Im übrigen werden auch nach Aufhebung des Kurzschlusses bei der bekannten Einrichtung noch Reste der Lade- und Entladeströme fließen, welche die Fehlerstrommessung verfälschen.It is also a ground fault monitoring device with a Slow switch known, in which the display circle immediately after each switch is short-circuited for a short time, so that the undesired charge and discharge currents can flow off before the display circuit is switched on. This well-known facility however, it has the disadvantage that the fault currents are also short-circuited for a certain time and thus not be used for display. Otherwise, even after repeal of the short circuit in the known device still remains of the charging and discharging currents which falsify the fault current measurement.

Ziel der Erfindung ist eine Vorrichtung, welche die Überwachung der Isolation eines Netzes der vorbeschriebenen Art bei einer geringeren Periode als 1 Sekunde gestattet und außerdem eine genaue, dauernd die Isolation des Netzes bezüglich Erde darstellende quantitative Messung liefert, ohne daß die Fehlerstrommessung während des Anliegens des Umschalters an einem Leitungspol unterbrochen werden muß.The aim of the invention is a device that monitors the Isolation of a network of the type described above with a period less than 1 second allowed and also an accurate, permanent isolation of the network with respect to Provides quantitative measurement representing earth without affecting the fault current measurement must be interrupted while the changeover switch is in contact with a line pole.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, jeden der Pole des Netzes abwechselnd und mit einer geringeren Periode als 1 Sekunde über einen Gleichrichteranzeigekreis mit Erde zu verbinden, in dem die Änderungen des von der Ladung und Entladung der Leitungskapazität stammenden gleichgerichteten Signals durch ein Signal zu Null gemacht werden, das durch Transformation des veränderlichen in dem Anzeigekreis fließenden Stromes erhalten wird.The device according to the invention consists in each of the poles of the network alternately and with a period less than 1 second over a Connect the rectifier indication circuit to earth in which the changes in the Charging and discharging of the line capacitance originating rectified signal be made to zero by a signal that is transformed by transforming the variable current flowing in the display circuit is obtained.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt die folgenden Schaltelemente: ein Umschaltrelais, welches jeden der Pole des Netzes abwechselnd und mit einer geringeren Periode als 1 Sekunde über einen Anzeigekreis mit Erde verbindet; einen Anzeigekreis an Erde mit einem Widerstand, an dessen Klemmen eine erste, durch einen Widerstand belastete Gleichrichtungsvorrichtung angelegt ist, und einen Transformator, dessen Primärwicklung in Reihe in den Anzeigekreis eingeschaltet ist und dessen Sekundärwicklung an die Klemmen einer zweiten durch einen Widerstand belasteten Gleichrichtungsvorrichtung geschaltet ist, wobei die beiden Gleichrichtungsvorrichtungen über eine Galvanometervorrichtung gegeneinandergeschaltet sind, an deren Klemmen ein Kondensator anliegt.The device according to the invention comprises the following switching elements: a changeover relay, which each of the poles of the network alternately and with a connects less than 1 second to earth via a display circuit; a Display circuit to earth with a resistor, at the terminals of which a first, through a Resistance loaded rectifying device is applied, and a transformer, whose primary winding is connected in series in the display circuit and whose Secondary winding to the terminals of a second loaded by a resistor Rectifying device is connected, the two rectifying devices are connected against each other via a galvanometer device, at their terminals a capacitor is present.

Das Umschaltrelais kann von irgendeiner bekannten Art sein, welche so ausgebildet ist, daß sie die erforderliche Anzahl von Umschaltungen vornehmen kann. In der Praxis muß das Relais wenigstens drei bis vier Umschaltzyklen pro Sekunde ausführen können. Das ist nach den durchgeführten Versuchen ein vernünftiger Wert. Das Relais kann z. B. ein elektromagnetisches Relais sein, welches durch einen Multivibrator gesteuert wird, oder es besteht aus zwei Fotowiderständen mit wechselnder Beleuchtung.The changeover relay can be of any known type, which is designed to make the required number of switchings can. In practice, the relay must have at least three to four switching cycles per second can perform. According to the tests carried out, this is a reasonable value. The relay can e.g. B. be an electromagnetic relay, which by a multivibrator controlled, or it consists of two photoresistors with alternating lighting.

Auch die Galvanometervorrichtung kann von irgendeiner bekannten Art sein. Sie kann z. B. aus einem einfachen Miniamperemeter mit oder ohne Kontakt bestehen. Es kann auch eine andere Stromanzeigevorrichtung mit oder ohne Verstärkung verwendet werden.Also the galvanometer device can be of any known type be. You can z. B. consist of a simple mini ammeter with or without contact. Another current indicating device, with or without amplification, can also be used will.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung, welche ein mögliches Schaltbild einer Vorrichtung zur überwachung der Isolation und zum Schutz eines Gleichstromnetzes mit zwei isolierten Polen gemäß der Erfindung zeigt.Further features and advantages of the invention emerge from the following Description of an exemplary embodiment with reference to the drawing, which shows a possible Circuit diagram of a device for monitoring the insulation and protecting a Shows direct current network with two isolated poles according to the invention.

In der Zeichnung bezeichnen A und B die beiden Pole des Gleichstromnetzes, welches durch überwachung seiner Isolation gegen Erde geschützt werden soll.In the drawing, A and B designate the two poles of the direct current network, which is to be protected from earth by monitoring its insulation.

Gemäß der Erfindung werden die beiden Pole A und B über ein Umschaltrelais 1 abwechselnd mit Erde verbunden. Der bewegliche Kontakt 1 a des Umschaltrelais 1 verbindet nacheinander mit einer geringeren Periode als 1 Sekunde über Widerstände R1 und R, die Pole A und B mit einem Gleichrichtungsanzeigekreis 2; dieser ist seinerseits mit Erde verbunden. Weiter unten wird auf diesen Kreis im einzelnen zurückgekommen.According to the invention, the two poles A and B are alternately connected to earth via a changeover relay 1. The movable contact 1 a of the changeover relay 1 connects one after the other with a period less than 1 second via resistors R1 and R, the poles A and B with a rectification indicator circuit 2; this in turn is connected to earth. We will return to this circle in detail below.

Die Steuerung des Umschaltrelais 1 wird vorteilhafterweise durch einen mit Transistoren ausgerüsteten Multivibrator 3 irgendeiner bekannten Art gewährleistet. Dieser ist selbst über einen Widerstand R3 an die Pole A und B angelegt; er wird mit konstanter Spannung gespeist, welche durch Einschaltung einer Zenerdiode 4 und eines Kondensators 5 eine vernachlässigbare Wechselkomponente hat.The control of the switching relay 1 is advantageously by a equipped with transistors multivibrator 3 of any known type guaranteed. This is itself applied to poles A and B via a resistor R3; he will fed with constant voltage, which by switching on a Zener diode 4 and of a capacitor 5 has a negligible alternating component.

Das Umschaltrelais kann von irgendeiner an sich bekannten Art sein, so daß es die erforderliche häufige Umschaltung ausführen kann. Versuche haben ergeben, daß das Relais in der Praxis wenigstens drei bis vier Umschaltzyklen pro Sekunde ausführen können muß. Das Relais kann z. B. vorteilhafterweise ein durch einen Multivibrator gesteuertes elektromagnetisches Relais sein, wie es in der Zeichnung dargestellt ist; es kann aber auch aus zwei Fotowiderständen mit abwechselnder Beleuchtung bestehen.The changeover relay can be of any type known per se, so that it can make the necessary frequent switching. Tests have shown that the relay in practice at least three to four switching cycles per second must be able to perform. The relay can e.g. B. advantageously one by a multivibrator controlled electromagnetic relay as shown in the drawing is; but it can also consist of two photo resistors with alternating lighting.

Der Anzeigekreis 2 besteht im wesentlichen aus den folgenden Elementen: einem Widerstand R4, an dessen Klemmen eine erste Gleichrichterbrücke 6 liegt, die mit einem Widerstand R5 belastet ist, und einem Transformator 7, dessen Primärwicklung 7, in Reihe in den Anzeigekreis geschaltet ist und dessen Sekundärklemmen 7, an eine zweite Gleichrichterbrücke 8 angeschlossen sind, welche mit einem Widerstand R6 belastet ist.The display circuit 2 consists essentially of the following elements: a resistor R4, at the terminals of which is a first rectifier bridge 6, which is loaded with a resistor R5, and a transformer 7, the primary winding 7 of which is connected in series in the display circuit and its Secondary terminals 7 are connected to a second rectifier bridge 8, which is loaded with a resistor R6.

Der Widerstand R4 ist vorteilhafterweise regelbar, um die Spannungen an den Ausgängen der Gleichrichter 6 und 8 ausgleichen zu können.The resistor R4 is advantageously adjustable to the voltages to be able to equalize at the outputs of the rectifiers 6 and 8.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Schaltung sind die beiden Gleichrichtervorrichtungen 6 und 8 über eine Galvanometervorrichtung 9 gegeneinander geschaltet, an deren Klemmen ein Integrationskondensator 10 anliegt. Die Galvanometervorrichtung kann von irgendeiner bekannten Art sein. Sie kann z. B. aus einem einfachen Milliamperemeter bestehen, das vorteilhafterweise einen Kontakt 11 aufweist, der bei einer bestimmten Auslenkung des Zeigers 12, welche einem bestimmten Isolationsfehlerwert entspricht (wie weiter unten näher ausgeführt wird), den Betrieb einer Alarmvorrichtung oder das Auslösen eines das zu schützende Netz steuernden Abschaltgerätes über irgendeinen geeigneten an die Klemmen des schematisch mit 13 bezeichneten Kreises angelegten Steuerkreis hervorruft.According to a further feature of the circuit, the two rectifier devices 6 and 8 are connected to one another via a galvanometer device 9, at the terminals of which an integration capacitor 10 is applied. The galvanometer device can be of any known type. You can z. B. consist of a simple milliammeter, which advantageously has a contact 11, which at a certain deflection of the pointer 12, which corresponds to a certain insulation fault value (as will be explained in more detail below), the operation of an alarm device or the triggering of the network to be protected controlling shutdown device via any suitable control circuit applied to the terminals of the circuit indicated schematically by 13.

Als Galvanometervorrichtung kann man außerdem jede andere Stromanzeigevorrichtung mit oder ohne Verstärkung verwenden, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird.Any other current display device can also be used as the galvanometer device use with or without reinforcement without departing from the scope of the invention will.

Der Transformator 7 hat solche Eigenschaften, daß das von der Gleichrichtervorrichtung 8 abgegebene Signal während der gesamten Zeit der Änderung des von der Gleichrichtervorrichtung 6 abgegegebenen Signals und als Folge von Ladungs- und Entladungsströmen der Kapazitäten des sehr ausgedehnten zu schützenden Netzes dem Stromdurchgang durch die Galvanometervorrichtung 9 entgegensteht. Dadurch wird der Einfluß der Netzkapazitäten auf die Empfindlichkeit des Anzeigegerätes 9 vollständig beseitigt, wie er bei den bekannten Systemen auftritt.The transformer 7 has such characteristics that that of the rectifier device 8 output signal during the entire time of the change of the rectifier device 6 output signal and as a result of charge and discharge currents of the capacities of the very extensive network to be protected, the passage of current through the galvanometer device 9 opposes. This reduces the influence of the network capacities on the sensitivity of the display device 9 completely eliminated, as occurs in the known systems.

Weiter ist es wichtig, zu bemerken, daß die Integrations-Kapazität 10, welche an den Klemmen der Galvanometervorrichtung 9 liegt, nicht nur die Unterdrückung der Schwingungen des Meßgerätes gestattet, sondern auch bei in dem zu schützenden Netz auftretenden ausgeglichenen Doppelfehlern an dem Meßgerät eine Auslenkung abzulesen, welche der eines einfachen Fehlers von gleichem Wert entspricht. Im Gegensatz hierzu beträgt der Strom, welcher das Meßgerät im Falle eines ausgeglichenen Doppelfehlers durchfließt, bei den bekannten Systemen die Hälfte des Stromes, welcher das gleiche Gerät im Falle eines einfachen Fehlers gleichen Widerstandes durchfließt.It is also important to note that the integration capacitance 10, which is connected to the terminals of the galvanometer device 9, allows not only the suppression of the oscillations of the measuring device, but also a deflection in the case of compensated double errors occurring in the network to be protected on the measuring device read which corresponds to that of a simple error of the same value. In contrast to this, the current which flows through the measuring device in the case of a balanced double fault is half of the current which flows through the same device in the case of a single fault with the same resistance in the known systems.

Claims

Claims: 1. Device for the protection and monitoring of the Isolation of an electrical direct current network, the two poles of which are isolated from earth are, in which alternately each of the poles via a resistance circuit with a current measuring device is connected to earth, d a -characterized in that the alternating connection each of the poles with earth with a period less than 1 second and over one Rectification display circuit takes place in which the changes in the rectified Signal based on the charging and discharging of the line capacitance by means of a signal can be made zero by transforming the variable in the display circle flowing current is obtained.

2. Device for protecting and monitoring the insulation of an electrical direct current network, the two poles of which are isolated from ground, with a switching relay which allows the alternating monitoring of each of the two poles by means of a resistance circuit leading to earth with a current measuring device, characterized in that the Changeover relay (1 a) with a period less than 1 second connects each of the two poles (A, B) of the network to earth via a display circuit (2), which in series has a resistor (R4), at the terminals of which a first, through a Resistance (R5) loaded rectifier device (6) is applied, and the primary winding (7p) of a transformer (7) whose secondary winding (75) is applied to the terminals of a second rectifier device (8) loaded by a resistor (R6), wherein the two rectifier devices (6, 8) are connected to one another via a galvanometer device (9), at the terminals of which a condenser is attached nsator (10) is applied.

3. Device according to claim 2, characterized in that that the switching relay (1 a) allows at least three switching cycles per second.

4. Device according to claims 2 and 3, characterized in that the changeover relay (1 a) is an electromagnetic relay controlled by a multivibrator (3).

5. Device according to claims 2 and 3, characterized in that the changeover relay (1 a) consists of two photoresistors with alternating lighting.

6. Device according to claim 2, characterized in that the galvanometer device (9) by a milliammeter is formed, which is provided with a maximum contact (11, 12) is what the operation of an alarm device at a predetermined insulation fault value or triggers the disconnection device to control the network to be protected. Documents considered: German Patent No. 971423.