DE1541742A1

DE1541742A1 - Verfahren und Einrichtung zur UEberwachung des Gesamtisolationswiderstandes eines elektrischen Netzes gegen Erde oder Masse

Info

Publication number: DE1541742A1
Application number: DE19661541742
Authority: DE
Inventors: Michel Souillard
Original assignee: Compteurs Schlumberger SA
Current assignee: Compteurs Schlumberger SA
Priority date: 1965-12-13
Filing date: 1966-12-09
Publication date: 1969-07-17
Also published as: DE1541742C3; FR1467126A; DE1541742B2; GB1173288A

Description

Yerfahren und Einrichtung

zur Überwachung des Gresamtisolationswiderstandea

eines elektrischen Netzes ge^en Erde oder Masse

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Überwachung des Gesamtisolationswiderstandes eines elektrischen Netzes gegen Erde oder Masse.

line der der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgaben besteht darin, den Gesamtwiederstand eines elektrischen Netzes, unabhängig von dessen Kapazität gegen Erde oder Masse und unabhängig von dessen Stromart überwachen zu können, insbesondere auch unabhängig davon, ob es sich um ein Gleichstromnetz, ein Sinphasen-Weehselstromnetz, ein Mehrphasennetz mit oder mit nicht herausgeführtem Nulleiter oder um ein komplexes Wechselstrom-Gleichstromnetz mit galvanischer Verbindung zwischen den Metzteilen, z.B. durch Gleichrichter, Umrichter, Einankerumformer, u.dgl., handelt. Eine v/eitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Überwachung des Gesamtisolationswideratandes, unabhängig davon, ob das !Tete unter Spannung steht oder nicht, ferner unabhängig von der Hetzbelastung oder von bestehenden fehlern zwischen stromführenden iTetzteilen, durchzuführen. Schließlich soll sichergestellt v/erden, daß alle an das letz angeschlossenen Stromverbraucher ihre volle leistung aufnehmen.

Diese Aufgaben werden gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein sinusförmiger Meßstrom niedriger Frequenz symmetrisch an das Hetz und an Erde oder Masse gelegt wird und daß die Phasenlagen zweier Ströme miteinander verglichen werden, von denen der eine Strom derjenige ist, der über einen auf die Ansprechgrenze eingestellten Bezugswiderstand fließt und der andere Strom derjenige ist, der sich aus der vektoriellen Differenz zwischen dem üeSstrom, der zwischen Netz oder Erde fließt, und dem durch den Bezugswiderstand fließenden Strom ergibt.

Bei Wechselstromnetzen wird nach der Erfindung als Meßfrequenz eine Frequenz gewählt, die wesentlich niedriger als die .Frequenz des Netzes ist, z.B. 20 Hz bei einer Hetzfrequenz von 50 Hz.

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Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung besteht der Vorteil, daß die Fehlerimpedanz des Netzes gegen Erde oder Masse nur aus dem Widerstand der Isolation und der Kapazität des Netzes gegen Erde oder Masse gebildet wird. Der Meßstrom ist also gegenüber der Meßspannung phasenverschoben, wobei seine Wirkkomponente vom Isolationswiderstand und seine Blindkomponente von der Kapazität des Netzes gegen Erde oder Masse bestimmt wird. Hinzu kommt der Vorteil, daß sich der Strom niedriger Frequenz gleichmäßig im Netz ausbreitet.

Die symmetrische Zuführung des Meßstromes niedriger Frequenz erfolgt über eine Ankopplung, die gemäß der Erfindung aus einem auf die Meßfrequenz abgestimmten Längsfilterkreis mit mindestens einem Kondensator besteht, der den Strom des zu überwachenden Netzes gegen den Meßstromkreis weitgehend sperrt, wobei der Kondensator eine galvanische Trennung zwischen dem Meßstromkreis und dem Netz bewirkt.

Wenn das zu überwachende Netz ein Wechselstromnetz ist, wird nach der Erfindung vorteilhafterweise ein auf die Netzfrequenz abgestimmter Hcihenresonanzkreis als Querfilter verwendet, der die durch den Längsfilter gelangende Restnetzspannung sowie ihre Harmonischen kurzschließt.

Damit durch eine derartige Ankopplung nicht die Überwachung des Isolationswiderstandes nachteilig beeinträchtigt wird, werden zweckmäßigerweise gemäß der Erfindung Mittel vorgesehen, die den durch den Meßstrom in der Ankopplung entstehenden Spannungsabfall sowie den durch das Querfilter fließenden komplexen Meßfrequenzstrom kompensieren.

Als Ausführungsbeispiel einer Überwachungseinrichtung gemäß der Erfindung soll der in Fig.1 dargestellte Stromlaufplan dienen, während Fig.2 ein Vektordiagramm der Meßströme zeigt.

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Auf der rechten Seite von Pig.T sind die Ankopplungen der überwachimgseinrichtung an verschiedene Netze gezeigt:

bei "M" ein Zweileiternetz für Gleichstrom oder einphasigen Wechselstrom,

hei "P" ein dreiphasiges Netz mit herausgeführtem Nulleiter, "bei "Q^rt ein dreiphasiges Netz ohne Nulleiter.

Jede dieser Ankopplungen kann an die Klemme (10) der überwachungseinrichtung angeschlossen werden. Die Ankopplungen haben die Aufgabe, die Netze von der Überwaehungseinrichtung galvanisch zu trennen, eine symmetrische Ankopplung der Netze an die Überwachungseinrichtungen zu ermöglichen sowie ein Einfließen der Netzfrequenz und ihrer Oberwellen in die Überwachungseinrichtung bei Wechselstromnetzen zu verhindern.

Die galvanische Trennung wird durch mindestens 1 Kondensator (1, 2, 4, 5, 6, 7) zwischen den Netzleitern und der Überwachungseinrichtung erreicht. Die symmetrische Ankopplung erfolgt bei ¹¹M" durch eine in der Mitte angezapfte Drossel (3), bei "P" durch die 3 Drosselspulen zwischen den Phasen A, B, C und dem Nulleiter, bei "Q" durch die 3 an einer Seite miteinander verbundenen Kondensatoren 5, 6, 7, die einen künstlichen Nullpunkt bilden.

Ein Binfließen der Netzfrequenz in die Überwachungseinrichtung wird dadurch verhindert, daß eine Drosselspule (11) mit den Koppelgliedern (1-7) in Reihe geschaltet ist, deren Selbstinduktion so abgestimmt ist, daß sie mit den Koppelgliedern einen Filterkreis (Resonanzkreis für die niedrige Meßfrequenz oder Tiefpaß) bildet, der den Meßstrom durchfließen läßt, die Netzfrequenz und ihre Oberwellen jedoch weitgehend sperrt. Bei Überwachung von Wechselstromnetzen ist außerdem ein aus dem Kondensator® und der Drosselspule (12) bestehender, auf die Netzfrequenz abgestimmter Resonanzkreis vorgesehen, der zwischen dem Punkt (13) und der Erde "T" angeschlossen ist und infolge seines geringen Widerstandes bei Netzfrequenz die Restspannung des oben beschriebenen Mlterkreises kurzschließt, so daß sie in dem im folgenden beschriebenen Meßstromkreis nicht wirksam werden kannο

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Der Meßgenerator (H) gibt die Meßspannung Ug niedriger Frequenz (z.B. 20 Hz) mit einem Strom Ig .ab. Eine Klemme des Generators liegt über die Klemme (19) an Erde "T", während die andere Generatorklemme an die Klemme (20) angeschlossen ist. Der vom Generator (H) abgegebene Strom Ig teilt sich auf in die folgenden Ströme:

den Meßstrom Ir, der durch die Primärwicklungen (24a, 15a), die Ankopplung (11, 1, 2, 3) und die aus dem Erdschlußwiderstand und der Kapazität des Netzes gegen Erde bestehende Fehlerimpedanz zur Erde fließt und hauptsächlich von dieser bestimmt wird,

den Strom Iq, der durch die Primärwicklungen (24a, 15a) der Meßtransformatoren (H, 15) und dann durch den aus dem Kondensator (9) und der Drossel (12) gebildeten Hetzresonanzkreis, der für die Meßfrequenz einen komplexen Widerstand darstellt, zur Erde fließt,

den Bezugsstrom IRo, der durch den Widerstand (16), die Wicklungen (17b» 18a) der Meßtransformatoren (17> 18) und durch den einstellbaren Bezugswiderstand (25) zur Erde fließt,

den Strom, der durch die Primärwicklung (22a) des Transformators (22), den Kondensator (21) und die Selbstinduktionsspule (23) zur Erde fließt. Dieser Strom hat gleichfalls den Wert Iq, da die Elemente dieses Kreises so bemessen sind, daß sie für die Meßfrequenz den gleichen komplexen Widerstand bilden, wie der aus dem Kondensator (9) und der Selbstinduktionsspule (12) gebildete Resonanzkreis.

Der Transformator (15) gibt in seiner Sekundärspule (15b) den Strom Ir + Iq = 1 ab (für alle Transformatoren sei das Übersetzungsverhältnis 1 : 1 festgesetzt). Der Transformator (22) gibt in seiner Sekundärspule (22b) den Strom Iq ab. Beide Ströme durchfließen die Primärspule (17a) des Transformators (17) in entgegengesetzter Richtung, so daß ihre Differenz I - Iq = Ir + Iq - Iq = Ir, also der Meßstrom, wirksam, wird. Die zv/eibe Primärspule (17b) des Transformators (17) wird von dem Bezugsstrom IRo durchflossen. Sie hat entgegengesetzten Wicklungssinn gegenüber der Wicklung (17a), so daß dieser' Transformator in seiner Sekundärwicklung (17c) eine Spannung

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erzeugt, die der Differenz der Ströme in den "beiden Primärwicklungen proportional ist, also die Größe Ir - IRo hat. Der Transformator (18) wird in seiner Primärwicklung (18a) vom Strom IRo durchflossen und gibt in seiner Sekundärwicklung eine proportionale Spannung ab.

Durch Verstellen des einstellbaren Widerstandes (25) wird die Größe des Bezugsstromes IRo und damit die Ansprechgrenze der Überwachungseinrichtung eingestellt. Der Bezugsstrom IRo durchfließt außerdem den Widerstand (16), der an der Sekundärwicklung (24b) des Transformators (24) angeschlossen ist. Dieser Widerstand (16) ist derartig dimensioniert, daß er in dem Stromkreis für den Bezugsstrom IRo den gleichen Spannungsabfall hervorruft, der in der Ankopplung durch den Meßstrom entsteht. Durch diese Maßnahme wird der Spannungsabfall in der Ankopplung kompensiert.

Die Sekundärwicklungen (17c) und (18b) der Transformatoren (17) und (18) sind in bekannter Weise an die 4 Spitzen des aus 4 Dioden bestehenden Ringmodulators (26) angeschlossen-Zwischen ihre Mittelanzapfungen ist die Wicklung (27a) des polarisierten Relais (27) geschaltet, dessen Kontakt (27b) einen nicht dargestellten Meldestromkreis schließt, wenn die Erregerwicklung von einem vom Modulator kommenden Strom in nur einer Richtung durchflossen wird.

Das Vektordiagramm der Ströme zeigt Pig.2. Darin bedeutet der Vektor OA den Bezugsstrom IRo, der infolge des ohmschen Widerstandes (25) mit der Meßspannung "Ug" in Phase liegt, während der Vektor OB den Meßstrom Ir darstellt, dessen 7/irkkomponente, die in Richtung des Vektors OA liegt, vom Isolationswiderstand des Netzes gegen Erde bestimmt wird und dessen dazu senkrechte Blindkomponente von der Kapazität des Hetzes gegen Erde abhängig ist ο Werden beide voneinander subtrahiert, wie dies im Transformator (17) geschieht, so ergibt sich für den Strom (Ir- IRo) der Vektor OC, dem die Sekundärspannung des Transformators (17) entspricht. Die Sekundärspannung des Transformators (18) ist proportional dem Strom IRo.

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Bei dem im Vektordiagramm gezeigten Beispiel liegt der Vektor OA senkrecht zum Vektor AC, d.h. daß der Strom IRo um 90° gegenüber dem Strom IRo - (Ir - IRo) phasenverschoben ist. Der vom Modulator kommende Strom hat den Wert Null und das polarisierte Relais (27) ist nicht erregt. In diesem Pail befindet sich der Isolationswiderstand des Netzes an der am Widerstand (25) eingestellten Ansprechgrenze der Überwachungseinrichtung.

Wenn sich infolge der Verringerung des Netzisolationswiderstandes der Meßstrom Ir erhöht, sind die Vektoren der Ströme IRo und IRo - (Ir - IRo) um einen Winkel von mehr als 90° gegeneinander verschoben. Dadurch ist in der Wicklung (27a) des Relais (17) der Stromfluß so gerichtet, daß der Kontakt (27b) dieses Relais schließt.

ist dagegen der Netzisolationswiderstand höher als der eingestellte Ansprechgrenzwert, so ist der Meßstrom Ir kleiner als in der Fig.2. Die Phasenverschiebung zwischen dem Vektor OA und OC ist kleiner als 90°. Der durch die Wicklung (27a) des Relais (17) hindurchgehende Meßstrom fließt in entgegengesetzter Richtung und das polarisierte Relais (27) spricht nicht an.

Die Fig.1 stellt nur ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Durchführung des Überwachungsverfahrens gemäß der Erfindung dar. Die Einzelheiten der Ausführung können in vielfacher Weise abgeändert werden. Vor allem kann man selbstverständlich die dargestellten technischen Mittel durch andere, gleichartige ersetzen.

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Claims

Patentansprüche

Anspruch 1

Verfahren zur Überwachung des G-eijanitisolationswiderstandes eines elektrischen Netzes gegen Erde oder Masse, dadurch gekennzeichnet, daß ein sinusförmiger Meßstrom niedriger Frequenz symmetrisch an das Netz sowie an Erde oder Masse gelegt wird und daß die Phasenlagen zweier Ströme miteinander verglichen werden, von denen der eine Strom derjenige ist, der über einen auf die Ansprechgrenze eingestellten Bezugswiderstand fließt und der andere Strom derjenige ist, der sich aus der vektoriellen Differenz zwischen dem Meßstrom, der zwischen Netz und Erde oder Masse fließt und dem durch den Bezugswiderstand fließenden Strom ergibt.

Anspruch .2

Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen 'Techs els tr omgenerator niedriger Frequenz (14), der über eine" Ankopplung symmetrisch an das Netz sowie an Erde oder Masse angeschlossen ist, wobei die Ankopplung aus einem Längsfilterkreis (1-7 und 11) mit mindestens 1 Kondensator (1, 2, 4, 5, 6 oder 7) besteht, durch 2 Meßtransformatoren (17> 18), von denen die Primärwicklung (18a) des einen Transformators (18) sowie eine Primärwicklung (17b) des zweiten Transformators (17) mit einem auf den Ansprechwert der Einrichtung einstellbaren Bezugswiderstand (25) in Reihe geschaltet sind, während eine zweite Primärwicklung (17a) des zweiten Transformators (17) in entgegengesetztem Sinn zwischen Generator (14) und Netz geschaltet ist, wobei die Sekundärwicklungen (17c, 18b) beider Transformatoren (17, 18) an eine Vorrichtung (26) zum Phasenvergleich, z.B. einen Ringmodulator, angeschlossen sind, dessen Ausgang mit einem Meßglied (27) verbunden ist, das ein von der Polarität seines Eingangswertes abhängiges Signal abgibt (z.B. polarisiertes Relais).

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Anspruch 5

Einrichtung nach. Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet! daß bei der Überwachung von Wechselstromnetzen ein auf die Netzfrequenz abgestimmter Reihenresonanzkreis (9 und 12) als Querfilterkreis vorgesehen ist, der zwisohen dem dem Netz abgewandten Anschluß des Längefilterkreises (1-7 und 11) und Srde oder Masse geschaltet ist.

Anspruch 4

Einrichtung nach Anspruch 2 und 3» gekennzeichnet durch einen komplexen Widerstand (21, 23), der so ausgerichtet ist, daß er für die Meßfrequenz den gleichen Wert hat wie der Reihenresonanzkreis (9, 12) und der in Reihe mit der Primärwioklung (22a) des !Transformators (22) an die Ausgangsklemmen des Meßfrequenzgenerators (14) angeschlossen, ist und daß die Sekundärwicklung (22b) des Transformators (22) parallel mit der Sekundärwicklung (15b) eines weiteren Transformators (15) an die erste Primärwicklung (17a) des Transformators (17) angeschlossen ist, wobei die Primärwicklung (15a) des Transformators (15) zwischen Meßgenerator (14) einerseits und Querfilter (9, 12) und Längsfilter (1-7, 11) andererseits liegt.

Anspruoh 5 .

Einrichtung nach den Ansprüchen 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Primärwicklungen (17b, 18a), der Meßtransformatoren (17, 18) und dem Bezugswideretand (25) ein Widerstand (16) in Reihe geschaltet ist, der so bemessen ist, daß in ihm der gleiche Spannungsabfall entsteht wie durch den Meßstrom im Längsfilter (1-7, 11) erzeugt wird und daß dtr Widerstand (16) an die Sekundärwioklung (24b) «ines Transformators (24) angeschlossen ist, der zwisohen dem Meßfr*quen«gentrator (14) einerseits und dem Querfilter (9, 12) und dem Läajtsfilttr (1-7, 11) andererseits liegt.

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