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VQrrichtung zum Überwachender Isolation eines elektrischen Gerätes
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, zum Überwachen der Isolation eines elektrischen
Gerätes durch Stromüberlagerung, die das Unterspannungsetzen des.Gerätes bei fehlerhafter
Isolierung verhindert.
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Aus der Patentanmeldung P 39e581 VIIIb/21d3 vom 31. Mai 1966 ist:
eine derartige Vorrichtung bekannt. Diese besteht im wesentlichen aus einer Isolierurgameßvorrichtung
mit Stromüberlagerung, die an eine spannungsführende Klemme-des Gerätes angeschlossen
ist, wenn dieses nicht unter Spannung steht, und die das Zuschalten des Gerätes
auf das Netz verhindert, indem sie eine Trennvorrichtung, z.B. einen zwischen das
Netz und das-Gerät.-geschalteten Hauptschalter, betätigt:
In dieser
Vorrichtung ist ein Hilfskontakt vorgesehen, der bei geschlossenem Hauptschalter
offen ist und sich beim Öffnen des Hauptschalters, vorzugsweise mit Verzögerung,
schließt.
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Dieser Hilfskontakt dient bei geschlossenem Hauptschalter zum Isolieren
der Isoliermeßvorrichtung, um diese vor Überspannungen zu schützen und zu vermeiden,
daß die Isolierung des Netzes -gemessen wird, die viel geringer sein kann als die
des Gerätes.
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Die Verzögerung ist.nsbesondere dann wichtig, wenn das Gerät ein Motor
ist, in dem die Spannung nicht plötzlich abfällt, wenn die Maschine vom Netz getrennt
wird. Der Hilfskontakt kann entweder ein mit Verzögerung arbeitender Kosttakt des
Hauptschalters, oder ein getrennter Kontakt sein, der auf der Netzspannung arbeitet
und beispielsweise über eine Verzögerungsleitung elektrisch angeschlossen ist, die
vom Steuersignal des Hauptschalters gespeist ist.
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Beide Lösungen bedingen einen Hilfskontakt, der auf Mittel-oder Hochspannung
des Netzes arbeitet. Dadurch erhöhen sich aber die Installationskosten.
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Weiterhin ist die erstere Lösung bei bereits bestehenden Anlagen nicht
anwendbare weil dann nämlich der Verteilerschalter ausgewechselt werden müßte.
Gegenstand
der Erfindung ist eine Vorrichtung-zum Uberwachen der-Isolation-eines -elektrischen
Gerätes, das -über eine-Trennvorrichtung an das I3etz geschaltet ist und die--eine-Vorrichtung
zum Messen der Isolation durch Stromüberlagerung am zu überwachenden Gerät umfaßt,.
-wobei die Isöliermeßvorrch.tung-das Schließen der Trennvorrichtung verhindert-,:.
wenn die Isolation des überwachsten Gerätes mangelhaft ist. Das vermindert die-Fertigungskosten
und-.die erfindungsgemäße Vorrichtung kann überdies an die bereits bestehenden Anlagen
angepaßt werden, ohne daß diese verändert werden müssen. -Ein besonderes Merkmal
der erf'ndungsgemä ßen Vorrichtung besteht darin, daß eine-Vorrichtung, die- die
Netzspannung ausfiltert, den Überlagerungsstrom aber durchläßt,-zwischen das Gerät
und die Isoliermeßvorrichtung eingebracht ist. Weitere Vorteile, Einzelheiten und
Merkmale der Erfindung ergeben sich der folgenden Beschreibung; Auf der-Zeichnung
ist die Erfindung-anhand dreier Ausführungsformen beispielsweise dargestellt und
zwar zeigen.; -Fig. 1. ein Schaltbild-eines erfindungsgemäß.- ausgerüsteken Mittel-
oder Hochspannungsnetzes- zum Speisen eines elektrischen Gerätes A über eine Trennvolichtung
D" - und - - ,
Fig.' 2 und 3 abgewandelte Ausführungsformen der
Vorrichtung gemäß der Erfindung.-
| Gemäß der Erfindung ist eine Trennvorrichtung D eine Fil-= |
| der |
| tervorrichtung nachgeschaltet, die zwischen einen/spannungst`üh-- |
renden Speiseleitungen eines Gerätes A und Erde geschaltet ist. Am: Ausgang dieser
Filtervorrichtung ist. über einen Kon-= takt I eine Isäliermeßvärrichtung M angeschlossen,
die mit Strom" überlagerung, z:Bmit Gleichstromüberlagerung arbeitet: Sie verhindert
das Schließet! der Trennvorrichtung D, wenn die Isolation des Gerätes'A fehlerhaft
ist. Diese Wirkung ist durch eine ge@ strichelte-.hinie angedeutet. . Außerdem ist
eine Ubersgännungsschutz-=Vorrichtung #s be%#: .spielsweise einA Funkenstrecke,
parallel zur Isoliermeßvorrichtung 14 zwischen ihre AnschlußkIemmen geschaltet.
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Die Filtervorrichtung ist derart ausgelegt, claß sie die Netzspannung
ausfiltert und dabei eine geringe Serionimpedänz für den Überlagerungsstrom der
Isoliermeßvorrchtung IvI ergibt und dabei-für eben diesen Strom zwischen ihren Ausgangsklemmen
eine hohe Parallelimpedanz hat. '
Auf diese -Weise kann die 1Vetzrestspannung
auf einem -nie-
| drigen Spannungsniveau von beispielsweise einigen: Zehn Volt:
zu |
| den K@ emmen der Isoliermeßvorrichtung /geleitet werden. Dadurch |
können die Auslegung und die Fertigungskosten für den Kontakt I,= der dann ein Niederspannungskontakt-ist,
beträchtlich verringert-. werden:, ohne daß die Messung der Isolation des Gerätes
A.beeinträchtigt wird: - -Die Überspannungsschutzvorrichtung P schützt die Isoliermeßvorrichtung
M und das Bedienungspersonal vor-etwaigen Überspannungen. Der Kontakt I kann beispielsweise
vor der Betriebsabschaltvorrichtung des Gerätes A oder auch von einem Spannungsdetektor,
der mit den Anschlußklemmen und der Is.oliermeßvorrchtung IV1 verbunden ist, derart
betätigt- werden, daB er-offen ist,. wenn die Trennvorrichtung D geschlossen ist
und sich mit einer Verzögerung öffnet; wenn sich die Trennvorrichtung D -öffnet..
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Die Verzögerung kann beispielsweise elektronisch erzielt sein: Gemäß
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung _ besteht die Filtervorrichtung
aus einem Widerstand -h und-einem mit diesem in Serie geschalteten Kondensator C,
die der Beziehung
genügen, wobei f die Netzfrequenz ist.
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Bei Anwendung der Erfindung auf ein Mittelspannungsnetz, dessen Spannung
also höchstens 5 kV beträgt, liegt der Wert des Widerstandes R vortelhafterweise
bei 48
und die Kapazität des Kondensators C ist 2,2./uFDas Produkt
RCf ist dann ungefähr 33, so daß die angegebene Beziehung erfüllt ist.
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Der Widerstand R ist vorteilhafterweise aus vier in Serie geschalteten
Widerständen von 12
500 W zusammengesetzt und der Kondensator C aus zwei in Serie geschalteten Kondensatoren
von 4, 4 /o. F, 500 V e f f .
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Das Ganze kann auf einen Metallrahmen montiert sein, an dem die Widerstände
mittels Isolatoren befestigt sind.
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Der Verbrauch ist sehr gering, wenn das Netz einen isolierten Nulleiter
hat. Ziegt.ein Fehler zwischen Phase und Erde vor, kann die Einheit einer Spannung
von 5 kV standhalten. Die an den Klemmen des Kondensators C liegende Spannung beträgt
dann ca.
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160 V und die verbrauchte Energie ist.500 W.
| In Fig. 2 ist: eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung |
| enthält |
| dargestellt, Sie aßt die Trennvorrichtung D, das Gerät Ä, die |
| Filtervorricntüng, die Uberspannungssehutzvorrichtüng -P und
die |
| Isoliermeßvörrichtung Y1. - |
| Gemäß dieser Ausführungsformst die Isoliermeßvorrchtung |
| M ständig mit dem Ausgang der Filtervorrlchtürig verbunden:
und die |
| Trennvorrichtung D hat einen Hilfskontakt S. Wenn sich der
ililfs-- |
| kontakt S schließt, wird- die Einwirkung--der Isolatonsmeßvorrichturig |
| M auf die Trennvörrichtung D- aufgehoben. Dadurch ist der Betrieb
der |
| Vorrichtung gewährleistet; "insbesondere' dann; wenn: die-
Isolation |
| des Netzes geringer ist als das Niveau, bei dessen Ünterschre.tung |
| die Meßvorriehtung die Trennv:orr-ichtung D, betätigt:
.. |
Die beiden oben beschriebenen Vorrichtungen bedingen. eine Verbindung zwischen der
er.f indungsgemaßen Vorrichtu.ug: und der Trennvorrichtung oder r--deren .Beaätgungsorgane
und diese Verhlndung.gibt den Zeitpunkt an, an dem die: Trennvorrichtung D geschlossen.ist
Außerderl ist die Verzögerung zwischen dem Öffnen de:.r Trenn= vorrichtung und dem
Einschalten. der Igolierifießvorrichtüng- die dann; notwetdg ist, wenn das Gerät
A ein Motor-Ist, an den jeweils zu schützenden Motor anpaßbar:-
Die
Zeit, nach der die Spannung an den Klemmnen eines Elektromotors verschwindet, dessen
Speiseleitung unterbrochen wurde, kann bei be-
| stimmten Motoren bis zu 30 en betragen. Die Verzögerung muß |
also größer sein als der Höchstwert dieser Zeit. Dies kann sich bei denjenigen Motoren
leicht störend auswirken, die kurz nach ihrem Abschalten wieder unter Spannung gesetzt
werden können. Weiter muß die Versorgung jedem Motor eigens angepaßt werden. Dadurch
ergeben -sich Probleme bei der Bestimmung dieser Zeit und es sind große Einstellbereiche
erforderlich. Fig.-3 zeigt eine Vorrichtung, mit .der diese Nachteile ausgeschaltet
werden können. Die Anordnung ist die gleiche wie in Fig.
| 1, mit der Ausnahme, daß der@Hilfskontakt I durch einen Spannungs- |
| V |
| detektor /betätigt wird,-der mit den Anschlußklemmen der Isoliermeß- |
vorrichtung M verbunden ist.
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Dieser Detektor mißt die Störspannung und steuert das Zuschaltender
Isoliermeßvorrichtung I1 über den Kontakt I, wenn die an den Ausgangsklemmen der
Filtervorrichtung liegende Spannung so gering ist, daß sie die Messung nicht beeinträchtigt.
Auf diese Weise erhält man eine selbsttätig eingestellte Verzögerung des Hilfskontaktes
I.
Der Hilfskontakt, I kann beispielsweise ein Kontaktgeber, oder
ein Relais sein, dessen Steuerspule vom Spannungsdetektor V gespeist wird (Fig.
3).
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-Der Spannungsdetektor Y kann aus einem Relais mit minimater Spannung
bestehen, weil die Restspannung des Motors bis auf den Wert Null abnimmt . Er kann
auch aus einem Relais mit minimaler Frequenz bestehen, weil die Frequenz der Restspannung
ebenfalls abnimmt:. Eine weitere Möglichkeit besteht in*der Verwendung eines Relais
mit-minimalem Stromä Der Strom, der die@Filtervorrichtung aufgrund er Restspannung
durchfließt, nimmt nämlich ebenfalls -=ab, wenn der- Motor abgeschaltet- wird.
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Weiterhin ist ein Relais mit maximaler Zeit verwendbar, weil aufgrund
der abnehmenden. Frequenz die Zeitspannen zwischen .zwei Nulldurchgängen der Restspannung
wachsen, wenn der Motor abgeschaltet ist.-Es ist nur dann eine Restspannung vorhanden..;
wenn die Isolation-des Motors mangelhaft ist. Bei sehr hohen Isolierwiderständen
ist die Restspannung sehr .gering und die Isoliermeßvorrichtung kann angeschlossen
bleiben, weilekeine Störspannung
auftritt. Aus diesem Grunde wird
.vor,zugsweise als Spannungsdetektor ein: Relais mit minimaler Spannung oder minimalem
Strom verwendet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Spannungsdetektorvorrichtung
nur dann angeschlossen, wenn die Trennvorrichtung geschlossen ist; ist diese offen,
dann nur bis zum Zuschalten der Isoliermeßvorrichtung M. Dies kann mittels eines*
Hilfskontaktes I bewirkt werden, der zwei Stellungen einnehmen kann (Fig. 3). Sein
Kontakt 1 ist mit der Pleß-rorrichtung, X .verbunden; sein Kontakt 2 mit dem Spannungsdetektor
und der bewegliche Kon--takt mit dem Ausgang der Filtervorrichtung. Außerdem ist
ein Hilfsorgan vorgesehen, das den Kontakt I vor dem Schließen der Trennvorrichtung
G zum Kontakt 2 zurückbringt.
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Dies ist beispielsweise mittels der Betriebsabs.chaltvorrichtung des
Gerätes erzielbar, die vorteilhaft-erweise, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zusammengebaut ist.
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Die Vorrichtung gemäß Fig. 3 arbeitet wie folgt: Bei offener Trennvorrichtung
betätigt der Detektor den Kontakt T, indem er ihn -zum Kontakt 1 versehwext, sobald
die Restspannune einen bestimmten Schwellwert unterschritten Hat. Die Iso-Iiermeßvorrichtung
M wird dann mit dem Gerät A verbundenes ..