DE19706527A1

DE19706527A1 - Interference voltage error prevention method for earthing resistance measurement

Info

Publication number: DE19706527A1
Application number: DE1997106527
Authority: DE
Inventors: Joze Arh
Original assignee: METREL MERILNA IN REGULACIJSKA
Current assignee: METREL MERILNA IN REGULACIJSKA
Priority date: 1997-02-19
Filing date: 1997-02-19
Publication date: 1998-08-20

Abstract

The interference voltage error prevention method uses a sinusoidal measuring current with a frequency of 125 Hz applied to the measured object, before measuring the voltage between earth and the probe and calculation of the earthing resistance from the quotient of the voltage and current. The current and the voltage are both measured via a synchronous rectifier (SR) and a measuring integrator (INT) having an integration interval which is a whole multiple of 40 ms or 200 ms.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beseitigung des Einflusses der Störspannungen auf die Messung des Erdungswiderstandes und des spezifischen Erdwiderstandes. Sie gehört daher in den Bereich der Messung des Erdungswiderstands.The invention relates to a method for eliminating the Influence of the interference voltages on the measurement of the Earth resistance and the specific earth resistance. she therefore belongs in the field of measurement of Earth resistance.

Die Erfindung löst das technische Problem einer möglichst genauer Messung des Erdungswiderstands und des spezifischen Erdwiderstands bei Anwesenheit einer fremden Störspannung von bis zu 30 V.The invention solves the technical problem of one if possible accurate measurement of earth resistance and specific Earth resistance in the presence of an external interference voltage of up to 30 V.

Wegen der Sicherheit von Personen, die mit elektrischen Vorrichtungen arbeiten, ist eine gute Erdung von diesen Vorrichtungen von großer Wichtigkeit. Deshalb muß sich der Erdungswiderstandswert unter einem vorgeschriebenen Maximalwert befinden, der von Fall zu Fall verschieden ist und sich in einem Bereich von 0,1 bis 2000 Ω befindet.Because of the safety of people using electrical Working devices is a good grounding of these Devices of great importance. Therefore the Earth resistance value below a prescribed Maximum value, which differs from case to case and is in a range from 0.1 to 2000 Ω.

Bei der Bestimmung von geometrischen Abmessungen des Erders ist wichtig die Angabe des spezifischen Erdwiderstands ρ_E. Dieser hängt sowohl von der Zusammensetzung der Erde, als auch von der Jahreszeit bzw. von deren Feuchtigkeitsgehalt ab. Die Erder besitzen die Form von Metallbändern oder -platten, die im Erdboden versenkt sind. Beim Projektieren von elektrischen Stromkreisen mit Erdern ist es deshalb notwendig, zuerst mit Hilfe mehrerer Messungen den spezifischen Erdwiderstand ρ_E festzustellen und dann beim bekannten Widerstandswert mit Hilfe von empirischen Formeln die geometrischen Abmessungen zu berechnen.When determining the geometric dimensions of the earth, it is important to specify the specific earth resistance ρ _E. This depends on the composition of the earth, as well as on the season and its moisture content. The earth electrodes are in the form of metal strips or plates that are buried in the ground. When designing electrical circuits with earth electrodes, it is therefore necessary to first determine the specific earth resistance ρ _E with the aid of several measurements and then to calculate the geometric dimensions with the known resistance value using empirical formulas.

Für die Messung des Erdungswiderstandes R_E, gemessen mit der in Fig. 2 dargestellten Schaltung, sind noch ein Hilfserder H und eine Sonde S, für die Messung des spezifischen Erdwiderstandes ρ_E, gemessen mit der in Fig. 3 dargestellten Schaltung, jedoch neben den erwähnten zwei Vorrichtungen noch eine Sonde ES notwendig. Der Hilfserder H und die beiden Sonden S und ES werden in den Boden eingebracht bzw. eingeschlagen oder eingedreht.For the measurement of the earth resistance R _E , measured with the circuit shown in FIG. 2, there is still an auxiliary earth electrode H and a probe S, for the measurement of the specific earth resistance ρ _E , measured with the circuit shown in FIG. 3, but in addition to the mentioned two devices still require a probe ES. The auxiliary earth electrode H and the two probes S and ES are inserted or hammered or screwed into the ground.

Ein sehr einfaches Meßgerät, in dem die bekannte Wiecher-Schal tung verwendet wird, ist in Fig. 1 dargestellt. Der Widerstand R_P wird so gewählt, daß er ungefähr gleich dem Erdungswiderstand R_E ist. Die Sekundärseite des Transformators ist an den Meß-Widerstandsdraht angeschlossen. Der Hörer TS stellt den Nullindikator dar, mit dessen Hilfe im abgeglichenen Zustand der Erdungswiderstand gemäß der Gleichung R_E = R_P × (1₁/1₃) festgestellt wird. Dabei sind mit 1₁ die Länge des Meßdrahts zwischen dem Schleifer und dem Knotenpunkt E und mit 1₃ die Länge des Meßdrahts zwischen dem Schleifer und dem Knotenpunkt R_P bezeichnet.A very simple measuring device in which the well-known Wiecher scarf device is used is shown in Fig. 1. Resistor R _P is chosen to be approximately equal to ground resistance R _E. The secondary side of the transformer is connected to the measuring resistance wire. The listener TS represents the zero indicator is, by means of which in the balanced state of the ground resistance according to the equation: R _E = R x _P is detected (1 _1/1 _3). 1 ₁ denotes the length of the measuring wire between the grinder and the node E and 1 ₃ denotes the length of the measuring wire between the grinder and the node R _P.

Das erwähnte Meßgerät ist im Buch von Dr. Drago Matanovic: "Schutzmaßnahmen in elektrischen Vorrichtungen", Verlag DZS, 1951, beschrieben.The measuring device mentioned is in the book by Dr. Drago Matanovic: "Protective measures in electrical devices", Verlag DZS, 1951.

Mehr bevorzugt werden Meßgeräte, die den Erdungswiderstand unmittelbar und ohne Berechnung angeben. More preferred are gauges that measure ground resistance specify immediately and without calculation.

Aus den sechziger Jahren ist ein Meßgerät bekannt, das die Behrend-Schaltung und als Quelle der Wechselspannung einen handbetriebenen Induktor-Generator verwendet. Dieses Meßgerät ist im Buch von A. Hoesl: "Neuzeitliche Elektro-In stallation", 7. Ausgabe, Dr. Alfred Huetig Verlag, Heidelberg, beschrieben. Mit der Behrend-Schaltung soll es möglich sein, eine Meßgenauigkeit von ± 1% zu erzielen. Dabei sollen Fremdspannungen bis 15 V keinen Einfluß auf die Meßergebnisse ausüben.A measuring device is known from the sixties, which the Behrend circuit and one as the source of the AC voltage hand-operated inductor generator used. This meter is in the book by A. Hoesl: "Neuzeitliche Elektro-In stallation ", 7th edition, Dr. Alfred Huetig Verlag, Heidelberg. With the Behrend circuit it should be possible to achieve a measurement accuracy of ± 1%. Here External voltages up to 15 V should not affect the Practice measurement results.

Neuzeitliche Meßgeräte besitzen eine Batteriespeisung und eine eigene Quelle einer Meß-Wechselspannung. Die größte Schwierigkeit bei der Messung des Erdungswiderstands R_E besteht aber darin, daß dieser im Betriebszustand gemessen werden muß, denn die Abschaltung des Erders stellt eine unzulässige und gefährliche Störung dar. Bei der Messung des Erdungswiderstandes R_E im Betriebszustand fließen durch den Meßgegenstand immer auch Störströme. Die Störspannung bis zu 30 V enthält eine Gleichstromkomponente und spektrale Komponenten der Frequenzen n × f₀ mit n = 1, 2, 3, . . ., wobei f₀ die Netzfrequenz ist. Das Hauptproblem ist die Trennung der Meßspannung von der Störspannung, die auch hundertmal höher als die Meßspannung sein kann.Modern measuring devices have a battery supply and their own source of measuring AC voltage. The greatest difficulty in measuring the earth resistance R _E , however, is that it must be measured in the operating state, because the disconnection of the earth is an impermissible and dangerous fault. When measuring the earth resistance R _E in the operating state, the object to be measured always flows Interference currents. The interference voltage up to 30 V contains a direct current component and spectral components of the frequencies n × f ₀ with n = 1, 2, 3,. . ., where f _{0 is} the network frequency. The main problem is the separation of the measuring voltage from the interference voltage, which can also be a hundred times higher than the measuring voltage.

Die Mehrzahl der neuzeitlichen Meßgeräte löst das Problem der Beseitigung von Störspannungen mit der Verwendung von Eingangsfrequenzfiltern hoher Qualität und von Synchron-Gleich richtern.The majority of modern measuring devices solve the problem of Eliminate interference voltages with the use of Input frequency filters of high quality and synchronous judge.

In einem Meßgerät des Typs UNILAP GEOX der Firma NORMA NGI ist sogar eine Messung bei mehreren Frequenzen, und zwar bei 94, 104, 111 und 128 Hz, vorgesehen. Das Meßgerät gibt das Resultat bei einer Frequenz an, die im Hinblick auf die Empfindlichkeit auf die Störspannung die günstigste ist. In a measuring device of the type UNILAP GEOX from NORMA NGI is even a measurement at multiple frequencies, at 94, 104, 111 and 128 Hz. The meter gives that Result at a frequency that is in terms of Sensitivity to interference voltage is the cheapest.

Diese Meßgeräte sind wegen der hohen Preise der in ihnen verwendeten Frequenzfilter aufwendig.These gauges are because of the high prices in them used frequency filter expensive.

Das Wesen der Erfindung besteht in der Verwendung einer Meßfrequenz f_M = 125 Hz in Kombination mit einem Synchron-Gleich richter SR und einem Integrator INT mit einer zweckmäßig gewählten Integrationszeit T_int, der ohne Verwendung von Frequenzfiltern alle Störspannungen der Netzfrequenz und ihre höheren harmonischen Komponenten eliminiert.The essence of the invention consists in the use of a measuring frequency f _M = 125 Hz in combination with a synchronous rectifier SR and an integrator INT with an appropriately selected integration time T _int , which uses all interference voltages of the mains frequency and their higher harmonic components without using frequency filters eliminated.

Die Verwendung eines Synchron-Gleichrichters mit einem Durchschnittswertformer ist eine schon lange bekannte Methode für die Messung eines Nutzsignals, beschrieben von Giacoletto L. J. im Electronics Designer's Handbook, McGraw Hill, 1977. Sie kann bei sehr hohem Störsignal-Pegel verwendet werden.The use of a synchronous rectifier with a Averaging is a well-known method for measuring a useful signal, described by Giacoletto L. J. in Electronics Designer's Handbook, McGraw Hill, 1977. It can be used when the interference signal level is very high.

Anstatt des Durchschnittswertformers verwendet die vorliegende Erfindung die Integrierung eines Signals aus dem Synchron-Gleichrichter SR in einer vorgegebenen Zeit T_int, wobei jedoch der Regel nach die Integrationsschaltung eine Baueinheit des analog-digitalen Umformers ADC ist. Die Empfindlichkeit des Meßgeräts kann mit der Wahl der Integrationszeiten T_int eingestellt werden.Instead of the average value shaper, the present invention uses the integration of a signal from the synchronous rectifier SR in a predetermined time T _int , although the integration circuit is usually a unit of the analog-digital converter ADC. The sensitivity of the measuring device can be set by choosing the integration times T _int .

Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Anspruchs 1. Weitere Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.The invention is characterized by the features of Claim 1. Further refinements can be found in the Subclaims.

Im folgenden werden die Figuren beschrieben. Es zeigen:The figures are described below. Show it:

Fig. 1 die schematische Messung des Erdungswiderstands mit der Wiehert-Schaltung; Fig. 1 is a schematic earth resistance measurement with the Weichert circuit;

Fig. 2 eine schematische Meßschaltung für die Messung des Erdungswiderstands R_E; Fig. 2 is a schematic measuring circuit for the measurement of earth resistance R _E;

Fig. 3 eine schematische Meßschaltung für die Messung des spezifischen Erdwiderstands ρ_E; Fig. 3 is a schematic measuring circuit for the measurement of earth resistivity ρ _E;

Fig. 4 eine Schaltung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Messung des Erdungswiderstandes R_E bzw. des spezifischen Erdwiderstands ρ_E. Fig. 4 shows a circuit for performing the method according to the invention for measuring the earth resistance R _E or the specific earth resistance ρ _E.

In den Fig. 2, 3 und 4 bedeuten:
I_M Meßstrom
ME Meßgerät
G Generator
E Erder
H Hilfserder
S Sonde
ES Hilfssonde
1, 2, 3, 4 Anschlußklemmen des Meßgerätes
T₁ Speisetransformator
T₂ Strom-Meßwandler
MCU Mikro-Kontrolleinheit
SG Signalgenerator
DI Anzeigeeinheit
A_i Meßstromverstärker
A_u Meßspannungsverstärker
U/I Leitung für die Wahl des Meßsignals
CH Schalter für die Wahl des Meßsignals
SR Synchron-Gleichrichter
C_P Vergleichseinheit
SS Schalter des Synchron-Gleichrichters
INT Meßintegratgor
K_I Leitung für die Überwachung der Integratortätigkeit
ADC Analog-digitaler Umformer
U_S Rechtecksignal
U_M gemessene SpannungMean in Figures 2, 3 and 4. FIG.:
I _M measuring current
ME measuring device
G generator
E earth
H auxiliary earth
S probe
ES auxiliary probe
1 , 2 , 3 , 4 terminals of the measuring device
T ₁ supply transformer
T ₂ current transducer
MCU micro control unit
SG signal generator
DI display unit
A _i measuring current amplifier
A _u measuring voltage amplifier
U / I line for the selection of the measurement signal
CH switch for the selection of the measurement signal
SR synchronous rectifier
C _P comparison unit
SS switch of the synchronous rectifier
INT measurement integrator
K _I Head of supervision of integrator activity
ADC analog-digital converter
U _S square wave
U _M measured voltage

Die neue Lösung wird anhand des Ausführungsbeispiels der Meßschaltung nach Fig. 4 und mit Hilfe der Fig. 2 und 3 erklärt.The new solution is explained on the basis of the exemplary embodiment of the measuring circuit according to FIG. 4 and with the aid of FIGS. 2 and 3.

Wegen der schon erwähnten Störspannung, die bei den Messungen des Erdungswiderstandes R_E bzw. des spezifischen Erdwiderstandes ρ_E auftritt, verwendet das Verfahren, ausgeführt durch die in Fig. 4 dargestellte Schaltung, ein sinusförmiges Meßsignal mit einer genau bestimmten Frequenz f_M = 125 Hz, einen Synchron-Gleichrichter SR und einen Integrator INT mit einer genau bestimmten Integrationszeit T_int.Because of the interference voltage already mentioned, which occurs in the measurements of the earth resistance R _E or the specific earth resistance ρ _E , the method, carried out by the circuit shown in FIG. 4, uses a sinusoidal measurement signal with a precisely determined frequency f _M = 125 Hz , a synchronous rectifier SR and an integrator INT with a precisely determined integration time T _int .

Das ganze Verfahren wird von der Mikro-Kontrolleinheit MCU überwacht, welche auch die Daten der Messungen des analog digitalen Umformers ADC übernimmt, aus ihnen den Erdungswiderstand R_E oder den spezifischen Erdwiderstand ρ_E ausrechnet und sie auf der Anzeigeeinheit DI anzeigt.The entire process is monitored by the micro control unit MCU, which also takes over the data from the measurements of the analog digital converter ADC, calculates the earth resistance R _E or the specific earth resistance ρ _E from them and displays them on the display unit DI.

Der Synchron-Gleichrichter SR ist ein Multiplikator des Eingangssignals mit dem rechteckig geformten Meßsignal U_S, dessen Zeitverhältnis in der Periode genau 50% zu 50% beträgt. Das Resultat dieser Multiplikation sind dann Produkte, die die Differenzen der Frequenzen zwischen dem Eingangs- und dem Synchronsignal U_S enthalten. Dieses Produkt kann mit einem Konvolutionsintegral im Frequenzraum ausgedrückt werden, woraus zu ersehen ist, daß das erwähnte Produkt im Frequenzraum für alle Frequenzen gleich Null ist, außer für die Frequenzen, die dem Ausdruck f = kxΔf_min für k = 1, 3, 5, . . . entsprechen.The synchronous rectifier SR is a multiplier of the input signal with the rectangular-shaped measurement signal U _S , the time ratio of which is exactly 50% to 50% in the period. The result of this multiplication are then products which contain the differences in the frequencies between the input signal and the synchronous signal U _S. This product can be expressed with a convolution integral in the frequency domain, from which it can be seen that the mentioned product in the frequency domain is zero for all frequencies, except for the frequencies that meet the expression f = kxΔf _min for k = 1, 3, 5, . . . correspond.

Auf dieser Grundlage wurde die Frequenz des Meßsignals f_M gewählt, die ein Mittelwert zwischen der zweiten und dritten Komponente des Störsignals ist, was aus den Gleichungen f_M = (f₂ + f₃)/2 und Δf_min = |f₂ - f_M| = f₃ - f_M ersichtlich ist. Deshalb wurde die Frequenz f_M = 125 Hz ausgewählt, die sich genau in der Mitte zwischen den störenden Komponenten, aber auch in dem nach DIN 57413 empfohlenen Bereich zwischen den Frequenzen 70 und 140 Hz befindet. Eine andere verwendbare Frequenz, die ebenfalls der Forderung entspricht, beträgt 75 Hz und findet sich in der Mitte zwischen der Grundfrequenz und der zweiten harmonischen Frequenz der Störspannung.On this basis, the frequency of the measurement signal f _{M was} chosen, which is an average between the second and third components of the interference signal, which results from the equations f _M = (f ₂ + f ₃ ) / 2 and Δf _min = | f ₂ - f _M | = f ₃ - f _M can be seen. For this reason, the frequency f _M = 125 Hz was selected, which is exactly in the middle between the interfering components, but also in the range recommended between DIN 70413 between the frequencies 70 and 140 Hz. Another frequency that can be used, which also corresponds to the requirement, is 75 Hz and is found in the middle between the fundamental frequency and the second harmonic frequency of the interference voltage.

Zeitlich gesehen wird das Nutzsignal wegen der Multiplizierung doppelwegig gleichgerichtet, wogegen das Störsignal zerhackt wird und das Zeitintegral dieses Produkts beliebig ist, wenn nicht die Bedingung erfüllt wird, daß die Integrationszeit T_int eine volle Periode des Produkts beträgt. Eine jede Komponente des Störsignals ergibt nach der Multiplikation an den beiden Eingängen des Synchron-Gleich richters SR ein neues Frequenzpaar mit der Summe und der Differenz der Frequenzen der Signale. Zum Unterschied zum doppelwegig gleichgerichteten Nutzsignal besitzen die Produkte mit den Störsignalen ihre Sequenzperiode. Das Zeitintegral über diese Periode ist gleich Null. Wenn jedoch die Integrationszeit T_int derart bestimmt wird, daß die Vollperioden des zerhackten Störsignals und die Vollperioden des Nutzsignals zusammenfallen, wird dann als Resultat der Integration ein Wert erhalten, der dem Nutzsignal proportional ist, der Beitrag der Störsignale jedoch Null beträgt. Der Integrator INT nach dem Synchron-Gleichrichter SR filtert alle diejenigen Frequenzen heraus, die ganzzahlige Vielfache des Reziprozitätswertes der Integrationszeit T_int sind, was eine Ausfilterung der Grundfrequenz Δf_min und aller deren höheren harmonischen Komponenten bedeutet. Die Integrationszeit wird durch die folgende Gleichung bestimmt:
In terms of time, the useful signal is rectified due to the multiplication, whereas the interference signal is chopped up and the time integral of this product is arbitrary, unless the condition is met that the integration time T _{int is} a full period of the product. Each component of the interference signal results after multiplication at the two inputs of the synchronous rectifier SR, a new frequency pair with the sum and difference of the frequencies of the signals. In contrast to the two-way rectified useful signal, the products with the interference signals have their sequence period. The time integral over this period is zero. However, if the integration time T _{int is} determined in such a way that the full periods of the chopped interference signal and the full periods of the useful signal coincide, a value is obtained as a result of the integration which is proportional to the useful signal but the contribution of the interference signals is zero. The integrator INT after the synchronous rectifier SR filters out all those frequencies that are integer multiples of the reciprocity value of the integration time T _int , which means filtering out the fundamental frequency Δf _min and all of its higher harmonic components. The integration time is determined by the following equation:

T_int = m/Δf_min für m = 1, 2, 3T _int = m / Δf _min for m = 1, 2, 3

Gleichzeitig sind damit die bei der Änderung der Meßgerätsempfindlichkeit erlaubten Integrationszeiten T_int angegeben, da nur bei derart bestimmten Zeiten die Ausgangsspannung am Integrator INT dem Nutzsignal proportional und ohne die Einflüsse von Störspannungen ist.At the same time, the integration times T _int allowed when changing the sensitivity of the measuring _device are given, since the output voltage at the integrator INT is proportional to the useful signal and without the influence of interference voltages only at such specific times.

Für die Ausfilterung von Störspannungen nur im 50 Hz-System, wo Δf_min = 25 Hz ist, können Integrationszeiten T_int verwendet werden, die Vielfache von 40 ms sind. Die Integrationszeit von 40 ms bedeutet eine Integration von 5 Perioden eines Nutzsignals mit der Frequenz 125 Hz und eine Periode mit der Frequenz 25 Hz. Für die Ausfilterung von Netzstörungen in Systemen mit 50 und 60 Hz sind jedoch bei gleicher Meßfrequenz f_M = 125 Hz Integrationszeiten T_int verwendbar, die ein Vielfaches von 200 ms, d. h. Δf_min = 5 Hz, sind. Das bedeutet eine Integration in der Dauer von 25 Perioden der Frequenz 125 Hz, eine Periode der Frequenz 5 Hz und 5 Perioden der Frequenz 25 Hz.Integration times T _int , which are multiples of 40 ms, can be used to filter out interference voltages only in the 50 Hz system, where Δf _min = 25 Hz. The integration time of 40 ms means an integration of 5 periods of a useful signal with a frequency of 125 Hz and a period with a frequency of 25 Hz. For filtering out network disturbances in systems with 50 and 60 Hz, however, with the same measuring frequency f _M = 125 Hz integration times T _{int can} be used, which are a multiple of 200 ms, ie Δf _min = 5 Hz. This means an integration in the duration of 25 periods of the frequency 125 Hz, one period of the frequency 5 Hz and 5 periods of the frequency 25 Hz.

Wie in Fig. 2 dargestellt, fließt der Meßstrom durch den Erder E zur Erde und durch den Hilfserder H zurück zur Quelle. Der Erdungswiderstand R_E wird auf einfache Weise aus der Gleichung R_E = U_M/I_M erhalten, wobei die Spannung UM zwischen der Sonde S und dem Erder E gemessen wird. Bei der Messung des spezifischen Erdwiderstands ρ_E, wie das die Fig. 3 zeigt, wird die Spannung zwischen den Sonden S und ES gemessen. Der spezifische Erdwiderstand ρ_E wird mit der Gleichung ρ_E = C × U_M/I_M erhalten, wobei C eine Konstante ist, die von der Aufstellung von und der Entfernung zwischen dem Erder E, der Sonde ES, der Sonde S und dem Hilfserder H abhängt.As shown in Fig. 2, the measuring current flows through the earth electrode E to earth and through the auxiliary earth electrode H back to the source. The earth resistance R _E is obtained in a simple manner from the equation R _E = U _M / I _M , the voltage UM between the probe S and the earth E being measured. When measuring the specific earth resistance ρ _E , as shown in FIG. 3, the voltage between the probes S and ES is measured. The specific earth resistance ρ _E is obtained with the equation ρ _E = C × U _M / I _M , where C is a constant that depends on the position and the distance between the earth E, the probe ES, the probe S and the auxiliary earth H depends.

Das erfindungsgemäße Meßverfahren, ausgeführt durch die Schaltung von Fig. 4, verläuft wie folgt:
Die Mikro-Kontrolleinheit MCU liefert ein Rechtecksignal mit einer Frequenz von 125 Hz, dem im Signalgenerator SG eine Sinusform gegeben und der auf eine entsprechende Amplitude angehoben wird. Der Ausgang des Generators SG ist mit dem Transformator T₁ verbunden, durch den der Meßstrom I_M gebildet wird. Der Strom I_M fließt von der Sekundärseite des Transformators T₁ durch den Hilfserder H, die Erde, den Erder E und die Primärwicklung des Transformators T₂. Das Ausgangssignal aus dem Generator SG wird jedoch mit Hilfe der Vergleichsstufe C_P wieder zurück in eine rechteckige Form umgewandelt und wird als Synchronsignal U_S für den Syn chron-Gleichrichter SR verwendet.The measuring method according to the invention, carried out by the circuit of FIG. 4, proceeds as follows:
The micro-control unit MCU supplies a square-wave signal with a frequency of 125 Hz, which is given a sinusoidal shape in the signal generator SG and which is raised to a corresponding amplitude. The output of the generator SG is connected to the transformer T ₁ , by which the measuring current I _{M is} formed. The current I _M flows from the secondary side of the transformer T ₁ through the auxiliary earth electrode H, the earth, the earth electrode E and the primary winding of the transformer T ₂ . However, the output signal from the generator SG is converted back into a rectangular shape with the aid of the comparison stage C _P and is used as the synchronizing signal U _S for the synchronous rectifier SR.

Die Verstärker A_i und A_u bewirken eine Anpassung der gemessenen Signale des Stroms I_M und der Spannung U_M, die zwischen den Klemmen 2 und 3 gemessen werden. Die Kontrolleitung U/I, die von der Mikro-Kontrolleinheit MCU überwacht wird, wurde für die Wahl zwischen der Strommessung und der Spannungsmessung am Schalter CH verwendet. Das ausgewählte gemessene Signal gelangt zum Synchron-Gleich richter SR, gebildet aus einem Schalter SS und einem Verstärker mit einem Verstärkungsgrad +1 und -1.The amplifiers A _i and A _u bring about an adaptation of the measured signals of the current I _M and the voltage U _M , which are measured between the terminals 2 and 3 . The control line U / I, which is monitored by the micro control unit MCU, was used for the choice between the current measurement and the voltage measurement at the switch CH. The selected measured signal reaches the synchronous rectifier SR, formed from a switch SS and an amplifier with a gain of +1 and -1.

Das Multiplikationssignal tritt am Ausgang des Schalters SS auf und stellt das doppelwegig gleichgerichtete nützliche gemessene Signal und den zerhackten Störungsteil des gemessenen Signals dar. Der Integrator INT, bei dem die Mikro-Kontrolleinheit MCU die Integrationszeit T_int bestimmt, kann ein Teil des analog-digitalen Umformers ADC sein. Ansonsten ist jedoch der analog-digitale Umformer ADC notwendig für die Messung der Spannung am Ausgang des Integrators INT, die nach dem Ablauf der Integrationszeit T_int und nach dem Abschluß der Signalintegration am Ausgang des Synchron-Gleichrichters SR auftritt. The multiplication signal occurs at the output of the switch SS and represents the two-way rectified useful measured signal and the chopped disturbance part of the measured signal. The integrator INT, in which the microcontroller MCU determines the integration time T _int , can be a part of the analog-digital Converter ADC. Otherwise, however, the analog-digital converter ADC is necessary for measuring the voltage at the output of the integrator INT, which occurs after the integration time T _{int has} elapsed and after the signal integration has ended at the output of the synchronous rectifier SR.

Die Mikro-Kontrolleinheit MCU übernimmt das Resultat-Signal der Umwandlung und gibt es nach der Verarbeitung an die Ausgangsstufe (z. B. an die Anzeigeeinheit DI) weiter.The micro control unit MCU takes over the result signal the conversion and there after processing to the Output stage (e.g. to the DI display unit).

Die Mikro-Kontrolleinheit MCU übt die Funktionen der Überwachung, der Zeitmessung und der Resultatausrechnung aus. Die im voraus bestimmte Integrationszeit T_int stellt die Mikro-Kontrolleinheit von selbst damit ein, daß sie mit ihr auch derart die Meßempfindlichkeit ändert, daß sie für eine höhere Empfindlichkeit eine von den längeren erlaubten Integrationszeiten T_int auswählt. Der Regel nach ergibt schon die erste Messung eine Bewertung der richtigen Integrationszeit T_int.The MCU micro control unit performs the functions of monitoring, time measurement and result calculation. The previously determined integration time T _int sets the microcontroller by itself so that it also changes the measuring sensitivity in such a way that it selects one of the longer allowed integration times T _int for a higher sensitivity. As a rule, the first measurement already results in an evaluation of the correct integration time T _int .

Die Transformatoren T₁ und T₂ trennen voneinander die drei Einheiten des Meßgeräts, und zwar die Meßstromquelle, die Strommeßeinheit und die Spannungsmeßeinheit. Auf diese Weise werden sowohl die gegenseitigen Einflüsse, als auch der Einfluß der Widerstände der Sonden und des Hilfserders auf den niedrigsten möglichen Wert reduziert.The transformers T ₁ and T ₂ separate the three units of the measuring device, namely the measuring current source, the current measuring unit and the voltage measuring unit. In this way, both the mutual influences and the influence of the resistances of the probes and the auxiliary earth are reduced to the lowest possible value.

Das Verfahren kann auch ohne die Transformatoren T₁ und T₂ ausgeführt werden. Ohne den Transformator T₁ ist die höchste Meßspannung ungefähr gleich der Batteriespannung oder der Spannung, mit der die Ausgangsstufe gespeist wird. Wegen der galvanischen Verbindung ist es notwendig, daß beim Verfahren ohne den Transformator T₁ die Unempfindlichkeit des Meßgerätes gegen äußere Einflüsse erhöht und eine andere Art der Differenzmessung verwendet werden muß, was für die Erzielung gleicher Eigenschaften die Kosten erhöht.The method can also be carried out without the transformers T ₁ and T ₂ . Without the transformer T ₁ , the highest measuring voltage is approximately equal to the battery voltage or the voltage with which the output stage is fed. Because of the galvanic connection, it is necessary for the method without the transformer T _{1 to increase} the insensitivity of the measuring device to external influences and to use a different type of differential measurement, which increases the costs for achieving the same properties.

Anstatt des Meß-Stromwandlers T₂ kann eine unmittelbare Strommessung auf der Basis des Spannungsabfalls am Meßwiderstand verwendet werden. Auch in diesem Fall muß für die Strommessung ein Differenzverstärker verwendet werden. Instead of the measuring current transformer T ₂ , a direct current measurement based on the voltage drop across the measuring resistor can be used. In this case too, a differential amplifier must be used for the current measurement.

Bei allen möglichen Meßvarianten ohne die Transformatoren T₁ und T₂ müssen die Meßanschlüsse an den Sonden einen ausreichend hohen Eingangswiderstandswert darstellen, um damit den Einfluß der Sondenwiderstände zu eliminieren und um das Entstehen von zusätzlichen Stromkreisen zu verhindern, die wegen des beträchtlichen Sondenwiderstands und wegen des zu niedrigen Eingangswiderstands einen reichlich hohen unbestimmbaren Systemfehler beitragen können. Ein Vorteil des Verfahrens mit der Verwendung der Transformatoren T₁ und T₂ liegt auch darin, daß das Meßgerät, ohne Schaden für die Schaltung, auch eine Anschließung an 230 V vertragen kann.In all possible measurement variants without the transformers T ₁ and T ₂ , the measurement connections on the probes must have a sufficiently high input resistance value in order to eliminate the influence of the probe resistances and to prevent the creation of additional circuits, which are due to the considerable probe resistance and because of the too low an input resistance can contribute a fairly high undetermined system error. An advantage of the method with the use of the transformers T ₁ and T ₂ is that the measuring device can also tolerate a connection to 230 V without damaging the circuit.

Das beschriebene Verfahren der Messung des Erdungswiderstandes bzw. des spezifischen Erdwiderstandes ermöglicht die Erzielung einer Grundgenauigkeit von ± 1% des gemessenen Wertes, wobei bei einer Störspannung von 30 V der zusätzliche Fehler auch bis 200 mΩ betragen kann. Eine höhere Störspannung würde jedoch im Meßteil höhere nichtlineare Verzerrungen und damit einen größeren Fehler verursachen.The described method of measuring the Earth resistance or the specific earth resistance enables a basic accuracy of ± 1% of the measured value, whereby at an interference voltage of 30 V the additional errors can also be up to 200 mΩ. A higher one However, interference voltage would be higher non-linear in the measuring part Distortion and thus cause a major error.

Die Zuverlässigkeit und Wiederholbarkeit der Messungen ist hoch. Mit Hilfe desjenigen Teiles des Meßgeräts, der die Spannung mißt, kann der Störspannungswert gemessen und im Fall einer 30 V übersteigenden Störspannung die Messung unterlassen werden.The reliability and repeatability of the measurements is high. With the help of that part of the measuring device that the Measures voltage, the interference voltage value can be measured and im If the interference voltage exceeds 30 V, the measurement be refrained from.

Die Meßgenauigkeit wird jedenfalls auch von der Schwankung der Netzfrequenz beeinflußt. Wenn die Netzfrequenz von 50 Hz z. B. um 0,1% vom Nennwert abweicht, bringt das bei niedrigen Widerstandswerten einen Fehler in der Größe von ungefähr 1% dazu, ansonsten jedoch weniger.In any case, the measurement accuracy is also dependent on the fluctuation the network frequency affected. If the mains frequency of 50 Hz e.g. B. deviates by 0.1% from the nominal value, which results in low Resistance values an error in size of approximately 1% to it, but otherwise less.

Im Meßgerät zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens müssen keine besonderen oder hochpräzisen Bauteile verwendet werden. Durch die Verwendung der Mikro-Kontrolleinheit MCU entfällt der Bedarf nach Bauteilen für den Abgleich oder nach weiteren präzisen Bauteilen.In the measuring device for performing the method according to the invention no special or high-precision components have to be used will. By using the micro control unit MCU there is no need for components for the adjustment or after other precise components.

Das Meßgerät zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht dem Benutzer, daß er sich den Anforderungen der Messung widmet, da dieses Meßgerät im Hinblick darauf, daß R_E oder ρ_E gemessen werden soll, nur entsprechend angeschlossen werden muß, wonach dann die Messung gestartet und die Ergebnisse abgelesen werden können.The measuring device for performing the method according to the invention enables the user to devote himself to the requirements of the measurement, since this measuring device only has to be connected accordingly in view of the fact that R _E or ρ _{E is to be} measured, after which the measurement is then started and the Results can be read.

Claims

1. Procedure for eliminating the influence of interference voltages on the measurement of the earth resistance and the specific earth resistance, with the steps:

- supply of the test object with a measuring alternating current (I _M )
- Measuring the voltage (U _M ) between the earth electrode (E) and the probe (S) or between the probes (S) and (ES), and
- determining the earth resistance (R _E ) or the specific earth resistance (ρ _E ) based on the calculated quotient (U _M / I _M ),
characterized in that:
a sinusoidal alternating current with a frequency of 125 Hz is used as the measuring current (I _M ),
- Both the current (I _M ) and the voltage (U _M ) are measured with a synchronous rectifier (SR) and a measuring integrator (INT),
- The synchronous square wave signal (U _S ) of the synchronous rectifier (SR) has a time ratio of 50% to 50% and is formed from the sinusoidal measurement signal, and
- The integration time (T _int ) of the measuring integrator (INT) is an integral multiple of 40 ms.

2. The method according to claim 1, characterized in that the integration time (T _int ) is an integer multiple of 200 ms.

3. The method according to claims 1 or 2, characterized in that the frequency (f _M ) of the sinusoidal measuring current (I _M ) is 75 Hz.

4. The method according to claims 1, 2 or 3, characterized in that a supply transformer (T ₁ ) is used for the supply with the current (I _M ).

5. The method according to claims 1, 2 or 3, characterized in that a current transformer (T ₂ ) is used.

6. The method according to claim 4, characterized in that a current transformer (T ₂ ) is used.