DE2107731A1

DE2107731A1 - Verfahren und Einrichtung zur Messung des Isolationswiderstandes von Gleich- oder Wechselstromnetzen

Info

Publication number: DE2107731A1
Application number: DE19712107731
Authority: DE
Inventors: Roland 8520 Erlangen. GOIr 27-26 Weber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-02-18
Filing date: 1971-02-18
Publication date: 1972-08-31
Also published as: BE779335A; CH545974A; FR2125529A1; FR2125529B1

Description

Verfahren und Einrichtung zur Messung des Isolationswiderstandes von Gleich- oder Wechselstromnetzen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Messung des Isolationswiderstandes von Gleich- oder Wechselstromnetzen mit oder ohne Gleichrichter mittels einer der Netzspannung überlagerten Meßspannung und eines die Meßspannung auswertenden Meßgerätes.

Zur Messung des Isolationswiderstandes eines Netzes gegen Erde ist es bekannt, der Netzwechselspannung oder Netzgleichspannung eine Gleich- bzw. Wechselspannung zu überlagern. Der Meßstrom wird an der Erdungsstelle gemessen und gibt Aufschluß über das Vorhandensein eines Erdschlusses. Betriebsmäßig kann der Isolationswider stand jedoch nur dann genau bestimmt werden, wenn sich der Meßspannung keine vom Netz herrührende Spannung überlagert, die das Meßergebnis verfälscht. Infolge der vom Netz herrührenden Spannung, die von der Lage des Erdschlusses abhängig ist, lassen sich häufig nicht sämtliche Erdschlüsse erfassen, so daß sich Totbereiche ergeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe ztigrunde, in Gleichstromnetzen und in Wechselstromnetzen mit oder ohne Gleichrichter Erdschlüsse, ohne Totbereich zu erfassen, und zwar in Wechselstromnetzen mit Gleichrichtern auch dann, wenn die Erdschlüsse auf der Gleichs'tromseite der Gleichrichter liegen. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß als Meßspannung eine Wechselspannung gewählt wird, deren Grundfrequenz von den im Netz auftretenden Frequenzen abweicht und deren Kurvenform aus einander abwechselnden positiven und negativen Impulsen mit dazwischenliegenden Pausen gebildet ist, und daß das Meßgerät zu Beginn eines jeden der Impulse umgepolt wird. Die Grundfrequenz der Meßspannung wird vorteilhafterweise mittels eines an ein Wechselstromnetz angeschlossenen Frequenzuntersetzers erzeugt. Zur

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Durchführung des Verfahrens ist eine Einrichtung vorgesehen, die zwei zueinander parallele, an das Netz und an Erde anschließbare Reihenschaltungen aus je drei Schalteinrichtungen, wobei die Verbindung spunk te zwischen je zwei Schalteinrichtungen der einen Reihe über das Meßgerät bzw. über eine Gleichstromquelle mit den entsprechenden Verbindungspunkten der anderen Reihe verbunden sind, und ein Steuergerät enthält, das die Schalteinrichtungen zur Erzielung der Grundfrequenz und der Kurvenform der Meßspannung und zur TJmpolung des Meßgerätes in einem vorgegebenen Rhythmus betätigt.

In einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgedankens sind, um eine selektive Messung des Erdungswiderstandes in den Abzweigen zu ermöglichen, zwei zueinander parallele Reihenschaltungen aus je zwei Schalteinrichtungen, deren Verbindungspunkte über das Meßgerät miteinander verbunden und die durch ein Steuergerät zur TJmpolung des Meßgerätes betätigbar sind, mittels eines Wandlers an den zu überwachenden Abzweig anschließbar.

Anhand eines" in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im folgenden näher erläutert.

In Fig. 1 ist ein Gerät 1 dargestellt, das im wesentlichen ein Meßgerät 2, eine Stromquelle 3» sechs Schalteinrichtungen S1 bis S6 und ein Steuergerät 4 für die Betätigung der Schalteinrichtungen enthält. Eine Reihenschaltung aus den Schaltern S1, S3 und S5 ist zu einer weiteren Reihenschaltung aus den Schaltern S2, S4 und S6 parallelgeschaltet und einerseits an eine mit Erde zu verbindende Anschlußklemme 5, andererseits über Widerstände R1 bis R3 an Ausgangsklemmen 6 bis 8 des Gerätes 1 angeschlossen. Zur Überwachung von Drehstrornnetzen sind die Klemmen 6, 7, 8 mit den Phasen R, S bzw. T zu verbinden, während für die Überwachung von Gleichstrom- und zweiphasigen Wechselstromnetzen eine dieser Klemmen frei bleibt. Der Verbindungspunkt zv/ischen den Schalteinrichtungen S1 und S3 ist über Widerstände R4 und R5 und das Meßgerät 2, sov/ie über einen parallel zum Widerstand R5 und dem Meßgerät 2 geschalteten Kondensator K1 mit dem Verbindungspunkt zwischen den Schalteinrichtungen S2 und S4 verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen den Schalteinrichtungen S3 und S5 ist

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über eine Stromquelle 3» der ein Kondensator K2 parallelgeschaltet ist, und einen Widerstand R6 mit dem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern S4 und S6 verbunden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind als Schalteinrichtungen die in den Figuren 3 oder 4 beispielsweise dargestellten Transistorschalter verwendet. Zum Schutz der Transistorschalter sind den aus den Schalteinrichtungen gebildeten Reihenschaltungen gegensinnig in Reihe geschaltete Zenerdioden n1 und n2 parallelgeschaltet.

Das Steuergerät 4, das gleichzeitig der Stromversorgung der Transistorschalter dient und an ein Y/echselstromnetz, gegebenenfalls an das zu überwachende Wechselstromnetz, angeschlossen ist, steuert die Transistorschalter in der beispielsweise in Fig. 2 dargestellten Reihenfolge. In Pig. 2 ist für jeden der Schalter der Schaltzustand in Abhängigkeit von der Zeit, beispielsweise für eine Zeitdauer von je 1/100 s, dargestellt. Das Zeichen "L" bedeutet "Schalter geschlossen", das Zeichen "0" bedeutet "Schalter geöffnet". Die Transistorschalter S1 bis S4 polen das Meßgerät beispielsweise in einem 25 Hz entsprechenden Rhythmus um, während die Schalter S5 und S6 in Verbindung mit den Schaltern S1, S3 und S2, S4 die Kurvenform der Meßspannung vorgeben. Die Widerstände R4 und R5 glätten in Verbindung mit dem Kondensator K1 die Meßspannung. Der Widerstnd R4 verhindert außerdem eine schlagartige Entladung des Kondensators K1, wenn die Schalter S1 und S2 einander überlappend schalten. Das gleiche gilt für den Widerstand R6 in Verbindung mit dem Kondensator K2 und den Schaltern S5 und S6.

Im vorliegenden Beispiel ist eine Meßspannung mit einer Grundfrequenz von 25 Hs verwendet, mit der auch das Meßgerät ständig synchron umgepolt wird..Die Grundfrequenz der Meßspannung wird beispielsweise durch Untersetzung der Netzfrequenz (50 Hz) in Verhältnis 2:1 gewonnen. Dadurch entsteht in Verbindung mit der in Fig. 2 dargestellten Reihenfolge der. Ansteuerung der Schalter die in Fig. 5a dargestellte Kurvenform der Meßspannung, bei der sich positive und negative Impulse nit dazwischenliegenden Pausen ablösen. Die Breite der Impulse und der Pausen beträgt beispielsweise jeweils 1/1OO s. Jeweils mit der durch einen Punkt gekennzeichneten, ansteigenden FIaM-Le der Impulse wird das Heilgerät umgepolt. Bei einem Erdschluß ar. ^pannungslosen Netz hat

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der am Erdungspunkt gemessene Strom die gleiche Kurvenform wie die Meßspannung.

Würde als Meßspannung eine Rechteckspannung, "beispielsweise von 25 Hz verwendet, dann würde bei einem Erdschluß im Meßgerät infolge der synchronen Umpolung wieder ein Gleichstrom fließen, während die vom Netz stammenden Gleich- und Wechselstromanteile durch die Umschaltung in eine Kurvenform verwandelt wurden, deren Mittelwert Null ist. Der Nachteil dieser Kurvenform liegt darin, daß die während des Umschaltvorganges auftretenden kapazitiven Ladeströme dem durch das Meßgerät fließenden Strom eine Gleichstromkomponente überlagern. Dadurch würde ein von der Kapazität des Netzes gegen Erde abhängiger Erdschlußstrom vorgetäuscht. Dieser Nachteil wird Jk durch die in Pig. 5a dargestellte Kurvenform weitgehend beseitigt, bei der die Länge des Rechteckimpulses auf beispielsweise 1/100 s begrenzt und die Meßspannung bis zur Umschaltung auf die entgegengesetzte Polarität während einer weiteren 1/1OO s Null ist. Infolgedessen fließt der vom Netz aufgenommene Ladestrom noch während der gleichen Meßperiode zurück. Der Gleichstrommittelwert des kapazitiven Umladestromes wird dadurch im Meßgerät Null und beeinträchtigt die Isolationsmessung nicht mehr, wenn der Umladestrom ebenso wie die anderen vom Netz stammenden, überlagerten Ströme herausgeglättet wird.

Fig. 5b zeigt die durch die Meßspannung hervorgerufene, am Widerstand R4 gemessene Erdschlußstromkomponente. Der Mittelwert dieses W Stromes ist nicht gleich Null und wird vom Meßgerät angezeigt.

Pig. 5c zeigt als Beispiel eine am Widerstand R4 gemessene Erdschlußstromkomponente, die durch eine vom Netz überlagerte Gleichspannung hervorgerufen ist. Der Mittelwert dieses Erdschlußstromes ist gleich Null und führt nicht zu einer Anzeige.

In Fig. 5d ist eine am Widerstand R4 gemessene Erdschlußstromkomponente dargestellt, die durch eine vom Netz überlagerte Wechselspannung hervorgerufen ist. Ihr Mittelwert ist gleich Null und wird daher ebenfalls nicht angezeigt.

Fig. 5e gibt den am Widerstand R4 gemessenen Umladestrom wieder, der durch die Meßspannung an der Kapazität des Netzes gegen Erde entsteht. Der Mittelwert ist ungefähr gleich Null, wenn in der

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Einridtfung nach Fig. 1 beispielsweise R1 = R2 = R3 = T/4 Co = 10 ms/Co ist. Darin ist Co die Kapazität des Netzes gegen Erde und T die Periode der Meßfrequenz.

In der Praxis werden sich die Ströme nach don Figuren 5b bis 5e überlagern. Infolge der Glättung durch die Widerstände R4 und R5 und den Kondensator K1 wird jedoch nur der Meßstrom nach Fig. 5b ausgewertet. Das Meßergebnis wird daher durch vom Netz überlagerte Spannungen nicht verfälscht.

In den Fig. 3 und 4 sind Ausführungsbeispiele von Transistorschaltern wiedergegeben. Die Sekundärwicklungen 9 bzw. 10 eines im Steuergerät vorgesehenen, an einen elektronischen Frequenzuntersetzer angeschlossenen Transformators dienen der Ansteuerung der Transistorschalter. Der Transistorschalter nach Fig. 3 "benötigt nur eine geringe Steuerleistung und hat eine hohe Schwellspannung, die jedoch nicht stört, da die Meßspannung um ein Vielfaches höher liegt und der Fehler von vorneherein eingeeicht werden kann. Die Schwellspannung des Schalters nach Fig. 4 ist wesentlich geringer, weil sich die Schwellspannungen in den Transistoren kompensieren. Für diesen Schalter ist jedoch ein grösserer Steuerstrom und damit auch ein größer bemessener Steuertransformator erforderlich.

Wie aus Fig. 5a hervorgeht, ist der Gleichstrommittelwert des Meßstromes außerhalb der Überwachungseinrichtung 1 im Falle eines Erdschlußes Null. Der Meßstrom läßt sich daher durch einen entsprechend empfindlichen Kabelumbauwandler an den einzelnen Abzweigen eines Netzes nachweisen, wenn an die Sekundärseite des 4Wandlers - bei nicht ausreichender Empfindlichkeit gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Proportionalverstärkers - ein Meßgerät mit Umpoleinrichtung angeschlossen ist. Eine für diese Zwecko geeignete Zusatzeinrichtung 11 ist in Fig. 6 dargestellt. Die Zusatzeinrichtung umfaßt den in Fig. 1 dargestellten Meßteil mit den Schalteinrichtungen S1 bis S4 einschließlich der Zenerdioden n1 und n2 und des Steuergerätes 4. Über einen Kabelumbauwandler 12 wird der Meßstrom im Abzweig erfaßt und der Zusatzeinrichtung zugeführt. Die mit den Teilen in Fig.1 übereinstimmenden Teile der Fig. 6 sind mLt denselben Bezugszeichen bezeichnet. 209836/0395 ~⁶-

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Für die Zusatzeinrichtung ist ein Transistorschalter entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 vorzuziehen, da der Wandler nur eine geringe Sekundärspannung erzeugt. Bei Verwendung eines Transistorschalters nach Pig. 3 ist die Zwischenschaltung eines Verstärkers mit Proportionalverhalten erforderlich.

6 Figuren

4 Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche

M.) Verfahren zur Messung des Isolationswiderstandes von Gleichoder Wechselstromnetzen mit oder ohne Gleichrichter, mittels einer der Netzspannung überlagerten Meßspannung und eines die Meßspannung auswertenden Meßgerätes, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßspannung eine Y/echselspannung gewählt wird, deren Grundfrequenz von den im Netz auftretenden Frequenzen abweicht und deren Kurvenform aus einander abwechselnden positiven und negativen Impulsen mit dazwischenliegenden Pausen gebildet ist, und daß das Meßgerät zu Beginn eines jeden der Impulse umgepolt wird (Pig. 5a).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundfrequenz der Meßspannung mittels eines an ein Wechselstromnetz angeschlossenen Prequenzuntersetzers erzeugt wird.
3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zueinander parallele Reihenschaltungen aus je 3 Sehalteinrichtungen (S1, S3, S5 bzw. S2, S4, S6) an das Netz und an Erde anschließbar sind, daß die Verbindungspunkte zwischen je zwei Schalteinrichtungen (S1, S3; S2, S4; S3, S5 bzw. S4, S6) der einen Reihe über das Meßgerät (2) bzw. über eine Gleichstromquelle (3) mit den entsprechenden Verbindungspunkten der anderen Reihe verbunden sind und daß ein Steuergerät (4) vorgesehen ist, das die Schalteinrichtungen (S1 bis S6) zur Erzielung der Grunafrequenz und der Kurvenform der Meßspannung und zur Umpolung des Meßgerätes (2) in einem vorgegebenen Rhythmus betätigt.
4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 in Abzweigen von Netzen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zueinander parallele Reihenschaltungen aus jezwei der Schalteinrichtungen (S1, S3 bzw. S2, S4), deren Verbindungspunkte über das Meßgerät (2) miteinander verbunden und die durch ein Steuergerät (4) zur Umpolung des Keßgerätes betätigbar sind, mittels eines Wandlers (12) an den zu überwachenden Netzabzweig anschließbar sind.

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