-
-
EIM@C@@U@G ZUR ÜBER@ACHUNG DES ISOLATIONSWIDERSTANDES Die Erfindung
betrifft eine Einrichtung zur Überwachung des Iselationswiderstandes des Stromkabels
und der Ständer-@icklung einesunterirdisch betriebenen in 2weileiter-Rohr-Schaltung
gespeisten Motors, insbesondere eines Elektrotiefbohrgerätes.
-
Es sind bereits verschiedenartige Verfahren und technische @ittel
bekannt, die die Überwachung des Isolationszustandes Leitungskabel eines aus elektrischer
Anlage und bestehenden Systems ermöglichen.
-
In jedem konkreten Fall wird die Auswahl dieser oder jener @ittel
durch den Überwachungszweek, die Forderung an die Isolationsgüte, die nach einem
konkret gewählten Parameter bewertet wird, und die @rbeitsbedingungen des Systems
bestimmt.
-
Bei Systemen, die keine mit der Erde elektrisch verbundene Elemente
enthalten, kann die Überwachung des Isolationswiderstandes mit Hilfe jedes beliebigen
der vielen bekannten Verfahren vorgenommen werden.
-
Spezifisches Merkmal der Verfahren und @ittel zur Überwachung des
Isolationswiderstandes bei Systemen, die eine geerdete Phase enthalten, ist die
Notwendigkeit, das System von dem geerdeten Abschnitt abzuschalten, um die Messung
der Isolation gegenüber Erde zu ermöglichen.
-
Zu den bekannten Ikizteln dieser Art hören beispielsweise elektromagnetische
Apparate, deren Antrieb in den nichtgeerdeten Phasen des Systems und der Kontakt
in der geerdeten Phase liegt. Beim @nschlu@ des Systems an das Speisenetz spricht
die elektromagnetische Linrichtung an und verbindet mit seinen Kontakten das System
mit Erde, womit ein normales Arbeiten der elektrischen Anlage gesichert wird.
-
wird Beim Abschalten des Systems vom Hetz # der elektromagnetische
Apparat stromlos gemacht und schaltet das System von Erde ab, wodurch die Möglichkeit
gegeben wird, den Isolationswiderstand mit Hilfe von gewöhnlichen Isolationsmessern
zu überwachen.
-
Der Antrieb des Apparates, der das Zu- und Abschalten der Erde bewirkt,
kann auch unabhängig vom Speisenetz (beispielsweise hydraulisch, pneumatisch usw.)
sein.
-
Bekannt ist auch die Einrichtung nach dem Urheberschein Nr. 192939,
die auch dem vorliegenden Gegenstand eigene Merkmale aufweist und auch kontaktlos
mit zwei @albleiterclementen,
eins von weichen gesteuert wird, ausgeführt
ist. Beim Schalten in die geerdete Phase nach der Gegenparallelschaltung sichern
diese Geräte einen normalen Stromdurchfluß in der geerdeten Phase des Systems beim
Anschluß desselben an das Speisenetz, und beim Abschalten des Systems vom Speisenetz
ermöglichen sie die Messung des Isolationswiderstandes gegenüber Erde mit Hilfe
eines Gleichstromgerätes(vergl.Anm.P2127870.6).
-
@s ist zu betonen, daß zur Überwachung des Isolationswiderstandes
mit Hilfe jeder beliebigen der erwähnten Einrichtungen, die das zu überwachende
System mit Erde verbinden, unbedingt das System vom Speisenetz abgeschaltet werden
muß, Was mit einem Stillsetzen des Produktionsprozesses verbunden und ein wesentlicher
den erwähnten Einrichtungen gemeinsamer @achteil ist.
-
@nter den Linrichtungen, die keiner Stillsetzung des Produktionsprozesses
zur Überwachung der Isolation bedürfen, ist eine schnellwirkende Linrichtung bekannt,
die(wie die vorste-Leiterkabel hend erwähnten)das System elektrische Anlage- vom
Speisenetz, das einen g@erdeten Hulleiter besitzt, abschalten, nur mit dem Unterschied,
daß diese Abschaltung für eine sehr kurze zeit erfolgt, während der sich der Betriebszustand
der elektrischen @nlage (beis@ielsweise die wellendrehzahl des @lektromotors) nicht
wesentlich ändert. Diese Zeit kann zur automatisierten Kontrelle des Isolationswiderstandes
des Systems gegenüber @rde mit Hilfe einer mit der Abschalteinrichtung synchronisierten
Leßeinrichtung ausgenutzt werden. Zu den Nachteilen
dieser Einrichtung
zählt der Umstand, daß sie nicht in Systemen benutzt werden kann, die eine elektrische
Anlage mit ziemlich großer und schnell veränderlicher Belastung enthält (z.B. der
Motor eines Tiefbohrgerätes), die keine Abschaltung der elektrischen Anlage vom
ffetz, selbst- itir eine kürzeste Zeit, wegen der Gefahr einer Störung deren Betriebs
bzw. deren Ausfalls zuläßt.
-
Zweck der Erfindung ist es, eine Einrichtung zu entwickeln, die die
Überwachung des Isolationswiderstandes eines Systems mit geerdeter Phase ohne Abschaltung
des Systems vom Sizelsenetz und ohne Unterbrechung des Betriebs ermöglicht.
-
Weiterhin bezweckt die Erfindung die vorbeugende Abschaltung des
Systems, beispielsweise des elektrischen Teifbohrgerätes und des Stromkabels vom
Speisenetz beim Abnehmen des Isolationswiderstandes unter den zulässigen Wert. Zweck
dieser Erfindung ist auch die Überwachung des Isolationswiderstandes eines bewehrten
Labels, eines Rohrs mit in diesem verletzten Leitungen usw. Dies wird dadurch erreicht,
daß bei einer Einrichtung zur Uberwachung des isolationswiderstandes des Stromkabels
und der Ständerwicklung eines unterirdisch betriebenen Motors bei Verwendung als
Stromzuleitung der geerdeten Bohrrohrkolonne, die elektrisch mit der Wicklung des
abgesenktes Motors über ein in das Bohrloch Schaltelement mit gegenparallel geschalteten
Halbleiterventil und Thyristor und mit einem Steuersystem, das die Wicklung vom
Rohr während des Anschlusses des Widerstandsmeßelementes abschaltet, verbunuen
ist,
gemaß dr Erfindung ein zusätzliches nicht in das abgesenktes Bohrloch # Schaltelement
mit gegenparallel geschalteten @albleiterventil und Thyristor benutzt wird, das
zwischen einer @etzphase und dem oberen Anschluß der geerdeten Leitung (Bohrrohrkolonne)
geschaltet ist und durch einen als Triggerschaltung ausgeführten Halbleiterschalter
gesteuert wird, wobei an seinen Eingang der geerdete und nichtgeerdete Anschluß
eines als Stromtransformator mit in @eihe mit der geerdeten Leitung und der Motorwicklung
geschaltetem Primarkreis ausgeführten Stromgebers angeschlossen sind. Hierbei ist
der eine @riggerzweig an die Steuerelektrode des zusätzlichen Schaltelementes gelegt,
während zwei Anschlüsse des erwähnten Meßelementes an die beiden Leitungen des Ventils
und Thyristors des zusätzlichen Schaltelementes und der dritte Anschluß - an das
äußere Ende der nichtgeerdeten Phase gelegt sind.
-
Hachstenend wird die Erfindung durch ausführliche Beschreibung mit
Bezug auf die beigefügte Zeichnung ,die die bevorzugte Variante der erfindungsgomaßen
Einrichtung zeigt, naher erläu-@ert.
-
Der Lotor 1, in dessen Speisesystom die Bohrrohrkolonne 2 als mit
Erde verbundene Stromzuführung benutzt ist9 wird an den Trennschalter 3 über die
Schaltelemente 4 und 5 angeschlossen. Zwischon de@ Schaltelement 4 und der Bohrrohrkolonne
2 ist die Primärwicklung des Stromt@ansformators 6 geschaltet. Das @albleiterventil
7 des @chaltelementes 4 ist gegenparallel zum Thyristor 8 geschaltet, dessen Steuerelcktrode
9 mit dem Ausgang
der Steuereinheit 10 verbunden ist.
-
Die Katode des Ventils 7 und die Anode des Thyristors 8 sind an den
Trenner 3 gelegt, während die Anode des Vontils 7 und die Katode des Thryristors
8 über die Primärwicklung des Stromtransformators geerdet sind.
-
Das Ventil 11 des Schaltelementes 5 und der Thyristor 12 sind gegenparallel
geschaltet. Die Primärwicklung des Stromtransformators 13 ist in Reihe mit dem Ventil
11 und die Sekundärwicklung - zwischen der Katode des Thyristors und seiner Steuerelektrode
14 geschaltet. Die Anode des Ventils 11 und die Katode des Thyristors 12 sind an
die geerdete @hase des Elektromotors 1 angeschlossen, während die Katode des Ventils
11 und die Anode des Thyristors 12 goerdet sind. Die Steuereinheit 10 ist als Trigger
mit zwei Transistoren 15 und 16 ausgeführt, deren Emitter geerdet und die Kollektoren
über die Widerstände 17 und 18 an die Spannungsquelle 19, deren Minuspol geerdet
ist, gelegt sind.
-
Die Basen der Transistoren 15 und 16 sind über die widerstände 20
und 21 geerdet. Der Kollektor des Transistors 15 ist über den Widerstand 22 mit
der Basis des Transistors 16 und der Kollektor des Transistors 16 über den Widerstand
23 mit der Basis des Transistors 15 verbunden. An die Basen der Transistoren 15
und 16 sind mit ihren Katoden die Ventile 24 @nd 25, deren Anoden mit einem der
Anschlüsse der Sekundärwicklung des Stromtransformators 6 verbunden sind, gelegt,
während der zweite Anschluß dieser wichlung geerdet ist. @er
kollektor
des Transistors 15 ist über den Widerstand 26 mit der Steuerelektrode j des Thyristors
8 verbunden. Die Meßeinheit 29 ist an eine der nichtgeerdeten Phasen, an den gemeinsamen
Punkt der Thyristoranode und der Ventilkatode und über Erde an den gemeinsamen Punkt
der Ventilanode und Thyristorkatode gelegt.
-
Die Meßeinheit 29 ist mit dem nichtstabilisierten Gleichrichter 30,
dem Spannungsamplitudenmesser 31, dem Differentialrelais 32 und dem Quotientenmesser
33 mit Skale in Widerstandseinheiten ausgeführt.
-
Der Gleichrichter 30 ist mit dem Spannungstransformator 34 ausgeführt,
dessen Primärwicklung an den Trenner 3 zwischen der geerdeten Phase 2 und einer
der nichtgeerdeten Phasen, beispielsweise Phase 27, angeschlossen, während die Sekundärwicklung
an den Eingang der Gleichrichterbrücke 35 gelegt ist.
-
Der eine Pol der Brücke 35 ist geerdet, während der andere Pol angeschlossen
ist an die Reihenschaltung aus einer der Wicklungen des Relais 32 und einer der
Spulen des Quotientenmessers 33, dessen beide Spulen einen gemeinsamen geerdeten
Punkt haben.
-
Die zweite Spule des uotientenmessers 33 ist in eihe mit der zweiten
Wicklung des Relais 32 an die Katode des Feldtransistors 36, der als Katodenfolger
geschaltet ist, angeschlossen.
-
Außerdem enthält der Spannungsamplitudenmesser 31 eine zwischen dem
Feldtransistor 36 und Erde geschaltete Gleichspannungsquelle 37, einen zwischen
Katode des transistors 36 und Erde geschalteten Widerstand 38, einen Widerstand
39 und einen
Kondensator 40, über deren Parallelschaltung das Gitter
des Transistors 36 an Erde gelegt wird, sowie ein Ventil 41, das mit der Katode
an das Gitter des Transistors 36 und mit der Anode an die Phase 2 des Trenners 3
angeschlossen wird.
-
Die in der Zeichnung angeführte Einrichtung funktioniert die folgt.
Beim Anschluß des Trenners 3 an die lechselstromspeisequelle (nicht mitgezeichnet)
erhält der Elektromotor 1 Strom üble; die nichtgeerdeten Phasen 2i und 28 und die
geerdete Phase 2, wobei der Durchgang der negativen Stromhalbwelle in der Phase
2 durch die Ventile 7 und 11 und der positiven Stromhalbwelle - durch die Thyristoren
8 und 12 beim Vorliegen eines von der Steuereinheit 10 der bteuerelektrode c zugeführten
Steuerpotentials gesichert wird.
-
Die Spannung der Sekundärwicklung des Transformators 6, die sich
mit der Frequenz des Speisenetzes ändert, wird an den Eingang der Steuereinheit
10 gelegt, von deren Ausgang die Wechselspannung mit einer zweimal geringeren Frequenz
als am Eingang auf die Steuerelektrode 9 des Thyristors 8 gegeben wird.
-
Da der Thyristor 12 zum Beginn der positiven Halbwelle der Speisespannung
durch die Zuführung zu seiner Steuerelektrode 14 einer Steuerspannung von der sekundären
Viicklung des Transiormators 13 beim Durchgang der negativen Stromhalbwelle durch
das Ventil 11 geöffnet und in offenem Zustand durch die positive Stromhalbwelle
gehalten wird, so wird der Anschluß der Wicklung des Elektromotors 1 an die geerdete
Phase 2 durch Einschalten des Thyristors 8 beim Anlegen an seine Steuerelektrode
9
der maximalen Spannung vom Ausgang der Steuereinheit 10 erreicht, wobei dieser Anschluß
einmal in zwei Perioden der Netzspannungsfrequenz erfolgt.
-
Beim @usbleiben an der Steuerelektrode 9 der Spannung von der Einheit
10, d. h. ede zweite Periode der Netzfrequenz, bleibt der Thyristor 8 gesperrte
in der Phase 2 fließt keine positive Stromhalbwelle, so daß der Thyristor 12, der
nicht durch diese Halbwelle in offenem Zustand gehalten wird, gleichfalls gesperrt
ist.
-
Somit ird einmal in zwei Perioden der Speisenetzspannung das gesamte
System von dem geerdeten Abschnitt der Phase 2 für eine Zeit, die eine halbe Periode
der Netzfrequenz nicht übersteigt, abgeschaltet, wodurch die Möglichkeit gegeben
wird, den Isolationswiederstand des Systems gegenüber Erde zu kontrollieren.
-
Die Periodizität der Abschaltung des Systems von Erde wird einerseits
ausgehend von minimalem Einfluß der Nbschaltung der Phase 2 auf den Betriebszustand
des Elektromotors 1 und andererseits - von den Forderungen an die Häufigkeit der
Isolationswiderstandskontroll gewählt.
-
Die Ämderung der Periodizität der Abschaltung des zu überwachenden
Systems von Erde kann mit Hilfe vieler bekannter Triggerkombinationen in der Steuereinheit
10 erreicht werden.
-
Die Überwachung des Isolationswiderstandos des Systems gegenüber
Erde kann mit Hilfe der Meßeinheit 29 vorgenommen werden. Das Leßprinzip für den
Isolationswiderstand des Systems
gegenüber Erde mit Hilfe der Leßeinheit
29 besteht im folgenden.
-
Die Größe der positiven Spannungshalbwelle bei gesperrtem Thyristor
8 hängt von dem Wert des Isolationswiderstandes ab.
-
Dies läßt sich dadurch erklären, daß die Reihenschaltung des äquivalenten
Widerstandes des Schaltelementes 4 bei gesperrtem Thyristor 8 mit dem äquivalenten
Isolationswiderstand des zu überwachenden Systems, die durch den äquivalenten Widerstand
des Schaltelementes 5 überbrückt ist, an die Leiterspannung gelegt wird. bomit hängt
die am gesperrten Schaltelement 4 gemessene Spannung von dem Verhältnis zwischen
den erwähnten Widerstandswerten ab und ist desto größer, je schlechter der Zustand
der Isolation ist, wobei sie bei einen Abfall des Isolationswiderstandes auf Null
den Spitzenwert der zugeführten Netzspannung erreichen kann.
-
Die positive Spannungshalbwelle am Schaltelement 4 bei gesperrtem
Thyristor 8 lädt über Ventil ;F1 den Kondensator 40 auf, wobei das TJentil 41 das
1 laden des Kondensators 40 über den Thyristor 8 in der Zeit, wo er leitend ist,
verhindert.
-
Folglich kann sich der Kondensator 40 vorwiegend nur über den Widerstand
39 entladen, beim anlegen an den Eingang des Katodenfolgers die Ausgangsspannung
des letzteren und damit den Strom in der Wicklung des Relais 32 und in der Spule
des Quotientenmessers 33 bestimmt.
-
Die im Stromkreis des Gleichrichters 30 liegende Wicklung
des
Relais 32 und Spule des Quotientenmessers 33 gest@tten es, das deren Differentialschaltung
bezüglich der zweiten hicklung und Spule der gleichen Llemente den Einfluß der Spannungsschwankungen
des Speisenetzes auf die Leßergebnisse auszuschließen.
-
Die @ontakte (nicht mitgezeichnet) dos Relais 32 liegen im Stromkrois
des Antriebs des Trenners 3 und schalten im Falle einer Senkung des Isolationswiderstandes
unter den zulässigen @ert das zu überwanhende System vom Speisenetz ab.