DE2228834A1

DE2228834A1 - Detektor fuer feststellung eines leitungsweges nach masse fuer eine gleichstromsammelleitung

Info

Publication number: DE2228834A1
Application number: DE2228834A
Authority: DE
Inventors: John Alexander Irwin Young
Original assignee: General Electric Canada Co
Current assignee: General Electric Canada Co
Priority date: 1971-06-16
Filing date: 1972-06-14
Publication date: 1974-01-03
Also published as: ZA723675B; CA933237A; JPS48015047A; US3801898A

Description

Detektor für Feststellung eines Leitungsweges, nach
Masse für eine Gleichstromsammelleitung.

Die Erfindung betrifft eine Detektorschaltung zur Feststellung und Anzeige eines Leitungsweges nach Masse oder Erde auf einer Leitung eines Paares von geerdeten Gleichstromsammelleitungen
zur Leitung elektrischer Leistung zu einem Verbraucher.

In der Vergangenheit wurden die verschiedensten Formen von Detektoren zur Feststellung einer fehlerhaften Erdung einer Sammelleitung angegeben. Es sind beispielsweise Detektoren verfügbar, die entweder die zur Verfügung stehenden Spannungen

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der Sammelleitung oder eine zu dieser Spannung der Sammelleitung hinzugefügte Spannung verwenden zur Messung eines Ungleichgewichtes zwischen den beiden Spannungen, welches durch einen Leitungsweg nach Erde an einer der beiden Sammelleitungen bewirkt
wird. Ein Nachteil bei diesem letztgenannten Detektortyp besteht selbstverständlich darin, daß die Zufügung einer weiteren Spannung zu den Spannungen der Sammelleitungen eine unerwünschte Belastung bezüglich der Verbraucherisolation darstellen kann.

Erfindungsgemäß wurde daher ein neuartiger Detektor geschaffen,
welcher dieses Ungleichgewicht entweder in digitaler oder analoger Betriebsart erfaßt und das Entstehen eines Fehlers und Leitungsweges nach Erde anzeigt, wobei lediglich die verfügbaren Spannungen der Sammelleitung verwendet werden. Der Detektor enthält eine Gatterschaltung für jede Sammelleitung. Den Gatterkreisen wird ein positives bzw. negatives Gleichspannungs-Vorspannungssignal zugeführt für die positive bzw. negative Sammelleitung, um jeden dieser Gatterkreise während der Abwesenheit eines Fehlers auf einer der beiden Sammelleitungen in einer anderen der beiden Betriebsarten zu halten. Die S pannungen auf den Sammelleitungen werden
in einem einfachen Widerstandsnetzwerk verglichen. Stets dann,
wenn ein Ungleichgewicht zwischen diesen Spannungen wegen eines
Erdungsfehlers besteht, d.h. eines Leitungsweges nach Erde auf
einer der beiden Leitungen, dann wird von dem Netzwerk ein Signal proportional zu dem Ungleichgewicht den Gatterkreisen zugeführt. Dieses Signal wird den Gatterkreis für die defekte Sammelleitung in die andere Betriebsart umschalten. Diese Umschaltung wird angekündigt zur Anzeige des Auftretens eines Fehlers und zur Anzeige darüber, welche Sammelleitung defekt ist.

Ein besseres Verständnis dieser und weiterer Aufgaben, Merkmale
und Vorteile des erfindungsgemäßen Detektors ergibt sich aus der Beschreibung vorteilhafter Ausführungsformen in Zusammenhang mit den Abbildungen .

Fig. 1 zeigt eine vereinfachte Darstellung der Beziehungen zwischen dem Detektor und anderen Bauteilen in einem typischen

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elektrischen System für Gleichstromleistung.

Fig. 2 zeigt weitere Einzelheiten eines Detektors nach Fig. 1 in der Ausführungsform mit digitaler Betriebsart.

Fin:. 3 ist eine Darstellung des Detektors nach Fig. 2, in der Ausführung für die analoge Betriebsart.

In Figur 1 besteht eine Konverterbrücke 10. aus positiven Zellen Pl bis P3 und negativen Zellen N1 bis N3, welcher auf den Leitungen Ll bis L3 eine Drei-Phasenwechselspannung erhält und Gleichspannung an einen Verbraucher liefert. Der Detektor 1! ist an die Anschlüsse P und N angeschlossen, die ihrerseits über Spannungsabfallwiderstände Rl bzw. R2 an die ungeerdete positive bzw. negative Gleichstromsammelleitung angeschlossen sind, Selbst~ verständlich können ggf. auch die Widerstände Rl und R2 überflüssig sein.

Figur 2 zeigt weitere Einzelheiten des Detektors 11 nach Fig.l. Eine positive Gleichspannung wird als Vorspannung über den Abschluß P3 und den Widerstand R3 an eine Gatterschaltung für die positive Sammelleitung bestehend aus dem Kondensator Cl, der Diode Dl und dem Transistor Ql geführt. Ebenso wird über den Anschluß NB und den Widerstand R8 eine negative Gleichspannung als Vorspannung einer Gatterschaltung für die negative Glelchstromsainrfielleitung zugeführt, die aus dem Kondensator C2, der Diode D2 und dem Transistor Q2 besteht. Da keine weitere S pannung diesen Schaltungen zugeführt wird, wird der Transistor Ql eingeschaltet und erzeugt ein logisches Signal 1 am Ausgang der Invertergatteranordnung 12 in Form einer integrierten Schaltung am Anschluß GP. Der Transistor Q2 bleibt gesperrt und dies führt zu einem Signal für die logische 0 bzw. die logische 1 am Ausgang des Invertergatters 13 bzw. am Ausgangsanschluß GN vom Invertergatter 14_a Ebenso ist das Ausgangssignal am Anschluß G vom Invertergatter 16 ein Signal für eine logische 1, da zwei logische Signale 1 an dem NAND-Gatter 15 in Form einer integrierten Schaltung augeführt werden.

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Wenn jedoch ein Leitungsweg nach Erde entsteht, wird den Gatterkreisen eine andare Spannung zugeführt. In der Fig. 2 sind die Anschlüsse P und N an die positive bzw. negative Gleichstrom-Sammelleitung der Fig. 1 angeschlossen. Unter normalen Betriebs-ZUStänden, d.h. es sind keine Leitungswege von einer Sammelleitung nach Erde vorhanden, sind die Spannungen an den Anschlüssen P und N gleich groß in ihrer Amplitude und entgegengesetzt in der Polarität. Daher wird unter normalen Betriebszuständen dem Gatterkreis für die positive Gleichstromsammelleitung keine weitere Spannung über die Widerstände R4 und R5 zugeführt und dem Gatterkreis für die negative Gleichstromsammelleitung wird keine weitere Spannung über die Widerstände R6 und R7 zugeführt. Die Transistoren«! bzw, Q2 werden daher eingeschaltet bzw. gesperrt gehalten durch die Vorspannungen, Wenn jedoch an einer der Sammelleitungen ein Lsicangsweg nach Erde entsteht, wird die Gatterschaltung für diese Sammelleitung in folgender Weise beeinflußt. Wsiia aiii Leitii-igsweg nach Erde an einer Sammelleitung entsteht, werden dAs üipiumungen der Sammelleitungen verglichen an den Anschlüssen P lud IJ sir* üngleiehgG'/iehä; erhalten zugunsten der Spannung auf der t-ndsren Sammelleitung, Das heißt, das Entstehen eines ν U'tirfStiUidsbwi'af tetea Leitungsweges Each Erde auf der positiven viÄiiiiiellsifcung -.vircl eine resultisrsade negative Gleichspannung an den Änschlüi-asfi ρ und Yi erzeug-sn, Diese resultierende negative Gloiohspun^i.^-g vyird allgemein d-sr- Punkt IP am Eingang des Gatterkrcises 'Cu.v dia positive Sammelleitung¹ negativ machen bezüglich Üo-.it;}, IfAuv.s:ch '-j±rd der norm&lsrvysise eingeschaltete Transistor Ql aOg<flarthf.lt.ö«j ou.iT gesperrt ted daher am Anschluß GP ein Signal fnr die Ιοί.Χ^ρ,λ^ Q -arssugt. Da gleichzeitig der Punkt IN am Eingar.^f dsa uiiS;i.s::.^:l:rsisea für d:ls aagative Sammelleitung bereits ne- giit i.y Dsr,i':g"ä.:lr;"\ Irde ist, v/ivC in gleichen Augenblick die resulti.-*j.'tude "■:.■;·« ä; J--/a Gleichspannung Ein den Anschlüssen P und N keine Λ ...ι. r wirk u' ifi f ι.;ϊ ύ3Ώ. Transistor Q2 besitzen, welcher weiterhin ge- rip-rrc hl.3^--,3L ^i.fd. Dadurch -jira ^eitsrhin ein Signal für die logii'Cüe 1 ;=:;; .-..-.i^c-hluß GN vorhr..n--::en sein_s Mit einer logischen 0 bzw. t?:a^H>-!· Ιο£ΧΆ;·α~\:. 'λ Άΐα Anschluß G? Sz^j₅ GN wird jetzt am Anschluß G <-'ίϊ SiKiIa'.: :"ür c!;3 logische 0 ^rp-chsinen, Bei Entstehen eines ψ\ύ€:·:$ΙίΐΏ.:ΐϊ:::ΰϊ::\ϊ'-stzn Leltiing^vsses nach Masse auf der negativen

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Sammelleitung andererseits wird sich eine resultierende positive Spannung an den beiden Punkten IP und IN ergeben. Diese wird zwar den Zustand des Gatterkreises für die positive Sammelleitung nicht mehr beeinflußen. Sie wird jedoch den normalerweise gesperrten Transistor Q2 einschalten und dadurch ein Signal für die logische 0 am Anschluß GN erzeugen. Da am Anschluß Gn bzw. GP ein Signal für die logische 0 bzw. die logische 1 zur Verfügung steht, wird wiederum am Anschluß G ein Signal für die logische 0 erscheinen.

In der vorstehenden Erläuterung ist zu beachten, daß das Entstehen eines Verlustwiderstandsbehafteten Leitungsweges nach Erde entweder auf der positiven oder negativen Gleichstromsammelleitung Signale für die logische 0 sowohl am Anschluß G als auch am Anschluß GP bzw. GN erzeugen wird. Die Gatter 12 bis 16 in Form einer integrierten Schaltung sind selbstverständlich verantwortlich für die Überwachung des Schaltzustandes der Gatterkreise. Sie geben bei Vorhandensein dieser Signale für die logische O das Auftreten eines widerstandsbehafteten Leitungsweges nach Erde infolge eines Defektes an und geben weiterhin auch noch an, welche Sammelleitnng fehlerhaft ist. Diese Signale für die logische 0 werden ihrerseits verwendet, um eine Lichtanzeige und/oder andere Schutzschaltungen anzusteuern, welche möglicherweise erwünscht sind, um den Bedienenden bei der Durchführung von Korrekturmaßnahmen zur Beseitigung des fehlerhaften Leitungsweges zu unterstützen.

Die Widerstände R4 bis R7 in der Schaltung gemäß Fig. 2 bilden ein einfaches Widerstandssteuerungsnetzwerk zur Erfassung des Ungleichgewichtes in den Spannungen der Sammelleitungen während des Zeitraumes, in dem ein fehlerhafter Leitungsweg besteht, und zwar durch digitale Betriebsart und Zuführung einer Spannung proportional zu diesem Ungleichgewicht zu den Gatterschaltungen bei IP und IN während dieses Zeitraumes. In Fig. 3 ist eine Abwandlung des Detektors dargestellt mit einem etwas anderen Steuerneztwerk zur Erfassung des Ungleichgewichtes in der wahlweise möglichen analogen Betriebsart. Das Widerstandsnetzwerk der Fig. 2 wird praktisch ersetzt durch die Widerstände R9 bis R13 und einen Operatorverstärker 15. Die anderen in der Fig. 3 gezeigten Bauelemente sind

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die gleichen wie die entsprechend bezeichneten Elemente der Fig.2, Ein Teil 18 des in gestrichelten Linien in Fig. 2 eingeschlossenen Detektors wurde jedoch zur Vereinfachung in Fig. 3 in Form eines Blocks 19 wiedergegeben. Das Steuernetzwerk der Fig. 3 führt den Gatterschaltungen eine Spannung durch die Widerstände R 12 und R 13 in ähnlicher Weise zu, wenn ein widerstandsbehafteter Leitungsweg nach Erde infolge eines Fehlers entsteht und der Detektor arbeitet in gleicher Weise für beide Betriebsarten zufriedenstellend.

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Claims

- 7 Patentansprüche

1. Detektor zur Anzeige eines Fehfers durch widerstandsbehafteten Leitungsweg nach Erde auf einer der beiden Sammelleitungen eines Paares geerdeter Leitungen zur Weiterleitung elektrischer Leitungen für einen Verbraucher, dadurch gekennzeichnet, daß er umfaßt:

einen Gatterkreis (Cl, Dl, Ql) (C2, D2, Q2) für jede der Sammelleitungen, wobei jeder Gatterkreis zwei Betriebsarten besitzt, eine Eingangsvorspannungseinrichtung (PB, E3) (NB, RS) für jeden Gatterkreis, um normalerweise jeden der Kreise in einer anderen der Betriebsarten zu betreiben, eine eingangsseitige Steuereinrichtung (R4-R7) für die Gatterkräse zvm Vergleich der Spannungen auf den Sammelleitungen und zur Zuführung eines mit Vorzeichen behafteten Signal® zu beiden Gatterkreisen jedesmal dann, wenn die Spannungen als Ergebnis eines Defektes ein Ungleichgewicht besitzen, wobei dieses Signal die Gatterschaltung für die Defekt behaftete Sammelleitung in die andere Betriebsart umschaltet und eine Über«vaehungseiarichtung (12-18) für die Gattersehaltiragen zur Ankündigung dieses üisise halt Vorgang es.

2. Detektor zur Anzeige eines Defektes durch, widerstandsbehafteten Leitungsweg nach Masse für eins der beiden Saßunelleitungen eines Paares ungeerdeter Gleichstromsamnielleitungen zur Weiterleitung elektrischer Leistung zu einem Verbraucher, el a durch gekennzeichnet, daß er umfaßt:

einen ersten und zweiten Gatterkreie für die positive bzw. negative Sammelleitung, wobei diese Schaltungen in der Lage sind, beliebig in zwei Betriebsarten zu arbeiten, eine eingangsseitige Vorspannungseinrichtung für jede Schaltung die normalerweise jede der Schaltungen ±n eirer anderen, der beiden Betriebsarten betätigt, eine Vorspann ungseinrichtung zu-e Einspeisung eines positiven Gleichspannungssignals auf die erste Gatterschaltung und zur Einspeisung eines negativen Gleichspannungssignals auf die zweite Gatterschaltung, eiae eingaagsseitige

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Steuereinrichtung für die Gatterschaltungen zum Vergleich der Spannungen auf den Sammelleitungen und zur Zuführung eines weiteren Signals zu beiden Gatterschaltungen jedesmal dann, wenn die Spannungen durch einen Defekt ein Ungleichgewicht besitzen, wobei ein negatives zusätzliches Signal als Anzeige eines Defektes auf der positiven Sammelleitung die erste Gatterschaltung in die andere Betriebsart umschaltet und ein positives zusätzliches Signal zur Anzeige des Defektes auf der negativen Sammelleitung, die zweite Gatterschaltung in die andere Betriebsart umschaltet, sowie eine Überwachungseinrichtung für die Gatterschaltungen zur Ankündigung dieses ^umschaltVorganges.

3. Detektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eingangsseitige Steuereinrichtung aus einem einfachen Widerstandsnetzwerk bestelt, wobei ein anderer Widerstand jeweils zwischen jede der Sammelleitungen und jede der Gatterschalturigen geschaltet ist.

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