DE2357081A1 - Verfahren und einrichtung zur messung des isolationswiderstandes von ungeerdeten gleichstromnetzen - Google Patents

Verfahren und einrichtung zur messung des isolationswiderstandes von ungeerdeten gleichstromnetzen

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    • G01R27/16—Measuring impedance of element or network through which a current is passing from another source, e.g. cable, power line
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Description

Dr.-Ing. Gerd Harms ,Hannover, den 13.11.1973
Verfahren und Einrichtung zur Messung des Isolationswiderstandes von ungeerdeten Gleichstromnetzen _ -. .
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrich- : tung zur Messung des Isolationswiderstandes von ungeerdeten Gleichstromnetzen mittels einer der Netzspannung gegenüber Erdpotential überlagerten Meßsparinung und eines die Meßspannung auswertenden Meßgerätes.
In vielen Fällen muß aus Sicherheitsgründen der Isolationswider stand ungeerdeter Gleichstromnetze überwacht werden. Dies kann nur durch eine Messung unter Zuhilfenahme der Größen
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Spannung und Strom geschehen. Es ist bekannt,.daß dazu entweder die im Netz selbst vorhandene Gleichspannung ausgenutzt werden kann, indem· z.B. durch, zusätzliche Widerstände eine Meßbrücke verwirklicht wird oder daß dem Netz eine Wechselspannung gegenüber Erdpotential überlagert und beispielsweise der fließende Wirkstrom bestimmt werden kann. Die bekannten Verfahren haben alle irgendwelche Nachteile, die durch die Abhängigkeit von der Spannungshöhe im Gleichstromnetz, der Leiterkapazität und Induktivität, dem Verlustwinkel der Leitung, der Lage des Isolationsfehlers sowie von Storspannungen auf dem Schutzobjekt verursacht werden. Die Erfindung bringt für die Bestimmung des Isolationswiderstandes ein Verfahren und eine Einrichtung, die bei verhältnismäßig geringem Aufwand Störungen durch, äußere Einflüsse vermeidet bzw. auf ein unwesentliches Maß herabsetzt.
Die Erfindung geht von dem eingangs angegebenen Verfahren zur Messung des IsolationswiderStandes aus und besteht darin, daß die gegenüber Erdpotential überlagerte Meßspannung eine Rechteckspannung konstanter Amplitude Ist, die an das Gleichstromnetz über einen ohmschen Widerstand angekoppelt ist, der zusammen mit dem Isolationswiderstand einen Spannungsteiler bildet, daß die Periodendauer der Rechteckspannung das Einschwingen'des Netzes auf die Rechteckspannung gewährleistet und daß jeweils nach dem Einschwingvorgang der am Netz auftretende Anteil der Rechteckspannung als Maß für
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den Isolationswiderstand für eine beschränkte Zeitspanne dem Meßgerät zugeführt wird. ■
Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung-der Erfindung ist die Rechteckspannung gegenüber dem Erdpotential eine Wechselspannung.
Die Handhabung und die Wirkungsweise des Verfahrens der*v Erfindung wer; den nachstehend zusammen mit Einrichtungen, äie nach dem Verfahren der Erfindung arbeiten, anhand der Figuren beschrieben.
In Fig. 1 ist N das Gleichstromnetz, dem über einen Koppelwiderstand R^. eine Rechteckspannung ür gegenüber Erdpotential überlagert ist. Der über R fließende Gleichstrom ist dabei
uninteressant. Infolge des Widerstandes R„ sowie der Leiterkapazität C folgt das Netz den periodischen Spannungssprüngen: nur verzögert nach.- - /
In Fig. 2a ist die Rechteckspannuhg (hier als Wechselspannung) vor dem Widerstands aufgezeichnet und in" Fig. 2b die am Netz auftretende Spannung UXT. T„ ist die Periodendauer der Rechteckspannung. Durch entsprechende Wahl dieser Periodendauer TG ist dafür gesorgt, daß bei einem Isolationswiderstand Rp = ^*0 des Netzes das Netz jedesmal auf den Wert der Spannung U^ einschwingen kann. Liegt ein endlicher Wert für den Isolationswiderstand R vor, ist die Jtoiplitude - als Differenz des positiven und negativen Spannungsmäximums - der am Netz auftretenden Wechselspannung entsprechend kleiner. Diese Amplitude U7.
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ist ein Maß für R und wird gemessen. Hierzu wird zweckmäßig die Wechselspannung U am Punkt M beispielsweise über den Kop pelkondensator C abgenommen. Eine Verfälschung der am Koppelkondensator abgenommenen Spannung wird dadurch vermieden, daß die Messung leistungslos, also ohne Belastung geschieht.
Cv trennt dabei die Gleichspannung des Netzes von der überlagerten Wechselspannung. Die Messung der Spannung U erfolgt zu den Zeiten t.. , t2 (Fig. 2b) unmittelbar vor Wechsel der Rechteckspannung UG periodisch durch Abtastung, nur für ein kurze Zeitspanne.
RE Es gelten folgende Beziehungen: U7. = U_ =;—-—^r-
A G RE ■+- RK
bei T » RE · RK . C G R + R
Durch die im Verhältnis zur Abtastperiode kurzen Abtastzeiten für den Anschluß des Meßgerätes wird der Einfluß von Störspan nungen auf dem Netz entsprechend verringert, besonders dann, wenn die Abtastfrequenz nicht mit der Frequenz der Störspannungen (oder Bruchteilen derselben) übereinstimmt und vor der Anzeige oder Auswertung noch eine Mittelwertbildung vorgenommen wird.
In Fig. 2 ist das Prinzipschaltbild für eine komplette Einrichtung zur Messung des Isolationswiderstandes nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt. Da das Gleichstromnetz
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im allgemeinen nicht wie nach der schematischen Darstellung gemäß Fig. 1 aus einem einzigen Leiter, sondern aus einem geschlossenen Stromkreis mit Spannungsquelle und Verbraucher besteht, sind die Koppelkapazität C„ für den Anschluß des Meß-
gerätes und der Koppelwiderstand R„ für den Anschluß der Recht-K
eckspannung U-, aufgeteilt. Dementsprechend sind zwei Kondensa-
C ■ -■"-■'.
tor en _£i_ und zwei Widerstände 2 R vorgesehen. Auf diese Weise werden in Bezug auf die Spannung des Netzes symmetrische Be- äingungen erreicht. Mit R„ = <>° liegt das Gleichspannungspotential symmetrisch zur Erde, was in Bezug auf die Isolationsbeanspruchung der günstigste Fall ist; Storspannungen im Gleichstromnetz (nicht solche gegenüber- Erde, die bei Leitungssymmetrie normalerweise klein" sind) machen sich am Punkt M nur schwach oder gar nicht bemerkbar. -
Der Rechteckgenerator besteht aus einem elektronischen oder mechanischen Umschalter Sn, der von einem Steuergenerator Tn perio-
1 ο
disch betätigt wird. Er schaltet abwechselnd" eine positive und eine negative Spannung von der Große G über 2 . _K = R auf das"Netz N.
Der Kondensator C- bildet mit dem Koppelkondensator C-, einen ka-
Q ■ -■ λ -
pazitiven Spannungsteiler, mit dessen Hilfe die Spannung U in einen reduzierten Wert U1 umgewandelt wird, der den Schaltern S , S sowie dem Verstärker V unter Berücksichtigung eventuell auftretender Storspannungen zuträglich ist. S„ wird jedesmal
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dann kurz/geschlossen, wenn am Punkt M die maximale negative Spannung erreicht wird (siehe Fig. 2b), dann nimmt M Nullpotential an. Danach wird der Kondensator C auf das positive Spannungsmaximum aufgeladen. Ist dieses erreicht, wird S- kurz ge-· schlossen, und die Ladung wird bis zum Spannungsausgleich vom Speicherkondensator übernommen. Nach einer gewis'sen Zahl derartiger Vorgänge findet kein .wesentlicher Ladungsausgleich mehr statt, weil der Speicherkondensator C die Spannung U1 (als
ο A
Differenz zwischen positivem und negativem Spannungsmaximum) erreicht hat. Die Spannung an C wird von einem hochohmigen Verstärker V (z. B. FET-Eingang) erfaßt, bei Bedarf um den Faktor K verstärkt und angezeigt oder ausgewertet.. Das Ver-
hältnis S bestimmt die Anzahl der Abtastperioden, die vergehen CQ . " -
müssen, bis ein neuer Meßwert seinen Endwert erreicht hat (Integration, Mittelwertbildung).
Es gelten folgende Beziehungen:
U1 = UG + RK ' CK
A RE RK <CE + CK + CQ
TG>£ j . cK)
Der Koppelwiderstand R„ liegt zweckmäßigerweise in der Größenix.
Ordnung des zu messenden Isolationswiderstandes R . Die Leitungskapazität Cn, bildet zusammen mit R^ einen Tiefpaß, der alle höheren Frequenzanteile der Rechteckspannung unterdrückt, so daß Störungen auf andere Anlageteile kaum denkbar sind.
6 Selten Beschreibung
6 Ansprüche 509822/0388
1 Blatt Zeichnung

Claims (6)

Ansprüche W
1. Verfahren zur Messung des Isolationswiderstandes von ungeerdeten Gleichstromnetzen mittels einer der Netzspannung gegenüber Erdpotential überlagerten Meßspannung und eines die Meßspannung auswertenden Meßgerätes, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüber Erdpotential überlagerte Meßspannung eine Rechtedkspannung(ür) konstanter Amplitude ist, die an das GleichstromnetzVüber einen ohmschen Widerstand (RR) angekoppelt ist, der zusammen mit dem Isolationswiderstand (Rp) einen Spannungsteiler bildet, daß die Periodendauer (T_) der Rechteckspannung das Einschwingen des Netzes- (N) auf die Rechteckspannung (U-,) gewährleistet und daß
VJ
. jeweils nach dem Einschwingvorgang der am Netz auftretende Anteil (U,) der Rechteckspannung als Maß für den Isolationswiderstand (Rp) für eine kurze Zeitspanne (t , t_) dem Meßgerät zugeführt wird.
2". Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechteckspannung (Ur) gegenüber dem' Erdpotential eine Wechselspannung ist. .
3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach-Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein RechteckgeneratOr, der mit einem Pol an Erdpotential liegt, mit dem anderen Pol über
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einen Widerstand (RjJ an das Gleichstromnetz (N) angeschlossen ist und über einen vom Rechteckgenerator gesteuerten Schalter (S„) nach Beendigung des Einschwingvorganges ein Meßgerät (V) für die Einschwingspannung (UÄ) gegen Erde mit dem Netz (N) kurzzeitig verbunden wird.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät (V) für die einzelnen Meßvorgänge ein Mittelwert bildendes Meßgerät ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechteckgenerator eine Wechselspannung (U„, Fig. 2a) gegen Erdpotential erzeugt und die Auskopplung der Meßspannung über Kondensatoren (C ) erfolgt.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
RK zwei gleich große ohmsche Widerstände (y-) vorgesehen sind,. über die die Wechsel- Rechteckspannung (üG) zu beiden Seiten der Versorgungsquelle an das Gleichspannungsnetz * (N) angekop-
RK pelt ist, daß hinter den beiden ohmschen Widerständen (■=—) die
Netzspannung (U ) über je einen Koppelkondensator (■=—) abgenommen und einem weiteren einen Spannungsteiler gegen Erde bildenden Kondensator (CQ) zugeführt ist und daß durch einen von einem Taktgeber (Tß) für den Rechteckgenerator gesteuerten Schalter (S_) die am Spannungsteilerkondensator (CQ) anstehende Spannung nach dem Einschwingvorgang kurzzeitig auf eine integrierende' Verstärkerschaltung (V) mit nachgeschaltetem Meßgerät und abwechselnd durch einen zweiten auf dem gleichen Wege gesteuerten Schalter (S2) an Erdpotential gelegt wird.
—5-0 982 27 £388
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