DE2546997A1 - Einrichtung zur isolationsueberwachung nicht geerdeter gleichstromnetze - Google Patents

Einrichtung zur isolationsueberwachung nicht geerdeter gleichstromnetze

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    • G01R27/02Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02H3/16Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to fault current to earth, frame or mass

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Description

  • Einrichtung zur Isolationsüberwachung
  • nicht geerdeter Gleichstromnetze Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Isolationsüberwachung nicht geerdeter Gleichstromnetze mit einer zwischen den Netzleitern liegenden Brückenschaltung, deren einer Brückenzweig aus Hilfswiderständen und deren anderer Brückenzweig aus den Isolationswiderständen der Netzleiter gegen Erde gebildet wer den, und mit einer bei einer Unsymmetrie der Isolationswiderständ ansprechenden Überwachungsvorrichtung im Brückennullzweig.
  • Bei einem einpoligen Erdschlußfehler bleibt das Netz aufgrund der fehlenden Erdung funktionsfähig. Erst bei einem zweiten Erdschluß fehler auf dem anderen Pol des Netzes kommt es zu einem Kurzschlußverhalten. Um dieses zu vermeiden, ist es wesentlich, daß das Netz ständig oder in Abständen auf einpolige Erdschlußfehler überwacht wird, um solche Fehler zu beheben oder zumindest auf di Gefahr eines Kurzschlußverhaltens bei Auftreten eines zweiten Erd schlußfehlers vorbereitet zu sein. Eine solche überwachung auf Erdschlußfehler erfolgt bei ungeerdeten Gleichstromnetzen im allgemeinen im Rahmen einer Unsymmetriemessung unter Zuhilfenahme der oben genannten Brückenschaltung. Wenn ein Isolationswiderstand zwischen dem positiven oder negativen Netzpol und Erde bzw.
  • Schutzleiter durch Fehlereinwirkung gegenüber dem Normalfall absinkt, erfolgen eine Verstimmung der Brückenschaltung und eine diesbezügliche Auswertung im Brückennullzweig, und zwar mittels eines Relais, das auf den Strom im Brückennullzweig anspricht und reine Überwachungs- und/oder Abschaltfunktionen hat. Um zu einer möglichst genauen sowie empfindlichen Isolationsüberwachung zu gelangen, wird in dem Brückennullzweig im allgemeinen ein gepoltes Relais, und zwar vorzugsweise ein sehr empfindliches und relativ teures T-Relais benutzt. Da jedoch bei verschiedenartigen Erdschlußfehlern im Brückennullzweig gegensinnig fließende Brückenverstimmungsströme auftreten können, müssen zusätzliche Maßnahmen getroffen werden, damit das gepolte Relais auf beide Fehlerarten ansprechen kann. Zu diesem Zweck wird in den Brückennullzweig ein Brückengleichrichter eingesetzt, mit dessen ausgangsseitigen Gleichstromanschlüssen das gepolte Relais verbunden wird. Eine solche Isolationsüberwachungseinrichtung hat vor allem den Nachteil, daß sie wegen der Verwendung des T-Relais relativ teuer ist.
  • Ferner ergeben sich gewisse Probleme bezüglich einer variablen Einstellung einer Ansprechschwelle, und der Brückengleichrichter muß eine vergleichsweise große Spannungsfestigkeit aufweisen, da an ihm im ungünstigsten Fall etwa die gesamte Spannung zwischen einem Pol und Erde bzw. Schutzleiter abfällt.
  • Grundsätzlich ist es zwar möglich, das T-Relais im Brückengleichrichter innerhalb des Brückennullzweiges der Brückenschaltung durch einen bloßen Widerstand zu ersetzen und die an ihm bei einem Erdschlußfehler abfallende Spannung beispielsweise mittels eines Operationsverstärkers zu verstärken und für Auswertungszwecke weiter zu verarbeiten. Eine solche Schaltung ist jedoch nur sinnvoll, wenn die Versorgung des Operationsverstärkers potentialfrei erfolgt, weshalb die Verwendung einer völlig getrennten Hilfsspannung erforderlich ist. Hierdurch ergibt sich ein relativ grosser schaltungstechnischer Aufwand, der in vielen Anwendungsfällen nicht tragbar ist. Außerdem muß auch bei dieser Einrichtung der Brückengleichrichter im Brückennullzweig der Brückenschaltung wie im obigen Fall eine große Spannungsfestigkeit aufweisen.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Isolationsüberwachungseinrichtung der genannten Art, die unter Vermeidung der geschilderten Nachteile, also insbesondere unter Verzicht auf ein teures T-Relais und auf eine getrennte Hilfsspannungsquelle, auf relativ einfache sowie preiswerte Weise eine vielseitige, anpassungsfähige und sichere Isolationsüberwachung ermöglicht.
  • Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird bei einer Einrichtung zur Isolationsüberwachung der genannten Art mit einer Überwachungsvorrichtung im Brückennullzweig erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die überwachungsvorrichtung zumindest ein optoelektronisches Koppelglied aufweist, dessen Eingangselement eine von der elektrischen Unsymmetrie abhängige optische Strahlung abgibt, die von einem Ausgangselement erfaßt und in ein elektrisches Anzeige- und/ oder Auslösungssignal umgesetzt wird. Eine derartige Maßnahme ist äußerst vorteilhaft, da das am Ausgangselement des optoelektronischen Koppelgliedes auftretende Signal beliebig weiterverarbeitet werden kann, wobei die für eine Signalverarbeitung erforderlichen Versorgungsspannungen problemlos unmittelbar aus dem überwachten Netz abgeleitet werden können, und zwar wegen der optischen, das heißt galvanisch getrennten Signalübertragungsstrecke zwischen den Eingangs- und Ausgangselementen des optoelektronischen Koppelgliedes.
  • Vorzugsweise ist das optoelektronische Koppelglied ein handelsüblicher Opto-Koppler auf Halbleiterbasis mit einer Lumineszenzdiode als Eingangselement. Derartige Glieder haben den Vorteil, daß sie kompakt, preiswert und völlig zuverlässig sind. Da für die Signalübertragung im Brückennullzweig kein bedeutender Spannungsabfall erforderlich ist, denn an der Lumineszenzdiode fällt nur die Diodenflußspannung ab, können weitere Maßnahmen vorgesehen sein, damit bei Verwendung eines Brückengleichrichters ein solcher mit kleinerer Spannungsfestigkeit benutzt werden kann.
  • Ferner wird vorgeschlagen, daß das Eingangselement in Reihe mit einem Strombegrenzungswiderstand zwischen die Brückennullpunkte geschaltet ist. Dadurch wird bei Auftreten eines Erdschlußfehlers eine Überlastung des optoelektronischen Koppelgliedes auch dann vermieden, wenn die Hilfswiderstände der Brückenschaltung relativ klein gewählt werden, damit sich ein relativ fester Brückenbezugspunkt zwischen den Hilfswiderständen ergibt. Im Fall eines Erdschlußfehlers wird dann der Kurzschlußstrom im Brückennullzweig im wesentlichen durch die Größe des Strombegrenzungswiderstandes bestimmt, da an ihm praktisch die gesamte Spannung zwischen dem Bezugspunkt und dem fehlerbehafteten Netzpol anliegt.
  • Ferner ist es bevorzugt, daß dem Eingangselement in Form einer Lumineszenzdiode eine zweite Lumineszenzdiode antiparallel geschaltet ist. Hierdurch lassen sich auf relativ einfache Weise Erdschlußfehler an beiden Netzpolen erfassen, die zu gegensinnigen Strömen im Brückennullzweig führen. Während es ohne weiteres möglich ist, beide Lumineszenzdioden einem Ausgangselement eines optoelektronischen Koppelgliedes zuzuordnen, ist es bevorzugt, daß jede Lumineszenzdiode je einem Ausgangselement zugeordnet ist.
  • Hierdurch lassen sich die verschiedenen Erdschlußfehler zumindest bezüglich einer Anzeige derselben getrennt auswerten, wodurch sich teilweise eine erhebliche Vereinfachung bezüglich der Erdschlußfehlersuche ergibt.
  • Eine andere bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß das Eingangselement als Lumineszenzdiode zwischen die Gleichstromanschlüsse eines im Brückennullzweig befindlichen Brückengleichrichters geschaltet ist. Hierdurch lassen sich unter Verwendung nur eines einzigen optoelektronischen Koppelgliedes Erdschlußfehler der positiven und negativen Netzpole erfassen. Vorzugsweise ist dem Brückengleichrichter seitens seiner Wechselstromanschlüsse ein Strombegrenzungswiderstand in Reihe geschaltet, so daß der Brückengleichrichter nur eine sehr kleine Spannungsfestigkeit haben muß, da an ihm unter Berücksichtigung der Lumineszenzdiode allenfalls die dreifache Diodenflußspannung abfällt. Nach dem Stand der Technik war eine solche Möglichkeit nicht gegeben, da ein größerer Spannungsabfall für die Auswertung der im Fehlerfalle auftretenden Brückenverstimmung erforderlich war. Unter Vernachlässigung der kleinen Durchflußspannung der Lumineszenzdiode des optoelektronischen Koppelgliedes benötigt dieses zu einer Auswertung keinen Spannungsabfall, sondern nur einen eingangsseitigen Stromfluß.
  • Bei Verwendung eines Brückengleichrichters genügt es im allgemeinen, wenn das Eingangselement einem Ausgangselement zugeordnet ist. Hierdurch wird nur ein optoelektronisches Koppelglied benötigt, und es ist ein gleichartiges Erfassen von Erdschlußfehlern beider Netzpole möglich. Teilweise ist es jedoch bevorzugt, wenn zumindest eine zweite Lumineszenzdiode als zweites Eingangselement zur Unterscheidung der Isolationsfehler benutzt wird. In diesem Zusammenhang ist es möglich, daß zumindest eine Diode des Brückengleichrichters als Lumineszenzdiode bzw. zweites Eingangselement ausgebildet ist. In diesem Fall können das erste Eingangselement für eine übergeordnete Überwachung sämtlicher Fehler und das zweite Eingangselement zur Fehlerunterscheidung herangezogen werden.
  • Je nach dem, ob beim Ansprechen des ersten Eingangselements ein Ansprechen des zweiten Eingangselements erfolgt oder nicht, ergibt sich hieraus die Aussage, welcher der Netzpole einen Erdschlußfehler aufweist. Stattdessen ist es aber auch möglich, daß zwei Dioden aneinander angrenzender Brückenzweige des Brückengleichrichters als Lumineszenzdioden ausgebildet sind. Während die Lumineszenzdiode an den Gleichstromanschlüssen des Brückengleichrichters zur übergeordneten Überwachung aller Fehler dient, ergibt sich aus dem Ansprechen der beiden zusätzlichen Lumineszenzdioden unmittelbar, welcher der beiden Netzpole einen Erdschlußfehler hat.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei von getrennten Eingangselementen getrennt ansteuerbare Ausgangselemente des Opto-Kopplers bzw. mehrerer Opto-Koppler über eine elektronische Auslöseschaltung an ein gemeinsames Auslöserelais angeschaltet. Dabei ist es bevorzugt, daß die Auslöseschaltung eingangsseitig getrennte Zweige aufweist, die ausgangsseitig gekoppelt sind. Dabei kann sich in jedem der getrennten Zweige eine selektive optische Fehleranzeige befinden. Die elektronische Auslöseschaltung wird dadurch gleichzeitig für verschiedene Zwecke ausgenutzt, nämlich einerseits zu einer selektiven Fehleranzeige und andererseits zu einer gemeinsamen Auslösung, beispielsweise einer unmittelbaren Netzausschaltung und/oder Warnsignalgebung.
  • Ferner ist es vorteilhaft, wenn eine an den oder die Ausgangselemente angeschlossene Auslöseschaltung ein Schmitt-Trigger-Verhalten aufweist. Dadurch wird die Fehlerauslösung nicht bereits bei geringen Schwankungen im Erdschlußfehler rückgängig gemacht, sondern es ist hierfür eine erhebliche Abflachung des Erdschlußfehlers erforderlich. Stattdessen oder in Verbindung hiermit kann eine an den oder die Ausgangselemente angeschlossene Auslöseschaltung einen Selbsthaltekreis mit einem Löschglied aufweisen. In diesem Fall muß nach dem Auftreten eines Erdschlußfehlers ein Ein greifen von Hand erfolgen, um die Fehleranzeige und/oder -auslösung wieder rückgängig zu machen. Damit jedoch nicht bereits sehr kurzzeitige Erdschlußwischer als dauerhafte Erdschlußfehler erkannt werden, sollten vorzugsweise Signalverzögerungsmittel in der Auslöseschaltung vorhanden sein.
  • Ferner sind getrennte und/oder gemeinsame Prüftasten zur Fehlersimulierung von Vorteil, um jederzeit eine Funktionsüberprüfung der überwachungseinrichtung vornehmen zu können. Um zu einer möglichst kompakten, zuverlässigen und stromarmen Auslöseschaltung zu gelangen, kann diese Operationsverstärker aufweisen oder in weitgehend vollständig integrierter Schaltkreistechnik ausgebildet sein. Von Vorteil ist auch die Verwendung eines Opto-Kopplers mit einem Fototransistor-Ausgangselement in Darlington-Schaltung, um auch bei kleinem eingangsseitigen Strom in der Lumineszenzdiode ein ausreichendes und möglichst lineares Ausgangssignal erzielen zu können. Für unmittelbare Anzeigezwecke kann es außerdem von Vorteil sein, wenn dem Opto-Koppler ein linearisierendes Netzwerk nachgeschaltet ist. Und schließlich sollte die Auslöseschaltung mit Auslösepegel-Einstellmitteln versehen sein, damit erst Erdschlußfehler ab einer bestimmten Größe zu einer Netzabschaltung und/oder zu einem Warnsignal führen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Hinweis auf die Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 - eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Isolationsüberwachungseinrichtung unter Verwendung zweier optoelektronischer Koppelglieder mit Fehlerauslösung sowie -unterscheidung und Figur 2 - eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Isolationsüberwachungseinrichtung unter Verwendung eines optoelektronischen Koppelgliedes in Verbindung mit einem Brückengleichrichter.
  • Gemäß den Figuren 1 und 2 sind jeweils zwischen die positiven und negativen Netzleiter P, N eines ungeerdeten Gleichstromnetzes zwei vorzugsweise gleich große Hilfswiderstände R1, R2 in Reihe geschaltet. Eine ähnliche Reihenschaltung ergibt sich gegenüber Erde bzw. einem nicht dargestellten Schutzleiter durch die zwischen den Netzpolen P, N und Erde liegenden Isolationswiderstände Rp, RN, die in Figuren 1 und 2 mit gestrichelten Linien an die entsprechenden Schaltungspunkte angeschlossen sind. Dadurch ergibt sich eine Brückenschaltung mit einem Brückenbezugspunkt lo zwischen den Hilfswiderständen R1, R2 und mit einem Brückenbezugspunkt 12 zwischen den Isolationswiderständen N , RP, RN, wobei dieser Bezugspunkt dem Erd- bzw. Schutzleiteranschluß entspricht. Ferner befinden sich zwischen dem Brückenbezugspunkt 12 und den positiven sowie negativen Netz leitern P, N Kondensatoren C1 bzw. C2 zum Kurzschließen eventueller Wechselspannungskomponenten im Gleichstromnetz. Zwischen den Brückenbezugspunkten lo und 12 befindet sich bei beiden Ausführungsformen gemäß Figuren 1 und 2 eine überwachungsvorrichtung unter Verwendung zumindest eines optoelektronischen Koppelgliedes.
  • Bei der Ausführungsform aus Figur 1 weist die Überwachungsvorrichtung im Brückennullzweig der Brückenschaltung zwischen den Bezugspunkten lo und 12 eine Reihenschaltung aus einem Widerstand R3 und aus zwei antiparallel geschalteten Lumineszenzdioden OE1 sowie OE2 auf. Diese Lumineszenzdioden stellen die Eingangselemente zweier optoelektronischer Koppelglieder (oder eines doppelten optoelektronischen Koppelgliedes) dar und sind jeweils diesbezüglichen Ausgangselementen OA1 bzw. OA2 zugeordnet, die im vorliegenden Fall aus Fototransistoren in Darlington-Schaltung ausgebildet sind.
  • Beide Ausgangselemente OA1 bzw. OA2 sind gemäß Figur 1 gleichartigen Auslöseschaltungen 18, 22 bzw. 20, 24 vorgeschaltet, und zwar jeweils zwischen dem positiven Netzleiter P und einem Schaltungspunkt 14 bzw. 16, dessen Signal gegenüber dem negativen Netzleiter N über ein integrierendes Verzögerungsglied R9, C3 dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers OP1 bzw. OP2 zugeführt wird. Der nicht invertierende Eingang ist jeweils an den Abgriff eines die Netzspannung unterteilenden Potentiometers R11 bzw. R12 angeschlossen, um durch entsprechendes Verstellen die Ansprech- bzw. Auslöseschwellen der Operationsverstärker festlegen zu können. Die Operationsverstärker OP1 und OP2 befinden sich in entsprechenden Schaltungen 18 und 20 mit Schmitt-Trigger-Verhalten.
  • Das Ausgangssignal eines jeden Operationsverstärkers OP1 bzw. OP2 wird mehrfach verarbeitet. Zum einen gelangen die Ausgangssignale beider Operationsverstärker OP1 und OP2 über miteinander verbundene Koppelwiderstände R6 und R7 an die Basis eines Auslösetransistors T1, dessen Kollektor mit einem an den positiven Netzleiter P angeschlossenen Auslöserelais Rel verbunden ist. Zum anderen ist jeder Operationsverstärker OP1 bzw. OP2 über eine Widerstandsuntersetzung mit einem Anzeigekreis 22 bzw. 24 verbunden, wobei jeweils ein eingangsseitiger Transistor T2 bzw. T3 zum Ansteuern einer ausgangsseitigen Lumineszenzdiode D5 bzw. D6 dient. Ferner gelangt das Ausgangssignal des Transistors T2 bzw. T3 über ein integrierendes Verzögerungsglied R10, C4 zur Basis eines Transistors T4 bzw. T5, dessen Kollektor über einen Widerstand an den Ausgang +/ des Operationsverstärkers OP angeschlossen ist. Die Emitter der Transistoren T4 sind gemeinsam an eine mit dem negativen Netzleiter N verbundene Löschtaste L angeschlossen. +) 1,2 Ferner sind gemäß Figur 1 jeweils zwischen die positiven und negativen Netzleiter P bzw. N und den Brückenbezugspunkt 12 bzw. Erde normalerweise geöffnete Prüftasten P1 bzw. P2 geschaltet, und zwar jeweils in Reihe mit einem Widerstand R4 bzw. R5. Diese Prüftasten dienen zum Simulieren eines Erdschlußfehlers wahlweise zwischen den positiven oder negativen Netz leitern und Erde. Außerdem sind beide Schaltungspunkte 14 bzw. 16 am Ausgang der Ausgangselemente OA1 bzw. 0A2 über entkoppelnde Dioden sowie einen gemeinsamen Widerstand an eine Prüftaste P3 angeschlossen, die mit dem positiven Netzpol P verbunden ist. Diese Prüftaste dient zum Überprüfen beider Zweige 18, 22 und 20, 24 der Auslöseschaltung.
  • Wenn im Betrieb der Ausführungsform aus Figur lein Erdschlußfehler Rp oder RN auftritt, ergibt sich eine entsprechende Brückenverstimmung zwischen den Bezugspunkten lo, 12, so daß das zugeordnete Eingangselement OE1 bzw. OE2 des optoelektronischen Koppelgliedes anspricht. Die dabei auftretende Strahlung gelangt zum zugeordneten Ausgangselement OA1 bzw. OA2, so daß der jeweilige Schaltungspunkt 14 bzw. 16 auf ein höheres Potential gelegt wird.
  • Dieser Spannungsanstieg gelangt unter Verzögerung bzw. Flankenabflachung durch die Glieder R9, C3 an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP1 bzw. OP2, so daß dessen Ausgang ab einem gewissen Zeitpunkt von einem hochliegenden Potential auf ein niedriges Potential umspringt. Dies tritt dann auf, wenn die Spannung am invertierenden Eingang die dem nicht invertierenden Eingang zugeführte Schwellwertspannung übersteigt. Dabei erfolgt einerseits über die Koppelwiderstände R6 oder R7 eine Ansteuerung des Auslösetransistors T1 und damit des Auslöserelais Rel und andererseits über den Transistor T2 oder T3 eine Ansteuerung der Lumineszenzdiode D5 oder D6. Wenn die Schaltung 18 bzw. 20 wie im vorliegenden Fall ein Schmitt-Trigger-Verhalten hat, können diese Fehlerauslösung und Fehleranzeige nur aufgehoben werden, wenn der Erdschlußfehler über einen längeren Zeitraum und um einen beträchtlichen Wert zurückgeht.
  • Darüberhinaus wird das Ausgangssignal des Operationsverstärkers OP1 bzw. OP2 bei der Ausführungsform aus Figur 1 in Verbindung mit dem Ausgangssignal des Transistors T2 bzw. T3 noch dazu benutzt, über das integrierende bzw. flankenabflachende Verzögerungsglied Rlo, C4 den Transistor T4 bzw. T5 anzusteuern, was über die normalerweise geschlossene Löschtaste L zu einem Selbsthalteeffekt der Schaltung führt, auch wenn der Erdschlußfehler bereits behoben ist. Wenn die Schaltung in ihren überwachungsbereiten Ausgangszustand zurückgebracht werden soll, muß somit zunächst kurzzeitig die Löschtaste öffnend betätigt werden. Bei Verwendung einer derartigen Schaltung mit Selbsthalteeffekt ist an sich nicht zusätzlich eine Verwendung einer Schaltung mit Schmitt-Trigger-Verhalten erforderlich. Hierdurch ergibt sich jedoch eine noch größere Schal tungssicherheit, und überdies kann eine solche Ausbildung von Vorteil sein, wenn verschiedene Schaltungsbaugruppen wahlweise miteinander gekoppelt werden können.
  • Die Ausführungsform aus Figur 2, bei der der ersten Ausführungsform entsprechende Glieder mit denselben Hinweis zahlen belegt sind, unterscheidet sich im wesentlichen dadurch, daß für Erdschlußfehler beider Netzleiter P, N nur ein optoelektronisches Koppelglied bzw. ein solches mit jeweils nur einem Eingangs- und einem Ausgangselement verwendet wird Zwischen den Brückenbezugspunkten lo und 12 befindet sich eine Reihenschaltung aus dem bereits genannten Strombegrenzungswiderstand R3 und einem Brückengleichrichter GL mit Gleichrichterdioden D1, D2, D3 sowie D4. Während die Wechselstromanschlüsse des Brückengleichrichters GL mit den Schaltungspunkten 12, 30 des Brückennullzweiges verbunden sind, befindet sich das Eingangselement bzw. die Lumineszenzdiode OE1 des optoelektronischen Koppelgliedes zwischen den Gleichstromanschlüssen 26, 28 des Brückengleichrichters GL.
  • Das Ausgangselement OA1 in Form einer Fototransistor-Darlington-Schaltung ist einerseits über einen Widerstand an den positiven Netzleiter P und andererseits an den Schaltungspunkt 14 angeschaltet. Das Signal am Schaltungspunkt 14 gelangt wie bei der ersten Ausführungsform aus Figur 1 wiederum über ein Verzögerungsglied R9, C3 an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP1, dessen nicht invertierender Eingang über das Potentiometer Rll an einen geeigneten sowie einstellbaren Auslöse- bzw. Schwellwertpegel angelegt wird. Auch der Operationsverstärker OP1 aus Figur 2 befindet sich in einer Schaltung 18 mit Schmitt-Trigger-Verhalten. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers OPI gelangt ebenfalls über eine Widerstandsuntersetzung an die Basis des Auslösetransistors T1, der seinerseits das Auslöserelais Rel ansteuert. Im Unterschied zur Ausführungsform aus Figur 1 ist das Relais Rel über eine Spannungsverminderungsschaltung mit einem Widerstand R8 und einer Zenerdiode Z an den positiven Netzleiter P angeschlossen.
  • Auch die Ausführungsform aus Figur 2 weist eine Selbsthalteschaltung 22 auf, die in nicht dargestellter Weise ebenfalls mit einer optischen Anzeige verbunden werden kann. Im Unterschied zur Ausführungsform aus Figur 1 wird nach Figur 2 das Kollektorsignal am Auslösetransistor T1 als Ansteuerung für die Selbsthalteschaltung 22 benutzt, wobei über das bereits aus Figur 1 bekannte Verzögerungsglied Rlo, C4 der Transistor T4 angesteuert wird, der einerseits über einen Widerstand am Ausgang des Operationsverstärkers OP1 und andererseits über die normalerweise geschlossene Löschtaste L am negativen Netzleiter liegt.
  • Wenn bei der Ausführungsform aus Figur 2 ein Erdschlußfehler auftritt, erfolgt durch die Brückenverstimmung ein Ansprechen der Lumineszenzdiode OE1 am Ausgang des Brückengleichrichters GL. Dadurch wird das Ausgangselement OA1 des optoelektronischen Koppelgliedes erregt, und der Schaltungspunkt 14 erhält wie bei der ersten Ausführungsform einen positiven Spannungssprung, welcher dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP zugeführt wird Ab einem bestimmten Zeitpunkt, bei dem das Bezugspotential am nicht invertierenden Eingang überschritten wird, springt das Ausgangssignal des Operationsverstärkers OP1 auf einen niedrigliegenden Pegel um, wodurch der Auslösetransistor T1 und damit das Auslöserelais Rel in Betrieb gesetzt werden. Gleichzeitig erfolgt ein Ansprechen des Transistors T4 und damit eine Selbsthaltung des Kreises selbst dann, wenn der Erdschlußfehler bereits behoben ist.
  • Erst ein kurzzeitiges Öffnen der Löschtaste L setzt die Schaltung in ihren Ausgangszustand zurück.
  • Während nach Figur 1 verschiedene Erdschlußfehler getrennt erfaßt sowie angezeigt. und gemeinsam bezüglich der Auslösung ausgewertet werden, erfolgen diese Vorgänge nach der Ausführungsform aus Figur 2 stets in gleichartiger Weise. Eine Fehlerunterscheidung ist hier nur mit zusätzlichen Maßnahmen möglich. Zu diesem Zweck kann beispielsweise eine der Gleichrichterdioden D1 bis D4 ebenfalls eine Lumineszenzdiode sein, die dann bei einem der Erdschlußfehler anspricht und bei dem anderen Erdschlußfehler nicht erregt wird. Zur Fehlerunterscheidung können auch zwei Gleichrichterdioden in angrenzenden Gleichrichterzweigen als Lumineszenzdioden ausgebildet sein, die für Anzeigezwecke entsprechend getrennten Ausgangselementen optoelektronischer Koppelglieder zugeordnet sein können.
  • Es lassen sich zahlreiche Änderungen und Abwandlungen bezüglich der schaltungstechnischen Detailgestaltung im Rahmen der vorliegenden Erfindung vornehmen. Auch lassen sich statt des optoelektronischen Koppelgliedes andere geeignete, wie akustisch-elektronische Koppelglieder einsetzen, bei denen keine galvanisch gekoppelte Signalübertragung erfolgt. Wichtig ist es jedoch, daß die erfindungsgemäße überwachungseinrichtung ohne Verwendung eines teuren T-Relais sowie einer aufwendigen und vom Gleichstromnetz völlig getrennten Hilfsspannungsquelle eine sichere sowie preiswerte Isolationsüberwachung von nicht geerdeten Gleichstromnetzen ermöglicht.

Claims (22)

  1. Patentansprüche 1.inrichtung zur Isolationsüberwachung nicht geerdeter Gleichstromnetze mit einer zwischen den Netz leitern liegenden Brükkenschaltung, deren einer Brückenzweig aus Hilfswiderständen und deren anderer Brückenzweig aus den Isolationswiderständen der Netzleiter gegen Erde gebildet werden, und mit einer bei einer Unsymmetrie der Isolationswiderstände ansprechenden überwachungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Uberwachungsvorrichtung zumindest ein optoelektronisches Koppelglied (OE, OA) aufweist,dessen Eingangselement (OE) eine von der elektrischen Unsymmetrie abhängige optische Strahlung abgibt, die von einem Ausgangselement (OA) erfaßt und in ein elektrisches Anzeige- und/oder Auslösungssignal umgesetzt wird.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optoelektronische Koppelglied (OE, OA) ein handelsüblicher Opto-Koppler auf Halbleiterbasis mit einer Lumineszenzdiode als Eingangselement (QE) ist.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangselement (OE) in Reihe mit einem Strombegrenzungswiderstand (R3) zwischen die Brückennullpunkte (10, 12) geschaltet ist.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eingangselement in Form einer Lumineszenzdiode (OE1) eine zwei te Lumineszenzdiode (OE2) antiparallel geschaltet ist.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Lumineszenzdiode (OE1, OE2) je einem Ausgangselement (OA1,OA2) zugeordnet ist.
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangselement (OE) als Lumineszenzdiode zwischen die Gleichstromanschlüsse (26, 28) eines sich im Brückennullzweig (10-12) befindlichen Brückengleichrichters (GL) geschaltet ist
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Brückengleichrichter (GL) seitens seiner Wechselstromanschlüsse (12, 30) ein Strombegrenzungswiderstand (R3) in Reihe geschaltet ist.
  8. 8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangselement (OE1) einem Ausgangselement (OA1) zugeordnet ist.
  9. 9. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6-8, gekennzeichnet durch zumindest eine zweite Lumineszenzdiode (OE2) als zweites Eingangselement zur Unterscheidung der Isolationsfehler.
  10. lo. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Diode (D1-D4) des Brückengleichrichters (GL) als Lumineszenzdiode (OE2) bzw. zweites Eingangselement ausgebildet ist.
  11. 11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Dioden (D1, D2; D2, D4; D4, D3; D3, D1) aneinander angrenzender Brücken zweige des Brückengleichrichters (GL) als Lumineszenzdioden (OE1, 0E2) ausgebildet sind.
  12. 12. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß zwei von getrennten Eingangselementen (OE1, OE2) getrennt ansteuerbare Ausgangselemente (OA1, 0A2) des Opto-Kopplers bzw. mehrerer Opto-Koppler über eine elektronische Auslöseschaltung (OP1, OP2, R6, R7, T1) an ein gemeinsames Auslöserelais (Rel) angeschaltet sind.
  13. 13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslöseschaltung eingangsseitig getrennte Zweige (OP1, OP2) aufweist, die ausgangsseitig gekoppelt sind (R6, R7, T1).
  14. 14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich in jedem der getrennten Zweige eine selektive optische Fehleranzeige (D5, D6) befindet.
  15. 15. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß eine an den oder die Ausgangselemente (OA1, OA2) angeschlossene Auslöseschaltung (18, 22, OP1, OP2) ein Schmitt-Trigger-Verhalten aufweist.
  16. 16. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß eine an den oder die Ausgangselemente (OA1, OA2) angeschlossene Auslöseschaltung (1.8 22, 20, 24) einen Selbsthaltekreis (T4, T5) mit einem Löschglied (L) aufweist.
  17. 17. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-16, gekennzeichnet durch Signalverzögerungsmittel (R9, C3; R10, C4) in der Auslöseschaltung (18, 22; 20, 24).
  18. 18. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-17, gekennzeichnet durch getrennte und/oder gemeinsame Prüftasten (P1, P2, P3) zur Fehlersimulierung.
  19. 19. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-18, gekennzeichnet durch eine Auslöseschaltung (18, 22, 20, 24) mit Operationsverstärkern (QP1, OP2) oder in weitgehend vollständig integrierter Schaltkreistechnik.
  20. 20. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-19, gekennzeichnet durch einen Opto-Koppler mit einem Fototransistor-Ausgangselement (OA1, OA2) in Darlington-Schaltung.
  21. 21. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-20, gekennzeichnet durch eine Auslöseschaltung (18, 20) mit Auslösepegel-Einstellmitteln (Rll, R12).
  22. 22. Einrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch ein dem Opto-Koppler nachgeschaltetes linearisierendes Netzwerk.
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