DE2630982B2 - Isolationsüberwachungseinrichtung für ein nicht geerdetes Wechselstromnetz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Isolationsüberwachungseinrichtung für ein nicht geerdetes Wechselstromnetz, in dessen Leitungen beim Auftreten eines Erdschlusses ein beim Überschreiten eines vorbestimmten Wertes einen Alarm auslösender Meßstrom einspeisbar ist.

Aus der DE-OS 22 51 784 sind Schaltungsanordnungen bekannt, mit deren Hilfe durch Einspeisen eines Gleichstromes in ein Wechselstromnetz rein ohmsche Erdschlüsse feststellbar sind. Eine Schaltung zur Ausmessung sehr kleiner Isolationswiderstände für ein ungeerdetes Wechselstromnetz ist in der DE-OS 19 26 230 beschrieben, bei der ein Meßgleichstrom über 4> die Wechselstromeingänge eines Brückengleichrichters, dessen Gleichstromanschlüsse mit der Erde und über eine Drossel mit einem Leiter des Wechselstromnetzes verbunden sind, in das Wechselstromnetz eingespeist wird. Da zur Messung des Isolationswiderstandes zwischen dem Wechselstromnetz und der Erde Gleichströme Verwendung finden, können kapazitive Erdschlüsse nicht festgestellt werden. Außerdem können die durch die Meßeinrichtung hervorgerufenen zusätzlichen Ströme eine zusätzliche Gefahrenquelle bilden.

In einem ideal isolierten nicht geerdeten System ist gegen Erde ein unendlicher Widerstand vorhanden, so daß bei einer niederohmigen Berührung eines der zum Verbraucher führenden Leiter mit Erde kein Strom über diese Erdverbindung fließen würde. Nun weisen aber t>o alle praktisch vorhandenen isolierten, nicht geerdeten Versorgungssysteme einen bestimmten Ableitwiderstand gegen Erde auf. Die Fälle ohmscher Ableitwiderstände oder Fehler werden dadurch verursacht, daß kein Isolator vollkommen ist bzw. daß jede Isolation mit dem Alter und dem Gebrauch kleiner wird. Die Fälle kapazitiver Ableitwiderstände oder Fehler stellen ein ernstes Problem dar; sie sind stets in allen Systemen vorhanden und werden größer mit dem Wachsen der Länge der Leitungen. Außerdem werden beide Arten von Ableitwiderständen mit der Anzahl der Verbrauchereinrichtungen, die an das System angeschlossen sind, größer. Natürlicherweise besitzt jede Versorgungsleitung eine Kombination beider Ableitwiderstände, aiso ohmsche und kapazitive Ableitwiderstände gegen Erde. Diese Ableitwiderstände in praktisch ausgeführten, isolierten, ungeerdeten Systemen stellen einen Stromweg gegen Erde dar und wenn dann ein niederohmiger Widerstand an einen der Leiter angeschlossen wird, dann ist ein geschlossener Stromweg in Abhängigkeit von den vorhandenen Ableitwiderständen vorhanden, demnach wird also ein Strom durch den niederohmigen Widerstand fließen. Der Gesamtstrom, der in einem solchen Fall durch einen niederohmigen Widerstand fließt, der zwischen eine isolierte Leitung und Erde geschaltet ist, wird als Fehler- oder Gefahrenstrom bezeichnet. Der Betriebsgefahrenstrom ist definiert als derjenige Gefahrenstrom eines vorgegebenen isolierten Systems, der dann fließt, wenn alle Verbrauchereinrichtungen außer der Überwachungseinrichtung an die Leitungen angeschlossen sind. Der Anzeigefehlerstrom ist definiert als der Wert des Gefahrenstroms, der dann fließt, wenn allein die Überwachungseinrichtung an das ungeerdete Energieversorgungssystem angeschlossen ist. Der Gesamtgefahren- oder Fehlerstrom ist die Kombination des Betriebsgefahrenstroms und des über die Anzeigeeinrichtung fließenden Fehler- oder Gefahrenstroms. Beispielsweise erfordern amerikanische Sicherheitsregeln, daß beim Überschreiten des Gesamtgefahren- oder Fehlerstroms ein rotes Licht und ein akustischer Alarm ausgelöst werden. Außerdem ist durch diese Regeln der Fehlerstrom, der durch die Überwachungseinrichtung selbst verursacht wird, auf einen bestimmten Betrag begrenzt.

Einer der Gründe für die Sicherheitsregeln ist das Bestreben, die größtmögliche Sicherheit für einen Patienten zu erreichen. Sobald der normalerweise hohe Körperwiderstand eines Patienten in entsprechender Weise kurzgeschlossen ist, wird der Patient elektrisch empfindlich. Der Grad der elektrischen Empfindlichkeit kann sich ändern, und zwar hängt dies von der darauffolgenden medizinischen Behandlungsweise ab. Wenn z. B. die Behandlung erfordert, daß an den Herzmuskel des Patienten direkt ein elektrischer Tastkopf oder ein Katheter angeschlossen wird, dann ist die elektrische Empfindlichkeit am größten und ein kleiner Stromwert, der den Patienten durchfließt, sehr gefährlich. Eine geringere elektrische Empfindlichkeit eines Patienten ist dann gegeben, wenn die medizinische Behandlungsweise nur das Anbringen von Elektroden auf der Außenhaut erfordert, die dann mit einer leitfähigen Paste auf den entsprechenden Punkt der Haut aufgebracht werden. In jeder der geschilderten Situationen bildet der menschliche Körper einen niederohmigen Widerstand, da ja sein normalerweise hoher Körperwiderstand kurzgeschlossen ist. Der menschliche Körper bildet dann eine elektrische Verbindung zwischen dem Leiter des Versorgungssystems und Erde. Der gesamte Fehler- oder Gefahrenstrom fließt dann durch den Körper, da dieser den Rückweg für den Strom darstellt, dessen anderer Teil die Ableitwiderstände des Systems sind. Wenn ein Wechselstrom durch den Körper fließt und dabei einen Wert überschreitet, der etwa 2 Milliampere beträgt, dann kann dies einen extrem großen Schock und

möglicherweise den Tod verursachen. Die Überwachungseinrichtung für ein solches isoliertes, nicht geerdetes Versorgungssystem in einem Krankenhaus muß den möglichen Maximalwert des Fehlcrstroms kontinuierlich anzeigen, der dann fließen würde, wenn der menschliche Körper Teil des elektrischen Stromkreises ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Isolationsüberwachungseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die auf ohmsche und kapazitive Ableitwiderstände anspricht und deren Meßstrom so gering ist, daß von ihm keine zusätzlichen Gefahren ausgehen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der in die Leitungen eingespeiste Meßstrom ein aus zwei gegeneinander phasenverschobenen Teilströmen mit einer von der Netzfrequenz verschiedenen Frequenz zusammengesetzter Wechselstrom ist, dessen Teilströme in zwei gelrennten, jeweils den kapazitiven und den ohmschen Anteilen der beim Auftreten eines Erdschlusses gebildeten Ableitwiderstände zugeordneten Kanälen erzeugbar sind, die jeweils zwei Eingänge zur Einspeisung der von dem Meßstrom an den Ableitwiderständen hervorgerufenen Meßspannung als Rückkopplungsspannung und einer der höchsten auftretenden Spannung zwischen Erde und einer der Leitungen des Wechselstromnetzes proportionalen Vergleichsspannung aufweisen, und daß durch Veränderung der Amplituden der Teilströme die Phase und Größe des Meßstromes derart geregelt wird, bis die Meßspannung, multipliziert mit einem konstanten Faktor, gleich der höchsten Spannung ist, und die ein Maß für den Wert der ohmschen und kapazitiven Ableitwiderstände darstellende Größe des Meßstromes proportional dem maximal möglichen Fehlerstrom ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Isolationsüberwachungseinrichtung gemäß der Erfindung,

F i g. 2 das Schaltbild der isolationsüberwachungseinnchtung nach Fig. 1,

F i g. 3 das ausführliche Schaltbild der umschaltbaren Integratoren der Isolationsüberwachungseinrichtung nach Fig. 1,

F i g. 4 den Verlauf der um 90° phasenverschobenen Signale am Eingang der umschaltbaren Integratoren und

F i g. 5 Beispiele der verschiedenen Arten von A blei twiderständen.

Um die Grundfunktion des Schaltkreises gemäß der vorliegenden Erfindung zu verstehen, erscheint die Ableitung der Theorie der Arbeitsweise notwendig. Der Gesamtbetrag des Fehlerstromes in einem nichtgeerdeten, isolierten elektrischen Energieversorgungssystem ist der Höchstwert des Stromes, der über einen geerdeten Gegenstand fließt, der mit beiden Leitern in Verbindung steht. Im Idealfall eines solchen nicht geerdeten Systems, das gegen F.rdc einen unendlichen Widerstand besitzt, fließt kein Strom über den geerdeten Gegenstand, der mit einem der Leiter verbunden ist; dies gilt unabhängig vom Wert der Spannung, die /wischen den beiden Leitern herrscht, da die Rücklciuing von F.rdc her fehlt. In praktisch besiehenden Hnergicvcrsorgungssysiemcn jedoch sind stets irgendwelche Kricchsircckcn oder Isolalionsfchlcr gegen Erde vorhanden Die Ableiterverlusic können sowohl rein ohinschcr oder kapii/üivcr ArI suin als aiirh eine Kombination beider Arten; außerdem können sie symmetrisch, d. h. für jeden Leiter gleich, oder unsymmetrisch sein. Wenn also in einem praktischen Energieversorgungssystem ein geerdeter Gegenstand

> einen der Leiter berührt, dann stellt die im System vorhandene Ableitung gegen Erde einen Rückweg für einen Stromfluß dar, demzufolge gibt es im System einen Fehlerstrom.

Der Fehlerstrom wird durch den Strom dargestellt,

κι der über einen mit einem Leiter verbundenen, geerdeten Gegenstand fließt, wobei der Wert durch den Quotienten aus der Speisespannung V.v(Leiter-zu-Leiter-Spannung) und dem Ableitwiderstand des gegenpoligen Leiters bestimmt ist. Also, in einem ungeerdeten,

Ii isolierten elektrischen Zweidrahtversorgungssystem hat der Fehlerstrom Im des Leiters LX bei einem Erdschluß einen Wert, der gleich dem Quotienten aus der Speisespannung Vv und dem Ableitwiderstand Z₂ des Leiters L 2 ist. Analog dazu hat der Fehlerstrom Im

2Ii des Leiters L 2 bei einem Erdschluß einen Wert, der gleich dem Quotienten aus der Speisespannung Ks und dem Ableitwiderstand Zi des Leiters L 1 ist.

/;n (/.1 ueerdet)

geerdet) =

/■ι

Ks

Die jeweiligen Ableitverluste einer Versorgungsleitung können in beliebiger Kombination durch ohmsche und kapazitive, parallelliegende Widerstände verursacht werden. Der gesamte Ableitwiderstand eines

Γ, Leiters ist der resultierende Vektor Zi₁ der einzelnen parallelen Verlustwiderstände. Die Summe der Ableitung nach Erde jeder der entsprechenden Versorgungsleitungen L\ und L2 kann zusammengesetzt in zwei Leitwertvektoren Vi und V^ dargestellt werden. Die

mi gesamten Ableitwiderstände gegen Erde für jeder Leiter bestehen aus einer jeweiligen Reihenschaltung zwischen der isoliert zugeführten Spannung Vv, mii ihrer Verbindung nach Erde und zu der gehöriger Leitung, dabei treiben die Spannungen gegen Erde

•π vektoriell indem Verhältnis

Y₂
V,

wobei Vi und V> die Leiterspannungen der einzelner Leiter L 1 und /. 2 gegen Erde sind. Die vcktoriclli Summe der Spannungen V\ und V₂ ist gleich dem Wer der Isolierten Speisespannung Vv. Aus diesem Grunc führt jeder Leiter einen Fehlerstrom, der gleich den Produkt aus der Speisespannung Vv und dem Ablcitwcr des gegenpoligen Leiters ist.d. h.

I_1n (/.1 geerdet) K, ■ Y₂ . (4|

/,/i I/.2 t-eerdel) K · Y₁ . (5)

Der Leiter, der den größten Fehlcrstrom führt, is derjenige, der den kleineren Ablcitwcrt gegen Erde um die höhere Spannung gegen Erde besitzt, da diese f chlerstrom durch den größeren Ablcitwcrt gegen Erd des gegenpoligen Leiters bestimmt wird, und zwa multipliziert mil dem Wert der /wischen den Leiter¹ herrschenden Spannung

Daher ist es wichtig, daß eine Anzeigeeinrichtung für die Leiterisolation selbst nur einen kleinen Fehlerstrom führt, damit dadurch der Gesamtfehlerstrom nicht merklich vergrößert wird. Wenn man den Gesamtableitwiderstand jedes Leiters direkt messen wollte, dann müßte man entweder den Stromkreis auftrennen oder nacheinander jeden Leiter versuchsweise mit Erde verbinden. Jede dieser beiden Alternativen würde die Gefahr für einen betroffenen Patienten vergrößern. In Übereinstimmung mit der Lehre der vorliegenden Erfindung ist der Gesamtbetrag des Ableitwertes gleich der Zusammenfassung der parallelen Ableitwerte der Lei'.er L 1 und L 2, also Y₀= Y\+ Y₂- Dieser Gesamtableitwert Yo kann dadurch ermittelt werden, daß man einen kleineren Meßstrom über jeweils einen oder beide Leiter L 1 und L 2 fließen läßt, und zwar mittels einer Speisequelle mit hohem Innenwiderstand, die in der Anzeigeeinrichtung angeordnet ist. Der Meßstrom Im fließt durch die Parallelanordnung aller Ableitwiderstände gegen Erde, während der der Speisespannungsquelle entnommene Ableit- oder Fehlerstrom diese Ableitwiderstände in Reihe durchfließt. Die sich ändernden Spannungswerte jedes Leiters gegen Erde können in einfacher Weise gemessen werden. Die Spannungsänderung gegen Erde in jedem der beiden Leiter wird mit Δ V bezeichnet, und der Gesamtableitwert ist Vb. Es ergibt sich also

Die Beziehung zwischen den sich ändernden Spannungen der Leiter und ihren Leitwerten ist

V₁- V₁ = V₂ · V₂.

Basierend auf den obigen Beziehungen kann man die jeweiligen Leiterfehlerströme als Funktionen von Spannungen und dem Gesamtableitwert definieren:

/in = (V, + V₂)- Y₂ = K₁ · V₂ +K₁-V₁ (7)
= K, -(V₂ + V₁) = K₁ ■ V₁₁.

I₁₁₂ = (V₁ + V₂) ■ V₁ = V₁ ■ Y₂ + K₂ ■ V₁ (8)
= K₂-(V₂ + V₁) = K₂- V„ .

Der Höchstwert des Fehlerstromes der in jedem der beiden Leiter fließen kann, ist also eine einfache Funktion der Leiterspannung gegen Erde und des Gesamtableitwertes.

/»max. = (K max.) ■ V₀ .

Der Meßstrom Im wird so gesteuert, daß Δ V₁ d. h. die Änderung der Spannung gegen Erde in jedem Leiter in Abhängigkeit vom Meßstrom, in einem bestimmten festen Verhältnis K zum Höchstwert der Spannung jedes Leiters gegen Erde steht:

(Kmax.).

Wenn man K als Teilfaktor betrachtet, dann ist die Größe des Meßstromes proportional zum Höchstwert des Fehlcrstroms gemäß folgender Beziehung:

/.„ = I V ■ V_n - K ■ (I-'max.)· V₁, = K · /»max.

Man sieht also, daß es sich hier um den gleichen konstanten Wert K handelt, wie er bereits im Zusammenhang mit den Änderungen der Leiterspannung Δ V und der maximalen Leiterspannung definiert wurde. Der Gesamtleitwert Vo wird mit Hilfe eines sehr kleinen Meßstromes bestimmt, da sowohl die kapazitiven als auch die ohmschen Ableitwiderstände gegen Erde eine lineare Charakteristik besitzen. Der sehr kleine Meßstrom stört weder die Speisequelle noch wird

ίο in merklicher Weise der Fehlerstrom des Systems erhöht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung wählt man für den Meßstrom eine vom Speisestrom unterschiedliche Frequenz, und zwar ein Vielfaches dieser Frequenz, um dadurch leichter die kleinen Spannungsänderungen Δ V, die den viel größeren Leiterspannungen Vi und Vi überlagert sind, feststellen zu können.

Das 50- oder 60-Hz-Signal der Speisespannung kann man durch Filtern ausschalten, und die kleine Spannungsänderung Δ V, hervorgerufen durch den über die Ableitwiderstände fließenden Meßstrom kann festgestellt werden. Während so durch die Wahl einer abweichenden, vorzugsweise höheren Frequenz des Meßstromes die Ermittlung der kleinen Spannungsänderung Δ Verleichtert wird, sind andererseits Kompensationsmaßnahmen notwendig, um die durch die höhere Meßfrequenz bedingte Änderung des Phasenwinkels beim kapazitiven Anteil zu eliminieren. Dazu muß ζ. Β der kapazitive Anteil des Meßstromes getrennt erzeugt und eingeführt werden, wobei daß Verhältnis vor Meßfrequenz /^ zur Frequenz /o der Speisespannung maßgebend ist. Der kapazitive Anteil des Meßstrome! wird also im Verhältnis /m//o dem getrennt erzeugter ohmschen Anteil des Meßstromes zugesetzt, um so der Gesamtmeßstrom zu erhalten, der dann jeden dei beiden Leiter durchfließt.

Der maximale Fehlerstrom wird auf einem Meßinstrument angezeigt, welches so geeicht ist, daß dei Proportionalitätsfaktor K berücksichtigt wird. Zuderr wird die kapazitive Komponente des Meßstromes irr Verhältnis 1 :1 zu der ohmschen Komponente addiert um so eine richtige Anzeige des Höchstwertes de; Fehlerstromes auf dem Instrument zu gewährleisten.
Die vorstehende Analyse zeigt also:

Durch Messung eines Stromes, der zur Erzeugung einei kleinen Änderung des Maximalwertes der Spannung jedes Leiters gegen Erde führt, sowie durch Einführung eines Proportionalitätsfaktors zwischen diesem Maxi malwert der Spannung und der kleinen Änderungsspan nung kann man durch Berücksichtigung des genannter Proportionalitätsfaktors beim obigen Strom eine exakte Aussage über den maximalen Fehlerstrom machen, dei dann auftritt, wenn der Leiter mit der höchster Spannung gegen Erde über einen niedrigen Widerstanc mit Erde verbunden wird. Der Fehler- oder Gefahren strom kann für jeden Punkt in einem Netzwerk vor linearen Widerständen dadurch bestimmt werden, dai. man die jeweilige Spannung an diesem Punkt be angeschalteter Speisespannung mißt und den gemesse

bo nen Wert durch den Widerstandswert gegen Erde teilt den man dadurch ermittelt, daß man an diesem Punk eine besondere Meßstromquelle einschaltet, wobei aiii Speisequellen im Netzwerk kurzgeschlossen sind. Dies« Anwendung des Satzes von der Ersatzstromquelli

(>^r> (Thevinen-Theorem) wird bei der Ausführung gemät der Erfindung ohne die störende Beeinflussung dei Betriebsfrequenz erreicht, ebenso wird auch cir merkliches Anwachsen des Fehlerstromcs vermieden.

Dies geschieht durch Feststellung derjenigen Spannung, die im Ableitwiderstand durch einen Strom verursacht wird, dessen Frequenz bekannt ist und von der des Betriebsstromes abweicht. Die grundsätzliche Funktionsweise des Systems ist in dem Blockschaltbild in F i g, 1 dargestellt.

Hier ist ein nicht geerdetes, isoliertes Energieversorgungssystem gezeigt, das zwei Leiter L 1 und L 2 besitzt, die an die Sekundärseite eines isolierten, abgeschirmten Leistungstransformators Ti angeschlossen sind. Es sei bemerkt, daß die Anzeigeeinrichtung auch im Rahmen eines mehradrigen oder eines mehrphasigen Systems eingesetzt werden kann. Mit den Leitern L\ und L 2 sind jeweils die Widerstände Zi und Z 2 verbunden. Diese Widerstände stellen die Parallelschaltung kapazitiver und ohmscher Widerstände gegen Erde in einem praktisch existierenden System dar. Von den Leitern L i und L 2 führen Verbindungen zu der Anzeigeeinrichtung, d. h. zu der Einheit 1, welche einen Maximalspannungsdetektor sowie Gleichrichter enthält. Das Ausgangssignal der Einheit bzw. des Detektors t ist ein Gleichspannungssignal Vref, das eine Aussage über den Wert der Maximalspannung der Leiter Li oder L2 gegen Erde beinhaltet. Dieses Gleichspannungssignal Vref wird als Steuerspannung für den Betrieb der übrigen Teile der Anzeigeeinrichtung benutzt; es wird parallel sowohl dem den kapazitiven Anteil als auch dom den ohmschen Anteil des Stromes auswertenden Meßteil 3 bzw. 5 als Eingangssignal zugeführt. In dem den kapazitiven Anteil auswertenden Meßteil 3 wird die Steuerspannung Vref dem Vergleicher 7 zugeführt. Zunächst ist die Spannung Vref das einzige Signal, das der Differenzvergleichsschaltung 7 zufließt, da noch kein Rückkopplungssignal ansteht. Also gibt die Schaltung 7 ein Signal gleich der Spannung Vref als Ausgangssignal ab, das einem Integrationsglied 9 zugeführt wird. Bei dem Integrationsglied 9 handelt es sich um einen aufsummierenden Verstärker mit einer stark verzögerten Verstärkung und mit einem Bereich des Ausgangssignals, der so groß ist, daß im Rahmen der Rückkopplung bei der Messung die Summe der Eingangssignale nahezu Null wird. Das Integrationsglied 9 erzeugt ein kontinuierliches Anwachsen seines Ausgangssignals solange an seinem Eingang ein Signal ansteht. Das Ausgangssignal ist also ein Gleichspannungssignal, in welchem die Größe des Eingangssignals entsprechend der Dauer aufsummiert erscheint. Das Ausgangssignal des Integrationsgliedes 9 wird dem Eingang eines Vervielfachers 11 zugeführt, der sowohl als linearer Modulator-Demodulator als auch als nichtlinearer Zerhacker, Stromwender oder irgendeine andere Torschaltung ausgebildet sein kann. Ebenfalls wird dem Vervielfacher 11 ein 125-Hz-Signal mit einer 90°-Voreilung von einem Zweiphasen-Takt-Generator 2 zugeführt. Das Ausgangssignal des Vervielfachers 11 ist ein Wechselstromsignal /_c, welches den kapazitiven Anteil des Meßstromes /κ darstellt.

Die Schaltkreiselemente des ohmschen Meßteils 5 sind mit dem des kapazitiven Meßteils 3 identisch. Die Gleichspannung Vref vom Detektor 1 wird dem ohmschen Meßteil 5 als Eingangssignal zugeführt, genauer gesagt, der Vergleichsschaltung 6. Zunächst sei die Gleichspannung Vref das einzige zugeführte Signal, so daß auch hier dieses Signal am Ausgang wieder erscheint. Das erwähnte Ausgangssignal wird einem Integrationsglied 8 zugeführt, an dessen Ausgang für die Dauer des Eingangssignals ein Signal erscheint. An den Ausgang des Integrationsgliedes 8 ist der Eingang des nachfolgenden Vervielfachers 10 angeschlossen. Dem Vervielfacher 10 wird als Taktsignal das Ausgangssignal des Taktgenerators 2, dessen Frequenz wie erwähnt 152 Hz beträgt, zugeleitet, und zwar dasjenige des 0°-Ausganges. Die den beiden Meßteilen 3 und 5 vom Taktgenerator 2 zugeführten Taktsignale haben also eine gegenseitige Phasenlage von 90°. Das Ausgangssignal des Vervielfachers 10 ist ein Wechselstromsignal, welches den ohmschen Anteil Ir des Meßstromes Im verkörpert.

Die beiden kapazitiven bzw. ohmschen Komponenten des Meßstromes, die den beiden Meßteilen 3 und 5 entnommen werden, gelangen zu einer Summierschaltung 13. Die kapazitive Komponente wird um den Betrag der Verhältnisse der Frequenz (m zu fo, d.h. Meßfrequenz zu Betriebsfrequenz, verstärkt. Damit wird berücksichtigt, daß der kapazitive Ableitwiderstand von einem Meßstrom mit 125Hz durchflossen wird, während der eigentliche Betriebsstrom 60 Hz beträgt. Bei dem Ausgangssignal der Summierschaltung 13 sind also die frequenzabhängigen Faktoren hinsichtlich des kapazitiven Anteils des Meßstromes entsprechend berücksichtigt. Das Ausgangssignal der Summierschaltung wird dann über einen Verstärker 15 mit einem Verstärkungsfaktor A geleitet. Das Ausgangssignal des Verstärkers 15 wird dann zu einem großen Widerstand 18 geleitet, und der erzeugte Meßstrom Im ist gleich dem Verstärkungsfaktor A mal der Summe aus ohmscher plus kapazitiver Komponente. In Vektorschreibweise:

(12)

wobei j die 90°-Phasenvoreilung bedeutet. Der Meßstrom Im, bei welchem der Einfluß der höheren Frequenz bereits berücksichtigt ist, erzeugt einen Spannungsabfall Vz, der in Größe und Phase demjenigen des niederfrequenteren Betriebsstroms entspricht. Das bedeutet, daß die folgende direkte Summierung der

to Ausgangssignale des kapazitiven und des ohmschen Meßteils eine Anzeige liefert, welche dem maximalen Fehlerstrom bei Betriebsfrequenz gleich ist. Der Meßstrom kann an jedem Punkt des Systems eingespeist werden. Der Meßstrom Im fließt parallel durch alle Ableitwiderstände des Systems gegen Erde. Dem Verstärker 19 werden über den hohen Widerstand 20 das 60-Hz-Signal der Speisequelle plus das Signal zugeführt, welches die Spannung Vz repräsentiert und das durch Fließen des kompensierten Stromes Im durch die parallelen Ableitwiderstände des Versorgungssystems gegen Erde erzeugt wird.

Der Verstärker 19 hat einen Verstärkungsfaktor B, und sein Ausgangssignal wird dem Eingang des Filters 21 zugeführt. Das Filter 21 filtert das 60-Hz-Eingangssignal heraus und läßt das 152-Hz-Signal mit einer Phasendrehung von 45° passieren. Also steht am Filterausgang 21 ein Signal der Größe B- V_z <45°. Dieses Signal wird sowohl dem kapazitiven Kanal oder Meßteil 3 als auch dem ohmschen Kanal oder Meßteil 5 zugeleitet. Im kapazitiven Meßteil gelangt das Signal insbesondere zu einem Vervielfacher 17, der als Demodulator arbeitet und dem als Taktsignal das Ausgangssignal des Zweiphasen-Takt-Generator 2 mit 152 Hz und einer Phasenvoreilung von 90° zugeführt wird. Das Gleichspannungsausgangssignal des Demodulators 17 wird der Vergleichsschaltung 7 als Rückkopplungssignal zugeleitet. Das zweite Eingangssignal für die Vergleichsschaltung 7 ist, wie bereits vorstehend

erläutert, die Gleichspannung Vref. Die Differenz zwischen den genannten Eingangssignalen ergibt nun ein kapazitives Fehlersignal. Dieses Fehlersignal ist das Eingangssignal des Integrationsgliedes 9. Solange nun das Integrationsglied 9 ein von Null verschiedenes Eingangssignal hat, verändert sich die kapazitive Komponente des Meßstromes in ihrer Größe und neigt dazu, den Fehler auf Null zu verringern.

Das Ausgangssignal des Filters 21 gelangt über eine entsprechende Verbindung auch zu dem ohmschen Kanal oder Meßteil 5, insbesondere zu dem als Demodulator arbeitenden Vervielfacher 16. Das Demodulationssignal wird von dem Zweiphasen-Takt-Generator 2 erzeugt; es ist ein 152-Hz-Signal mit einem Phasenwinkel von 0°. Das Gleichspannungsausgangssignal des Demodulators 16 wird der Vergleichsschaltung 6 zugeführt, der außerdem die bereits erwähnte Gleichspannung Vref als zweites Eingangssignal dient. Die Differenz der beiden Eingangsspannungen ist ein ohmsches Fehlersignal, welches als Eingangssignal zu dem Integrationsglied 8 gelangt. Solange am Integrationsglied ein von Null verschiedenes Eingangssignal ansteht, ändert sich die ohmsche Komponente des Meßstromes mit einem ähnlichen Ausgleichseffekt, wie er bereits im Zusammenhang mit der kapazitiven Komponente beschrieben wurde. Der kompensierte Meßstrom, der den Ableitwiderständen parallel zugeführt wird, ändert sich in Größe und Phase bis ein Spannungsabfall Vzmit der richtigen Phase entsteht, der proportional gleich der Vergleichs-Gleichspannung ist. Wenn die Spannung Vz, die, wie gesagt, durch das Fließen des Meßstromes Im in den parallelen Ableitwiderständen erzeugt wird, proportional gleich der Gleichspannung Vref ist, dann ergibt die direkte Summierung der ohmschen und der kapazitiven Anteile Ir und Ic den Höchstwert des Fehlerstromes. Die Ausgangssignale des kapazitiven und des ohmschen Meßteils werden in der Summierschaltung 12 zusammengefaßt. Das Ausgangssignal der Summierschaltung 12 ist ein Strom in der Form Ir+j Io Dieses Ausgangssignal wird zu einem Verstärker 14 mit dem Verstärkungsfaktor C geleitet. Der Ausgang des Verstärkers 14 ist mit einem Meßkreis 4 verbunden, der Gleichrichter sowie ein nicht gezeigtes Fehlerstrommeßgerät enthält. Der Meßkreis ist so geeicht bzw. eingestellt, daß der unkompensierte Meßstrom mit einer festen Konstanten multipliziert wird, wodurch der Spannungsabfall Vz gleich der maximalen Speisespannung gegen Erde wird. Auf diese Weise zeigt das Meßinstrument den Höchstbetrag des Gesamtfehlerstrcmes an.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Verbindungen zwischen den Leitern L\ und L 2 und dem Detektorkreis 1 auch in anderer Weise ausgebildet sein können, wie dies z. B. in F i g. 2 dargestellt ist. Außerdem ist leicht einzusehen, daß in dem Fall, daß das System mehr als zwei zu überwachende Leitungen aufweist, ähnliche Anordnungen mit entsprechend proportional ausgebildeten Sekundärwicklungen eingesetzt werden können. Zum Beispiel wird man für ein dreiphasiges Überwachungssystem einen kleinen zusätzlichen Einphasentrafo vorsehen, der einen 1/3-Sekundärabgriff in Scott-Schaltung besitzt; von diesem sind dann die erforderlichen Sekundärspannungen abnehmbar. Es sei auch noch darauf hingewiesen, daß bei der Wahl der Frequenz des Meßstromes Werte gewählt werden können, die kleiner, gleich oder höher als der Wert der Betriebsspannung liegen.

Fig. 2 zeigt ein ausführliches Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform für eine Isolationsüberwachungseinrichtung gemäß der Erfindung. In diesem Schaltbild sind allerdings solche Widerstände, Konden-

> satoren und Vorspannungsnetztsiic nirht dargestellt, deren Verwendung und Anordnung jedem Fachmann geläufig sind. Eingangsseitig wird die Energie einem Trenntrafo 7"1, der eine Primär- und eine Sekundärwicklung besitzt, zugeleitet. Die nicht geerdeten Leiter

in L 1 und L 2 führen zu nicht gezeigten Verbrauchern. Die kapazitiven und ohmschen Ableitwiderstände nach Erde sind zusammengefaßt dargestellt, und zwar durch ZX zwischen dem Leiter L 1 und Erde sowie durch Z2 zwischen dem Leiter L 2 und Erde. Die Widerstände Z!

π und Z2 verkörpern jede Kombination von ohmschen und/oder kapazitiven parallelen Ableitwiderständen der in Frage kommenden Leiter des Energieversorgungssystems. Die Isolationsüberwachungseinrichtung zeigt den Höchstwert des Fehlerstromes an, und zwar bei

2» symmetrischen, unsymmetrischen, ohmschen, kapazitiven oder zusammengesetzten Ableitwiderständen. Ein Transformator mit Mittelabgriff T2 für die Isolationsüberwachungseinrichtung ist zwischen die Leiter L 1 und L 2 geschaltet. Dieser interne Trafo Γ2 ist sehr

2) klein und hat nur vernachlässigbare ohmsche und kapazitive Ableitwiderstände gegen Erde. Der Trafo 7'2 besitzt zwei Sekundärwicklungen Sl und 52. Die eine Sekundärwicklung 51 ist mit einer Speisegleichrichterschaltung 60 verbunden, in der die notwendigen

so Speisegleichspannungen für die Verstärker und Torschaltungen des Systems erzeugt werden. Bei dieser Gleichspannungsspeiseschaltung handelt es sich um eine gebräuchliche Schaltung, eine genaue Darstellung und Beschreibung erübrigt sich daher.

r> Der isolierte, nicht geerdete Leiter L 1 führt eine Spannung Vl, und der isolierte Leiter L 2 führt eine Spannung V2 gegen Erde. Wie bereits früher beschrieben wurde, wird der Höchstwert des Fehlerstromes in demjenigen Leiter gemessen, der die höchste Spannung gegen Erde führt, daher muß die größere der beiden Spannungen Vl und V2 ermittelt werden. Eine Vergleichsgleichspannung Vref, die proportional zur größten Spannung gegen Erde in den Leitern L 1 und L 2 ist, wird dann als Steuerspannung zur Erzeugung des Meßstromes benutzt. Um nun die Steuerspannung Vref zu gewinnen, ist in dem Zweidraht-System gemäß Fig.2 eine Sekundärwicklung 52 mit Mittelanzapfung auf dem Trafo T2 vorgesehen. Jede Hälfte der Wicklung 52 hat ein Windungsverhältnis von 1 :12 zur Primärwicklung. Die Mittelanzapfung auf der Primärseite des Trafos T2 ist mit dem hochohmigen Widerstand 61 und über diesen mit dem Eingang des Operationsverstärkers 62 verbindbar.

Es sei erwähnt, daß die Anzapfungen auf der Primär- und Sekundärseite des Trafos Γ2 vorzugsweise Mittelanzapfungen sind, da hierdurch die Spannungsbereiche klein bleiben; natürlich könnte man im Prinzip auch andere Abgriffe wählen.
Außerdem sei noch erwähnt, daß anstelle des getrennten Trafos T2 auf dem Haupttrafo 7Ί eine weitere Sekundärwicklung mit Mittelabgriff möglich wäre. Der Operationsverstärker 62 hat einen Spannungsverstärkungsfaktor von einem Zwölftel ('/12), und sein Ausgang ist mit dem Mittelabgriff der Sekundär-

b5 wicklung 52 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 62 ist mit den entgegengesetzten Polaritäten der Spannungen der Sekundärwicklung 52 verbunden. Die größere der resultierenden Spannungen wird jeweils

mittels der Dioden 63 bzw. 64 gleichgerichtet, d. h., es entsteht eine Vergleichsgleichspznnung, die proportional gleich der maximalen Spannung gegen Erde in einem der beiden Leiter ■'. 1 und L 2 ist.

Man sieht, daß dieses Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 keine getrennten Leitungen von den Leitern L 1 und L 2 zum Detektor und zu der Gleichrichterschaltung erfordert, wie z. B. F i g. 1 zeigt. Dieses bevorzugte Ausführungsbeispiel erfordert weniger Verbindungsleitungen von der Isolationsüberwachungseinrichtung zum Energieversorgungssystem, die Folge ist demnach auch ein geringerer Fehlerstrom, der durch die Überwachung selbst verursacht wird. Zudem sind bei dieser Schaltung auch solche Gleichrichter verwendbar, deren Spezifikation geringere Anforderungen hinsichtlich Spannungsfestigkeit und Fehlerstrom vorsieht.

Wie schon vorstehend erläutert wurde, bestimmt das vektorielle Verhältnis der beiden Ableitwiderstände gegen Erde Zl und ZI die entsprechenden Spannungen Vl und V 2 der Leiter gegen Erde. Diese Spannungen ergeben als Vektorsumme einen Gesamtbetrag, der gleich der Speisespannung Vs ist. Diese beträgt üblicherweise 120VoIt bei 60 Hz und liegt an der Primärwicklung des Trafos T2 der isolationsüberwachungseinrichtung. Für den Trafo wurde ein Untersetzungsverhältnis von l/r, hier r=12, gewählt. Der Verstärker 62 mit einer Spannungsverstärkung von >/i2 ist ausgangsseitig an die gegenpoligen Spannungen der Sekundärwicklung S2 angeschlossen, die jede 5 Volt betragen, d. h. ein Zwölftel der 60 Volt, die zwischen dem Mittelabgriff und der Leitung auf Primärseite des Trafos 7"2 liegen. Die Spannungen VY und V2' zwischen dem Mittelabgriff und jeweils einer Leitung auf der Sekundärseite S 2 sind gleich den Leerlaufspannungen VI und V2 der Versorgungsleitungen gegen Erde unter Berücksichtigung der Untersetzung von 1:12. Die gesonderte Gleichrichtung der größeren der Spannungen Vl' oder K2' führt zu der Vergleichsgleichspannung Vref. Die Vergleichsgleichspannung repräsentiert unter Berücksichtigung des Untersetzungsfaktors von 1 :12 die maximale Spannung gegen Erde in jedem Leiter Li oder L 2. Der Wert der Vergleichsgleichspannung Vref ändert sich im Verhältnis zu vorhandenen Ableitwiderständen gegen Erde von einem Maximalwert in Höhe der halben Speisespannung mal l/r. d.h. 60 Volt geteilt durch 12 bei angepaßten Ableitwiderständen, bis zum Zweifachen dieses Wertes, also 10 Volt, bei Ableitung in nur einer Leitung und bei verschiedenen Zwischenwerten; bei sowohl ungleichen Ableitwerten als auch bei gleichen, aber ungleichnamigen Ableitwerten. Es sei erwähnt, daß der Spannungsvergleich nur das Verhältnis der Ableitwiderstände wiedergibt, das umgekehrte Verhältnis ihrer Leitwerte, in den folgenden Beispielen werden fiktive Werte des Ableitwiderstandes angenommen und der resultierende Spannungsvergleich entwickelt. Im tatsächlichen Betrieb der Isolationsüberwachungseinrichtung sind die einzelnen Ableitwiderstände der Leitungen unbekannt und die Isolationsüberwachungseinrichtung LIM muß ansprechen, wobei nur die Leerlaufspannung von 60 Hz gemessen und der zusammengesetzte Ableitwiderstand mit einem 125-Hz-Signal ermittelt wird.

Die Arbeitsweise des obigen Schaltkreises mit einem typischen Wert von 2 mA für einen durch Ableitung verursachten Gefahrenstrom wird anhand der nachfolgenden Beispiele erläutert:

Wenn, wie Fig. 5(a) zeigt, nur ein unsymmetrischer

Ableitwiderstand Z2 in Form eines ohmschen Widerstandes mit der Leitung L 2 und Erde verbunden ist, der einen Wert von 60 kC besitzt, dann ist der Gesamtwiderstand 60 kQ.. Also ist die Spannung V1 des Leiters L 1 gegen Erde gleich 120 VoIi, während die Spannung V2 des Leiters L 2 gegen Erde 0 Volt beträgt, da dieser Leiter geerdet ist. Das Ausgangssignal des Verstärkers 62 reflektiert die 60-Volt-Spannung des Mittelabgriffes auf der Primärseite des Trafos T2 und erzeugt also bei dem angenommenen Verstärkungsfaktor von 1 : 12 ein Ausgangssignal von 5 Volt. Dieses Ausgangssignal des Verstärkers 62 in Form einer Spannung von 5 Volt wird dem Mittelabgriff der Sekundärwicklung S2 zugeführt, so daß sich die Spannung VY um 5 Volt erhöht und die Spannung V2' um 5 Volt verringert wird. Die gleichgerichtete Vergleichsgleichspannung Vref über die Diode 63 allein beträgt dann entsprechend dem Maximalwert 10 Volt. Der Höchstwert des Fehlerstromes, der von der Isolationsüberwachungseinrichtung festgestellt wird, ergibt bei 10 Volt, geteilt durch 60 kD und multipliziert mit dem Faktor r=12 den Wert von 2 mA für den einzigen 60-kQ-Widerstand bei 120 Volt Speisespannung.

In dem in F i g. 5(b) gezeigten Beispiel sind zwei symmetrische, ohmsche Ableitwiderstände von Z1 = 60 kQ und 2 2 = 60 kQ vorhanden, die in Parallelschaltung einen Gesamtwiderstand von Zb = 3OkQ ergeben. Die Spannung Vl zwischen dem Leiter LX und Erde ist gleich 60 Volt. Die Spannung an dem Mittelabgriff auf der Primärseite des Trafos 7'2 ist entsprechend der herrschenden Symmetrie null Volt, also ist auch das Ausgangssignal des Verstärkers 62 null Volt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 62, das, wie erwähnt, dem Mittelabgriff der Sekundärseite des Trafos T2 zugeführt wird, ist wegen seines Wertes von 0 Volt ohne jeglichen Einfluß auf die gegenpoligen Spannungen Vl' und V2'. Die über die Dioden 63 und 64 durch Gleichrichtung erzeugte Vergleichsgleichspan-. nung Vref ist gleich dem halben Maximalwert, d.h. 5 Volt. Man käme zu dem gleichen Ergebnis, wenn statt der ohmschen nunmehr symmetrische, kapazitive Ableitwiderstände an die beiden Leiter L 1 und L 2 angeschlossen wären. In beiden symmetrischen Fällen mißt die Isolationsüberwachungseinrichtung einen maximalen Fehlerstrom, der gleich 5 Volt, geteilt durch 30 kΩ des Widerstandes Zo mal r= 12 ist, d. h., für jeden Leiter wird ein Fehlerstrom von 2 mA gemessen.

Wenn nun gemäß Fig.5(c) zwei unsymmetrische, kapazitive Ableitwiderstände von z. B. Zl = —j 120 kQ und Z2= —760 kQ vorhanden sind, dann ergibt sich ein Zo = 4OkQ bei einem Phasenwinkel von -90°. Die Spannung Vl des Leiters L\ gegen Erde beträgt 80 Volt und die Spannung V2 des Leiters L 2 gegen Erde beträgt 40 Volt, dabei beträgt die Spannungsverschiebung an dem Mittelabgriff der Primärwicklung des Trafos Γ2 20 Volt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 62 mit dem Verstärkungsfaktor 1:12 hat einen Spannungswert von 1,67 Volt; diese Spannung wird den entgegengesetzt gepolten Spannungen an der Sekundärwicklung S2 des Trafos T2 überlagert, wodurch die Spannung Vl' = 6,67 Volt und die Spannung V2' = 3,33 Volt betragen. Als Vergleichsgleichspannung Vref erscheint lediglich diejenige mit dem Wert von 6,67 Volt, die über den Gleichrichter 63 ansteht. Der Höchstwert des Fehlerstroms, der über die Isolationsüberwachungseinrichtung angezeigt wird, errechnet sich aus dem Wert der Spannung von 6,67 Volt geteilt durch den Wert von 40 kQ mal r, dies ergibt einen Wert

von 2 mA für den Fehlerstrom des Leiters L 1 zufolge des Widerstandes Z 2.

Im Falle von unsymmetrischen, ungleichnamigen Ableitwiderständen, der in Fig. 5(d) angedeutet ist, betrage der Wert des Ableitwiderstandes Zl = -./ ■-, 6OkQ, derjenige des Ableitviderstandes Ζ2 = 64 1<Ω, daraus ergibt sich ein Gesamtwert für Zb = 44 kD mit einem Phasenwinkel von -48°. Die Spannung Kl gegen Erde ist gleich 82 Volt und die Spannung V2 gegen Erde ist gleich 88 Volt. Die Spannungsverschie- u> bung am Mittelabgriff der Primärwicklung des Trafos TI beträgt 60 Volt mit einer gleichzeitigen Phasenabweichung von —93°. Das Ausgangssignal des Verstärkers 62 hat in diesem Fall einen Spannungswert von 5 Volt, mit einer Phase von —93°. Wenn diese Spannung r> wiederum an die Mittelanzapfung der Sekundärwicklung 52 des Trafos T2 angeschaltet wird, dann stehen zwei Spannungsvektoren VY und V2' an dieser Wicklung, die beide größer sind als im Falle einfacher, gleichphasiger Symmetrie von gleichartigen Ableiterwiderständen. Die gleichgerichtete Spannung Kref hat den Wert von 7,3 Volt. Daraus errechnet sich der angezeigte Wert des Fehlerstromes zu 7,3 Volt geteilt durch 44 kQ mal r, d. h., ein Fehlerstrom von 2 mA fließt in Leiter L 2 zufolge des Widerstandes Zl.

Wenn unsymmetrische, gemischte Ableitwiderstände an den Leitern L 1 und L 2 angeschlossen sind, wie z. B. in F i g. 5(e) gezeigt ist, und die Einzelwerte betragen an dem Leiter L 1 Kl =69,3 kn XX = -7 120 kO sowie an dem Leiter L 2 R 2 = 24OkQ und X 2c=-j 138,6 kQ, dann ergibt die Rechnung der relevanten Werte:

Die Einzelleitwerle sind

= ~ + -- = 16,7· 1(T" < 60-S
R₁ X₁

Y₂ = ~ + 4- = ⁸·³³ · Ό-" < 30 S ;

K 2 X₂

daraus der Gesamtwert

Y₁, = y, + Y₂ = 24,2· ΙΟ"" < 40 S
und für den Gesamtwiderstand

Z_n = ~- = 41,3 < -40 kil,
1»

Z₁ = -) = 6OK < --60 U,

^r)0

55

y,

= 120K < -30 12.

Die Scricnschaltung dieser Widerslände ergibt

Z₁ + /, = 175 K < -40 <2.
und dies wiederum fuhrt /11 einem Reihcnfchlslrom b^r>

/.s- .. ^v .. 0.6X7 < 40 . niA .

/C₁ -t A₁

Die Spannungen der beiden Leiter L 1 und L 2 gegen Erde betragen:

V₁ = Z₁ /.s = 41,3 < -20 ,
V₂ = Z₂ I_s = «2,6 < K) .

Daraus ersieht man, daß die Spannung V2 den Höchstwert hat und die vektorielle Addition von Kl+K2= Ks= 120 Volt ergibt. Die Spannungsverschiebung am Mittelabgriff der Primärwicklung des Trafos T2 hat einen Wert von

|/_v = 60 V - 1-, = 25,5 V < -124 .

Das Ausgangssignal des Verstärkers 62 ist ein phasenverschobener Spannungsvektor, demzufolge beide Spannungen Kl'und V2' größere Werte annehmen, als dies bei einem einfachen gleichphasigen und symmetrischen Ableitwiderstand der Fall wäre, es ergibt sich ein Zwischenwert der Spannung Kref von 6,9 Volt. Der angezeigte Fehlerstrom ist nunmehr gleich 6,9 Volt geteilt durch 41,3 kΩ mal r, dabei fließt der Fehlerstrom von 2 mA auf der Leitung L 2 infolge des niedrigeren Ableitwiderstandes an der Leitung L 1.

Die vorstehenden Rechnungen zeigen, daß die Spannung Kref eine proportionale Beziehung zum Höchstwert einer Spannung eines der beiden Leiter L1 und L 2 gegen Erde ist, die an einem einfachen Abgriff der Versorgungsleitungen abnehmbar ist, und zwar trotz der Komplizität des Ableitwiderstandes.

Die Vergleichsgleichspannung Vref wird als Steuerspannung im übrigen Teil der Isolationsüberwachungseinrichtung genützt, und zwar zur Erzeugung eines Meßstromes Im- Die Spannung Kref wird Integrationskreisen 68 und 69 in dem kapazitiven Meßteil und dem ohmschen Meßteil zugeführt.

In Fig. 3 ist eine detaillierte Darstellung der Integrationskreise 68 und 69 gezeigt, von denen jeder die vier im Zusammenhang mit den Meßteilen 3 und 5 erläuterten Funktion durchführt. Diese seien noch einmal kurz genannt: Das Umschalten der Vergleichsgleichspannung zur Erzeugung von zwei um 90° phasenverschobenen Signalen, Unterscheidung von zwei getrennten, phasenbehafteten Rückkopplungsanteilen, synchrones Filtern, um die Schwingungen der Speisespannungen aus den Rückkopplungssignalen zu entfernen und schließlich die Regelung des Ausgangssignals jedes Meßteils auf einen solchen Wert, durch den sich eine genaue Symmetrie zwischen der Wechselstromkomponente des Rückkopplungssignals und der Amplitude der Vergleichsgleichspannung Kref ergibt. Diese Vergleichsgleichspannung Kref gelangt über einen Widerstand 41 in einen Kondensator 31 im Rückkopplungsweg des Operationsverstärkers 33. In dem gezeigten Beispiel hat die Vergleichsspannung einen negativen Wert, obwohl auch eine positive Polarität möglich wäre, dann würde sich bei offenem Schaltelement 35 der Kondensator negativ aufladen. Im gleichen Augenblick, in dem der Kondensator 31 geladen wird, geschieht dies ebenso bei dem entgegengesetzt eingeschalteten Kondensator 37, der ebenfalls im Rückkopplungsweg als Operationsverstärker 33 angeordnet ist. Dieser Kondensator lädt sich auf die entgegengesetzt gleiche Spannung auf, und zwar zufolge der Gleichspannungsrückkopplungswirkung des Verstärkers 33 über die Widerstände 43 und 45, die ihrerseits den Verstärker zwingen, Gleichspannungsun-

Symmetrien des Ausgangssignals auf Null zu regeln. Der nichtinvertierende Eingang des Verstärkers 33 ist mit dem gemeinsamen Erdpotential über einen Widerstand 47 verbunden. In dem ohmschen Meßteil verursacht die Vergleichsspannung eine analoge Aufladung der Kondensatoren 30 und 36. Das Signal zur Auftastung der gespeicherten Gleichspannung auf die Kondensatoren 30,36 und 31,37 wird von einem einstellbaren Oszillator 6 mit einer Frequenz von 608 Hz erzeugt, welches den Flip-Flop-Schaltungen 66 und 67 (Fig.2) zugeführt wird. Die beiden Flip-Flop-Schaltungen 66 und 67 haben überkreuzverbundene »D«-Steuereingänge und liefern durch blockweises Rückwärtszählen aus dem 608-Hz-Taktsignal des Oszillators 65 vier Rechtecksignale von jeweils 152 Hz, wie in F i g. 4 dargestellt. Der Wert von 152 Hz wurde deshalb gewählt, da er zur wirksamen Demodulation genügend weit von der Betriebsfrequenz abliegt und außerdem etwas höher liegt, als das mittlere Verhältnis von 5 :2 zur Betriebsfrequenz von 60 Hz; dadurch werden Fehler, die durch die Synchrondemodulation von unerwünschten und durch Streukopplung verursachte 60-Hz-Signale auftreten können, vermieden. So werden aber diese Störsignale, die eine Zitterfrequenz erzeugen, in der nachfolgenden Meßschaltung ausgefiltert. Es sei festgestellt, daß man auch andere Meßfrequenzen zusammen mit solchen Filtern, die eine notwendige Phasenvoreilung von 45° verursachen, verwenden kann; dies geschieht automatisch, wenn man die vorbestimmte Meßfrequenz mit den hier gezeigten Filtern anwendet; in den nachfolgenden Ausführungen wird darauf noch eingegangen.

Die Ausgangssignale der Flip-Flop-Schaltungen 66 und 67 weisen_eine quadratische Beziehung auf, so daß die Qi- und <?p(die entsprechende Inversion-)Signale den Qi und Q^ exakt 90° voreilen und diese überlappen (siehe dazu F i g. 4). Die beiden Signalpaare sind dazu bestimmt, die Schaltelemente 35,39 und 34,38 synchron leitend zu steuern. Dieser synchrone Umschaltvorgang in den Rückkopplungswegen der Operationsverstärker 33 und 32 eleminiert im wesentlichen Störeinkopplungen, die bei normalen Vervielfachern auftreten, die aber auch dann vorhanden sein können, wenn die Umschaltung an den Eingängen von Signalverstärkern mit hochwertigen FET-Schalt-Transistoren erfolgt. Die umgekehrte Verbindung oder Operationsverstärker 33 und 32 mit den Kondensatoren 31,37 und 30,36 hat zur Folge, daß die Verstärker solche Wechselspannungs-Rechtecksignale an den Ausgängen führen, deren Amplituden die gleichen Werte wie der aufgespeicherten Gleichspannung haben. Aber zu diesem Zeitpunkt liegt kein Rückkopplungssignal über die Koppelkondensatoren 49 und 48 an, nur die Vergleichsgleichspannung Vref ist zur Aufladung der Rückkopplungskondensatoren angeschaltet, daher hat das Ausgangssignal der Operationsverstärker 33 und 32 die Form einer Rechteck-Wechselspannung, deren Amplitude gleich der gespeicherten Gleichspannung ist.

Die Operationsverstärker 33 und 32 gemäß F i g. 3 arbeiten in identisch ausgebildeten Schaltkreisen als Integratoren zur Erzeugung von Wechselspannungen, die durch das Taktsignal der Flip-Flop-Schaltungen 66 und 67 synchronisiert werden, und zur Bestimmung der kapazitiven und ohmschen Anteile des 152-Hz-Stromes, mit dem die Leitwerte der Ableiterwiderstände zwischen Leiter und Erde gemessen werden. Die relative Größe der Ausgangssignale der Operationsverstärker 33 und 32 werden kompensiert und dadurch wird die direkte Wiedergabe der verschiedenen relativen Werte der ohmschen und kapazitiven Stromanteile bei 60 Hz möglich; die daraus gebildete vektorielle Summe stellt dann ein direktes Maß für den auftretenden Fehlerstrom dar, der bei Betriebsfrequenz zufolge der höheren der Leiterspannungen gegen Erde fließt. Die Ausgangswechselspannung des Operationsverstärkers 33 ist eine Rechteckspannung, die dadurch entsteht, daß im Wechsel jeweils entgegengesetzt geladene Kondensatoren 31 und 37, die in Rückkopplungsnetzwerte angeordnet sind, angeschaltet werden; in analoger Weise gilt dies auch für den Operationsverstärker 32, in dessen Rückkopplungsnetzwerk die Kondensatoren 30 und 36 liegen. Der einzige Unterschied in bezug auf die Ausgangssignale der beiden Operationsverstärker liegt in deren relativem zeitlichem Verlauf der Umschaltung und in der Amplitudenhöhe. Der gegenseitige zeitliche Versatz infolge der wechselnden Leitendzustände der jeweils zugehörigen Schaltelementpaare 35, 39 und 34, 38 bedingt die wechselnde Polarität des Ausgangssignals des Verstärkers 33, und zwar voreilend derjenigen des Verstärkers 32 um einen Phasenwinkel von genau 90°, wobei beide Signale die gleiche Frequenz von 152Hz haben. Der so vorhandene gegenseitige Zeitversatz ist notwendig, damit mit dem Ausgangssignal des Operationsverstärkers 33 die voreilende Phase des kapazitiven Fehlerstromes und mit demjenigen des Operationsverstärkers 33 der ohmsche Fehlerstrom gesteuert werden kann; die entsprechende Größe des jeweiligen Ausgangssignals gibt dann Aufschluß über den zugehörigen Anteil des Fehlerstromes. Die Rechteckausgangsspannungen der Integrationskreise 68 und 69 werden in der Additionsschaltung 70 zu einem zusammengesetzten 152-Hz-Ausgangssignal vereint. Um aus den Amplituden der Ausgangswechselspannungen der Operationsverstärker, deren Frequenz je 152 Hz beträgt, eine direkte Aussage über die Größe der einzelnen Ableitwerte des Systems bei der Betriebsfrequenz von 60 Hz ableiten zu können, wird das in der Phase voreilende Ausgangssignal des Operationsverstärkers 33 in dem Integrator 68 in einem größeren Verhältnis weitergeleitet, verglichen mit demjenigen des Operationsverstärkers 32 in dem Integrator 69; dadurch entsteht ein proportional größerer, voreilender Phasenwinkel des 152-Hz-Meßstromes, und zwar wegen des kapazitiven Anteils des Gesamtabteilwertes. Damit wird dann eine Spannungsrückkopplung erzeugt, die nach Größe und Phase dem Fehlerstrom bei 60 Hz entspricht. Das oben angesprochene Größenverhältnis entspricht dem Quotienten aus Meßfrequenz 4/ geteilt durch die Betriebsfrequenz /0.

Die Ausgangssignale des Operationsverstärkers 33 und des Operationsverstärkers 32 werden im genannten Verhältnis zueinander addiert und dann dem Operationsverstärker 71 zugeführt. Der Operationsverstärker 71 ist mit einem frequenzselektiven Netzwerk 72 ausgerüstet, dadurch werden durch Filtern Oberwellen der 152-Hz-Rechtecksignale der Operationsverstärker 32 und 33 unterdrückt. Außerdem werden in dem Netzwerk 72 jegliche Oberwellen der 60-Hz-Betriebsfrequenz ausgefiltert. Das Netzwerk hat einen kleinen Gütefaktor Q, um Demodulationsfehler im Rückkopplungsweg zu vermeiden, die durch eine temperaturabhängige Drift des Phasenwinkels der Kondensatoren des Resonanzkreises verursacht werden. Zusätzlich enthält das Netzwerk einen einstellbaren Widerstand 73, mit dem der Übertragungsphasenwinkel genau abgeglichen werden kann.

Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 71

wird zur Primärwicklung eines Aufwärts-Transformators T) geleitet, in dem es um den Wert 20 vergrößert an der Sekundärwicklung ansteht und in der Größe vergleichbar mit dem Wert der Betriebsspannung ist. Die Spannungsübersetzung des Ausgan<?ssignals des Operationsverstiirkers 71 erlaubt die Einschaltung eines hochohmigen Widerstandes 74, über den der kleine, einstellbare Meßstrom Im mit der Frequenz 152 Hz in die Versorgungsleitungen des Systems eingespeist werden kann. Dieser Strom erreicht maximal 6 μΑ, außerdem dient der Widerstand 74 zur Begrenzung des 60-Hz-Fehierstromes in das Netzwerk der Isolationsüberwachungseinrichtung auf 4 μΑ oder weniger. Die 152-Hz-Spannung Vz, die durch den Stromfluß des Meßstromes //wdurch die parallelliegenden Ableitwiderstände nach Erde erzeugt wird, erscheint als Überlagerungsspannung zum Wert der Leerlaufspannung an dem Mittelabgriff der Primärwicklung des Transformators T2. Diese Spannung wird dann mittels der Operationsverstärker 62 ermittelt und zu den folgenden Schaltkreisen weitergeleitet, wo sie als Rückkopplungsregelsignal den Operationsverstärkern 33 und 32 der Integrationskreise 68 und 69 wirkt. Die Spannung, um welche der Mittelabgriff des Leistungstransformators 72 gegen das Erdpotential schwankt, wird dem Operationsverstärker 62 über einen hochohmigen Widerstand 61 zugeführt, was nur einen vernachlässigbaren Strom verursacht, verglichen mit demjenigen, der über die sonstige Ableitung des Versorgungssystems fließt. Die 60-Hz-Komponente dieser Spannung ist ein Maß der Unsymmetrie der einzelnen Ableitwerte; wie schon vorher beschrieben wurde, kann der Wert dieser Spannung zwischen 0 Volt bei Symmetrie und der halben Versorgungsspannung schwanken, außerdem ist auch der Phasenwinkel abhängig von der Vektorunsymmetrie der gemischten Ableitwiderstände. Die beträchtlich kleinere Spannung Vz mit der höheren Frequenz, welche den Spannungsabfall des 152-Hz-Meßstromes an den Ableitwiderständen wiederspiegelt, ist der vorstehenden Spannung überlagert. Beide Spannungen erscheinen in der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers um den Faktor 1 zu 12 verkleinert wieder. Sowohl der Eingangswiderstand 61 als auch der Rückkopplungswiderstand des Operationsverstärkers 62 zur Einstellung des erforderlichen Verstärkungsfaktors (1/12) haben vorzugsweise einen sehr hohen Widerstandswert, so daß der Strom aus der Speisequelle über den Operationsverstärker 62 auf wenige Mikroampere begrenzt wird. In einem Ausführungsbeispiel wurde ein hier nicht dargestellter, zusätzlicher Wechselstromrückkopplungsweg vorgesehen, um damit die Verstärker hinsichtlich einer Gleichspannungsdrift zu stabilisieren. Statt dessen kann man aber auch hochwertige stabilisierte Verstärker zur Erfüllung der genannten Aufgaben benutzen. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 62 wird über das Parallel-T-Filter 76 geleitet, dessen Glieder so bemessen sind, daß die 60-Hz-Speisespannung, die den größten Teil der Leerlaufspannung bildet, die an dem Mittelabgriff der Primärwicklung des Transformators Tl ansteht, eliminiert wird. Die Abtrennung der kleinen 152-Hz-Rückkopplungsspannung, welche dem Spannungsabfall Vz des Meßstromes an den Ableitwiderständen des Systems entspricht, wird durch vorstehende Maßnahme erleichtert. Die Ausgangsspannung des T-Filters 76 wird dem Operationsverstärker 77, der eine Verstärkung um den Faktor 30 erzielt, zugeleitet. Die Abstimmung der Verstärkung durch den Operationsverstärker 77 und auch die nachfolgende, gesamte Rückkopplungsverstärkung zur Erzeugung des Meßstromes geschieht mit Hilfe des Widerstandes 78. Der Widerstand stellt daher auch den Abgleichwiderstand für das Anzeigeinstruj ment der Isolationsüberwachungseinrichtung dar. Das parallele T-Filter 76 zur Sperrung der 60-Hz-Komponentc verursacht außerdem eine Phasenvoreilung von rund 60° bei der Weiterleitung des 152-Hz-Signals. Diese 60°-Phasenvoreilung der Spannung ^gegenüber

ίο dem Meßstrom über die Ableitwiderstände wird durch die Wirkung des Rückkopplungskondensators 79 am Ausgang des Operationsverstärkers 77 auf den Wert von 45° reduziert. Das ergibt den notwendigen Ausgleichseffekt bei der Demodulation der Rückkopp-

r, lungsregelanteile für die beiden Verstärker 33 und 32 über den gesamten Bereich der gemessenen Ableitung, also- auch von rein kapazitiven zu rein ohmschen Anteilen. In ihrer Funktion zur getrennten Regelung der kapazitiven und der ohmschen Anteile steuern die Operationsverstärker 33 und 32 die Größe und die Phase des Meßstromes und ermöglichen es so, daß die Phase und Größe der Gesamtableitung des Systems entsprechend angepaßt werden. In dieser Betriebsweise wird die Rückkopplung des festgestellten Spannungsabfalls Vz proportional zur Größe der Vergleichsspannung Vref und ungeachtet der Art der Ableitung konstant in Phase gehalten.

Daher liegt die erforderliche Phase des Rückkopplungssignals notwendigerweise mitten zwischen den

jo beiden um 90° verschobenen Phasen dei Ausgangssignale der Operationsverstärker 33 und 32, so daß jeder Operationsverstärker 33 und 32 eine Cosinuskomponente des Phasenwinkels demodulieren kann und sie den annähernd gleichen Vergleichsstrom entgegensetzen kann. Der Abgleichwiderstand 73 im Filterkreis des Verstärkers 71 erlaubt eine exakte Feinabstimmung der erforderlichen Phase.

Das verstärkte 152-Hz-Rückkopplungssignal des vom Ableitwiderstand abhängigen Spannungsabfalles Vz mit der 45°-Phasenverschiebung ist am Punkt 75 in Fig. 2 abnehmbar, sie wird über die Gleichspannungsabblockkondensatoren 49 und 48, die einen niedrigen Widerstand haben, den Operationsverstärkern 33 und 32 zur getrennten Regelung der Rückkopplung zugeführt. In jedem der beiden Operationsverstärker wird der Rückkopplungswechselstrom, der über seinen zugehörigen Eingangswiderstand fließt und der unter der Wirkung des Verstärkers zu den Kondensatoren 31, 37 und 30, 36 gelangt, synchron gleichgerichtet oder phasendemoduliert, und zwar in zwei gegenpolige Gleichströme, von denen jeder gleich dem Gleichrichtwert einer Halbwelle des Phasenanteils des Rückkopplungsstromes ist, der mit seiner Umschaltung synchronisiert ist.

Die nicht in Phase befindliche Komponente an jedem Verstärker hat gleichgerichtet einen Mittelwert von Null und wird statt dessen von dem jeweils um 90" phasenversetzt arbeitenden Verstärker gleichgerichtet. Bei genauer Wahl der Polarität und Phase des Rückkopplungssignals stehen diese Ströme den Ladeströmen, die durch die Vergleichsspannung Vref hervorgerufen werden, entgegen und führen damit zu einer Begrenzung der Verstärkerausgangssignale auf getrennt geregelte Werte. Im stabilen Regelzustand hat jede der synchron gleichgerichteten Stromkomponenten, die als geregelte Rückkopplungssignale jedes der Verstärker entstehen, einen Wert, der gleich ist dem Gleichrichtwert der Ausgangsspannung des Opera-

tionsverstärkers 77 multipliziert mit dem Cosinus des Phasendifferenzwinkels zwischen seiner eigenen und der Phasenlage der jeweiligen Umschaltung des Verstärkers und geteilt durch den Wert des Eingangswiderstandes des Verstärkers. Jeder der beiden Verstärker regelt vorstehenden Wert automatisch so, daß ein entgegengesetzt gleich großer Wert, bezogen auf den Vergleichsgleichstrom, erhalten bleibt, welcher seinerseits durch die Differenz zwischen dem Wert der Spannung der Vergleichsspannungsquelle und derjenigen des geladenen Kondensators, dividiert durch seinen Widerstand, bestimmt ist. Jede Abweichung in dieser Differenz hat eine kräftige verstärkerseitige Korrektur des Ausgangssignals zur Folge. Dies beruht darauf, daß ein kleiner Wechselstrom, der an die Wechselspannungsklemme eines Schalters gelegt wird, eine Gleichspannung erzeugen kann, die ihrerseits einem Gleichstrom entgegenwirkt, der zu einem Anschluß eines Kondensators geleitet wird. Die Größe dieser beiden entgegenstehenden Signale heben sich im Kondensator auf, und sie können soweit wie notwendig vergrößert werden, um das erforderliche Rückkopplungsregelsignal zu erhalten, ohne daß damit eine extreme Auslenkung der Kondensatorspannung verbunden ist. Die Spannung des geladenen Kondensators stellt den Integrationswert der Differenz zweier entgegenstehender Signale dar. Die Integratoren 68 und 69 enthalten die Operationsverstärker 33 und 32, in diesen wird ein genauer Vergleich der Größe des Stromes durchgeführt, der entsprechend der Spannung Vz entsteht, wobei allerdings zu erwähnen ist. daß wegen der Reihenschaltung des Eingangswiderstandes und des Kondensators des Operationsverstärkerkreises in bezug auf die Vergleichsspannung der Strom nicht ganz exakt seine Proportionalität bezüglich der Größe der Vergleichsspannung beibehält, da jeder etwas absinkt, wenn die Ladung des Kondensators steigt.

Wenn man also keine zusätzliche Spannungskompensation vorsieht, dann würde ein genauer Vergleich des Gesamtspannungsabfalls, der durch den Meßstrom in den Ableitwiderständen entsteht, mit der Vergleichsgleichspannung, die das Kennzeichen für genaue Steuerung der getrennten kapazitiven und ohmschen Meßstromanteile sein soll, zu Fehlaussagen führen. Wenn demnach im System ein rein ohmscher Ableitwiderstand vorhanden wäre und nur mit Bezug auf das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 32 allein gemessen würde, dann wäre zwar die Größe der ohmschen Rückkopplungsspannung, die durch Demodulation des Ausgangssignals mit voreilender Phase des Operationsverstärkers 77 entsteht, genügend groß sein, um zu einer Symmetrierung mit dem Vergleichsstrom zu gelangen, der zufolge der Spannung Vref in Richtung der geladenen Rückkopplungskondensatoren des Operationsverstärkers 32 fließt, aber er würde nicht groß genug sein, um den größeren Strom auszugleichen, der zufolge der gleichen Vergleichsspannung Vref zu den ungeladenen Kondensatoren des Operationsverstärkers 33 mit der exakten 45° -Voreilung fließt.

Der Operationsverstärker 33 würde in diesem geschilderten Fall ein falsches Teilsignal mit voreilcnder Phase erzeugen, um seine Symmetrie zu erlangen; die Folge wäre eine weitere über 45° hinausgehende Voreilung. Ähnlich würde eine alleinige Messung einer rein kapazitiven Ableitung mittels des Operationsverstärkers 33 allein zu falschen Ergebnissen führen, d. h. in diesem Falle würde falschcrwcise am Ausgang des Oncniiionsvcr'.fürkcrs ein Signal mit nacheilender Phase entstehen. Diese falschen Ausgangssignale könnte man durch Vergrößern der Verstärkung von anderen Verstärkern wieder korrigieren, z. B. der Operationsverstärker 62 und 71, dann könnten die Betriebswerte der Operationsverstärker 33 und 32 in bezug auf die Vergleichsspannung niedriger liegen und eine Phasenabweichung würde nicht zu merklichen Fehlern bei dem Gesamtmeßergebnis im Falle rein kapazitiver oder rein ohmscher Ableitwiderstände führen. Allerdings würde im Fall der Messung von gemischten Ableitwiderständen in dem Versorgungssystem ein Ergebnis angezeigt, das als Summensignal aus den Ausgangssignalen der Operationsverstärker 33 und 32 bedeutend kleiner wäre. In dem hier benutzten Ausführungsbeispiel wird der Meßfehler dadurch kompensiert, daß man den in der Phase nacheilenden ohmschen Signalanteil mit einer geringen Voreilung versieht, bevor er mit dem kapazitiven Signalanteil vektoriell vereinigt und zu dem Operationsverstärker 82 geleitet wird. Die Kompensationsart sieht man an der Zuschaltung des Kondensators 80 in Reihe mit dem Summierwiderstand 81, der den ohmschen Anteil zu dem Operationsverstärker 82 weiterleitet.

Eine andere, mehr direkte Kompensation für den Abfall des Vergleichsstromes, der durch Vref erzeugt wird, mit einer Anhebung der Ausgangssignale der Operationsverstärker 33 und 32 könnte darin bestehen, daß man eine kleine, proportionale Rückkopplung der Ausgangswechselspannung jedes Verstärkers einführt und diese als Verschiebung hinsichtlich der normalerweise geerdeten, nichtinvertierenden Eingangsverbindung wirkt. Die anteilige positive Rückkopplung ist im gleichen Maße wirksam, wie das Verhältnis aus ohmschem Widerstand der Eingangswcchselstromquel-Ie und der Summe aus diesem Widerstand plus dem Widerstand der Vergleichsspannungsquelle. Jeder der Operationsverstärker 33 und 32 ist dann gezwungen, einen zusätzlichen Anteil des umgeschalteten Eingangswechselstromes zu ziehen, der genau den Verlust kompensiert, der bei dem Vergleichsgleichstrom durch einen entsprechenden Spannungsrückgang entsteht. Bei dieser Kompensation arbeiten beide Operationsverstärker als echte integrierende Spannungsvergleicher wobei jeder unabhängig jeden Symmetriefehler bei derr Größenverhältnis von seinem phasendemodulierter Spannungsanteil der Rückkopplungswechselspannung zu der Spannung der Vergleichsspannungsquelle ermittelt und mit einer Zeitverzögerung einen voller Ausgleich bei der betreffenden StromkomponentE durchführt, wodurch der Vergleichsfehler ungeachte des Ausgangssignalwertes Null wird. Die positive Spannungsrückkopplung kann durch eine Verbindung zwischen dem Ausgang jedes Operationsverstärkers zi seinem geerdeten, nichtinvertierenden Eingang in Forn eines Widerstandes erreicht werden.

Das Spannungsrückkopplungsverhältnis, das ober definiert wurde, könnte theoretisch leicht vergrößer werden, um dadurch auch andere, kleine Gegenkopp lungen der Operationsverstärker 33 und 32 auszuglei chen. Diese Gegenkopplungen sind Wechselstromge genkopplungen über die Gleichspannungsstabilisie rungswiderstände, die durch die Eingangskondensato ren nicht völlig kurzgeschlossen sind und wegen de fehlenden unendlichen Verstärkung der Operationsver stärker entstehen. Allerdings ist die zusätzliche Einstel lung und Kompensation unbedeutend und praktiscl nicht notwendig.

Wenn die Operationsverstärker 33 und 32 in diese

Weise hinsichtlich der Spannungsrückkopplung kompensiert sind, dann hält das ihnen zugeführte Signal im allgemeinen seinen Phasenwinkel exakt in der Mitte zwischen den beiden um 90° verschobenen Umschaltphasen, außerdem bleibt es konstant proportional in der Größe bezüglich der Vergleichsspannung. Wenn das Rückkopplungssignal so eingestellt ist, daß die notwendige 45°-Voreilung entsteht, dann hat der an der Speisequelle anstehende Spannungswert bei ohmscher Belastung einen Phasenwinkel von null Grad. Also, unbeachtlich der parallelgeschalteten Ableitwiderstände sorgt der Operationsverstärker 32 dafür, daß der genaue Wert des erforderlichen ohmschen Stromantcils vorhanden ist und der erforderliche Phasenwinkel von Null Grad des Spannungsabfalls an den ohmschen Teilen des Gesamtableitwiderstandes eingehalten wird; andererseits sorgt der Operationsverstärker 32 für das Vorhandensein der 90°-Voreilungskomponentc des Stromes bezüglich der kapazitiven Widerstände bei der gleichen Spannung; dabei ist der Ausgangswert hinsichtlich der erforderlichen Korrektur wegen der 60 Hz beeinflußt, beide Ausgangssignale der Operationsverstärker behalten ihren Proportionalitätsfaktor bezogen auf die Vergleichsspannung bei.

Wenn die Weiterleitung des Phasenwinkelsignals im Rahmen der Messung des Ableitwiderstandes bezüglich der Einhaltung der Phasenvoreilung von 45° genau eingestellt ist, geben die senkrecht aufeinanderstellenden 152-Hz-Ausgangssignale der Verstärker 33 und 32 zusätzlich zu den 152-Hz-Anteilen ohmscher und kapazitiver Art ein direktes Maß der ohmschen und kapazitiven Anteile, bezogen auf die 60-Hz-Ableitwiderstände. Wenn demnach der Spannungsabfall Vz, der durch den Stromfluß des Meßstromes durch die Ableitwiderstände verursacht wird, proportional zu der größeren der Leiterspannungen gegen Erde bleibt, dann sind die entsprechenden Ausgangswerte der Operationsverstärker 33 und 34 proportional den Maximalwerten des Fehlerstromes ihrer entsprechenden Komponenten. Eine Kombination der Ausgangssignale der Operationsverstärker 33 und 34 führt zu einer vektoriellen Addition ihrer Anteile als 152-Hz-Signal, das durch den Operationsverstärker 82 verstärkt wird. Dessen gleichgerichteter Ausgangswert des Stromes, der von dem Gleichspannungsanzeige-Instrument 83 angezeigt wird, gibt Auskunft über den maximalen Fehlerstrom bei 60 Hz. In dem Rückkopplungsnetzwerk des Operationsverstärkers 82 ist ein Bandpaßfilter für 152 Hz mit hoher Güte Q eingeschaltet, die Drift des Phasenwinkels ist bei der Ausbildung der Schaltung kein bestimmender Faktor. Die erhöhte Filterschärfe dient zur Verminderung von Fehlern, die durch unerwünschte Gleichrichtung eines 60-Hz-Signals sowie höherer Harmonischer des 152-Hz-Meßsignals entstehen könnten.

Zusätzlich zu der Anzeige auf dem Meßinstrument 83 besitzt die isolationsüberwachungseinrichtung einen Höralarm- und einen Sichtalarmschaltkreis. Der Verstärker 85 arbeitet als Differenzverstärker ohne Gegenkopplung, sein Invertereingang ist mit einer positiven Vorspannung verbunden, die an einem Spannungsteiler mit den Widerständen 86 und 87 abgegriffen wird; dadurch wird das negative Ausgangssignal beim Ausbleiben eines Fchlerstrommeßsignals sicher aufrechterhalten. Dieses Ausgangssignal dient zur Anschaltung der grünen »Sicherw-Anzeigelampc und zur Sperrung des Abfalls des Relais R. Wenn der gemessene Fchlcrstrom über die vorbestimmten zwei Milliampere ansteigt, dann wird an dem komplementären, nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 85 eine solche Spannung wirksam, daß am Ausgang eir volles positives Signal entsteht. Bei diesem positiver Ausgangssignal des Verstärkers 85 fällt das Relais R ab so daß seine Ruhekontakte den Alarmkreis schließen die rote »Unsicher«-Anzeigelampe leuchtet auf, unc gegebenenfalls wird noch ein getrenntes akustisches Warnsignal eingeschaltet. Durch die Hinzuschaltung

κι einer Rückkopplungsschleife zu dem Verstärker 85 kann ein einmal ausgelöster Alarm so lange aufrechterhalten werden, bis der Fehlerstrom unter den Gefahren wert von 2 mA absinkt, dann wird auch das intermittie rende Tonalarmsignal abgeschaltet.

i^r> Eine negative Klemme des Fehlerstrommeßinstru mentes 83 ist an einen Bezugs-Erdungspunkt ange schlossen, also an einen von der übrigen Erdverbindung getrennten Punkt. Ein Stromfluß, der zu eine: Gefahrenanzeige auf dem Meßinstrument führen soll muß also über beide Erdverbindungen fließen. Wenr eine der beiden Erdverbindungen fehlerhaft wird, wa; normalerweise einen unbemerkten Ausfall des Anzei geinstrumentes 83 verursacht hätte, dann sorgt ein« 12-Volt-Quelle V+ für einen 12-mA-Hilfsstrom der über einen Vorwiderstand 88 fließt. Diese: Widerstand 88 liegt normalerweise im Nebenschluß wird aber dann wirksam, und über ihn lädt sich eir Kondensator 89 auf, es wird Alarm ausgelöst. Die Kombination der beiden Zustände »Alarm«, aber ohne Anzeige eines Fehlerstromes durch das Instrument wird als Warnsignal für einen Fehler im Meßsysterr ausgewertet.

Die Prüfung der Isolationsüberwachungseinrichtunf auf ihre Betriebsbereitschaft kann durch einen Benutze!

jederzeit durchgeführt werden, durch Drücken eine; Testschalters 90. Bei dieser Schalterbetätigung trenm der Ruhekontakt die Meßverbindung der Widerstände 61 und 74 zum Mittelabgriff der Primärwicklung de; Transformators 7"2 auf. Der Arbeitskontakt de; Schalters 90 verbindet numehr den Widerstand 92 ml· der Meßverbindung der Widerstände 61 und 74, unc dadurch entsteht ein fester Ableitweg als Testverbindung. Die Testverbindung ist so ausgelegt, daß dei fließende Fehlerstrom sicher über der Anspruchschwel Ie liegt und ein Alarm ausgelöst wird. Beim Loslasser des Testschalters 90 kehrt die Anlage in ihre normaler Betriebszustand zurück. Davon abweichend könnter auch zwei Ruhekontaktsätze verwendet werden, be deren Testbetätigung die Erdverbindungen der Anzei

■so geeinrichtung anstatt der Verbindung zum Transformator aufgetrennt wurden.

Die Filterung des Ausgangssignals des Operations Verstärkers 82 ist bei normalerweise auftretender Störungen der Speisespannung ausreichend. Trotzdenr kann man zusätzliche Filterkreise zur Sperrung vor Oberwellen vorsehen und dadurch die Beeinflußbarer der Anzeigeeinrichtung noch weiter vermindern. Eins solche nicht übliche Beeinflussungsquelle könnte ζ. Β ein Dimmer mit Phasenanschnittssteuerung sein, übei den z. B. die Helligkeit einer Lampe gesteuert werder soll, aber auch andere Verbraucher mit einem solcher Dimmer sind an dem Versorgungsnetz möglicherweise angeschlossen. Wenn die normalerweise vorhandene Ableitung des Versorgungsnetzes sonst ziemlich niedrig

h5 ist, so verursacht die Ableitkapazität eines entsprechcnc geerdeten Lie;hl-Dimmers den wesentlichen Teil des Gcsamtfchlcrstromes. Das breite Spektrum von Oberwellen auf den Leitungen, das durch einen phascnan-

schnittgesteuerten Dimmer zur Verminderung des Gerätestromes erzeugt wird, stört die durch die Anzeigeeinrichtung demodulierte Spannung erheblich. Die Störspannungsabweichungen passieren das 60-Hz-T-Filter 76 und sind genügend groß, den Operationsverstärker 77 in die Sättigung zu steuern sowie über den Operationsverstärker 82 zu einer falschen Alarmanzeige zu führen. Das Anwachsen des angezeigten Fehlerstromes ist noch erträglich, wenn die übrige passive Ableitung des Systems niedrig ist oder wenn die kommutierten Rückkopplungskondensatoren verkleinert werden, um ein schnelleres Ansprechen der Anzeigeeinrichtung zu erreichen. Um solche Fehler zu verringern, kann man einen Sperrkreis (nicht gezeigt) zuschalten, der einen kleinen Anteil des Ausgangssignals des Verstärkers 77 über ein Bandpaßfilter leitet und der dann an den Additionspunkt für die Rückkopplungsanteile des Operationsverstärkers 82 angelegt wird.

Wenn der Benutzer Geräte mit einer zu beachtenden Kapazität gegen Erde einschaltet, dann können Gleichspannungseinschwingwerte erzeugt werden, welche die Größe des 152-Hz-Meßsignals erreichen. Beim Auftreten solcher Einschwingstörgrößen können diese demoduliert werden und gelangen über den Operationsverstärker 62 zu dem parallelen T-Filter 76. Nach entsprechender Verstärkung in dem Operationsverstärker 77 verursachen die Störungen plötzlich ein abnormes Anwachsen oder Nachlassen der Ladung der Kondensatoren, die im Rückkopplungsweg des Integratorkreises angeordnet sind. Dies hängt ab von der gleichzeitigen Betätigung der Schalter mit der Meßfrequenz.

Diese Ladungen können den jeweiligen Meßwert der kapazitiven und der ohmschen Anteile des Meßstromes mit der zugehörigen Integrationsverzögerung zeitlich vergrößern oder verkleinern. Zwischenzeitlich kann das abnorme Anwachsen oder Vermindern der Ausgangssignale des Operationsverstärkers 82 in Abhängigkeit von der durch die Kommutierung der Ladungen entstandenen Wechselstromsignale eine Sekunde anhalten, was dann zu einer Fehlanzeige und zu einer Fehlauslösung des Alarmkreises führt. Eine Vergrößerung der Kapazitätswerte der Kondensatoren in den Rückkopplungszweigen der Operationsverstärker, die den Integrator bilden, würde zwar die Empfindlichkeit gegen die Gleichstromeinschwingvorgänge vermindern, aber gleichzeitig würde die Ansprechzeit bei normalen Werten stark verlängert. Um die Gefahr der Störung durch Einschwingvorgänge bezüglich der Auslösung von Falschalarm zu vermindern, kann man eine vorübergehende Sperrung des Verstärkers 85 erreichen, die bei allen plötzlichen Änderungen des Fehlerstromes diesen folgt. Dies wird dadurch bewirkt, daß man die plötzlichen Spannungsanstiege dem gleichgerichteten Fehlerspannungsausgangssignal des Operationsverstärkers 82 hinzuaddiert; dies geschieht über einen Kondensator 94 mit kleiner Zeitkonstante und eine Diode 96. Dadurch wird das Ansprechen des Differenzverstärkers 85 mittels eines zeitlich begrenzten Ansteigens des Spannungswertes an seinem Eingang mit umgekehrter Polarität verhindert. Durch Einschaltung einer zweiten Diode wird das Ansprechen auf entgegengesetzte Vorgänge verhindert, die im Zuge von Uberschwingungen auftreten können. Die Fehlbetätigung des Verstärkers 85 und die nachfolgende Auslösung des akustischen Alarms im Rahmen der Betätigung eines leistungsstarken, hochfrequenten Stromstoßgerätes kann dadurch verhindert werden, daß man die Dioden, wie oben beschrieben, mit einem Draht verbindet, der in nicht gezeigter Weise lose mit dem Speisequellenanschluß der Leitung koppelt. Die durch-) greifenden, durch Strahlung wirkenden Felder, die von dem Stromstoßgerät erzeugt werden, können den Schaltkreis der Anzeigeeinrichtung mit unerwünschten, demodulierten Signalen aussteuern. In diesem Fall wird der Alarm zeitweise abgeschaltet, da der Verstärker von

H) der direkt zugeleiteten Hochfrequenzleistung beeinflußt wird. Außerdem kann das Meßinstrument ungedämpfte Schwingungen ausführen, die durch ungewollte Demodulation der in dem Schaltkreis eingestrahlten Leistung verursacht werden. So kann also der Benutzer auf eine unvermeidbare, zeitweise Unterbrechung der normalen Betriebsweise der Isolationsüberwachungseinrichtung aufmerksam gemacht werden, ohne daß dadurch entfernt angeordnete Alarmstellen in Betrieb gesetzt werden.

Die Isolationsüberwachungseinrichtung arbeitet sowohl mit symmetrischen als auch mit unsymmetrischen Ableitwiderständen gegen Erde. Im symmetrischen Zustand mit gleichen, angepaßten Ableitwiderständen nach Erde, die an den beiden Leitern L\ und L 2 angeschlossen sind, die z. B. 60 kQ ohmscher Widerstand und 0,044 mF kapazitive Last betragen mögen und damit auch gleiche, gemischte Kombinationen, die die gleiche Vektorlänge aufweisen, wird in jedem der beiden Leiter ein Fehlerstrom von 2 mA fließen, und die

jo Spannung an dem Mittelabgriff der Primärwicklung des Transformators T2 ist gleich Null Volt. Aus diesem Grunde ist auch die Komponente, die in der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers den 60-Hz-Leiterspannungsanteil bei Unsymmetrie anzeigt Null; die Vergleichsspannung, bezogen auf die Spannungen an der Sekundärwicklung 52 des Transformators T2, ist auf ihrem Mindestwert von etwa 5 Volt.

Im Falle einer gleichen 6OkH ohmschen Last an beiden Leitern L1 und L 2 sorgt die steuernde

ίο Vergleichsspannung dafür, daß der Operationsverstärker 32 in dem ohmschen Meßteil oder Meßkanal 5 einen Strom mit Null-Grad-Phasenwinkel erzeugt.

Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 32 steigt ebenso wie die Ladung der Kondensatoren 30 und 36 so lange an, bis der demodulierte Cosinusanteil der 45 Grad voreilenden Rückkopplungsspannung den ohmschen Meßstrom durch die Gesamtanordnung der parallel gegen Erde geschalteten Ableitwiderstände fließen läßt, der bei einem Gesamtwiderstand von 30 kQ

so exakt entgegengesetzt gleich dem Strom ist, der durch die Vergleichsgleichspannung Vref erzeugt wird. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 33 in dem kapazitiven Meßkreis wird auf Null Volt gehalten, da hier die Cosinuskomponente der 45 Grad voreilenden Rückkopplungsspannung einen Strom erzeugt, der genau entgegengesetzt gleich dem Strom ist, der von der Vergleichsspannung Kref erzeugt wird. Jeder plötzliche, vorübergehende Anstieg des Ausgangssignals des Operationsverstärkers 33, z. B. als unmittelbare Folge der Anschaltung von ohmschen Widerständen gegen Erde, ruft ein starkes Korrektursignal mit voreilender Phase zusätzlich zur Rückkopplungsspannung hervor; dadurch wird der Operationsverstärker zurück auf Null geregelt, während die wahre Messung im ohmschen Meßteil nur vorübergehend beeinflußt wird. Das Ausgangssignal des ohmschen Meßteils 5, das zu dem Operationsverstärker 82 geleitet wird, zeigt dann proportional den Betrag des 60-Hz-Fehlerstromes

an, der sowohl in der Leitung L 1 als auch in der Leitung L 2 fließt.

Wenn eine symmetrische Belastung kapazitiver Art im Wert von 0,044 μ¥, dei bei 60 Hz analog einer ohmschen Belastung mit 60 kil an beiden Leitungen L 1 und L2 ist, vorhanden ist, dann wird der Meßstrom durch die Ausgangsspannung mit der voreilenden Phase des Operationsverstärkers 33 im kapazitiven Meßteil 3 erzeugt, der aber im Verhältnis Meßfrequenz f\i zu Betriebsfrequenz /Ό verstärkt wird. Der verringerte Wert des kapazitiven Widerstandes, bei dieser Frequenz und bei der 90° nacheilenden Phase, erzeugt eine Rückkopplungsspannung, die die gleiche Größe und die gleiche Nullphase besitzt, wie diejenige, die von Operationsverstärker 32 im Fall ohmscher Belastung zur Regelung beider Verstärker erzeugt wurde. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 33 steigt nun so lange an, bis der demodulierte Anteil des Rückkopplungssignals, beeinflußt von der Kompensation der Stromverminderung, entgegengesetzt gleich der Vergleichsspannung Vref ist. Das Ausgangssignal des kapazitiven Meßteils 3, das zu dem Operationsverstärker 82 ohne Kompensation übermittelt wird, entspricht dem Wert des 60-Hz-Fehlerstromes jeder Leitung.

Im Falle, daß symmetrische gemischte Ableitwiderstände an den beiden Leitern wirksam sind, wobei die kapazitiven und ohmschen Anteile gleich sein mögen, führen die Operationsverstärker 33 und 34 zusammengehörige Ausgangssignale mit einer solchen Ausgangsspannung, die entgegengesetzt gleich der Vergleichsspannung Kref ist. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 33 ist um den Faktor f_M/fo größer als dasjenige des Operationsverstärkers 32 und zeigt den Betrag des 60-Hz-Stromes mit voreilender Phase an, der notwendig ist, die 125-Hz-Spannung über den kapazitiven Ableitwiderständen aufrechtzuerhalten, während der Operationsverstärker den Null-Phasen-Strom zur Erzeugung der gleichen Spannung über den ohmschen Ableitwiderständen führt. Proportionale Anteile der Kompensation der Ausgangssignale dienen dazu, die demodulierten Rückkopplungssignale insofern zu berichtigen, als ihr Vergleichsstrom mit dem Ausgangssignal absinkt; dadurch bleibt die 45°-Phasenvoreilung und die Trennung der Anteile aufrechterhalten. Die vektorielle Summe der Ausgangssignale der Operationsverstärker 33 und 32, die zu dem Operationsverstärker 82 geleitet wird, entspricht dem Höchstwert des möglichen Fehlerstromes infolge der vorliegenden symmetrischen Ableitwiderstände.

Die Isolationsüberwachungseinrichtung arbeitet aber auch unter unsymmetrischen Ableitbedingungen und zeigt den Höchstwert des Fehlerstromes an. Wenn man also einen der obigen Ableitwiderstände wegnimmt, so daß der 2-mA-Fehlerstrom nur noch für einen Leiter gilt, dann wird die Spannung des anderen Leiters im Erdungsfall null Volt und die Spannung an dem Mittelabgriff wird gleich der halben Speisespannung. Der Anteil des 60-Hz-Ausgangssignals des Operationsverstärkers 62, in Kombiniition mit dem Spannungsanteil an der Sekundärwicklung S2 mit der gleichen Polarität, führt zu einer Vergrößerung der Vergleichsspannung auf 10 Volt. Obwohl also der Gesamtbetrag des Systemwiderstandes ansteigt, bleibt der erzeugte Meßstrom in gleicher Größe erhalten; dies rührt daher, -, daß er durch den doppelten Widerstandswert des einzigen Ableitwidcrstandes Hießt, dahe;- entsteh' <'er doppelte Betrag des Spannungsabfalles der Rückkopplungsspannung Vz, wodurch der Kompensationszustand bezüglich der doppelten Vergleichsspannung Vref

ίο erhalten bleibt.

Wenn man nun aber einen der Ableitwiderstände teilweise kleiner macht, dann ergeben sich proportionale Änderungen bezüglich der Vergleichsspannung Vref und des Spannungsabfalles Vz, demzufolge bleibt der Meßstrom wiederum gleich, und es wird der ungeänderte Fehlerstrom angezeigt.

Im Falle, daß sich die Ableitwiderstände in ihrer Art unterscheiden, wobei z. B. die eine der Leitungen L 1 und L 2 nur einen ohmschen und die andere nur einen kapazitiven Ableitwiderstand hat, von denen jeder einen Wert von 60 kQ besitzt, dann ergibt die vektorielle Addition ebenfalls den für beide Leiter gültigen Fehlerstromwert von 2 mA. Die senkrecht zueinander stehenden Widerstandswerte führen dazu, daß die Spannung an dem Mittelabgriff gleich der Hälfte der Speisespannung wird und einen Phasenwinkel von 90° hat, und jede der Leitungen hat eine Leerlaufspannung gegen Erde, die gleich O,7O7mal dem Wert der Speisespannung ist. Die Vergleichsspannung hat dann einen Wert, der O,7O7mal dem Wert derjenigen Spannung ist, die durch die Ableitung an einem Leiter entsteht. Der Gesamtbetrag der zueinander senkrechten Systemableitwiderstände und der resultierende Wert der Rückkopplungsspannung sind dann auch gleich O,7O7mal dem Wert einer Einzelableitung und haben gegenüber dem gemischten Ableitwiderstand eine Phasennacheilung von 45°.

Die Operationsverstärker 33 und 32 halten dann die Regelung der gleich großen, senkrecht zueinanderstehenden Anteile aufrecht, d. h., daß weiterhin der Wert von 2 mA für den Fehlerstrom als vektorielle Summe in beiden Leitern besteht. Falls einer der Ableitwiderstände, der ohmsche oder der kapazitive, nur verkleinert und nicht herausgenommen wird, dann treten gleiche Ausgleichsvorgänge ein, und zwar sowohl bei der Vergleichsspannung als auch bei der Rückkopplungsspannung; auch die Ausgangssignale der Operationsverstärker 33 und 32 ändern sich so, daß das kombinierte Ausgangssignal weiterhin den gleichen Fehlerstrom der geänderten Ableitung ergibt.

In jedem der undenkbar vielen, möglichen Zustände der Ableitung, bei gleichem oder ungleichem Phasenwinkel, bei gleicher oder ungleicher Vektorlänge, zeigt eine Analyse der Ausgangswerte der Operationsverstärker 33 und 32, daß die Vergleichsspannung Vref und die widerstandsabhängige Rückkopplungsspannung V/. ausgeglichen sind. In jedem Fall, unbeachtlich der Komplizität des Versorgungsnetzes ergibt die vektorielle Addition der 152-Hz-Meßsignalausgänge der Operationsverstärker 33 und 34 den größeren der 60-Hz-Betriebsfrequenz-Fehlerströme.

Hierzu 3 I3li.itt Zeichnungen

Claims (16)

Patentansprüche:

1. lsolaüonsüberwachungseinrichtung für ein nicht geerdetes Wechselstromnetz, in dessen Leitungen -, beim Auftreten eines Erdschlusses ein beim Überschreiten eines vorbestimmten Wertes einen Alarm auslösender Meßstrom einspeisbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der in die Leitungen (L 1, L 2) eingespeiste Meßstrom (Im) ein aus zwei gegeneinander phasenverschobenen Teilströmen (lc, Ir) mit einer von der Netzfrequenz verschiedenen Frequenz zusammengesetzter Wechselstrom ist, dessen Teilströme (lc, Ir)'in zwei getrennten, jeweils den kapazitiven und den ohmschen Anteilen der beim Auftreten eines Erdschlusses gebildeten Ableitwiderstände zugeordneten Kanälen (3, 5, 65 — 69) erzsugbar sind, die jeweils zwei Eingänge zur Einspeisung der von dem Meßstrom (Im) an den Ableitwiderständen (Z\,Z2) hervorgerufenen Meß- >o spannung (Vz) als Rückkopplungsspannung und einer der höchsten auftretenden Spannung (V max) zwischen Erde und einer der Leitungen (L 1, L 2) des Wechselstromnetzes proportionalen Vergleichsspannung fVref) aufweisen, und daß durch Verände- rung der Amplituden der Teilströme (Ic, Ir) die Phase und Größe des Meßstromes (Im) derart geregelt wird, bis die Meßspannung (Vz), multipliziert mit einem konstanten Faktor (K), gleich der höchsten Spannung (Vmax) ist und die ein Maß für den Wert der ohmschen und kapazitiven Ableitwiderstände (Zi, Zl) darstellende Größe des Meßstromes (Im) proportional dem maximal möglichen Fehlerstrom ist.

2. Isolationsüberwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer an die Leitungen (L 1, L2) des Wechselstromnetzes angeschlossenen Demodulationseinrichtung (1) die der jeweils höchsten Spannung (Vmax) zwischen Erde und einer der Leitungen (Li, L 2) proportiona-Ie Vergleichsspannung (Vref) durch Gleichrichtung (63, 64) einer aus der Netzspannung abgeleiteten Spannung (T2,62) erzeugbar ist.

3. Isolationsüberwachungseinrichturig nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Demodulationseinrichtung (1) einen mit den Leitungen (L 1, L 2) verbundenen Netztransformator (T2), dessen Primär- und Sekundärwicklungen (S 2) jeweils Anzapfungen aufweisen, und einen mit seinem Eingang mit der angezapften Primärwicklung und seinem Ausgang mit der angezapften Sekundärwicklung (S 2) des Meßtransformators (T2) verbundenen Verstärker (62) enthält und Gleichrichter (63,64) an die Sekundärwicklung (S 2) angeschaltet sind, über die das zusammengefaßte Ausgangssignal des Verstärkers (62) und der gegenpoligen Signale der Sekundärwicklung (S 2) als Vergleichsspannung (Vrei) entnehmbar ist.

4. Isolationsüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß t>o die den Teilströmen (Ic, Ir) zugeordneten Kanäle (3,

5) an um 90° phasenverschobene Taktgeneratorsignale (Q\, Q2) angeschlossen sind und der kapazitive Teilstrom (Ic) des Meßstromes (Im) dem ohmschen Teilstrom (Ir) des Meßstromes (Im) um 90° phasenverschoben vorauseilt.

5. Isolationsüberwachungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine den kapazitiven und den ohmschen Teilstrom (lc Ir) zum Meßstrom (Im) addierende Summierschaltung (13) und ein am Ausgang der Summierschaltung (13) angeschlossenes Einspeiseglied (18) vorgesehen sind, über die der Meßstromkreis (Im) mit den Ableitwiderständen (Zi, Z 2) geschlossen ist.

6. Isolationsüberwachungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz (Fm)(IsS Meßstromes (Im) höher als die Frequenz (Fo) des Betriebsstromes des Wechselstromkreises (L 1, L 2) ist.

7. Isolationsüberwachungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Summierschaltung (13) den kapazitiven Teilstrom (Ic) in einem Verhältnis dem ohmschen Teilstrom (Ir) zuaddierl, welches die proportionale Abhängigkeit des kapazitiven Widerstandes von der Frequenz (Fm) ausgleicht, so daß die Rückkopplungsspannung den Spannungsabfall an den kapazitiven Ableitwiderständen (Zi, Z2) bei der Betriebsfrequenz (Fo) darstellt.

8. Isolationsüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der kapazitive als auch der ohmsche Kanal (3, 5) je einen Integrator (68, 69) mit zwei lntegrationskreisen (31, 37; 30, 36) enthalten, die durch Umschalten abwechselnd wirksam sind.

9. Isolationsüberwachungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder umschaltbare Integrator (68, 69) einen rückgekoppelten Operationsverstärker (33, 32) und im Rückkopplungsweg Differenzvergleichsschaltungen (43, 45 und 42, 44) zur Erzeugung eines Eingangssignals für den Verstärker (33,32) aufweisen, welches die Differenz aus der Vergleichsspannung (Vref) und dem Spannungsabfall (Vz) an den Ableitwiderständen darstellt, und daß zur Erzeugung eines Wechselstromausgangssignals durch den Verstärker (33, 32) Schalter (35, 39 und 34, 38) im Rückkopplungsweg angeordnet sind.

10. lsolationsüberwachungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter (35, 39 und 34, 38) jedes umschaltbaren Integrators (68, 69) zeitlich gleichlaufend so gesteuert werden, daß die am. Ausgang der Verstärker (33, 32) abnehmbaren Wechselstromsignale um 90° gegeneinander phasenverschoben sind.

11. Isolationsüberwachungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Endeinrichtungen (12, 14, 4) vorgesehen sind, die zur Summierung des kapazitiven Teilstromes (Ic) und des ohmschen Teilstromes (Ir) des Meßstromes (I_M) eine Summierschaltung (12) aufweisen, deren Ausgang an einen Verstärker (14, 82) angeschlossen ist, dessen Ausgangssignal einem Anzeigeinstrument zufließt und den Maximalwert des über die Ableitwiderstände (Zi, Z2) möglichen Fehlerstromes darstellt.

12. Isolationsüberwachungseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Endeinrichtungen (12, 14, 4) zusätzlich mit mindestens einem über Verzögerungsglieder auf den Meßstrom (Im) ansprechenden Relais (R) ausgestattet sind und daß durch das Relais (R) Alarmeinrichtungen einschaltbar sind.

13. Isolationsüberwachungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Endeinrichtungen (12,14, 4) über Schutzeinrichtungen (94,

96, 98) gegen Einschaltspitzen verfügen, die zwischen die Verzögerungsglieder und das Relais (7?,) geschaltet sind.

14. lsolationsüberwachungseinrichtung nach Anspruch 12 oder i3, dadurch gekennzeichnet, daß die -, Endeinrichtungen (12,14, 4) mit einer Warneinrichtung (83) verbunden sind, über welche bei einer Unterbrechung der Verbindung zwischen Erde und dem Anzeigeinstrument ein Alarm auslösbar ist.

15. Isolationsüberwachungseinrichtung n?ch ι ο einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Rückkopplungselementen (18—21) eine Eingangseinrichtung (T2) zusammengeschaltet ist, welche die Spannung bestimmt, welche derjenigen entspricht, die dem |-, Meßstrom (Im) beim Fließen über die Ableitwiderstände (Zi, Z2) erzeugt, daß weiterhin Filter (21,76) zur Trennung der Rückkopplungsspannung und der Betriebsspannung sowie zur Phasenverschiebung der Rückkopplungsspannung eingeschalt sind und die phasenverschobene Rückkopplungsspannung über zwischengeschaltete Verstärker (19, 62, 77) zu den Teilströmen (Ic, /«^zugeordneten Kanälen (3,5) geführt ist.

16. Isolationsüberwachungseinrichtung nach 2") einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweils maximale Fehler- oder Gefahrenstrom im Wechselstromnetz anzeigbar ist.