DE2643824A1 - Verfahren und geraet zur ueberwachung des isolationswiderstandes fuer wechselspannungsnetze mit nachgeschalteten, gleichgerichteten, ungesiebten verbrauchern - Google Patents

Description

• Verfahren und Gerät zur Überwachung des Isolations-
• widerstandes für Wechs elspannungsnetz e mit nachgeschalteten, gleichgerichteten, ungesiebten Verbrauchern.
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Uberwachung des Isolationswiderstandes für Wechselspannungsnetze mit nachgeschalteten, nicht galvanisch getrennten Gleichstromserbrauchern, z.B. Magnetventilen. Außerdem betrifft die Erfindung ein Gerät zur Durchführung des Verfahrens.
• Derartige Verfahren und Geräte werden u. a. in Industrie netzen angewendet bzw. eingesetzt, die mit Hilfe eines Schutzleitungssystems gegen zu hohe Berührungsspannungen gesichert sind. Pür ein derartiges Schutzleitungssystem schreibt die VDE-Bestimmung 0100 eine Uberwachungseinrichtung für den Isolationszustand vor.
• Die Bestimmung des Isolationszustandes ist nach mehreren bekannten Verfahren möglich.
• Es ist bekannt, die Leiter-Erd-Spannung zu überwachen, z. B. durch Messung der Spannung der einzelnen Phasen gegen den Schutzleiter mit Hilfe hochohmiger Spannungsmeßgeräte. Derartige Verfahren und Geräte haben Jedoch den Nachteil, daß symmetrische Isolationsverschlechterungen und langsam steigende Isolationsverschlechterungen und Fehler nicht oder nur sehr schwer erfaßt und ausgewertet werden.
• Weiter ist es bekannt, die Isolationsüberwachung mit einer übergelagerten Gleichspannung durchzuführen, in dem zwischen Schutzleiter und Phase eine geringe C-leicspannung angelegt wird. Dabei werden die über die Isolationswiderstände fließenden Ströme überprüft, indem die Spannung bzw. der Isolationswiderstand gemessen und optisch angezeigt wird. Dieses Verfahren hat der Nachteil, daß t4eßfehler durch Fehler in G1eichstromkreis oder durch falsches Ansprechen beim Fließen hoher Ströme o. ä. auftreten, die zu einer falschen Beurteilung des Isolationswiderstandes führen. Sinne falsche Beurteilung kann insbesondere eintreten, wenr im Netz auftretende Störspannungen sich der Meßspannung erheblich überlagern.
• Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, er Verfahren zu entwickeln und vorzuschlagen und ein Gerät anzugeben, mit dem Falschmeldungen beim Auftreten vcn Störspannungen, wie insbesondere bein Erdschluß im Gleichstromkreis vermieden werden.
• Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß dem zu überwachenden Netz eine fixierte MeB-spannung angelegt, der Spannungsabfall erfaßt und nach Eliminierung von Störspitzen gleichgerichtet wird und daß vor der Speicherung des Meßwertes und dem Soll/Ist-Vergleich durch einen Umschaltvorgang eine der Meßspannung überlagernde Störspannung nur im Spannungsnulldurchgang erfaßt und berücksichtigt wird, wobei die Meßspannung vorher und/oder gleichzeitig im vorgegebenen und einstellbaren Verhältnis verstärkt wird. Durch die Aufnahme der Störspannung nur im Spannungsnulldurchgang können sowohl positive als auch die schwieriger zu eliminierenden negativen Abweichungen ausgeschaltet und damit nachteilige Aus wirkungen auf das Überwachungsverfahren vermieden werden.
• Vorzugsweise und gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung erfolgt die Kompensierung von Amplitudenverzerrungen, die der Störspannung u.a. durch eine vorgeschaltete Drossel aufgedrückt werden, durch eine Wiaerstands-/Kapazitäts-Kombination. Auf diese Art wird ein sauberer Spannungsnulldurchgang sichergestellt.
• Es hat sich als zweckmäßig und vorteilhaft herausgestellt, Überspannungen durch Vorschalten von Zenerdioden zu vermeiden bzw. zu eliminieren.
• Die einzelnen Verfahrensschritte gewährleisten die Xrfassung eines einwandfreien Meßwertes und dessen Überfachung. Der Meßwert stellt beim Soll/Ist-Vernleich eine genaue Wiedergabe des Isolationswiderstandes dar.
• Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit Hilfe eines Gerätes verwirklicht werden, das im wesentlichen aus einem Spannungsteiler zur Erfassung des Spannungsabfalls, Zenerdioden und einer Widerstands-/Kapazitäts-Kombination zur Eliminierung von Spannungsspitzen, einen Impedanzlranaler und gleichzeitigen Verstärker, Speicherverstärker und Grenzwertverstärker zum Soll/IW -Vergleich, zwei Verstärkern mit Relais und Leuchtdiode, sowie einem zwischen Impedanzwandler und Speicherverstärker mit Anzeigeninstrument geschalteten Komperator mit elektronischem Schalter zur Erfassung und Übermittlung des Nullimpulses der Störspannung.
• Das erfindungsgemäße Gerät ist auch deshalb vorteilhafter, weil die zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens notwendigen Teile und Schaltungen in bisher bereits üblichen und im Handel gebräuchlichen Geräten ohne große Änderungen der Schaltung unQ ohne Veränderung des Gehäuses mit untergebracht werden können.
• Eine Ausführungsform des Gerätes sieht vor, daß-Spannungsteiler, Speicherverstärker, Grenzwertverstärker und zugehörige Teile eine Baueinheit und Impedanzwandler, Komperator und Schalter eine zweite Baueinheit bilden, wobei letztere in die erste Baueinheit integrierbar ist. Luf diese Art können z. 3. bereits im Einsatz befindliche Geräte schnell und osune großen Aufwand so umgestellt werden, daß das erfindungsgemäße Verfahren damit verwirklicht werden kann.
• Zur weiteren Funktionsoptimierung des Gerätes ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Sollwert des Grenzwertverstärkers einstellbar ist und beim Unterschreiten des Isolationswiderstandes in Selbsthaltung geht und nur über eine Löschtaste quittierbar ist.
• Bei Netzausfall und Wiedereinschaltung des Netzes werte: erfindungsgemäß Fehlanzeigen dadurch verhindert, daß dem Grenzarertverstarker eine Widerstands-/Kapazitäts-Kombination zugeordnet ist.
• Störspannungen werden erfindungsgemäß nur im Spannungsnulldurchgang durch den Komperator erfaßt und über einem schnellschaltenden Schalter weitergegeben. Die kurzfristige und schnelle Schaltung wird erfindungsgeinäß durch Verwendung eines schnellschaltenden elektronischen Schalters, wie vorzugsweise eines an sich bekannten FET-Schalters, sichergestellt.
• Zur Uberprüfung des Gerätes ist ihm eine Prüftaste zugeordnet, über die ein Isolationswiderstand künstlic: zu erzeugen ist.
• Zum besseren Verständnis wird die Erfindung und werder die notwendigen Geräteteile anhand eines Beispiels nachfolgend erläutert.
• Es zeigen: Fig. 1: ein Signalflußbild Fig. 2: Meßanordnung.
• Fig. 1 zeigt das durch R, S und den Schutzleiter gekennzeichnete Netz.
• Die Meßspannung für den Isolationswiderstand beträgt beispielhaft 15 V. Über eine Induktivität, deren Wechselstrominnenwiderstand z.B. 100 K beträgt, wird die Meßspannung zwischen einer Phase (Rohr S) und Schutzleiter des zu überwachenden Netzes gelegt. Der Spannungsabfall am Isolationswiderstand des Netzes wird am Meßeingang 2 erfaßt und dann nach Eliminierung von Spannungsspitzen durch die Widerstands-/Kapazitäts-Kombination 7 dem Impedanzwandler 3 zugeführt.
• Der Meßspannung, die dem Netz R, S angelegt ist, ist eine Störspannung überlagert. Diese Spannung, die vom Transformator 15/16 vom Netz R, S abgenommen wird, tritt mit der gleichen Frequenz und Phasenlage wie das zu überwachende Netz R, S auf. Einerseits wird die Spannung der Stromversorgung zugeführt und dient dann als Sollwert, andererseits wird der Komperator 6 bei jedem Spannungsnulldurchgang angesteuert, der dann den schnellschaltenden, elektronischen Schalter 4 schaltet und damit sicherstellt, daß nur die Meßspannun=-dem Speicherverstärker 5 zugeführt wird. Der Isolationswiderstand wird auf dem Meßinstrument 8 angezeigt.
• Der angezeigte effektive Isolationswiderstand entspricn dem jeweiligen Isolationswert des Netzes.
• Der Soll/Ist-Vergleich erfolgt im Grenzwertverstärker 9, der bei der Schaltung über Verstärker das Relais 10 und die Leuchtdiode 11 bestromt.
• Der Störspannung werden u.a. von der vorgeschalteten Drossel, die nicht sinnbildlich dargestellt ist, Spannungsamplitudenverzerrungen aufgedrückt. Diese werden durch die Widerstands-/Kapazitäts-Kombination 7 so kompensiert, daß ein sauberer Spannungsnulldurchgang entsteht. Zusätzlich wird der Eingang des Impedanzwandlers 3 mit Zenerdioden auf 15 V begrenzt, da die Störspannung Spannungswerte bis zur Größe der Netzspannung annehmen kann. Auf eine sinnbildliche Darstellung der Zenerdioden ist verzichtet worden.
• Der Speicherverstärker 5 ist einem einstellbaren Grenzwertverstärker 9 vorgeschaltet. Dieser Grenzwertverstärker 9 arbeitet im Ruhestromprinzip und geht bei Unterschreiten des Isolationswiderstandes in Selbsthaltung. Er kann nur durch die nicht dargestellte Löschtaste quittiert werden.
• Eine Besonderheit stellt ein Netzausfall und die Wieder einschaltung dar. Damit der Grenzwertverstärker 9 nicht irrtümlich anspricht, ist eine Widerstands-/ Kapazitäts-Kombination zwischengeschaltet.
• Fig. 2 zelt eine Meßanordnung, die ebenfalls der Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient.
• Mit der Meßanordnung wird gezeigt, daß keine Meßfehler und Unsauberkeiten auftreten, indem nur bei jedem Spannungsnulldurchgang der Komperator 6 angesteuert wird, der den schnellschaltenden elektronischen Schalter 4 betätigt. Dies ist auch durch die graphische Wiedergabe der Spannung bzw. der Spannungsspitzen angedeutet.
• Patentansprüche

Claims (9)

1. Verfahren zur Uberwachung des Isolationswiderstandes für Wechselspannungsnetze mit nachgeschalteten, nicht galvanisch getrennten Gleichstromverbrauchern (z.B.

   Magnetventilen3 dadurch gekennzeichnet, daß dem zu überwachenden Netz eine fixierte Meßspannung angelegt, der Spannungsabfall erfaßt, nach Eliminierun von Störspitzen gleichgerichtet wird und daß vor der Speicherung des Meßwertes und dem Soll/Ist-Vergleich durch einen Umschaltvorgang eine der Meßspannung überlagernde Störspannung nur in Spannungsnulldurchgang erfaßt und berücksichtigt wird, wobei die Meßspannung vorher und/oder gleichzeitig im vorgegebenen und einstellbaren Verhältnis verstärkt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 Amplitudenverzerrungen, die der Störspannung u.a.

   durch eine vorgeschaltete Drossel aufgedrückt werden, durch eine Widerstands-/Eapazitäts-Kombination (7) kompensiert werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Uberspannungen durch Vorschalten von Zenerdioden (Schutzglied) vermieden bzw. entsprechend eliminiert werden.
4. 4. Gerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch iu-2 bzw. 3, gekennzeichnet durch einen Spannungsteiler (1) zur Erfassung des Isolationswiderstandes, Zenerdioden und Widerstands-/Kapazitäts-Sombination (7) zur Eliminierung von Spannungsspitzen, einem Impedanzwandler (3) und gleichzeitigem Verstärker, Speicherverstärker (5) und Grenzwertverstärker (9) zum-Soll/ Ist-Vergleich mit Relais (10) und Leuchtdiode (11) sowie einem zwischen Impedanzwandler (3) und Speicherverstärker (5) mit Anzeigeninstrument (8) geschalteten Komperator (6) mit Schalter (4) zur Erfassung und Übermittlung des Nullimpulses.
5. 5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Spannungsteiler (1), Speicherverstärker (5) und Grenzwertverstjrker (9) eine Baueinheit und Impedanzwandler (3), Komperator (6) und Schalter (4) eine zweite Baueinheit bilden, wobei die letztere in die erste Baueinheit integrierbar ist.
6. 6. Gerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwertverstärker (9) einstellbar ist und beim Unterschreiten des Isolationswiderstandes in Selvsthaltung geht und über nur eine Löschtaste quittierbar ist.
7. 7. Gerät nach Anspruch 4 oder 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Grenzwertverstärker (9) Widerstands-/Kapazitäts-Kombination zugeordnet ist.
8. 8. Gerät nach Anspruch 4 und/oder einem der nachfolgender Anspruche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (4) ein schnellschaltender elektronischer Schalter, vorzugsweise ein an sich bekannter FET-Schalter ist.
9. 9. Gerät nach Anspruch 4 und/oder einem der nachfolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gerät eine Prüftaste zugeordnet ists mit der zur Uberprüfung des Gerätes ein Isolationswiderstand erzeugbar ist.