DE3122042A1 - Method and test circuit for testing isolated cable sections for earth fault - Google Patents

Method and test circuit for testing isolated cable sections for earth fault

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Abstract

In a method and a test circuit for testing isolated cable sections for earth fault, particularly medium- or high-voltage cables which can be open at their end or can be connected by loads, it should also be possible reliably to detect high-impedance and voltage-dependent insulation faults and reliably to prevent the power system voltage from being connected when insulation faults have been found. For this purpose, the cable is continuously charged up by a charging current (IL) to a voltage (UL) the amplitude of which corresponds to that of the power system voltage before the power system voltage is connected. At the same time, a current (IV) proportional to the charging current (IL) charges up a comparison circuit (10), the voltage (UV) of which is continuously compared with a voltage (UM) corresponding to the charging voltage (UL) of the cable. When a nominal measurement voltage (UN) proportional to the nominal power system voltage is reached (UM >/= UN) by the voltage (UM), the test process is ended and the connection of the power system voltage is enabled whilst, when the voltage (UM) drops below (UM < UV) the reference voltage (UV), the test process is immediately aborted, the connection of the power system voltage is disabled and, at the same time, the existence of an earth fault is indicated. <IMAGE>

Description

Verfahren und Prüfschaltung zur ErdschlußüberprüfungProcedure and test circuit for earth fault testing

spannungs freier Kabelstrecken.tension-free cable runs.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erdschlußüberprüfung spannungs freier (abgeschalteter) Kabelstrecken gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie auf eine Prüfschaltung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for checking earth faults voltage-free (switched off) cable routes according to the preamble of the claim 1 and a test circuit for carrying out the method.

Die betriebsmäßige Isolationsüberwachung von Mittel- und Hochspannungskabeln wurde bisher nur mit Spannungen durchgeführt, die wesentlich kleiner sind als die Betriebsspannung. Bei diesen bekannten Verfahren können hochohmige und spannungs abhängige Isolationsfehler, sogenannte "freigebrannte" Erdschlüsse, nicht immer sicher erkannt werden, und es besteht die Gefahr, daß nach Einschaltung der Netzspannung leistungsstark auf den Fehler gespeist wird, was zu größeren Schäden am Kabel und dessen Umgebung führen kann.The operational insulation monitoring of medium and high voltage cables has so far only been carried out with voltages that are significantly smaller than the Operating voltage. In these known methods, high-resistance and voltage dependent insulation faults, so-called "free-burned" earth faults, not always can be reliably recognized, and there is a risk that after switching on the mains voltage powerful on the fault is fed, resulting in greater damage to the cable and whose environment can lead.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Prüfschaltung zur Erdschlußüberprüfung anzugeben, mit denen auch hochohmige und spannungsabhängige Isolationsfehler sicher erkannt werden und bei denen bei festgestellten Isolationsfehlern eine Zuschaltung der Netzspannung sicher verhindert wird.The invention is therefore based on the object of a method and specify a test circuit for earth fault testing, with which also high-resistance and voltage-dependent insulation faults are reliably detected and where at Any insulation faults detected reliably prevent connection of the mains voltage will.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.According to the invention, this object is characterized by what is stated in claim 1 Features solved.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sowie eine bevorzugte Prüfschaltung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Patentansprüchen 2 bis 5 gekennzeichnet.An advantageous development of the invention and a preferred one Test circuit for carrying out the method according to the invention are in the Claims 2 to 5 characterized.

Im folgenden soll die Erfindung anhand einer Prüfschaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert werden.In the following, the invention will be based on a test circuit to the Implementation of the method according to the invention are explained in more detail.

Die einzige Figur zeigt als Ausführungsbeispiel eine bevorzugte Prüfschaltung, deren Leistungsteil aus zwei primärseitig in Reihe geschalteten Stromwandlern 1,2 mit einem Widerstand 3 zur Strombegrenzung und aus zwei Gleichrichterbrücken 4,5 besteht. Durch Schließen eines Kontaktes 6 wird der Leistungsteil an die Versorgungsspannung U@ angeschlossen.The single figure shows a preferred test circuit as an exemplary embodiment, whose power section consists of two current transformers 1, 2 connected in series on the primary side with a resistor 3 for current limitation and two rectifier bridges 4.5 consists. By closing a contact 6, the power section is connected to the supply voltage U @ connected.

über einen Kontakt 7 wird eine den rechten Teil der Figur bildende elektronische Auswerteschaltung an die erforderliche Signalgleichspannung, z. B. 15 Volt, gelegt. Durch Erregung eines Relais 8 wird zunächst ein Kontakt 9 geschlossen und dadurch die Prüfeinrichtung an das zu prüfende Kabel, z. B. an die Phase T der Stromversorgung eines Drehstrommotors, angekoppelt. Anschließend wird durch Schliessen des Kontaktes 6 die Prüfspannung eingeschaltet, wobei die Amplitude des Primärstromes durch den Widerstand 3 bestimmt wird. Die Reihenschaltung der Stromwandler 1,2 bewirkt, daß in den beiden Sekundärkreiser zueinander proportionale ströme fließen. Durch entsprechende Wahl des Übersetzungsverhältnisses der Wandler 1,2 können die Sekundärströme der beiden Kreise nahezu unabhängig von der Belastung gemacht werden. Durch die gleichgerichteten Sekundärströme wird einmal über die Brücke 4 das zu prüfende Kabel und gleichzeitig über die Brücke 5 eine Vergleichsschaltung 10 aufgeladen. Der Kondensator 11 und die Widerstände 12, 13, 14 der Vergleichsschaltung 10 sind so dimensioniert, daß das Verhalten der Vergleichsschaltung dem des Kabels entspricht, wenn der Isolationswiderstand des Kabels auf den gerade noch zulässigen Wert abgesunken ist.A contact 7 forms the right part of the figure electronic evaluation circuit to the required DC signal voltage, z. B. 15 volts. By energizing a relay 8, a contact 9 is initially closed and thereby the test device to the cable to be tested, e.g. B. to phase T of the Power supply of a three-phase motor, coupled. Then by closing of contact 6 switched on the test voltage, the amplitude of the primary current is determined by the resistor 3. The series connection of the current transformers 1,2 causes that in the two secondary circuits proportional currents flow. By The secondary currents can be selected appropriately for the transformation ratio of the converters 1.2 of the two circles can be made almost independent of the load. Through the rectified secondary currents is once via the bridge 4 the cable to be tested and at the same time a comparison circuit 10 is charged via the bridge 5. The condenser 11 and the resistors 12, 13, 14 of the comparison circuit 10 are dimensioned so that the behavior of the comparison circuit corresponds to that of the cable if the insulation resistance of the cable has dropped to the just permissible value.

Die Ausgangsspannung der Brückenschaltung 4 wird Über den Kontakt 9 dem zu prüfenden Kabel sowie einem Spannungsteiler 15,16, die Ausgangsspannung der Brückenschaltung 5 dem als Spannungsteiler dienenden Widerständen 13,14 der Vergleichsschaltung 10 zugeführt.The output voltage of the bridge circuit 4 is about the Contact 9 the cable to be tested and a voltage divider 15, 16, the output voltage the bridge circuit 5 serving as a voltage divider resistors 13,14 of Comparison circuit 10 supplied.

Die über den Widerstand 16 abgegriffene Meßspannung UM wird in ein Vergleichseinrichtung 17 mit einer der Nenn-Netzspannung proportionalen Nenn-Meßspannung UN und in einer weiteren Vergleichseirichtung 18 mit einer über den Widerstand 14 abgegriffenen Vergleichspannung UV verglichen. Die Spannungen UM und Uv weisen dann gleiche Amplituden und gleiche Zeitverläufe auf, wenn der Isolationswiderstand des Kabels auf den gerade noch zulässigen Wert abgesunken ist.The measuring voltage UM tapped off via the resistor 16 is converted into a Comparison device 17 with a nominal measuring voltage proportional to the nominal mains voltage UN and in a further comparison device 18 with one via the resistor 14 tapped comparison voltage UV compared. The voltages UM and Uv then show the same amplitudes and the same time curves if the insulation resistance of the Cable has dropped to the just permissible value.

Um die durch die Belastung der Spannungsteiler 13,14 bzw. 15, 16 bedingten Fehler klein zuhalten, ist es zweckmäßig, die Spannungen UM und UV vor dem Vergleich jeweils auf einen als Impedanzwandler geschalteten Operationsverstärker (nicht gezeigt) zu ocben.To those caused by the load on the voltage dividers 13, 14 and 15, 16 To keep errors small, it is useful to measure the voltages UM and UV before making a comparison each to an operational amplifier connected as an impedance converter (not shown) to above.

Nach Schließen des Schalters 7 werden durch das L-Ausgangssignal eines NICHT-Gliedes 21 auf die Rücksetzeingänge R Speicher 19 und 20 freigegeben. Gleichzeitig wird über ein Zeit-Glied 22 und ein UND-Glied 23 ein Relais 8 angesteuert, welches dadurch die Kontakte 6 und 9 schließt. Erreicht die Ladespannung UL die Netzspannung, so wird lurch das Ausgangssignal des Vergleichs-Gliedes 17 der Speicher 19 gesetzt.After the switch 7 is closed, the L output signal causes a NOT gate 21 to the reset inputs R memory 19 and 20 released. Simultaneously a relay 8 is controlled via a timing element 22 and an AND element 23, which thereby the contacts 6 and 9 closes. If the charging voltage UL reaches the mains voltage, the memory 19 is set by the output signal of the comparison element 17.

Damit erscheint am Ausgang des Speichers 19 ein H-Signal, welches den negierten Ausgang eines ODER-Gliedes 24 von H nach L kippt. Dadurch kippt der Ausgang des UND-Gliedes 23 ebenfalls von H nach L. Das Relais 8 fällt ab und der Prüfvorgang wird damit beendet. Das H-Signal am Ausgang des Speichers 19 kippt gleichzeitig den Ausgang eines ODER-Gliedes 25 von L nach H. Dadurch wird ein Relais 27 erregt, welches durch Schließen eines Kontaktes 28 die Zuschaltung der Netzspannung freigibt. Durch die Rückführung des Ausgangssignals vom ODER-(ilied 25 auf den Sperreingang des ODER-Gliedes 26 wird sichergestellt, daß ein möglicherweise nachträglich am Ausgang des Speichers 20 auftretenes H-Signal keine Änderung des Ausgangssignals des ODER-Gliedes 26 zur Folge hat.Thus, an H signal appears at the output of the memory 19, which the negated output of an OR gate 24 flips from high to low. This causes the Output of the AND gate 23 also from H to L. The relay 8 drops out and the This ends the test process. The H signal at the output of the memory 19 toggles at the same time the output of an OR gate 25 from L to H. This energizes a relay 27, which enables the connection of the mains voltage by closing a contact 28. By feeding back the output signal from the OR- (ilied 25 on the blocking input of the OR gate 26 ensures that a possibly subsequently occurring at the output of the memory 20 no change in the H signal Output signal of the OR gate 26 has the consequence.

Liegt ein Erdschluß vor, so fließt zumindest ein Teil des der Phase T zugeführten Ladestromes IL über Erde ab mit der Folge, daß die über den Widerstand 16 abgegriffene Meßspannung UM die Vergleichsspannung Uv unterschreitet. If there is an earth fault, at least part of the phase flows T supplied charging current IL via earth from with the result that the via the resistor 16 tapped measurement voltage UM falls below the comparison voltage Uv.

Das dadurch am Ausgang des Vergleichsgliedes 18 anstehende H-Signal setzt den nachgeschalteten Speicher 20. Damit erscheint am Ausgang des Speichers 20 ein H-Signal, welches wiederum den negierten Ausgang des ODER-Gliedes 24 von H nach L kippt, so daß auch der Ausgang des UNd-Gliedes 23 von H nach L kippt. Das Relais 8 fällt damit ab, wodurch der Prüfvorgang sofort abgebrochen wird. Das H-Signal am Ausgang des Speichers 20 kippt gleichzeitig den Ausgang eines ODER-Gliedes 26 von L nach H, wodurch zum einen der Erdschlußfehler als "Störung" angezeigt wird und zum anderen das ODER-Glied 25 durch ein Signal auf seinen Sperreingang gesperrt wird. Durch die Sperrung des ODER-Gliedes 25 bleibt das Relais 27 unerregt und damit der Schalter 28 geöffnet, so daß die Zuschaltung der Netzspannung nicht möglich ist. The resulting H signal at the output of the comparison element 18 sets the downstream memory 20. This means that appears at the output of the memory 20 an H signal, which in turn is the negated output of the OR gate 24 of H to L tilts, so that the output of the UNd element 23 also tilts from H to L. That Relay 8 drops out, whereby the test process is aborted immediately. The H signal At the same time, the output of an OR gate 26 flips at the output of the memory 20 from L to H, whereby on the one hand the earth fault is displayed as a "fault" and on the other hand, the OR gate 25 is blocked by a signal on its blocking input will. By blocking the OR gate 25, the relay 27 remains unexcited and thus the switch 28 is open so that the connection of the mains voltage is not possible is.

Für den Fall, daß weder an der Vergleichseinrichtung 17 noch an der Vergleicheinrichtung 18 ein H-Ausgangssignal erscheint, sorgt das Zeit-Glied 22 nach einer einstellbaren Zeit t für die Beendigung der Prüfung. In the event that neither the comparison device 17 nor the Comparator 18 an H output signal appears, the timing element 22 ensures after an adjustable time t for the end of the test.

Mit dem Verfahren nach der Erfindung können sowohl niederohmige wie auch hochohmige und spannungs abhängige Erdschlüsse sicher erfaßt werden, weil das Kabel zur Prüfung des Isolationswiderstandes vom spannungslosen Zustand ggf. bis auf die Netz-Nennspannung aufgeladen wird. Der besondere Vorteil der Erfindung liegt darin, daß niederohmige Fehler bei geringen Spannungen erkannt werden und somit die im Fehler ort umgesetzte Leistung sehr gering bleibt und daß bei spannungsabhängigen Fehlern nur die in den Kabelkapazitäten gespicherte Energie in den Erdschluß speist, da die Speisung aus der Prüfeinrichtung sofort unterbleibt. Eine weitere Beschädigung des Kabels wird somit weitestgehend vermieden. With the method according to the invention, both low-resistance as Even high-resistance and voltage-dependent earth faults can be reliably detected because the Cable for testing the insulation resistance from the de-energized state, if necessary to is charged to the nominal mains voltage. The particular advantage of the invention lies in the fact that low-resistance errors at low Tensions detected and thus the performance implemented in the fault location remains very low and that in the case of voltage-dependent errors, only the energy stored in the cable capacities feeds into the earth fault, since the feed from the test device is immediately omitted. Further damage to the cable is thus largely avoided.

Claims (5)

Patentansprüche 1. Verfah@en zur Erdschlußüberprüfung spannungsfreier (abgeschalteter) Kabelstrecken, insbe@endere Mittel- oder Hochspannungskabel, die an ihrem Ende offen oder durch Verbraucher abgeschlossen sein können, dadurch qekennzeichnet. daß vor dem Zuschalten der Netzspannung das Kabel durch einen Ladestrom (IL) @ kontinuierlich auf eine Spannung (UL) aufgeladen wird, deren Amplitude derjenigen der Netzspannung entspricht, daß gleichzeitig ein dem Ladestrom (IL) @ proportionaler Strom (IV) eine Vergleichsschaltung (O) auflädt, deren Spannung (Uv) mit einer der Ladespannung des Kabels (Ut) entsprechenden Spannung (UM) laufend verglichen wird, und daß bei Erreichen VM# UN) einer der Nenn-Netzspannung proportionalen Nenn-Meßspannung (UN) durch die Spannung (UM) der Prüfvorgang beendet und die Zuschaltung der Netzspannung freigegeben wird, während bei Unterschreiten (UM<UV) der Vergleich:;pannung (Uv) durch die Spannung (UM) der Prufvorgang sofort abgebrochen wird, die Zuschaltung der Netzspannung gesperrt und gleichzeitig das Vorhandensein eines Erdschlußfehlers angezeigt wird. Claims 1. Procedure for earth fault testing without voltage (switched off) cable routes, especially medium or high voltage cables, the can be open at their end or closed by consumers, marked by this. that before the mains voltage is switched on, the cable is continuously charged with a charging current (IL) @ is charged to a voltage (UL), the amplitude of which is that of the mains voltage corresponds to the fact that at the same time a current (IV) proportional to the charging current (IL) @ a comparison circuit (O) charges whose voltage (Uv) with one of the charging voltage of the cable (Ut) corresponding voltage (UM) is continuously compared, and that at Reaching VM # UN) a nominal measuring voltage (UN) proportional to the nominal mains voltage the test process is ended by the voltage (UM) and the mains voltage is switched on is released, while if the value falls below (UM <UV) the comparison:; voltage (Uv) by the voltage (UM) the test process is aborted immediately, the connection of the mains voltage is blocked and at the same time the presence of a Earth fault is displayed. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kabel mit einem konstanten Ladestrom (IL) aufgeladen wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the cable is charged with a constant charging current (IL). 3. Prüfschaltung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch a) einen LEistungsteil mit einem ersten Stromwandler (1), dessen Sekundärstrom über eine Gleichrichterbrückenschaltung (4) und einen Kontakt (9) das zu prüfende Kabel kontinuierlich auflädt und der gleichzeitig einem Spannungsteiler (15,16) zugeführt ist sowie mit einem primärseitig mit dem ersten in Reihe liegenden zweiten Stromwandler (2), dessen Sekundärstrom eine Vergleichsschaltung (10) auflädt und der gleichzeitig einem zweiten Spannungsteiler (13,14) zugeführt ist und b) eine dem Leistungsteil nachgeschaltete elektronische Auswerteschaltung mit einer ersten Vergleichseinrichtung (17), deren einem Eingang eine der Nenn-Netzspannung entsprechende Nenn-Meßspannung (UN) und deren anderem Eingang eine an- dem Spannungsteilerwiderstand (16) abgegriffene Spannung (UM) zugeführt sind und deren Ausgangssignal den Prüfvorgang beendet und die Zuschaltung der Netzspannung freigibt sowie mit einer zweiten Vergleichseinrichtung (18), deren einem Eingang die an dem Spannungsteilerwiderstand (16) abgegriffene Spannung (UM) und deren anderem Eingang eine an dem Spannungsteilerwiderstand (14) abgegriffende Vergleichsspannung (UV) zugeführt sind und deren Ausgangssignal den Prüfvorgang unterbricht und die Zuschaltung der Netzspannung sperrt.3. test circuit for performing the method according to claim 1 or 2, characterized by a) a power unit with a first current transformer (1), its secondary current via a rectifier bridge circuit (4) and a contact (9) continuously charges the cable under test and a voltage divider at the same time (15,16) is supplied and with a primary side lying in series with the first second current transformer (2), the secondary current of which charges a comparison circuit (10) and which is simultaneously fed to a second voltage divider (13, 14) and b) an electronic evaluation circuit with a first comparison device (17), one input of which is one of the nominal mains voltage corresponding nominal measuring voltage (UN) and its other input a different voltage divider resistor (16) tapped voltage (UM) are supplied and their output signal the test process ends and enables the connection of the mains voltage as well as with a second comparison device (18), one input of which is the one tapped at the voltage divider resistor (16) Voltage (UM) and its other input one at the voltage divider resistor (14) tapped comparison voltage (UV) are supplied and their output signal the The test process is interrupted and the connection to the mains voltage is blocked. 4. Prüfschaltung nach Anspruch 3, dadurch qekennzeichnet, daß der Vergleichseinrichtung (17) ein Speicher (19) nachgeschaltet ist, der über einen Schalter (7) durch das Ausgangssignal eines NICHT-Gliedes (21) freigegeben sowie durch das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung (17) gesetzt wird und dessen Ausgangssignal gleichzeitig den ODER-Gliedern (24,25) einer Verknüpfungslogik (23 bis 26) zugeführt ist.4. Test circuit according to claim 3, characterized in that the Comparison device (17) is followed by a memory (19) which has a Switch (7) released by the output signal of a NOT element (21) as well is set by the output signal of the comparison device (17) and its Output signal simultaneously to the OR gates (24, 25) of a combination logic (23 to 26) is supplied. 5. Prüfschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichseinrichtung (18) ein Speicher (20) nachgeschaltet ist, der über einen Schalter (7) durch das Ausgangssignal eines NICHT-Gliedes (21) freigegeben sowie durch da Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung (18) gesetzt wird und dessen Ausgangssignal gleichzeitig den ODER-Gliedern (24,26) einer Verknüpfungslogik (23 bis 26) zugeführt ist.5. Test circuit according to claim 3, characterized in that the Comparison device (18) is followed by a memory (20) which has a Switch (7) released by the output signal of a NOT element (21) as well is set by the output signal of the comparison device (18) and its output signal at the same time the OR gates (24, 26) are fed to a combination logic (23 to 26) is.
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