DE3226253C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein batteriebetriebenes Iso­ lationsmeßgerät mit einer Schaltstufe zum Erzeugen einer Meßspannung, die über Meßanschlüsse an eine zu prüfende Isolationsmeßstrecke angelegt wird, und mit Schaltelementen zur Meßwert-Aufnahme und/oder -Anzeige.

Bei einer Isolationsmessung ist in der Regel ein sehr großer Widerstand zu messen, wobei eine entsprechend hohe Meßgleichspannung sowie unter Umständen auch sehr stromempfindliche Anzeigeinstrumente erforderlich sind.

Ein Isolationswiderstand ist im allgemeinen ein komplexes Gebilde, bestehend aus einem Wirkwiderstand, einer Parallelschaltung einer Kapazität mit einem elek­ trischen Widerstand, einem spannungsabhängigen Wider­ stand, einem Gleichrichter in Reihe mit einem Wider­ stand und einer Spannungsquelle in Reihe mit einem Widerstand. Die Messung muß daher mit Gleichspannung erfolgen, die entsprechend groß gewählt werden muß. Bei der Messung des Isolationswiderstandes einer Anlage ist es wesentlich, diese Messung mit einer Gleichspannung durchzuführen, deren Nennwert mindestens gleich dem der Nennspannung des zu prüfenden Netzes ist. Dabei bewirkt der kapazitive Teil des Isolationswiderstandes, der durch die Meßspannung aufgeladen werden muß, einen zeitlich veränderlichen Anstieg der Meßspannung. Der Meßwert kann daher erst nach einer bestimmten Zeit richtig abgelesen werden.

Es sind Isolationsmeßgeräte bekannt, bei denen die Meß­ spannung durch einen Kurbelinduktor erzeugt wird. Ferner sind Isolationsmeßgeräte mit Netzanschlußgeräten bekannt. Bei batteriebetriebenen Geräten sind Zerhacker mit anschließender Wiedergleichrichtung bekannt.

Da im wesentlichen der Ladevorgang des kapazitiven Teiles der Isolationsmeßstrecke die Meßzeit bestimmt, ist die Lebensdauer der Batterien sehr begrenzt.

Aus der DE-AS 12 97 754 ist ein Isolationsprüfgerät be­ kannt, welches ein Drehspulinstrument zur Isolationsan­ zeige sowie einen batteriegespeisten, ausgangsseitig zumindest mit einem Speicherkondensator versehenen Gleichspannungswandler aufweist, der einen im Strom­ kreis seiner Batterie angeordneten Einschalter hat. Für dieses bekannte Isolationsprüfgerät ist nun eine spezielle Schaltungsanordnung vorgesehen, die sowohl einen ausreichenden Schutz des Meßwerkes gegenüber auf­ tretenden Rückentladungsstromstößen beim Ausschalten als auch einen umfassenden Schutz gegen elektrische Un­ fälle für Bedienungspersonal bei gleichzeitig unver­ mindertem Wirkungsgrad des Gerätes bieten soll. Zu diesem Zweck sind zwei mit dem Einschalter zwangsläufig betätigte, bei geöffnetem Einschalter geschlossene Schaltstrecken vorgesehen, von denen die eine parallel zu dem Meßwerk liegt und die andere zusammen mit einem in Reihe liegenden Entladewiderstand eine Parallel­ schaltung zu dem mindestens einen Speicherkondensator bildet, wobei ferner eine derartige Justierung der beiden Schaltstrecken vorgesehen ist, daß beim Öffnen des Einschalters erst die parallel zu dem Meßwerk liegende eine Schaltstrecke und dann der Einschalter öffnet sowie die andere Schaltstrecke schließt.

Darüber hinaus ist aus der DE 29 40 524 A1 ein mit konstanter Spannung arbeitender Isolationswiderstands­ prüfer als vorbekannt zu entnehmen, der zur Bestimmung des Isolationswiderstandes eines zu prüfenden Wider­ standselementes durch Anlegen einer ausreichend großen Gleichspannung an dieses Widerstandselement dient, selbst wenn der Isolationswiderstand eine geringe Größe besitzt und der zu messende Strom groß ist, wobei das zu prüfende Widerstandselement zwischen eine Masse­ klemme und eine Leitungsklemme eingeschaltet ist. Hier­ bei sind besondere Schaltungsmaßnahmen vorgesehen, um beim Auftreten eines Kurzschlusses o. dgl. Störungen zwischen den Masse- und Leitungsklemmen die Klemmen­ spannung, d. h. die Meßspannung automatisch herabzu­ setzen, so daß eine Verringerung des Stromverbrauches erreicht wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Isolationsmeßgerät der eingangs definierten Art derart auszubilden, daß die Zahl der Messungen mit ein und der selben Batterie wesentlich erhöht und damit die Batterieladung besser ausgenutzt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungs­ gemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß die Meßzeit reduziert werden kann, wenn diese auf die tatsächliche Dauer des kapazitiven Ladevorganges be­ schränkt bleibt und die Messung bereits nach Beendigung des Ladevorganges beendet wird.

Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung ist die Dauer einer Isolationsmessung nur noch von der Dauer des Ladevorganges der Anlagen-Kapazität abhängig. Eine Meß­ zeitvorgabe ist nicht mehr erforderlich.

Zur leichteren Handhabung des erfindungsgemäßen Iso­ lationsmeßgerätes, insbesondere zur Anzeige der Gültig­ keit einer Messung ist es vorteilhaft, wenn gemäß An­ spruch 2 eine mit der zweiten Zeitstufe verbundene erste Leuchtdiode vorgesehen ist.

Für eine vereinfachte Isolationsmessung, bei der im wesentlichen nur festgestellt werden soll, ob der Iso­ lationswiderstand einen bestimmten Wert über- oder unterschreitet, ist es ferner vorteilhaft, wenn gemäß Anspruch 3 mit der Speicherstufe ein Komparator zur Steuerung einer zweiten Leuchtdiode als Grenzwertan­ zeige verbunden ist.

Um festzustellen, ob eine Anlage, deren Isolations­ widerstand gemessen werden soll, spannungsfrei ist, ist es außerdem noch vorteilhaft, wenn gemäß Anspruch 4 an das Meßwerk eine mit den Meßanschlüssen zwangsweise vor der Isolationsmessung verbindbare Gleichrichter­ schaltung zur Spannungsmessung vorgesehen ist.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert, welche schematisch eine Schaltungsan­ ordnung eines batteriebetriebenen Isolationsmeßgerätes im Rahmen eines Ausführungsbeispieles darstellt.

Zur Messung eines in einer zu prüfenden Isolations­ meßstrecke liegenden Isolationswiderstandes 16 mit Hilfe von Meßanschlüssen 5′, 5′′ erzeugt ein DC/DC-Wandler 1 aus einer Batterie, beispielsweise einer 9 V-Transistorbatterie, eine erforderliche Meß­ spannung von 500 V. Über einen Meßspannungsregler 3 wird die Meßspannung über den gesamten Meßbereich von 500 V konstant gehalten. Diese Meßspannung liegt nach Drücken einer Taste 4 (S_1/1 - S_1/4) an den Meßan­ schlüssen 5′ und 5′′.

Mit dem DC/DC-Wandler 1 ist eine erste Zeitstufe 6 mit einer maximalen Schaltzeit von einer Sekunde verbunden, während mit der ersten Zeitstufe 6 eine zweite Zeit­ stufe 7 mit einer Schaltzeit von 200 ms verbunden ist. Die zweite Zeitstufe 7 wird von dem Meßspannungsregler 3 bei Erreichen der 500 V-Meßspannung getriggert und schaltet über die erste Zeitstufe 6 den DC/DC-Wandler 1 aus. Die erste Zeitstufe 6 wird beim Einschalten des DC/DC-Wandlers 1 durch Anlegen der Batteriespannung ge­ triggert und schaltet, auch wenn von der zweiten Zeit­ stufe 7 kein Signal kommt, nach Ablauf von einer Sekunde den DC/DC-Wandler 1 aus. Es erfolgt somit eine Zwangsabschaltung nach der zu der ersten Zeitstufe 6 gehörigen Schaltzeit.

Mit der zweiten Zeitstufe 7 ist ferner eine erste Leuchtdiode 8 verbunden. Über die zweite Zeitstufe 7 wird somit nach Erreichen der 500 V-Meßspannung die erste Leuchtdiode 8 freigegeben, die dann anzeigt, daß die Messung gültig ist. Die Schaltung des DC/DC-Wandlers 1 ist so ausgelegt, daß die 500 V-Meß­ spannung nur erreicht wird, wenn die Batteriespannung den unteren Wert der Entladespannung (z. B. 5 V) der Batterie 2 nicht unterschreitet. Dadurch werden eventuelle Fehlmessungen wegen Batterieentladung ver­ mieden.

Zur Erzeugung eines dem Isolationswiderstand 16 pro­ portionalen Spannungsabfalls durch einen umgekehrt pro­ portionalen Meßstrom J_M ist ein Meßfühlerwiderstand 17 (R_M) vorgesehen. Der Spannungsabfall am Meßfühlerwider­ stand 17 wird einer Speicherstufe 9 zugeführt, die eine Kapazität aufweist. Die Speicherstufe 9 wird von der Meßspannung über die zweite Zeitstufe 7 getriggert und gibt den in ihrer Kapazität befindlichen, dem Iso­ lationswiderstand 16 umgekehrt proportionalen Span­ nungsabfall über einen (nicht gezeigten) Operationsver­ stärker an ein Meßwerk 10 ab.

Die Speicherstufe 9 steuert zusätzlich einen (nicht dargestellten) Komparator an, der bei Isolationswider­ ständen 500 kΩ eine zweite Leuchtdiode 11 freigibt, deren Anzeige bedeutet, daß der Isolations­ widerstand 16 500 kΩ ist.

Um die Schaltungsanordnung zu schützen, falls an der zu messenden Anlage noch eine Spannung anliegt, ist im Meßkreis der Isolationsmessung in an sich bekannter Weise eine Fremdspannungsschutzschaltung 12 vorgesehen. Diese zweckmäßigerweise durch PTC-Widerstände gebildete Fremdspannungsschutzschaltung 12 ist hierbei vor­ zugsweise derart ausgelegt, daß sie die Schaltungsan­ ordnung bei einer Fremdspannung bis 600 V vor Zer­ störung schützt.

Zur Prüfung der Batterie 2 ist ein Tastenschalter 14 (S_2/1 - S_2/2) vorgesehen. Dabei wird die Batterie 2 ebenso stark belastet wie bei einer Isolationsmessung. Ein der Batteriespannung proportionaler Spannungswert wird über das Meßwerk 10 angezeigt.

Die wie vorstehend erläuterte Schaltungsanordnung kann auch zur Spannungsmessung verwendet werden, wozu eine Gleichrichterschaltung 15 (Gleichrichterbrücke) vorge­ sehen ist, die mit den Meßanschlüssen 5′ und 5′′ über die Taste 4 verbunden ist. Bei nicht gedrückter Taste 4 liegt an den Meßanschlüssen 5′, 5′′ die Gleichrichter­ schaltung 15 an, die eine Spannungsmessung von Null bis 500 V Wechsel- und Gleichspannung ermöglicht.

Die Messung des Isolationswiderstandes 16 mittels der hier erläuterten Schaltungsanordnung erfolgt in der folgenden Weise:

Zunächst wird über die Meßanschlüsse 5′, 5′′ der zu messende Isolationswiderstand 16 an die Schaltung ange­ schlossen. Bei nicht gedrückter Taste 4 zeigt das Meß­ werk 10 über die Gleichrichterschaltung 15 an, ob das Meßobjekt spannungsfrei ist. Bei spannungsfreiem Iso­ lationswiderstand 16 wird die Taste 4 gedrückt und festgehalten. Der DC/DC-Wandler 1 läuft nunmehr auf eine Meßspannung von 500 V hoch, die am Isolations­ widerstand 16 anliegt. Der Meßspannungsregler 3 trig­ gert bei Erreichen von 500 V Meßspannung die zweite Zeitstufe 7, die nach Ablauf von 200 ms über die erste Zeitstufe 6 den DC/DC-Wandler 1 wieder abschaltet. Die erste Leuchtdiode 8 leuchtet und zeigt an, daß die Mes­ sung gültig ist, d. h. die Meßspannung von 500 V er­ reicht ist.

Die Speicherstufe 9 hält den fließenden Meßstrom J_M fest und das Meßwerk 10 zeigt einen Ausschlag, der dem anliegenden Isolationswiderstand 16 umgekehrt pro­ portional ist. Nach Lösen der Taste 4 wird diese An­ zeige wieder gelöscht. Eine Messung benötigt somit nur 200 ms Zeit.

Liegt parallel zum Isolationswiderstand 16 eine Kapazität (Anlagenkapazität), so wird diese von der Meßspannung des DC/DC-Wandlers 1 zunächst aufgeladen. Die dazu benötigte Aufladezeit kann maximal eine Sekunde betragen. Diese Zeitdauer wird durch die erste Zeitstufe 6 bestimmt.

Ergibt sich nach dem Meßvorgang, daß der Isolations­ widerstand 16 500 kΩ ist, so leuchtet die zweite Leuchtdiode 11 bei Erreichen der vollen Meßspannung auf.

Wie ersichtlich, wird die Speicherstufe 9 über eine Leitung a von der zweiten Zeitstufe 7 getriggert.

Die zweite Zeitstufe 7 wird von dem Meßspannungsregler 3 bei Erreichen der Meßspannung von 500 V über eine Leitung b getriggert.

Der DC/DC-Wandler 1 wird von der ersten Zeitstufe 6 über eine Leitung c getriggert.

Die vorliegende Schaltungsanordnung ist zweckmäßiger­ weise in einem (nicht gezeigten) Gehäuse angeordnet, welches mit (ebenfalls nicht dargestellten) festen oder lösbaren Meßleitungen mit den Meßanschlüssen 5′ und 5′′ verbunden ist. Dabei kann die Ausbildung auch derart getroffen werden, daß die Schaltstufen in einer Taste 4 unmittelbar untergebracht sind.

Claims (4)

1. Batteriebetriebenes Isolationsmeßgerät mit einer Schaltstufe (1) zum Erzeugen einer Meßspannung, die über Meßanschlüsse (5′, 5′′) an eine zu prüfende Isolationsmeßstrecke angelegt wird und mit Schalt­ elementen zur Meßwertaufnahme und/oder Meßwertanzeige, gekennzeichnet durch

• - eine mit der Batterie (2) verbundene, einen zur Erzeugung der Meßspannung dienenden DC/DC-Wandler (1) schaltende erste Zeitstufe (6) mit fester Schaltzeit,
• - eine von einem Meßspannungsregler (3) getrig­ gerte zweite Zeitstufe (7), deren Schaltzeit kleiner als die Schaltzeit der ersten Zeitstufe (6) ist und die mit der ersten Zeitstufe (6) derart zusammenwirkt, daß nach Ablauf der durch die zweite Zeitstufe (7) bestimmten Schaltzeit der DC/DC-Wandler (1) abgeschaltet wird, sofern diese Schaltzeit innerhalb der durch die erste Zeitstufe (6) bestimmten Schaltzeit endet,
• - und eine Speicherstufe (9), die vom Meßspan­ nungsregler (3) über die zweite Zeitstufe (7) getriggert wird, einen dem Meßstrom (I_M) ent­ sprechenden, in der Isolationsmeßstrecke auf­ tretenden Spannungsabfall speichert und diesen nach Ablauf der Schaltzeit der zweiten Zeitstufe (7) einem Meßwerk (10) zuführt.

2. Meßgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit der zweiten Zeitstufe (7) verbundene erste Leuchtdiode (8).

3. Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen mit der Speicherstufe (9) verbundenen Komparator zur Steuerung einer zweiten Leuchtdiode (11) als Grenzwertanzeige.

4. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekenn­ zeichnet durch eine an das Meßwerk (10) angeschlos­ sene, mit den Meßanschlüssen (5′, 5′′) zwangsweise vor der Isolationsmessung verbindbare Gleich­ richterschaltung (15) zur Spannungsmessung.