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Vorrichtung zur Frühwarnung bei Isolationsfehlern
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Frühwarnung bei
Isolationsfehlern ausgeschalteter, elektrischer Verbraucher, mit einer elektronischen
Schaltung und Mitteln zur Anzeige eines Fehlers.
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Durch Kondenswasserbildung, chemische und mechanische Einflüsse, starke
Temperaturänderungen sowie Alterung der Isolation sind insbesondere solche elektrischen
Verbraucher gefährdet, die nur manchmal betrieben werden, z.B. Elektromotoren und
besondere Signalgeräte. Dies trifft beispielsweise bei Antriebsmotoren von Seilwinden
auf Schiffen, Alarmsirenen und Notbeleuchtungen zu. Gerade bei solchen, unter bestimmten
Umständen besonders wichtigen Verbrauchern kommt es immer wieder vor, daß bei ihrem
Einschalten durch Erdschluß entweder Brandschaden auftritt, oder sie zumindest gerade
dann ausfallen, wenn sie dringend benötigt werden.
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Es sind Frühwarngeräte bekannt, die an sich rechtzeitig warnen können,
Jedoch den Nachteil haben, daß sie jeweils nur auf eine ganz spezielle Betriebsbedingung
eingerichtet sind, insbesondere hinsichtlich der verwendeten Steuerspannung. Ferner
ist bei einem bekannten Gerät ein separates Widerstandsnetzwerk
an
den Anschlüssen verschiedener Wicklungen eines Verbrauchers, z.B. eines Dreiphasenelektromotors,
nötig, weil im Fall der Verwendung eines Stern-Dreieck-Schalters, ist dieser ausgeschaltet,
die Wicklungen an sich keine galvanische Verbindung miteinander haben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Frühwarnung
bei Isolationsfehlern ausgeschalteter, elektrischer Verbraucher zu schaffen, die
vielseitiger als bisherige derartigen Geräte einsetzbar ist, und deren Lagerhaltung
daher vereinfacht werden kann.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruchs
1 aufgeführten Merkmale gelöst.
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Die Erfindung weist gegenüber dem Bekannten die Vorteile auf, daß
eine Anwendung bei beliebiger Steuerspannung möglich ist, und daß sogar verschiedene
Spannungen als Netzspannung für die Isolationsüberwachung und einen Abschaltkreis
möglich sind. Der Abschaltkreis erhält beim Einschalten des Motors Spannung. Dies
dient dem Auftrennen des Meßkreises, wodurch die Messung auf den zu messenden Motor
beschränkt bleibt. Durch die umfassende Anpassungsfähigkeit hinsichtlich dieser
beiden Spannungen wird ein breites Anwendungsgebiet einer einzigen Vorrichtung erschlossen.
Die Lagerhaltung wird dadurch vereinfacht, daß nur eine einzige Vorrichtung bereitgehalten
zu werden braucht, soweit es sich um gängige Normspannungen handelt.
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Der Einsatzbereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird dadurch
erhöht, daß im Überwachungsgerät ein Differenzverstärker vorgesehen ist, dessen
einer Eingang ein variabler Meßeingang ist, und an dessen anderem Eingang eine variabel
einstellbare Festspannung anliegt. Hierdurch kann ein Nachlassen eines sehr hohen
Isolationswiderstandes bereits angezeigt werden, ohne daß der gemessene Verbraucher
bereits abgeschaltet werden muß. Ein separates Widerstandsnetzwerk zur Herstellung
galvanischer Verbindungen von Wicklungen eines Verbrauchers, die mittels eines abgeschalteten
Stern-Dreieck-Schalters an sich voneinander getrennt sind, ist nicht mehr nötig.
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Nach einer Ausbildung der Erfindung ist an dem anderen Eingang des
Differenzverstärkers ein Schalter zur wahlweisen Einstellung der am anderen Eingang
anliegenden konstanten Spannung angeschlossen. Dieser Schalter ermöglicht eine Umschaltung
auf verschiedene Isolationswiderstände des überwachten Verbrauchers. Diesem Zweck
dient auch eine weitere Ausbildung der Erfindung, nach der der Schalter und über
ihn der andere Eingang des Differenzverstärkers auf zwei oder mehr als Spannungsteiler
dienende Widerstände aufschaltbar sind Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind
die Widerstände einstellbar. Hierdurch wird der flexible Einsatz der Vorrichtung
auf eine größere Basis gestellt. Entsprechend einer anderen Ausbildung der Erfindung
ist anstatt des Schalters ein einstellbarer Widerstand verwendet, wodurch die Wahl
des anangewählten Isolationswiderstandes flexibler wird.
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Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus der
nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung hervor.
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Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel anhand einer Zeichnung
erläutert. Es zeigen Fig. 1 schematisch die Zusammenschaltung eines überwachungsgeräts
mit einem zu überwachenden Verbraucher und mit dem Leitungsnetzwerk für Überwachung
und Betrieb, Fig. 2 einen Stromlauf des erfindungsgemäßen überwachungsgeräts mit
dazugehörigem Abschaltkreis.
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Ein elektrischer Verbraucher, beim Ausführungsbeispiel ein Elektromotor
21 (Fig. 1), soll hinsichtlich möglicher Isolationsfehler durch ein Überwachungsgerät
22 überwacht werden. Der Elektromotor 21 ist beim Ausführungsbeispiel ein Dreiphasenmotor,
der mit seinen Anschlußleitungen 26, 27, 28 über einen über eine Wicklung 30 betätigten
Schalter 29 und Leitungen 23, 24, 25 an Phasen R, S, T eines elektrisches Netzes
anschaltbar ist. Seine Wicklungen können Erdschluß durch Isolationsverschlechterung
gegenüber einem Gehäuse 38 des Elektromotors 21 haben. Über eine Überwachungsleitung
32 kann z.B. eine Wicklung des Elektromotors 21 unmittelbar gegenüber Masse ständig
überwacht werden, sofern der Schalter 29 ausgeschaltet, also der Elektromotor 21
vom elektrischen Netz getrennt ist.
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Gleichermaßen können die übrigen Wicklungen des Elektromotors 21 über
weitere Überwachungsleitungen
(in der Zeichnung nicht dargestellt)
ebenfalls überwacht werden.
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Die überwachungsleitung 32 ist an eine Klemme 19 (Fig. 1, 2) des Überwachungsgeräts
22 angeschlossen. Weitere Überwachungsleitungen würden an weitetere Klemmen 17,
18 gelegt werden können. Mit nur einem einzigen Gerät kann somit unter Verwendung
der Klemmen 17, 18, 19 eine Stern-Dreieck-Schaltung überwacht werden.
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Das Überwachungsgerät 22 (Fig. 2) erhält seine Netzspannung über einen
Transformator 60, der Anzapfungen für verschiedene Spannungen, vorzugsweise Normspannungen,
aufweist. Die Anzapfungen sind mit, eine Anschlußleiste 89 bildenden Klemmen 20,
11, 12, 13, 14, 15 verbunden. Sekundärseitig wird über einen Gleichrichter 62 und
einen Kondensator eine Gleichspannung für eine elektronische Schaltung zur Verfügung
gestellt, die u.a. einen Differenzverstärker 64 umfaßt. Eine Klemme 6 des überwachungsgeräts
22 liegt an Masse.
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Der eine Eingang 82 des Differenzverstärkers 64 ist als variabler
Eingang ausgelegt. An ihm sind u.a.
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ein Widerstand 76 für die Zuführung des über den Meßeingang gelieferten
Wertes sowie ein Widerstand 79 angeschlossen, der mit seinem anderen Ende mit dem
Ausgang 83 des Differenzverstärkers 64 verbunden ist.
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Am anderen Eingang 81 des Differenzverstärkers 64 liegt eine konstante
Spannung an, die an einem niedrigeren Widerstand 74 bzw. an einem höheren Widerstand
75
abgegriffen wird. Die Widerstände 74, 75 sind über einen Schalter 41 wahlweise an
den anderen Eingang 81 des Differenzverstärkers 64 anschließbar. Die Widerstände
74, 75 sind beim Ausführungsbeispiel als einstellbare Widerstände ausgeführt, um
verschiedene konstante Spannungen einstellen zu können. Anstatt der zwei Widerstände
74, 75 können beliebig viele Widerstände eingesetzt werden. Ferner kann anstatt
des Schalters 41 ein einziger, vorzugsweise in einem weiten Bereich verstellbarer,
einstellbarer Widerstand mit oder ohne Stufenrastung eingesetzt werden.
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Wird bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel, also bei Verwendung
eines höherohmigen Widerstands 75 sowie eines niedrigerohmigen Widerstands 74, der
Schalter 41 zunächst in der aus Fig. 2 ersichtlichen Schaltstellung gehalten, so
kann zunächst eine Herabsetzung eines relativ hohen Isolationswiderstandes durch
das Überwachungsgerät 22 signalisiert werden. Ist der Jsolationswiderstand aber
im übrigen noch hoch genug, um den Verbraucher, hier also den Elektromotor 21, ohne
Gefahr betreiben zu können, so kann der Schalter 41 in die mit unterbrochener Linie
aus Fig. 2 ersichtliche Schaltstellung gebracht werden. Hierbei kann der Verbraucher
noch betrieben werden, eine Überwachung niedrigerer Isolationswiderstände findet
danach ohne weiteres noch statt. So könnte der Elektromotor z.B. einen Isolationswiderstand
aufweisen, der größer als 10 MOhm ist. Ein Ansprechen bei der aus Fig. 2 ersichtlichen
Stellung des Schalters 41 könnte z.B. bei 5 MOhm erfolgen. Der Elektromotor würde
hierbei nicht anlaufen. Nach Umschaltung des
Schalters 41 auf den
Widerstand 74, der z.B. 1 MOhm betragen könnte, würde der Elektromotor 21 ohne weiteres
anlaufen. Durch das Arbeiten mit mehreren Schaltpunkten kann somit eine Tendenz
des eventuell sich verändernden Isolationswiderstandes des Verbrauchers rechtzeitig
erkannt werden.
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Liegt kein Isolationsfehler im Verbraucher, hier also im Elektromotor
21, vor, dann weist der variable Eingang 82 des Differenzverstärkers 64 eine bestimmte
Spannung auf, bei der an seinem Ausgang 83 kein Strom fließt. Tritt dagegen ein
Isolationsfehler im Verbraucher, beim Ausführungsbeispiel also im Elektromotor 21
(Fig. 1), auf, dann fließt über einen Widerstand 77 (Fig. 2) des Überwachungsgeräts
22, einen Kontakt 68 und einen oder mehrere Widerstände 71, 72, 73 sowie eine oder
mehrere der Klemmen 17, 18, 19 ein Strom. Dieser bewirkt eine Spannungsverringerung
am Eingang 82 des Differenzverstärkers 64, so daß dieser schließlich Strom liefert,
der ein Relais 65 (Fig. 2) zum Ansprechen bringt. Ein Kontakt 67 des Relais schaltet
aus der in Fig. 2 ersichtlichen Lage um, so daß eine Alarmleuchte 31 oder ein anderes,
z.B. akustisches, Alarmgerät anspricht. Weil über eine Klemme 9 eine Steuerspannung
zugeführt wird, die über die Klemme 8 u.a. der Wicklung 30 des Schalters 29 zum
Einschalten des Verbrauchers zugeleitet wird, ist der Schalter 29 in dem beschriebenen
Gefahrenfall somit nicht länger eingeschaltet, der Verbraucher ist vom Netz, also
den Phasen R, S, T, getrennt.
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Statt dessen wird die Alarmleuchte 31 über die Klemme 7 mit Strom
versorgt. Zusätzlich kann auch eine Leuchtdiode 69 (Fig. 2) zum Ansprechen gebracht
werden und leuchten oder sogar blinken.
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Ein an einer Klemme 16 des Überwachungsgeräts 22 angeschlossener Tastschalters
37 dient der Durchführung eines Funktionstests für das Überwachungsgerät 22, da
beim Schließen des Tastschalters 37 ein mit den erwähnten Widerständen 71, 72, 73
(Fig.
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2) parallel liegender Widerstand 70 über eine Klemme 16 an Masse gelegt
werden kann, wodurch ebenfalls ein Stromfluß über den Widerstand 77 und den Kontakt
68 zustandekommt.
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Über, eine Anschlußleiste 90 bildende, Klemmen 10 einerseits sowie
Klemmen 1, 2, 3, 4, 5 andererseits und einen Transformator 61 kann ein Abschaltkreis
88 (Fig. 2) mit Strom versorgt werden.
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Dies geschieht über Leitungen 39, 40 (Fig. 1), die dann Strom führen,
wenn der Verbraucher, beim Ausführungsbeispiel also der Elektromotor 21, eingeschaltet,
also an das elektrische Netz gelegt wird. In diesem Fall wird sofort über einen
Gleichrichter 63 eine Gleichspannung für ein Relais 66 zur Verfügung gestellt, das
anzieht, und dessen Kontakt 68 öffnet und damit den Meßeingang des Überwachungsgeräts
22 von dem überwachten Kreis abtrennt.
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Das Besondere an der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht auch darin,
daß die an der Anschlußleiste 89 anliegende Versorgungsspannung gleich mit oder
verschieden von einer Spannung sein kann, die an der Anschlußleiste 90 anliegt.
Die Anzapfungen der Transformatoren 60, 61 sind auf Normspannungen ausgelegt und
daher praktisch in einem unbegrenzten Bereich einsetzbar. Es können aber mittels
anderer Anzapfungen auch andere Spannungen berücksichtigt werden.
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Durch den Einsatz des Differenzverstärkers 64 können weit höhere Isolationswiderstände
überwacht werden, als bei bekannten Geräten.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat gegenüber bekannten Lösungen
den Vorteil, daß ein einziges Gerät zur Überwachung einer Stern-Dreieck-Schaltung
ausreicht.