DE3821241A1 - Circuit arrangement for continuous monitoring of the insulation level of a functioning electric motor and for isolating the electric motor from the high-voltage mains as a function of the insulation - Google Patents
Circuit arrangement for continuous monitoring of the insulation level of a functioning electric motor and for isolating the electric motor from the high-voltage mains as a function of the insulationInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum ständigen Überwachen des Isolationsgrades eines arbeitenden Elektromotors, insbesondere eines drei phasen-Asynchronmotors einer Bergwerkspumpe, und zum automatischen Abtrennen des Elektromotors vom Hoch spannungsnetz beim Unterschreiten eines vorgeschriebe nen Isolationsgrenzwertes.The invention relates to a circuit arrangement to constantly monitor the degree of isolation of a working electric motor, especially one of three phase asynchronous motor of a mine pump, and to automatic disconnection of the electric motor from the high voltage network when falling below a prescribed insulation limit.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ge währleistet eine von dem resultierenden Isolationsgra des des Netzwerkes unabhängige Überwachung, und sorgt für die sofortige Abtrennung des Bergwerkselektromotors beim Isolationsfehler, vorbeugend das Ansprechen des zentralen Alarmsystems des Hochspannungsnetzes.The circuit arrangement according to the invention ge ensures one of the resulting isolation levels of the network independent monitoring, and ensures for the immediate disconnection of the mine electric motor in the event of insulation failure, preventive addressing of the central alarm system of the high-voltage network.
Das eindringende Wasser erschwert den Bergbau in den unter dem Karstwasserniveau liegenden Grubenräumen bedeutend. Zum Auspumpen des Wassers werden lokale Pum pen angelegt. Da die Grubenräume auch zum Verkehr von Anlagen und des Bedienungspersonals dienen, kann die Energieversorgung der Pumpen problematisch sein.The penetrating water makes mining difficult in the pit areas below the karst water level significant. Local pumps are used to pump out the water pen created. Since the mine rooms also for traffic from Systems and operating personnel can serve the Power supply to the pumps can be problematic.
Das Hochspannungsnetz im Bergwerk ist im all gemeinen mit isoliertem Sternpunkt versehen. Als Haupt schutz wird ein Schutznetz, als überlagerter Schutz eine Isolationskontrollvorrichtung angewendet, die das resultierende Isolationsniveau des Hochspannungsnetzes ständig überwacht, und im Falle eines Isolationsfehlers den Haupt-Netzschalter unterbricht. Dieses System bietet eine hinsichtlich des Berührungsschutzes befriedigende Lösung, es ist jedoch nachteilig, daß nach dem Aus schalten des Haupt-Netzschalters die Stromversorgung der Pumpen ebenfalls abgebrochen wird, was zur gefähr lichen Steigerung des Wasserniveaus im Grubenraum führen kann.The high-voltage network in the mine is in space generally provided with an isolated star point. As a head protection becomes a protective network, as a superimposed protection an insulation control device applied that resulting insulation level of the high-voltage network constantly monitored, and in the event of an insulation fault the main power switch interrupts. This system offers a satisfactory one in terms of protection against accidental contact Solution, however, it is disadvantageous that after the end switch the main power switch the power supply the pumps are also stopped, which is dangerous lead to an increase in the water level in the mine area can.
Die obige Gefahr zu beseitigen, wird der vorge schriebene überlagerte Schutz anstatt Abbrechens des Hauptschalters häufig auf Alarmsignale gesteuert. Diese Lösung bietet aber keinen zuverlässigen Berührungsschutz und ist deswegen auch nicht erlaubt.To eliminate the above danger, the pre wrote overlaid protection instead of canceling the Main switch often controlled on alarm signals. These Solution does not offer reliable protection against contact and is therefore not allowed.
Es ist also erforderlich, ein Schutzsystem aus zubauen, das den vorgeschriebenen Forderungen des Haupt schutzes und des überlagerten Schutzes entspricht, und im Falle von lokalen Isolationsfehlern eines arbeitenden Elektromotors den Elektromotor vom Hochspannungsnetz auto matisch abtrennt, ohne die Netzstromversorgung der rest lichen elektrischen Anlagen abzubrechen. Das Abtrennen des Elektromotors vom Hochspannungsnetz soll also erfol gen bevor das zentrale Alarmsystem, bzw. der Hauptschutz und/oder der überlagerte Schutz anspricht.So it is necessary to have a protection system in place build that meets the prescribed requirements of the main protection and superimposed protection, and in the case of local insulation faults of a worker Electric motor auto electric motor from the high voltage network matically disconnects the rest of the power supply electrical systems. The severing of the electric motor from the high-voltage network should be successful before the central alarm system or the main protection and / or the superimposed protection responds.
Die Lösung dieses Problems beruht auf der Erkennt nis, daß die Zeitkonstante der gebräuchlichen elektrischen Antriebe ist ausreichend groß (die Größenordnung von 1 sec) dazu, daß der Elektromotor vom Netz auf kurze Zeitdauer (ca. 10 msec) zyklisch abgetrennt werden, und in diesen Zeiträumen die Isolation des Elektromotors gemessen werden kann. Zum Messen sollte ein Isolationsmeßschalt kreis von ausreichend großem Ausgangswiderstand benützt werden, damit der zentrale überlagerte Schutz beim An wenden von sogar mehreren Meßschaltkreisen nicht beein flußt wird. In diesem Fall ergibt jedoch das Problem, daß der Quasi-Sternpunkt bei der wegen dem großen Aus gangswiderstand erforderlichen Verstärkung als Antenne funktioniert, und das Herstellen auswertbarer Meßsignale nicht ermöglicht. Durch Vermindern des Ausgangswiderstandes wird zwar diese Störwirkung reduziert, infolge der von dem ohmischen Sternpunkt, und der Kapazität des Motorkabels erzeugten RC Zeitkonstante ist die Zeitdauer des Abtrennens des Elektromotors vom Netz zum Herstellen eines gewünsch ten Meßsignals jedoch nicht ausreichend. Gute Meßergebnisse können also nur mit kleinem Ausgangswiderstand erreicht werden. Der große Ausgangswiderstand beim Anschließen des Elektromotors an das Netz muß dabei durch ein geschlossenes Hochspannungshalbleiterelement gewährleistet werden.The solution to this problem is based on the knowledge that the time constant of the conventional electric drives is sufficiently large (of the order of 1 sec) that the electric motor is cyclically disconnected from the network for a short period of time (approx. 10 msec) and in these Periods of insulation of the electric motor can be measured. An insulation measuring circuit with a sufficiently large output resistance should be used for measuring, so that the central superimposed protection is not affected when even several measuring circuits are used. In this case, however, the problem arises that the quasi-star point functions as an antenna with the amplification required because of the large output resistance, and does not permit the production of evaluable measurement signals. By reducing the output resistance, this interference effect is reduced, however, due to the RC time constant generated by the ohmic star point and the capacity of the motor cable, the time period for disconnecting the electric motor from the mains is not sufficient to produce a desired measurement signal. Good measurement results can therefore only be achieved with a low output resistance. The large output resistance when connecting the electric motor to the mains must be ensured by a closed high-voltage semiconductor element.
Die zum Ziele gesetzte Aufgabe wird erfindungsge mäß durch eine Schaltungsanordnung gelöst, die über einen Netzschalter an das Hochspannungsnetz des Bergwerkes ange schlossen ist, und einen Isolationsmeßschaltkreis von klei nem Ausgangswiderstand aufweist, der an das Motorkabel des zu überwachenden Bergwerkselektromotors angeschlossen ist, wobei The objective set is fiction solved according to a circuit arrangement, which has a Power switch on the high-voltage network of the mine is closed, and an insulation measuring circuit from klei Nem output resistance connected to the motor cable of the mine electric motor to be monitored is connected, in which
- - die Schaltungsanordnung eine Thyristor-Abtrennstufe aufweist, die zwischen dem Netzschalter und dem Iso lationsmeßschaltkreis eingefügt ist,- The circuit arrangement a thyristor isolation stage has that between the power switch and the Iso lation measurement circuit is inserted,
- - die Thyristor-Abtrennstufe von einer Zündeinheit gesteuert wird, die mit einer mit der Netzfrequenz synchronisierten Zündsteuereinheit verbunden ist,- The thyristor isolation stage from an ignition unit is controlled with one at the mains frequency synchronized ignition control unit is connected,
- - die synchronisierte Zündsteuereinheit mit dem Isola tionsmeßschaltkreis in Steuerverbindung steht,- The synchronized ignition control unit with the Isola tion measuring circuit is in control connection,
- - an das Motorkabel ein Ausschaltfühler-Schaltkreis an geschlossen ist, der mit dem Isolationsmeßschaltkreis in Freigabe-/Sperrverbindung steht, und- a switch-off sensor circuit to the motor cable is closed with the insulation measuring circuit is in release / block connection, and
- - der Isolationsmeßschaltkreis an den Zündsperreingang der Zündsteuereinheit angeschlossen ist.- The insulation measuring circuit at the ignition lock input the ignition control unit is connected.
Durch die Thyristor-Abtrennstufe der erfindungs gemäße Schaltungsanordnung wird der Elektromotor, beispiels weise der Elektromotor einer Bergwerkspumpe, vom Hoch spannungsnetz mehrmals pro Sekunde abgetrennt. Die Zeit dauer der einzelnen Abtrennungen überschreitet 10 msec nicht. In diesen Zeiträumen mißt der Isolationsmeßschalt kreis den resultierenden Isolationsgrad des Elektromotors und des Motorkabels. Nach dem Meßergebnis wird der Elektro motor am Ende des Zeitraumes durch die Thyristor-Abtrenn stufe wieder an das Hochspannungsnetz angeschlossen, oder beim Isolationsfehler, wenn der gemessene resultierende Isolationsgrad den vorgeschriebenen Wert nicht erreicht, sperrt die Zündeinheit die gesteuerte Thyristor-Abtrenn stufe, und der Elektromotor bleibt vom Hochspannungs netz abgetrennt. In diesem letzteren Fall gibt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung gleichzeitig ein Alarmsignal, damit daß Bedienungspersonal gleich weiß, an welchem Elektromotor ein Isolationsfehler zu beseiti gen ist.Through the thyristor separation stage of the Invention according to the circuit arrangement, the electric motor, for example the electric motor of a mine pump, from high voltage grid disconnected several times per second. The time duration of the individual separations exceeds 10 msec Not. The insulation measuring circuit measures in these periods circle the resulting degree of insulation of the electric motor and the motor cable. After the measurement result, the electro motor at the end of the period due to the thyristor disconnection stage connected to the high voltage network again, or insulation fault, if the measured resultant Degree of insulation does not reach the prescribed value, the ignition unit blocks the controlled thyristor disconnection stage, and the electric motor remains from high voltage disconnected from the network. In the latter case, the circuit arrangement according to the invention simultaneously Alarm signal so that operators know immediately on which electric motor to eliminate an insulation fault gen is.
Die Zahl der zyklischen Abtrennungen des Elektro motors vom Hochspannungsnetz, d. h. die Zahl der Meßzyklen pro Sekunde wird von der mit der Netzfrequenz synchroni sierten Zündsteuereinheit geregelt. Die Meßzyklen fallen vorzugsweise in jede sechzehnte Halbperiode der Netz spannung. Das Zeitintervall zwischen zwei Meßzyklen muß enger sein, als die zum Ansprechen des zentralen überla gerten Schutzes erforderliche Verzögerungszeit (die Re aktionszeit, die vom Anfang des Abstieges des Isolations grades bis zum Ansprechen des Haupt-Netzschalters des zentralen überlagerten Schutzes verfließt). Diese Reak tionszeit ist z. B. mit einer nachträglich eingebauten Verzögerungsschaltung einstellbar.The number of cyclical disconnections of the electro motors from the high voltage network, d. H. the number of measuring cycles per second is synchronized with the network frequency based ignition control unit regulated. The measuring cycles are falling preferably in every sixteenth half period of the network tension. The time interval between two measuring cycles must be be narrower than that for addressing the central overlaid protection required delay time (the Re action time from the beginning of the descent of isolation degree until the main power switch of the central superimposed protection disappears). That reak tion time is z. B. with a retrofitted Delay switching adjustable.
Das Isolationsmessen erfolgt mit operativen Gleich strom. Der Meßstrom wird nur während der Meßzyklen an das Motorkabel gegeben. Der Elektromotor ist dabei vom Hoch spannungsnetz durch abgeschlossene Thyristoren abgetrennt, wodurch der Ausgangswiderstand der Meßschaltung während der Meßzyklen praktisch unendlich ist.The insulation measurement is carried out with operational equals electricity. The measuring current is only supplied to the Given motor cable. The electric motor is high voltage network separated by closed thyristors, whereby the output resistance of the measuring circuit during the measuring cycles are practically infinite.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher er läutert. In der Zeichnung zeigtThe invention is based on the drawing he purifies. In the drawing shows
Fig. 1 das Blockschema einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, Fig. 1 is a block diagram of an embodiment of the circuit arrangement according to the invention,
Fig. 2 das Blockschaltbild einer beispielsmäßigen Ausführungsform des Isolationsmeßschalt kreises der erfindungsgemäßen Schaltungsan ordnung und Fig. 2 shows the block diagram of an exemplary embodiment of the insulation measuring circuit of the circuit arrangement according to the invention and
Fig. 3 die Signaldiagramm des Netz-Synchronisier schaltkreises des Isolationsmeßschaltkreises. Fig. 3 shows the signal diagram of the network synchronizing circuit of the insulation measuring circuit.
Die aus Fig. 1 ersichtliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 10 ist über einen Netzschalter 4 mit dem Hochspannungsnetz 2 eines Berg werkes verbunden. Die Schaltungsanordnung 10 weist einen Isolationsmeßschaltkreis 20 auf, der an das Motorkabel 8 eines Elektromotors 6, z. B. eines Dreiphasen-Asynchron motors einer Bergwerkspumpe angeschlossen ist.The apparent from Fig. 1, the circuit arrangement 10 according to the invention is connected to work with a power switch 4 with the high-voltage network 2 of a mountain. The circuit arrangement 10 has an insulation measuring circuit 20 which is connected to the motor cable 8 of an electric motor 6 , for. B. a three-phase asynchronous motor of a mine pump is connected.
Die Schaltungsanordnung 10 ist mit einem Netz synchronisierschaltkreis 11 versehen, dessen Ausgang an eine Zündsteuereinheit 12 angeschlossen ist. Die mit der Netzfrequenz synchronisierte Zündsteuereinheit 12 steht in Steuerverbindung mit der Zündeinheit 13 einer Thyristor-Abtrennstufe 14.The circuit arrangement 10 is provided with a network synchronizing circuit 11 , the output of which is connected to an ignition control unit 12 . The ignition control unit 12, which is synchronized with the mains frequency, is in control connection with the ignition unit 13 of a thyristor isolation stage 14 .
Die Zündsteuereinheit 12 ist weiterhin mit dem
Isolationsmeßschaltkreis 20 verbunden:
die Zündsteuereinheit 12 steuert die Zeitfunktion des
Isolationsmeßschaltkreises 20, wobei der Ausgang des
Isolationsmeßschaltkreises 20 an den Zündsperreingang
der Zündsteuereinheit angeschlossen ist. Der weitere
Eingang des Isolationsmeßschaltkreises 20 ist mit dem
Ausgang eines Ausschaltfühler-Schaltkreises 16 verbun
den, der an das Motorkabel 8 induktiv angeschlossen
ist.The ignition control unit 12 is also connected to the insulation measuring circuit 20 :
the ignition control unit 12 controls the time function of the insulation measurement circuit 20 , the output of the insulation measurement circuit 20 being connected to the ignition lock input of the ignition control unit. The further input of the insulation measuring circuit 20 is connected to the output of a switch-off sensor circuit 16 which is inductively connected to the motor cable 8 .
Die elektrische Energieversorgung der Einheiten der Schaltungsanordnung 10 ist durch Speisegeräte 17 und 18, die an das Hochspannungsnetz 2 angeschlossen sind, gesichert.The electrical power supply to the units of the circuit arrangement 10 is secured by supply devices 17 and 18 , which are connected to the high-voltage network 2 .
Wie es aus Fig. 2 ersichtlich, ist der Isolations meßschaltkreis 20 mit einer unabhängigen Gleichstromquelle 22 versehen, die über einen höchstempfindlichen Optokopp ler 24, über Transistoren T 1 und T 2, über Dioden D 1, D 2 und D 3 und über einen mit Widerständen R 3, R 4, R 5 und R 6 erzeugten Quasi-Sternpunkt an das dreiphasige Motorkabel 8 angeschlossen ist. Die Transistoren T 1 und T 2 sind je mit einem Widerstand R 1 bzw. R 2 geshuntet. Die Transisto ren T 1 und T 2 sind von je einer unabhängigen Speiseeinheit 32 bzw. 34 getrieben.As can be seen from Fig. 2, the insulation measuring circuit 20 is provided with an independent DC power source 22 , the 24 via a highly sensitive optocoupler, via transistors T 1 and T 2 , via diodes D 1 , D 2 and D 3 and one with Resistors R 3 , R 4 , R 5 and R 6 generated quasi-star point is connected to the three-phase motor cable 8 . The transistors T 1 and T 2 are shunted with a resistor R 1 and R 2, respectively. The Transisto ren T 1 and T 2 are driven by an independent feed unit 32 and 34 , respectively.
Der Phototransistor des Optokopplers 24 ist mit einer Verstärkerstufe 26 verbunden, die an den Eingang eines Komparators 28 mit variablem Vergleichsniveau ange schlossen ist. Der Komparator 28 mit variablem Vergleichs niveau ist über eine Logikgatter 30 an den Zündsperreingang der Zündsteuereinheit 12 angeschlossen. Der Freigabeeingang des Logikgatters 30 ist mit dem Ausgang eines zweiten Lo gikgatters 36 verbunden dessen erster Eingang mit dem Ausgang der Zündsteuereinheit 12, und dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang des Ausschaltfühler-Schaltkrei ses signalverknüpft ist.The phototransistor of the optocoupler 24 is connected to an amplifier stage 26 , which is connected to the input of a comparator 28 with a variable comparison level. The comparator 28 with a variable comparison level is connected via a logic gate 30 to the ignition lock input of the ignition control unit 12 . The release input of the logic gate 30 is connected to the output of a second logic gate 36 , the first input of which is signal-linked to the output of the ignition control unit 12 , and the second input of which is signal-linked to the output of the switch-off sensor circuit.
Ein Freigabe-Logiksignal der Zündsteuereinheit 12 sichert nur das Sperren der Thyristoren der Thyri stor-Abtrennstufe 14. Zum Freigeben der Zündsteuerein heit 12 ist außerdem auch das von dem Ausschaltfühler- Schaltkreis 16 ankommendes entsprechendes Signal erforderlich, welches das Unterbrechen des Stromes in allen drei Pha sen R, S, T des Motorkabels 8 andeutet.An enable logic signal from the ignition control unit 12 only ensures that the thyristors of the thyristor separating stage 14 are blocked. To release the Zündsteuerein unit 12 also the incoming signal from the switch-off sensor circuit 16 is required, which indicates the interruption of the current in all three phases R, S, T of the motor cable 8 .
Die Thyristor-Abtrennstufe 14 besteht vorzugs weise aus drei Thyristor-Paaren.The thyristor isolation stage 14 consists of three pairs of thyristors.
Da die Schaltungsanordnung 10 keinen eigenen Schluß- und Überlastungsschutz besitzt, ist der Netz schalter 4 zum Anschließen an das Hochspannungsnetz 2 erforderlich.Since the circuit arrangement 10 does not have its own circuit protection and overload protection, the network switch 4 is required for connection to the high-voltage network 2 .
Die Zündeinheit 13 besteht aus einer Logik schaltung und einem Transformator mit sechs Sekundär spulen. Die Primärspule des Transformators ist über Schalttransistoren an das Speisegerät 18 angeschlossen. Die Einschalt- und Ausschaltzeiten werden von der Zünd steuereinheit 12 bestimmt, deren Steuerfunktion von dem gemessenen Isolationsgrad, dem Zeitintervall zwischen den Meßzyklen und den Synchron-Impulsen des Netz-Synchro nisierschaltkreises 11 abhängt. The ignition unit 13 consists of a logic circuit and a transformer with six secondary coils. The primary coil of the transformer is connected to the supply device 18 via switching transistors. The switch-on and switch-off times are determined by the ignition control unit 12 , the control function of which depends on the measured degree of insulation, the time interval between the measuring cycles and the synchronizing pulses of the network synchronization circuit 11 .
Aus Fig. 3 ist es ersichtlich, daß der Netz- Synchronisierschaltkreis 11 aus der Sinuswelle der Netzspannung gleichgerichtete Rechteckimpulse bildet, und die Synchron-Impulse durch monostabil Zeitregeln hergestellt werden.From Fig. 3 it can be seen that the mains synchronizing circuit 11 forms rectified rectangular pulses from the sine wave of the mains voltage, and the synchronous pulses are produced by monostable timing rules.
Das Zeitintervall zwischen den Meßzyklen wird dadurch bestimmt, daß ein Zähler der Zündsteuereinheit 12 die Synchron-Impulse zählt, und bei dem vorbestimmten Zahlenwert durch ihre Logikschaltung ein Steuerimpuls bildet.The time interval between the measurement cycles is determined in that a counter of the ignition control unit 12 counts the synchronous pulses and forms a control pulse at its predetermined numerical value through its logic circuit.
Die Erfindung ist ohne Änderung anwendbar zum Überwachen von Elektromotoren, die von einem elektrischen Netz mit geerdetem Sternpunkt gespeist sind, da das Mes sen des Isolationsgrades an dem vom Netz abgetrennten Elektromotor durchgeführt wird.The invention is applicable without change Monitoring electric motors by an electric one Mains are fed with a grounded star point, since the Mes the degree of insulation on the one disconnected from the mains Electric motor is carried out.
Claims (2)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| HU303587A HUT48381A (en) | 1987-07-06 | 1987-07-06 | Circuit arrangement for controlling insulation level of electric motor working in mine and disconnecting said electric motor from mains depending on insulation level |
Publications (1)
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Family Applications (1)
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| DE19883821241 Withdrawn DE3821241A1 (en) | 1987-07-06 | 1988-06-23 | Circuit arrangement for continuous monitoring of the insulation level of a functioning electric motor and for isolating the electric motor from the high-voltage mains as a function of the insulation |
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| CN105866637A (en) * | 2016-03-29 | 2016-08-17 | 四川大学 | System and method for automatically testing interphase and phase-to-ground insulation PDIV of variable frequency motor |
-
1987
- 1987-07-06 HU HU303587A patent/HUT48381A/en unknown
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- 1988-06-23 DE DE19883821241 patent/DE3821241A1/en not_active Withdrawn
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL273558A1 (en) | 1989-03-06 |
| HUT48381A (en) | 1989-05-29 |
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