DE4104371A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur isolationspruefung von im untertagebergbau verlegten spannungsversorgungsleitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Isolationsprüfung von im Untertagebergbau verlegten Spannungsversorgungsleitungen, an die eine in ihrer Höhe mit der Betriebsspannung vergleich­ bare Prüfspannung an die abgeschalteten Spannungsversorgungs­ leitungen anschaltbar und die Prüfspannung hinsichtlich des Hochlaufs und der Einwirkzeit durch Zeitgeber steuerbar ist.

Ein Verfahren der eingangs definierten Art ist aus der DE-PS-28 10 013 bekannt. Die hier vorgesehene Schaltungsanord­ nung enthält die für den Prüfvorgang notwendige Prüfspannung aus einer Oszillatoreinheit, die aus einer Niederspannungs­ quelle gespeist ist. Die Oszillatoreinheit enthält einen Oszillator sowie einen Hochspannungstransformator und einen Gleichrichter zur Erzeugung einer in der Größenordnung der normalen Betriebsspannung gelegenen Prüfspannung, mit der die zu prüfenden Spannungsversorgungsleitungen auf ihre Isolations­ festigkeit geprüft werden können.

Ein weiteres Verfahren, bei dem statt der relativ aufwendigen Oszillatoreinrichtung direkt das Betriebs-Hochspannungsnetz als Prüfspannung herangezogen wird, ist durch die DE-PS-30 36 470 bekannt.

Beiden Verfahren gemeinsam ist, daß die Prüfspannung jeweils der vorhandenen Betriebsspannung fest zugeordnet ist und daß die Isolationszustände der zu prüfenden Spannungsversorgungs­ leitungen mit jeweils dieser fest zugeordneten Prüfspannung ermittelt werden.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Isolationsprüfung für derartige untertage verlegte Spannungsversorgungsleitungen anzugeben, bei dem der gesamte Bereich der Mittelspannungsnetze von 2 kV bis 10 kV einbeziehbar und darüber hinaus neben dem statischen Bereich der Prüfspannung auch deren dynamischer Bereich, d. h., der Hochlauf der Prüfspannung, mit erfaßbar ist. Zur Konkreti­ sierung des Meßergebnisses sollen weiterhin nicht dauerhafte Isolationsfehler erkannt und bei der Bewertung der Isolations­ festigkeit der Spannungsversorungsleitungen entsprechend berücksichtigt werden. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß in einer ersten Prüffolge die Prüfspannung mit dem Erreichen des Prüfwertes nach ca. 60 s für einen ersten Zeitabschnitt von ca. 25 s annähernd konstant gehalten ist und ein durch Isolationsfehler bedingter Spannungseinbruch das sofortige Abschalten der Prüfspannung bewirkt, und daß in einer zweiten Prüffolge die Prüfspannung mit dem Erreichen des Prüf­ wertes nach ca. 23 s für einen zweiten Zeitabschnitt von ca. 80 s annähernd konstant gehalten ist und ein durch Isola­ tionsfehler bedingter Spannungseinbruch nur im Bereich des zweiten Zeitabschnitts das sofortige Abschalten der Prüf­ spannung bewirkt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also vorgeschlagen, die Isolationsmessungen durch zwei definierte, nacheinander ablaufende Prüffolgen durchzuführen, die voneinander unabhängig sind. So wird in der ersten Prüffolge in dem zur zweiten Prüf­ folge relativ langen Zeitraum von 60 s während des Aufbaus der Prüfspannung zum Prüfwert und des sich anschließenden ersten Zeitabschnitts die zu prüfende Spannungsversorgungsleitung auf jegliche Isolationsfehler hin überwacht mit der Folge, daß ein einziger Spannungseinbruch - bedingt durch Isolationsfehler oder zu großer Leitungskapazität - innerhalb der ersten Prüf­ folge in jedem Fall das sofortige Abschalten der Prüfspannung veranlaßt. Gleiches gilt für den sich anschließenden ersten Zeitabschnitt. Damit ist sowohl der Hochlauf der Prüfspannung bis zum Erreichen des Prüfwertes als auch der konstante Prüf­ spannungsverlauf im ersten Zeitabschnitt in die Isolations­ prüfung mit einbezogen.

In der sich anschließenden zweiten Prüffolge wird - abweichend von der ersten - die Prüfspannung in sehr viel kürzerer Zeit aufzubauen versucht, unabhängig davon, ob kurzfristig einwir­ kende Spannungseinbrüche, beispielsweise durch Oberflächen­ feuchtigkeit der zu prüfenden Spannungsversorgungsleitungen, auftreten oder nicht. Erst mit Beginn des zweiten Zeitabschnit­ tes erfolgt das sofortige Abschalten der Prüfspannung, wenn bis dahin der Prüfwert nicht erreicht ist oder ein Spannungs­ einbruch innerhalb des zweiten Zeitabschnitts einwirkt.

Erst mit dem Einfügen der zweiten Prüffolge in das Isola­ tionsprüfverfahren für die Spannungsversorgungsleitungen kann mit Sicherheit festgestellt werden, ob ein Spannungseinbruch durch witterungsbedingte kurzzeitig auftretende Isolationsfeh­ ler bedingt ist oder ein ständig anhaltender Isolationsfehler, wie er durch Beschädigungen der Spannungsversorgungsleitungen oder durch übergroße Leitungskapazitäten auftreten kann, vorliegt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Prüfspannung zur Erzeugung unterschiedlicher Prüfwerte steuerbar ist. Damit ist in einfacher Weise eine universelle Handhabbarkeit des Prüfverfahrens im gesamten Mittelspannungs­ bereich für die im Untertagebergbau verlegten Spannungsver­ sorgungsleitungen möglich.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch erreicht, daß die erste Prüffolge und die zweite Prüf­ folge wahlweise schaltbar sind. Damit können die zu unterschied­ lichen Bedingungen vorgenommenen Isolationsmessungen in frei wählbarer Reihenfolge beliebig oft und ohne Zeitaufwand wieder­ holt vorgenommen werden. Dies dürfte, insbesondere bei wechseln­ den Betriebszuständen der Spannungsversorgungsleitungen, beson­ ders vorteilhaft in bezug auf die schnelle Erfassung der Meß­ werte sein.

Mit dem Patentanspruch 4 ist eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den vorangegangenen Ansprüchen 1 bis 3 angegeben, die dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Schaltnetzteil unter dem Steuereinfluß einer elektronischen Auswerteeinrichtung steht, daß in dem Schaltnetzteil ein Betriebsspannungsgleichrichter mit einem Betriebsspannungs­ siebkondensator und einem Schalttransistor angeordnet sind, die in Verbindung mit einer von der elektronischen Auswerteein­ richtung beeinflußbaren Taktsteuereinrichtung mit erzeugbarer Schaltfrequenz Gleichspannungen an eine Autotransformatorein­ richtung übertragen, bei der sekundärseitig eine induzierte Hochspannung entsteht, die mittels Gleichrichter und Ladekon­ densator einem Prüfspannungsausgang zuführbar ist, und daß die elektronische Auswerteeinrichtung einen unterschiedliche Ver­ zögerungszeiten bildenden Binärteiler und einen die jeweils benötigte Verzögerungszeit auswählenden Dezimalteiler enthält, die jeweils unter dem Steuereinfluß einer Zeitschalteeinrich­ tung stehen.

Mit einer derart definierten Schaltungsanordnung können die im Bergbau eingesetzten Spannungsversorgungsleitungen hinsichtlich ihrer Funktionssicherheit auf ihre Isolationseigenschaften hin in einfacher Weise geprüft werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Schaltungsanordnung sieht vor, daß die elektronische Auswerteeinrichtung eine Programm­ steuereinrichtung und eine Auswerteeinrichtung steuert. Beide Einrichtungen sind als elektromechanische Relais realisiert, deren im Ausführungsbeispiel nicht dargestellte Schaltkontakte zur Durchschaltung der zur Isolationsprüfung notwendigen Steuer- und Schaltstromkreise entsprechend beschaltbar sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in einem figürlich darge­ stellten Ausführungsbeispiel näher erläutert, in dem der Fig. 1 die wesentlichen Schalteinrichtungen zur Durchführung des Verfahrens zu entnehmen sind, während die Fig. 2 die erste Prüffolge und die Fig. 3 die zweite Prüffolge des erfindungs­ gemäßen Verfahrens im Zeitdiagramm darstellt.

Die Fig. 1 zeigt die Schaltungsanordnung, mit der das erfin­ dungsgemäße Verfahren zu realisieren ist. Dabei besteht die Schaltungsanordnung im wesentlichen aus dem Schaltnetzteil SN und der elektronischen Auswerteeinrichtung EA. Im Schaltnetz­ teil SN wird die über dem Betriebsspannungseingang UB herange­ führte Betriebswechselspannung mit dem Betriebsspannungsgleich­ richter BG gleichgerichtet und dem Betriebsspannungssiebkonden­ sator BK geglättet und in Verbindung mit dem Schalttransistor ST, der unter dem Steuereinfluß der Taktsteuereinrichtung TS steht, der Autotransformatoreinrichtung TE als Gleichspannungs­ impulse zugeführt. Auf der Sekundärseite der Autotransformator­ einrichtung TE entsteht dabei eine Hochspannung, die mit dem Gleichrichter GE gleichgerichtet und dem Ladekondensator LK geglättet dem Prüfspannungsausgang UP als Prüfspannung zuge­ führt wird. Desweiteren bilden der Widerstand R1 zusammen mit den Widerständen R2, R3 und R4, R5 einen Spannungsteiler, bei dem die über den Prüfspannungsumschalter S1 anliegende Spannung die Taktsteuereinrichtung TS hinsichtlich der Tastfrequenz bzw. des Taktverhältnisses den Stromfluß über den Gleichrichter GE beeinflußt und somit die Regelung der Prüfspannung auf einen konstanten Wert bewirkt. Mit dem stellbaren Widerstand R2 ist angedeutet, daß ein Abgleich für die Steuerspannung der Takt­ steuereinrichtung TS erfolgen kann. Mit dem Prüfspannungsum­ schalter S1 kann die Prüfspannung auf zwei Werte eingestellt werden. Die Stromversorgung der Taktsteuereinrichtung TS erfolgt über den Konstantspannungsquellentransistor KT. Der primärseitige Stromfluß zur Autotransformatoreinrichtung TE bewirkt in dem Widerstand R6 einen Spannungsabfall, der beim Überschreiten einer bestimmten Spannungsgröße das Ende des Anliegens des Steuerpotentials am Gleichrichter GE bewirkt. In dieser Betriebsweise geht die Konstantspannungskennlinie am Prüfspannungsausgang UP über in eine näherungsweise Konstant­ leistungskannlinie.

Die am Anschluß 8 der Taktsteuereinrichtung TS anliegende Gleichspannung wird gleichzeitig zur Speisung der elektro­ nischen Auswerteeinrichtung EA verwendet. Das am Anschluß 1 der Taktsteuereinrichtung TS anliegende Signal wird über eine nicht bezeichnete Schaltstufe verstärkt und meldet der Taktsteuerein­ richtung TS, ob die Prüfspannung dem jeweiligen Sollwert entspricht.

Die Erzeugung der Hochspannung kann dadurch abgeschaltet werden, in dem von dem Dezimalteiler DT ein Minuspotential auf den Anschluß 1 der Taktsteuereinrichtung TS übertragen wird.

Die elektronische Auswerteeinrichtung EA besteht aus dem Binär­ teiler BT und dem Dezimalteiler DT, die mit der Zeitschalteein­ richtung SS funktionell miteinander verknüpft sind. Mit dem Binärteiler BT werden die aus der Netzfrequenz abgeleiteten unterschiedlichen Verzögerungszeiten bereitgestellt, die je nach Bedarf durch den Dezimalteiler DT abrufbar sind, wodurch die Zeitschalteeinrichtung SS nach Ablauf der jeweiligen Ver­ zögerungszeiten schrittweise weitergeschaltet wird. Mit dieser elektronischen Auswerteeinrichtung EA lassen sich die benötig­ ten Betriebszustände, wie die Bereitschaftsstellung, der Hoch­ lauf der Prüfspannung sowie Warte- und Übergangszeiten und die Prüfzeit selbst, entsprechend steuern.

Der Beginn des Verfahrens zur Isolationsprüfung wird durch einen vom übrigen Potential getrennten Steuerspannungseingang US über den Optokoppler OK gestartet. Die Programmsteuerein­ richtung K1 zeigt diesen Zustand des laufenden Programms durch das Schalten der nicht dargestellten Kontakte an. Die Auswerte­ steuereinrichtung K2 dient mit ihren ebenfalls nicht dargestell­ ten Kontakten der Auswertung des Prüfergebnisses.

Der eigentliche Prüfablauf vollzieht sich in der Weise, daß mit dem Einschalten der Betriebsspannung über den Betriebsspannungs­ eingang UB die elektronische Auswerteeinrichtung EA automatisch zurückgesetzt ist. Mit der Ansteuerung des Optokopplers OK über den Steuerspannungseingang US beginnt die Zeitschalteein­ richtung SS mit dem eigentlichen Programmablauf. Die Auswerte­ steuereinrichtung K2, die als bistabiles Melderelais realisiert ist, zeigt je nach ihrer Stellung die während des eigentlichen Prüfvorganges vorhandenen Betriebszustände der zu prüfenden Spannungsversorgungsleitungen an.

Mit dem Betriebsartumschalter S2 kann manuell zwischen der ersten Prüffolge und der zweiten Prüffolge umgeschaltet werden, so daß - wie bereits erwähnt - bei wechselnden Betriebszustän­ den der Spannungsversorgungsleitungen eine eindeutige und schnelle Erfassung der Meßwerte erfolgen kann.

Die Fig. 2 und 3 zeigen den Verlauf der Prüfspannung UP in der ersten und zweiten Prüffolge im Zeitdiagramm.

Die Fig. 2 beinhaltet die voneinander verschiedenen Kurven­ verläufe 1, 2 und 3, wobei der Kurvenverlauf 1 (gerade Linie) den Anstieg der Prüfspannung UP vom Zeitbeginn tp0 bis zum Er­ reichen des Prüfwertes im Zeitpunkt tp1 und den sich anschlie­ ßenden konstanten Prüfwert im ersten Zeitabschnitt tp1 bis tp2 zeigt. Mit dem Kurvenverlauf 2 (unterbrochene Linie) ist angedeutet, daß mit einem Spannungseinbruch in der Anstiegs­ phase der Prüfspannung UP im Zeitbereich tp0 bis tp1 die Abschaltung der Prüfspannung UP erfolgt. Der Kurvenverlauf 3 (strichpunktierte Linie) deutet an, daß ein Spannungseinbruch im ersten Zeitabschnitt tp1 bis tp2 die Abschaltung der Prüf­ spannung UP zur Folge hat.

Der Fig. 3 sind die Kurvenverläufe 1 und 2 zu entnehmen, wobei der Kurvenverlauf 1 (gerade Linie) bis auf die im Vergleich zum Kurvenverlauf 1 der Fig. 2 veränderten Zeiten hinsichtlich des Hochlaufs der Prüfspannung UP im Zeitabschnitt tp0 bis tp1 und dem sich im zweiten Zeitabschnitt tp1 bis tp2 anschließenden konstanten Prüfwert mit dem Kurvenverlauf 1 in der Fig. 2 übereinstimmt. Der Kurvenverlauf 2 in der Fig. 3 dagegen zeigt, abweichend von dem vergleichbaren Kurvenverlauf 2 in Fig. 2, daß ein Spannungseinbruch vom Zeitpunkt tp0 bis tp1 nicht zur Abschaltunq der Prüfspannung UP führt, wenn der Prüfwert bis zum Zeitpunkt tp1 erreicht ist. Erst ein Spannungseinbruch im zweiten Zeitabschnitt tp1 bis tp2 führt zum Abschalten der Prüfspannung UP, so daß mit der Kombination beider Prüffolgen sowohl ein kurz andauernder Isolationsfehler als auch ein ständig vorhandener Isolationsfehler eindeutig festgestellt werden kann.

Claims (5)

1. Verfahren zur Isolationsprüfung von im Untertagebergbau verlegten Spannungsversorgungsleitungen, an die eine in ihrer Höhe mit der Betriebsspannung vergleichbare Prüfspannung an die abgeschalteten Spannungsversorgungsleitungen anschaltbar und die Prüfspannung hinsichtlich des Hochlaufs und der Einwirkzeit durch Zeitgeber steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Prüffolge die Prüfspannung (UP) mit dem Erreichen des Prüfwertes nach ca. 60 s für einen ersten Zeitabschnitt von ca. 25 s annähernd konstant gehalten ist und ein durch Isolations­ fehler bedingter Spannungseinbruch das sofortige Abschalten der Prüfspannung (UP) bewirkt, und daß in einer zweiten Prüffolge die Prüfspannung (UP) mit dem Erreichen des Prüfwertes nach ca. 23 s für einen zweiten Zeitabschnitt von ca. 80 s annähernd konstant gehalten ist und ein durch Isolationsfehler bedingter Spannungseinbruch nur im Bereich des zweiten Zeitabschnitts das sofortige Abschalten der Prüfspannung (UP) bewirkt.

2. Verfahren zur Isolationsprüfung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüf­ spannung (UP) zur Erzeugung unterschiedlicher Prüfwerte steuer­ bar ist.

3. Verfahren zur Isolationsprüfung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Prüffolge und die zweite Prüffolge wahlweise schaltbar sind.

4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltnetzteil (SN) unter dem Steuereinfluß einer elek­ tronischen Auswerteeinrichtung (EA) steht, daß in dem Schalt­ netzteil (SN) ein Betriebsspannungsgleichrichter (BG) mit einem Betriebsspannungssiebkondensator (BK) und einem Schalttran­ sistor (ST) angeordnet sind, die in Verbindung mit einer von der elektronischen Auswerteeinrichtung (EA) beeinflußbaren Taktsteuereinrichtung (TS) mit erzeugbarer Schaltfrequenz Gleichspannungen an eine Autotransformatoreinrichtung (TE) übertragen, bei der sekundärseitig eine induzierte Hochspannung entsteht, die mittels Gleichrichter (GE) und Ladekondensator (LK) einem Prüfspannungsausgang (UP) zuführbar ist, und daß die elektronische Auswerteeinrichtung (EA) einen unterschiedliche Verzögerungszeiten bildenden Binärteiler (BT) und einen die jeweils benötigte Verzögerungszeit auswählenden Dezimalteiler (DT) enthält, die jeweils unter dem Steuereinfluß einer Zeitschalteeinrichtung (SS) stehen.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Auswerte­ einrichtung (EA) eine Programmsteuereinrichtung (K1) und eine Auswerteeinrichtung (K2) steuert.