DE4418124A1 - Vorrichtung zum Erkennen einer Isolationsverschlechterung an Stromversorgungsleitungen - Google Patents
Vorrichtung zum Erkennen einer Isolationsverschlechterung an StromversorgungsleitungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erkennen einer
Isolationsverschlechterung in frühem Zustand der Verschlech
terung in Stromversorgungssystemen, bei denen Lasten über
jeweilige Stromkreise mit einem Bus verbunden sind.
Fig. 1 zeigt ein solches System in Verbindung mit einer er
findungsgemäßen Vorrichtung. Dieses System unterscheidet
sich abgesehen von den Details der erfindungsgemäßen Vor
richtung nicht von bekannten Systemen, weswegen es zunächst
zum Beschreiben des Standes der Technik verwendet wird. Es
ist ein Spannungstransformator 1 vorhanden, an den über
einen Trennschalter 2 ein Bus 3 angeschlossen ist. Mit dem
Bus 3 ist eine Mehrzahl von Schaltkreisen jeweils über einen
Schaltkreis-Trennschalter 5 verbunden. Jeder Schaltkreis
verfügt über einen Stromtransformator CT und einen Nullpha
se-Stromtransformator ZCT. Es hängt an ihm eine Last, die
beim dargestellten System jeweils aus einem Kabel 8 und
einem Motor 9 besteht.
An den Bus ist außerdem ein geerdeter Potentialtransformator
GPT angeschlossen, der an einer Tertiärwicklung eine Null
phase-Spannung E0 ausgibt.
Um eine fehlerhafte, mit Erde verbundene Leitung zu ermit
teln, wird die Phase des sekundären Nullphase-Stroms I0 je
des Nullphase-Stromtransformators ZCT mit der Phase dieser
Nullphase-Spannung E0 verglichen.
Ferner ist allgemein, wie es in der japanischen Patentoffen
legungsschrift Nr. 4-42726 (1992) beschrieben ist, eine Vor
richtung bekannt, die dazu dient, einen Leitungsschluß gegen
Erde und die Phase in einer Versorgungsleitung dadurch zu
erkennen, daß die Phase einer Spannung mit der Phase des
sekundären Nullphase-Stroms des Nullphase-Stromtransforma
tors ZCT in jeder Verteilungsleitung verglichen wird.
Jedoch werden die vorstehend genannten Vorrichtungen zum Er
kennen eines Erdschlusses in Fällen verwendet, bei denen
eine Isolationsverschlechterung weit fortgeschritten ist
oder bei denen ein Erdschluß bereits vorliegt. Daher besteht
Bedarf für eine Vorrichtung der genannten Art, mit der eine
Isolationsverschlechterung im System bereits im Anfangs
zustand erkannt werden kann. Das heißt, daß es erforderlich
ist, die genannten Phasen mit hoher Genauigkeit miteinander
zu vergleichen, wobei die Genauigkeit besser sein muß als
die Schwankung der Phase der Nullphase-Spannung E0, wie sie
in der Tertiärwicklung des geerdeten Potentialtransformators
GPT im normalen Betriebszustand auftritt. Daher kann die
eben genannte Spannung in der Praxis nicht zum Vergleich
herangezogen werden.
Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß dann, wenn
beim Spannungsversorgungssystem mit mehreren Versorgungslei
tungen gemäß Fig. 1 ein Erdschluß in einer einzelnen Leitung
auftritt, ein Nullphase-Strom über den Erdungswiderstand im
geerdeten Potentialtransformator GPT fließt und es zu einem
Ungleichgewicht der Kapazitätskomponenten hinsichtlich der
fehlerfreien Leitungen kommt, was auch in diesen fehlerfrei
en Leitungen zu Phasenveränderungen führt. Diese Phasenver
änderungen sind insbesondere dann sehr groß, wenn Lasten mit
großer Kapazität gegen Erde vorliegen wie z. B. beim Kabel 8
und beim Motor 9. Demgemäß kann dann, wenn die Phase einer
Spannung mit der Phase des sekundären Nullphase-Stroms des
Nullphase-Stromtransformators ZCT verglichen wird, wie in
der japanischen Patentoffenlegung Nr. 4-42726 (1992) be
schrieben, die fehlerbehaftete Leitung nicht zuverlässig von
den fehlerfreien Leitungen unterschieden werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zum Erkennen einer Isolationsverschlechterung zu schaffen,
die eine Isolationsverschlechterung bereits in frühem Zu
stand erkennt.
Die Erfindung ist durch die Lehre von Anspruch 1 gegeben.
Sie zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß nicht nur
ein Vergleich zwischen den Phasen einer Spannung und eines
Stroms ausgeführt wird, sondern daß auch überprüft wird, ob
der Effektivwert des sekundären Nullphase-Stroms des Null
phase-Stromtransformators ZCT in jeder Versorgungsleitung
einen vorgegebenen Wert überschreitet. Nur wenn die Phasen
verschiebung so klein wird, daß sie in einem vorgegebenen
Bereich liegt und zusätzlich der genannte Stromeffektivwert
die gesetzte Schwelle überschreitet, wird hieraus eine Iso
lationsverschlechterung erkannt.
Vorzugsweise ist eine Maximalwert-Vergleichsschaltung vor
handen, die dann, wenn eine Isolationsverschlechterung in
mehreren Schaltkreisen festgestellt wird, denjenigen Schalt
kreis als den fehlerbehafteten beurteilt, für den der ge
nannte Stromeffektivwert am größten ist.
Der genannte Phasenvergleich wird für alle Phasen der Netz
spannung und für alle Schaltkreise ausgeführt. Wenn die
obengenannten Bedingungen für eine der Phasen in einem der
Schaltkreise erfüllt sind, wird die fehlerbehaftete Phase
angezeigt.
Vorzugsweise wird überprüft, ob eine Isolationsverschlechte
rung in mehr als einem Schaltkreis festgestellt wird. Ist
dies der Fall, wird daraus geschlossen, daß eine Isolations
verschlechterung im Bus vorliegt, an den die Kreise ange
schlossen sind.
Ein technisch entscheidender Punkt der Erfindung ist es, daß
sich die Phase der Sekundärspannung des geerdeten Potential
transformators ändert, wenn sich der Nullpunkt der Spannung
in diesem Transformator verändert. Die Leitungsspannung auf
dem Bus ändert sich nicht, und es wird ihr Absolutwert ver
wendet, mit einer Phasenverzögerung der Standardphase-Span
nung E1 von 30°, d. h. von 1/√. Die anderen Standardphase-
Spannungen E2, E3 sind auf einen Phasenunterschied von 120°
zur Standardphase-Spannung E1 eingestellt.
Andererseits fließt ein Leckstrom, der durch das Isolations
material der Last gegen Erde fließt, nicht an der Oberfläche
des Isolationsmaterials, und ein Ladestrom fließt gegen Er
de, wenn die dielektrische Beanspruchung normal ist. Demge
mäß hat der sekundäre Nullphase-Strom des Nullphase-Strom
transformators eine Phasenvoreilung von nahezu 90° gegenüber
jeder Standardphase-Spannung.
Wenn sich jedoch die dielektrische Beanspruchbarkeit ver
schlechtert, steigt der Oberflächenleckstrom an, wodurch es
zu einem Leckstrom gegen Erde kommt, und die Phase des ge
nannten Stroms nähert sich der Phase der jeweiligen Stan
dardphase-Spannung an.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen kann eine Isolations
verschlechterung zuverlässig in frühem Stadium erkannt wer
den.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines durch Figuren
veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein Stromversorgungssystem mit einer erfin
dungsgemäßen Vorrichtung zum Erkennen einer Isolationsver
schlechterung.
Fig. 2 zeigt ein detailliertes Blockdiagramm der in Fig. 1
enthaltenen Vorrichtung zum Erkennen einer Isolationsver
schlechterung.
Fig. 3 ist eine Skizze zur in Fig. 1 enthaltenen Last.
Fig. 4 ist ein Ersatzschaltbild der in Fig. 3 dargestellten
Last.
Fig. 5a ist ein Vektordiagramm zum Erläutern der Phasenbe
ziehungen zwischen einer Standardphase-Spannung und Verlust
strömen an einem Kabel in einem Zustand ohne Isolationsver
schlechterung.
Fig. 5b ist ein Vektordiagramm für die Phasenbeziehungen
zwischen verschiedenen Standardphase-Spannungen und den zu
gehörigen Lastströmen für den Zustand ohne Isolationsver
schlechterung.
Fig. 6a und 6b sind Vektordiagramme, die denen von Fig. 5a
bzw. Fig. 5b entsprechen, jedoch für einen Zustand mit Iso
lationsverschlechterung.
Fig. 7a bis 7c zeigen jeweils die Phasenverschiebung zwi
schen einer von drei Standardphase-Spannungen und dem zuge
hörigen Laststrom.
Fig. 8 ist ein Vektordiagramm, das Phasenbedingungen und
Effektivstromstärke-Bedingungen veranschaulicht, wie sie un
tersucht werden, um zu beurteilen, ob eine Isolationsver
schlechterung vorliegt.
Fig. 9a bis 9c sind Vektordiagramme entsprechend denen der
Fig. 7a bis 7c, jedoch für eine Isolationsverschlechterung
an der Busleitung statt an einem Lastkabel.
Fig. 10 ist ein Vektordiagramm entsprechend dem von Fig. 8,
jedoch für den Fall einer Isolationsverschlechterung am Bus
statt einem Lastkabel.
Die in Fig. 1 enthaltene Vorrichtung 6 zum Erkennen einer
Isolationsverschlechterung befindet sich in einem elektri
schen Stromversorgungssystem bekannter Art, wie es einlei
tend beschrieben wurde. Diese Vorrichtung ist an den geerde
ten Potentialtransformator GPT und an die Nullphase-Strom
transformatoren ZCT der einzelnen Schaltkreise angeschlos
sen. Von den letzteren wird jeweils die Stärke I0 des Last
stroms ausgegeben. Der geerdete Phasentransformator GPT lie
fert die Leitungsspannung E12, aus der durch eine Phasen
spannung-Umsetzschaltung 11 eine Standardphase-Spannung E
ermittelt wird, die aus drei um jeweils 120° gegeneinander
phasenverschobenen Standardphase-Spannungen E1, E2 und E3
besteht. Die Standardphase-Spannung E wird in eine Phasen
vergleichsschaltung 13 eingegeben.
Der genannte sekundäre Nullphase-Strom I0 des Nullphase-
Stromtransformators ZCT in jedem Schaltkreis wird über ein
Netzfrequenz-Bandfilter 12 ebenfalls in die Phasenver
gleichsschaltung 13 wie auch in eine Effektivwert-Berech
nungsschaltung 14 eingegeben. In der Phasenvergleichsschal
tung 13 wird die Standardphase-Spannung E phasenmäßig mit
dem Nullphase-Strom für jede Phase verglichen.
In der Effektivwert-Berechnungsschaltung 14 wird der Effek
tivwert des Netzfrequenz-Nullphase-Stroms berechnet, und
dieser Effektivwert wird mit einem vorgegebenen Schwellen
wert Ior verglichen.
In eine Verschlechterungsbeurteilungsschaltung 15 werden
zwei Signale eingegeben, nämlich eines von der Effektivwert-
Berechnungsschaltung 14, das anzeigt, ob der Effektivwert
des Netzfrequenz-Nullphase-Stroms den Schwellenwert Ior
überschreitet, und das Ausgangssignal der Phasenvergleichs
schaltung 13, das anzeigt, ob die genannte Phasendifferenz
innerhalb eines vorgegebenen Bereichs R liegt, wobei dieses
Signal für jede Phase ausgegeben wird. Wenn die Verschlech
terungsbeurteilungsschaltung erkennt, daß der genannte
Effektivwert den genannten Schwellenwert überschreitet und
daß zusätzlich für mindestens eine Phase die Phasenverschie
bung zwischen der genannten Spannung und dem genannten Strom
innerhalb des Bereichs R liegt, gibt sie ein Signal aus, das
anzeigt, daß sie eine Isolationsverschlechterung erkannt
hat.
Dieses Signal wird unter anderem an eine Maximalwert-Ver
gleichsschaltung 16 ausgegeben, die ein entsprechendes Si
gnal für alle Schaltkreise erhält. Sie beinhaltet für jeden
Schaltkreis einen eingebauten Schalter, der durch das Aus
gangssignal der Verschlechterungsbeurteilungsschaltung 15
aktiviert wird, woraufhin sie von der Effektivwert-Ver
gleichsschaltung 14 den Effektivwert des genannten Stroms
für den jeweiligen Schaltkreis einliest. Wenn für mehrere
Schaltkreise eine Isolationsverschlechterung festgestellt
wurde, werden demgemäß mehrere Effektivwerte eingelesen, und
es wird letztendlich derjenige Schaltkreis als derjenige mit
Isolationsverschlechterung bewertet, für den der Effektiv
wert am größten ist. Dieses Ergebnis wird auf einer Anzeige
19 dargestellt.
Wie bereits ausgeführt, beurteilt die Verschlechterungsbeur
teilungsschaltung 15 für jede Phase des Drehstroms, ob die
Phasenverschiebung zwischen der jeweiligen Spannungs- und
Stromkomponente innerhalb des Bereichs R liegt; außerdem
nimmt sie die genannte Prüfung dahingehend vor, ob der
Stromeffektivwert den genannten Schwellenwert überschrei
tet. Das Beurteilungsergebnis wird für alle Phasen und
Schaltkreise in eine gemeinsame Ausgangsschaltung 17 einge
geben. Diese gemeinsame Ausgangsschaltung 17 gibt an die An
zeige 19 ein Signal aus, das die Phase kennzeichnet, die von
einer Isolationsverschlechterung betroffen ist. Vorzugsweise
berücksichtigt die gemeinsame Ausgangsschaltung 17 noch das
Ausgangssignal der Maximalwert-Vergleichsschaltung 16, das
anzeigt, welcher Schaltkreis von der Isolationsverschlechte
rung betroffen ist, um nur die betroffene Phase des betrof
fenen Schaltkreises für die Anzeige auf der Anzeigeeinrich
tung 19 auszuwählen.
Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm der Vorrichtung 6 zum Erken
nen einer Isolationsverschlechterung.
Die Phasenspannung-Umsetzschaltung 11 erhält vom geerdeten
Potentialtransformator GPT am Bus 3 die Leitungsspannung E12
und ermittelt daraus eine Standardphase-Spannung E, die aus
drei Standardphase-Spannungen E1, E2 und E3 besteht, wobei
die Spannung E1 den Absolutwert 1/√ mit einer Phasenverzö
gerung von 30° aufweist, und die Spannungen E2 und E3 eine
Phasenverschiebung von jeweils 120° zur Spannung E1 einhal
ten. Die Spannungen E1, E2 und E3 werden jeweils in einen
Block in der Phasenvergleichsschaltung 13 eingegeben.
Der sekundäre Nullphase-Strom I0 vom Nullphase-Stromtrans
formator ZCT in einem Schaltkreis wird auf das Netzfrequenz-
Bandfilter 12 gegeben, durch das nur der Anteil mit Netz
frequenz an die Blöcke der Phasenvergleichsschaltung 13 und
die Effektivwert-Berechnungsschaltung 14 durchgelassen wird.
In jedem Block der Phasenvergleichsschaltung 13 wird die
Phase des sekundären Nullphase-Stroms mit der Phase der je
weiligen Standardphase-Spannung E1, E2 oder E3 verglichen.
Wenn für eine Phase die Phasenverschiebung im vorgegebenen
Bereich R liegt, wird ein Signal, das das Erfülltsein dieser
Bedingung anzeigt, an ein zur jeweiligen Phase gehörendes
UND-Gatter 15a in der Verschlechterungsvergleichsschaltung
15 ausgegeben.
Die Effektivwert-Berechnungsschaltung 14 berechnet den Ef
fektivwert des sekundären Netzfrequenz-Nullphase-Stroms, und
sie vergleicht diesen Effektivwert mit dem vorgegebenen Wert
Ior, und wenn der Effektivwert den vorgegebenen Wert über
schreitet, gibt sie ein Signal, das dies anzeigt, an den
jeweils zweiten Eingang der drei UND-Gatter 15a.
Das Ausgangssignal eines der UND-Gatter 15a erfährt also
dann eine Pegeländerung, wenn einerseits die Effektivwert-
Berechnungsschaltung 14 anzeigt, daß der genannte Effektiv
wert den genannten Schwellenwert überschritten hat, und wenn
andererseits der zugehörige Block in der Phasenvergleichs
schaltung 13 anzeigt, daß Strom und Spannung innerhalb eines
vorgegebenen Phasenbereichs liegen. Die Ausgänge der UND-
Gatter 15a sind auf die Eingänge eines ODER-Gatters 15b ge
führt.
Die Maximalwert-Vergleichsschaltung 16 erhält für jeden
Schaltkreis das Ausgangssignal des zugehörigen ODER-Gatters
16b. Dadurch erfährt sie, für welchen Schaltkreis oder für
welche Schaltkreise die genannten Bedingungen, die eine Iso
lationsverschlechterung anzeigen, erfüllt sind. Für jeden
Schaltkreis, für den die Bedingungen erfüllt sind, liest sie
von der Effektivwert-Berechnungsschaltung 14 den zugehörigen
Stromeffektivwert ein. Sie vergleicht die Werte miteinander
und wählt denjenigen Schaltkreis als Schaltkreis mit Isola
tionsverschlechterung aus, für den der größte Stromeffektiv
wert erhalten wird. Dieser Schaltkreis wird auf der Anzeige
19 angezeigt.
Um die von einer Isolationsverschlechterung betroffene Phase
anzuzeigen, wird das Ausgangssignal der Maximalwert-Ver
gleichsschaltung 16 auf UND-Gatter 17a in der gemeinsamen
Ausgangsschaltung 17 ausgegeben. Für jeden Schaltkreis lie
gen drei UND-Gatter 17a vor, nämlich jeweils eines für jede
Phase. An seinem zweiten Eingang erhält jedes UND-Gatter 17a
das Ausgangssignal des zurselben Phase gehörenden UND-Gat
ters 15a, welches Ausgangssignal anzeigt, ob beide genannten
Bedingungen erfüllt sind, die eine Isolationsverschlechte
rung anzeigen. Liegt eine Isolationsverschlechterung für
eine bestimmte Phase vor und gibt die Maximalwert-Ver
gleichsschaltung 16 ein Signal aus, erfährt das Ausgangs
signal derjenigen UND-Gatter 17a, die beide Signale am Ein
gang erhalten, eine Pegeländerung. Die gemeinsame Ausgangs
schaltung 17 enthält ferner drei ODER-Gatter 17b, nämlich
jeweils eines für jede Phase, die an ihrem Eingang die Si
gnale für eine jeweilige Phase für alle Schaltkreise erhal
ten. Sind also in irgendeinem der Schaltkreise die Bedingun
gen erfüllt, die eine Isolationsverschlechterung anzeigen,
wird mit Hilfe der gemeinsamen Ausgangsschaltung 17 die zu
gehörige Phase erkannt, und diese wird auf der Anzeigeein
richtung 19 dargestellt.
Die Maximalwert-Vergleichsschaltung 16 und die UND-Gatter
17a können auch weggelassen werden. Dann erfolgt die Ver
schlechterungsbeurteilung nur über die UND-Gatter 15a. Die
Ausgangssignale dieser UND-Gatter werden direkt auf die
ODER-Gatter 17b gegeben, um die betroffene Phase oder die
betroffenen Phasen anzuzeigen. Da jedoch die Möglichkeit be
steht, daß gleichzeitig von mehreren Schaltkreisen eine Iso
lationsverschlechterung angezeigt wird und daß dies darüber
hinaus unter Umständen für mehrere Phasen erfolgt, wird die
Zuverlässigkeit der Beurteilung erhöht, wenn dies Maximal
wert-Vergleichsschaltung 16 und die UND-Gatter 17a zusätz
lich verwendet werden.
Nachfolgend wird der Aufbau der in Fig. 3 dargestellten Last
erläutert, um die Funktion der Vorrichtung 6 zum Erkennen
einer Isolationsverschlechterung verständlich zu machen.
Vom Spannungstransformator 1 wird elektrische Spannung über
den Trennschalter 2, den Bus 3 und einen jeweiligen Schalt
kreis-Trennschalter 5 in einen Schaltkreis mit dem Strom
transformator CT, dem Nullphase-Stromtransformator ZCT und
einer Last gegeben, die aus dem Kabel 8 und dem Motor 9 be
steht. Das Kabel 8 verfügt über eine statische Kapazität Cc
gegen Erde hinsichtlich des Isolators zwischen dem mittleren
Leiter 7 und dem geerdeten Gehäuse. Auch der Motor 9 verfügt
über eine statische Kapazität Cm gegen Erde hinsichtlich des
Isolators zwischen dem Stator 10 in jeder Phase und dem ge
erdeten Gehäuse. Wie in Fig. 4 dargestellt, fließt aufgrund
der statischen Kapazitäten Cc gegen Erde ein Leckstrom I0f.
Der Leckstrom I0f gegen Erde fließt durch den Nullphase-
Stromtransformator ZCT und wird dem Kabel 8 und dem Motor 9
zugeführt.
Der Leckstrom Ioc im Kabel 8 besteht nicht nur aus einem
Ladestrom Icc für die genannte statische Kapazität Cc, was
das Kabel betrifft, sondern auch aus einem Oberflächenleck
strom Isc. Entsprechend gilt für den Leckstrom für den Motor
9, daß dieser aus einem Ladestrom Iom für die statische Ka
pazität Cm und einem Oberflächenleckstrom Ism besteht. Ohne
Isolationsverschlechterung besteht der Leckstrom I0f nur aus
den durch die statischen Kapazitäten bedingten Ladeströmen
Ioc und Iom für das Kabel 8 bzw. den Motor 9. Bei der fol
genden Erläuterung entspricht der Leckstrom I0f gegen Erde
dem Netzfrequenz-Nullphase-Strom.
Die Fig. 5(a) und 5(b) zeigen Phasenbeziehungen zwischen
Spannungen und Strömen in einem Zustand ohne Isolationsver
schlechterung. Wie aus Fig. 5(a) erkennbar, weist der Kapa
zitätsladestrom Icc(Icm), wie er durch die statische Kapa
zität des Isolators gegen Erde hervorgerufen wird, eine vor
eilende Phase von 90° zur Standardphase-Spannung E auf. Der
Oberflächenleckstrom Isc(Ism), der entlang der Oberfläche
des Isolators fließt, ist in Phase mit der Standardphase-
Spannung, und er ist normalerweise sehr klein, weswegen die
gesamten Leckströme I0f1, I0f2, I0f3 (wie in Fig. 5(b) dar
gestellt) gegen Erde in jeder Versorgungsleitung für die
drei Standardphase-Spannungen E1, E2, E3 nahezu um 90° vor
eilen, wobei die Vektorsumme für die drei Phasen der elek
trischen Ströme I0f1, I0f2, I0f3 immer Null ist.
Wenn dagegen die Isolierung am Kabel 8 und/oder am Motor 9
verschlechtert ist, steigt der Oberflächenleckstrom Isc(Ism)
an, und der gesamte Leckstrom Ioc(Iom) gegen Erde nähert
sich der Phase der Standardphase-Spannung E an, wie in Fig. 6(a)
dargestellt. Der Leckstrom I0f der Versorgungsleitung
gegen Erde besteht aus den kombinierten Leckströmen I0f1,
I0f2 und I0f3. Beim in Fig. 6(b) dargestellten Bespiel ist
der Oberflächenleckstrom α als Anteil des Leckstrom I0f1
stark angewachsen, wodurch dieser Leckstrom I0f1 nicht mehr
eine Phasenverschiebung von beinahe 90° zur Standardphase-
Spannung E1 aufweist, sondern eine sehr viel kleinere Pha
senverschiebung.
Die Fig. 7(a) bis 7(c) zeigen die Phasenbeziehungen zwischen
den gegen Erde fließenden Leckströmen I0f1, I0f2 und I0f3,
wie sie in der Primärwicklung des Nullphasen-Stromtransfor
mators ZCT in jedem Schaltkreis fließen, und den Standard
phase-Spannungen E1, E2 bzw. E3. Dabei zeigt Fig. 7(a) den
Fall für eine verschlechterte Phasenleitung in einem Schalt
kreis, während die Fig. 7(b) und 7(c) den Zustand für die
nicht verschlechterten Leitungen in diesem Kreis zeigen. Aus
der Figur ist erkennbar, daß der gegen Erde fließende Leck
strom I0f1, wie er durch die Verschlechterung des elektri
schen Isolators in der ersten Phasenleitung des verschlech
terten Schaltkreises fließt, einen Einfluß auf eine nicht
verschlechterte Phasenleitung hat, so daß es zu gegen Erde
fließenden Leckströmen I0f2, I0f3 kommt, die eine Phase nahe
an der zweiten Phase aufweisen. Jedoch ist die elektrische
Stromstärke der Leckströme I0f2 und I0f3 gegen Erde klein.
Nachfolgend wird die Funktion der Vorrichtung 6 zum Erkennen
einer Isolationsverschlechterung auf Grundlage der vorste
henden Untersuchungsergebnisse erläutert. Wenn sich die
Nullpunktspannung des geerdeten Potentialtransformators GPT
ändert und sich damit die Standardphase-Spannungen E1, E2
und E3 ändern, wie sie aus der Leitungsspannung E12 vom Bus
3 erhalten werden, besteht keine Gefahr, daß sich die sekun
däre Phasenspannung des geerdeten Potentialtransformators
GPT ändert, wie beim Stand der Technik, und die Genauigkeit
und Zuverlässigkeit der Erfassung werden verbessert.
Die tertiäre Nullphase-Spannung E0 des geerdeten Potential
transformators GPT wird nicht verwendet, wie dies aus dem
Stand der Technik bekannt ist, weswegen eine durch diese
Nullphase-Spannung E0 hervorgerufene Fehlbeurteilung vermie
den wird und es zu einer Erkennungsgenauigkeit kommt, die
eine größere Genauigkeit aufweist, als es der Schwankung der
Restspannung entspricht.
Wenn die in Fig. 1 dargestellte Phasenvergleichsschaltung 13
erkennt, daß die Phasendifferenz zwischen dem Leckstrom I0f1
gegen Erde und der Standardphase-Spannung E1 einer ver
schlechterten Phasenleitung in einem vorabvorgegebenen Be
reich R liegt, wie er in Fig. 8 dargestellt ist, wird ein
Signal, das dieses anzeigt, in die Verschlechterungsbeurtei
lungsschaltung 15 eingegeben. Wenn der Leckstrom I0f1 gegen
Erde den Schwellenwert Ior überschreitet, wie dies ebenfalls
in Fig. 8 veranschaulicht ist, wird ein entsprechendes Si
gnal ebenfalls in die Verschlechterungsbeurteilungsschaltung
15 von der Effektivwert-Berechnungsschaltung 14 aus eingege
ben, die dieses Signal auch an die Maximalwert-Vergleichs
schaltung 16 ausgibt.
Von der Effektivwert-Berechnungsschaltung 14 wird kein Ef
fektivwert für die Leckströme I0f2 und I0f3 für die anderen
Phasenleitungen, die phasenmäßig nahe bei der Sekundärphase
liegen, ausgegeben, da diese Effektivwerte kleiner als der
Schwellenwert Ior sind.
Demgemäß wird erkannt, daß die erste Phase die Phase mit
Verschlechterung ist und daß die Leitung, die diese Phase
führt, die Leitung mit Verschlechterung ist.
Der Bereich R als Vorgabewert für die Phasendifferenz zwi
schen dem Leckstrom I0f1 gegen Erde und der Standardphase-
Spannung E1 sollte zumindest auf die voreilende Seite einge
stellt sein, jedoch ist bei diesem Ausführungsbeispiel der
Bereich R zur voreilenden und nacheilenden Seite einge
stellt, um den Schaltungsaufbau zu vereinfachen.
Nachfolgend wird ein Verfahren erläutert, wie ein Erdschluß
einer Leitung des Busses 3 erkannt werden kann.
Wenn ein Erdschluß einer Leitung im Bus 3 auftritt, wirkt
der durch die statische Kapazität des Isolators hervorgeru
fene Ladestrom gegen Erde als Ungleichgewichtskomponente für
die Tertiärphase auf die Primärseite des Nullphase-Strom
transformators ZCT, und die Leckströme I0f1, I0f2 und I0f3
gegen Erde werden für jede Phasenleitung aufgrund der Pha
senbeziehungen erkannt, wie sie in den Fig. 9(a) bis 9(c)
dargestellt sind.
Sowohl die Phasen der Spannungen als auch die Phasen der
elektrischen Ströme dieser Leckströme I0f1, I0f2 und I0f3
gegen Erde ändern sich stark abhängig vom Ausmaß des Masse
schlusses, wie in Fig. 10 dargestellt, und es wird der Er
kennungswert Ior überschritten. Auch kann die Phasendiffe
renz zwischen der Phase mit Erdschluß und der davon ver
schiedenen Spannungsphase im Vorgabebereich R liegen, und
zwar abhängig vom Ausmaß des Leckstroms gegen Erde, wie
durch die Ungleichgewichtskomponente der Ladeströme gegen
Erde der Phasenleitungen hervorgerufen.
Wenn jedoch die Phasen der Leckströme I0f1, I0f2, I0f3 gegen
Erde für jede Leitung zur Übereinstimmung kommen, wie in
Fig. 10 dargestellt, wird dieser Fall als ein solcher beur
teilt, bei dem ein Fehler auf der Busseite aufgetreten ist.
Durch eine in Fig. 1 dargestellte Schaltung 8 für gleichzei
tigen Phasenvergleich für mehrere Leitungen wird durch einen
Block 18a, wie er für jede Phase vorliegt, berechnet, ob vom
UND-Gatter 15a für die zugehörige Phase ein Verschlechte
rungsbeurteilungssignal ausgegeben wird. Die Ausgangssignale
der drei Blöcke 18a für die jeweiligen Phasen werden auf ein
in Fig. 2 dargestelltes ODER-Gatter 18b gegeben, um auf der
Anzeigeeinrichtung 19 eine Busverschlechterung anzuzeigen,
wenn für mehr als zwei Schaltkreise eine Verschlechterung
für dieselbe Phase angezeigt wird.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Leitungsspan
nung vom Bus 3 über den mit dem Bus 3 verbundenen geerdeten
Potentialtransformator GPT geliefert, jedoch kann mit dem
Bus 3 auch ein Potentialtransformator verbunden sein, damit
die Leitungsspannung des Busses 3 von diesem Potentialtrans
formator ausgegeben wird.
Wie vorstehend erläutert, wird bei der Erfindung die Phase
des sekundären Nullphase-Stroms vom Nullphase-Stromtransfor
mator in einem Schaltkreis mit der Standardphase-Spannung
verglichen, die aus der Leitungsspannung auf dem Bus gewon
nen wurde. Dadurch kann durch Spannungsänderungen, die klei
ner sind als die Änderungen der tertiären Nullphase-Spannung
des geerdeten Potentialtransformators, wie sie bei dessen
Betrieb auftreten, die Verschlechterung einer elektrischen
Isolierung erkannt werden, und es kann der Einfluß der sich
ändernden Phasenspannung unberücksichtigt bleiben, und eine
Isolierungsverschlechterung kann mit hoher Empfindlichkeit
und Genauigkeit bereits in frühem Verschlechterungszustand
erkannt werden.
Claims (9)
1. Vorrichtung (6) zum Erkennen einer Leitungsverschlech
terung in einem Stromversorgungssystem mit einem mit einer
Spannungsversorgung (1) verbundenen Bus (1) und mit mehreren
mehreren mit dem Bus verbundenen Schaltkreisen, die jeweils
über einen Nullspannungstransformator (ZTC) und eine Last
(8, 9) verfügen, gekennzeichnet durch:
- - eine Phasenspannung-Umsetzschaltung (11) zum Berechnen einer Standardphase-Spannung (E; E1, E2, E3) aus der Lei tungsspannung des Busses;
- - eine Phasenvergleichsschaltung (13), um für jede Phase zu ermitteln, ob der Phasenunterschied zwischen der Standard phase-Spannung und dem sekundären Nullphase-Strom des Null phase-Stromtransformators innerhalb eines vorgegebenen Be reichs (R) liegt;
- - eine Effektivwert-Berechnungsschaltung (14) zum Berechnen des Effektivwerts des Nullphase-Stroms und zum Vergleichen desselben mit einem Schwellenwert; und
- - eine Verschlechterungsbeurteilungsschaltung (15), die die Beurteilungsergebnisse von der Phasenvergleichsschaltung und der Effektivwert-Berechnungsschaltung erhält, um dann eine Isolationsverschlechterung anzuzeigen, wenn der genannte Effektivwert den genannten Schwellenwert überschreitet und gleichzeitig für mindestens eine Phase die Phasenverschie bung zwischen dem genannten Strom und der genannten Spannung innerhalb des genannten vorgegebenen Bereichs liegt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine
Maximalwert-Vergleichsschaltung (16), die das Ausgangssignal
der für jeden Schaltkreis vorliegenden Verschlechterungs
beurteilungsschaltung (15) und das Ausgangssignal der für
jeden Schaltkreis vorliegenden Effektivwert-Berechnungs
schaltung (14) erhält, und die denjenigen Schaltkreis als
einen von einer Isolationsverschlechterung betroffenen
Schaltkreis bestimmt, für den der höchste Stromeffektivwert
unter den Schaltkreisen vorliegt, für die die jeweils zuge
hörige Verschlechterungsbeurteilungsschaltung eine Ver
schlechterung anzeigt.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß sie das Ergebnis der für jede Phase vor
genommenen Erkennung gesondert auf einer Anzeigeeinrichtung
(19) ausgibt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekenn
zeichnet durch eine Schaltung (18) zum gleichzeitigen Unter
suchen von Isolationsverschlechterungen in mehreren Schalt
kreisen für jeweils dieselbe Phase, um dann eine Isolations
verschlechterung des Busses (3) anzuzeigen, wenn in minde
stens zwei Schaltkreisen eine Leitungsverschlechterung für
dieselbe Phase angezeigt wird.
5. Vorrichtung (6) zum Erkennen einer Isolationsver
schlechterung mit Bussen (3), die mit einer Spannungsversor
gung (1) verbunden sind, wobei mehrere Versorgungsleitungen
jeweils mit den Bussen verbunden sind und Lasten (8, 9) auf
weisen und wobei jeweils Nullphase-Stromtransformatoren
(ZCT) mit den Bussen verbunden sind, gekennzeichnet durch:
- - eine Phasenspannung-Vergleichsschaltung (11) zum Berechnen einer Standardphase-Spannung (E; E1, E2, E3) aus der Lei tungsspannung der Busse;
- - Ermittlungseinrichtungen (13) zum Ermitteln, ob die Pha sendifferenz zwischen der Standardphase-Spannung und dem sekundären Nullphase-Strom des Nullphase-Stromtransformators innerhalb eines vorgegebenen Bereichs (R) liegt;
- - wobei der sekundäre Nullphase-Strom über einem Schwellen wert liegt; und
- - eine Beurteilungseinrichtung (15) zum Erkennen auf eine Verschlechterung der mit dem Nullphase-Stromtransformator verbundenen Last, wenn ein Ermittlungssignal von einer der Ermittlungseinrichtungen erhalten wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch meh
rere Potentialtransformatoren, die jeweils mit den Bussen
verbunden sind, wobei sekundäre Leitungsspannungen derselben
den Bussen zugeführt werden.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine
Maximalwert-Vergleichseinrichtung (16) zum Auswählen des
Maximalwerts von Nullphase-Strömen der Versorgungsleitungen,
wie von einer der Ermittlungseinrichtungen für jede Phase
geliefert, wobei die Maximalwert-Vergleichseinrichtung auf
eine Isolationsverschlechterung derjenigen Last erkennt, die
zur Versorgungsleitung des Nullphase-Stroms gehört, die
durch die Maximalwert-Vergleichseinrichtung ausgewählt wur
de.
8. Vorrichtung (6) zum Erkennen einer Isolationsver
schlechterung mit Bussen (3), die mit einer Spannungsversor
gung (1) verbunden sind, wobei mehrere Versorgungsleitungen
jeweils mit den Bussen verbunden sind und Lasten (8, 9) auf
weisen und wobei jeweils Nullphase-Stromtransformatoren
(ZCT) mit den Bussen verbunden sind, gekennzeichnet durch:
- - eine Phasenspannung-Vergleichsschaltung (11) zum Berechnen einer Standardphase-Spannung (E; E1, E2, E3) aus der Lei tungsspannung der Busse;
- - Ermittlungseinrichtungen (13) zum Ermitteln, ob die Pha sendifferenz zwischen der Standardphase-Spannung und dem sekundären Nullphase-Strom des Nullphase-Stromtransformators innerhalb eines vorgegebenen Bereichs (R) liegt;
- - wobei der sekundäre Nullphase-Strom über einem Schwellen wert liegt; und
- - eine Beurteilungseinrichtung (15) zum Beurteilen, daß eine Verschlechterung bei derjenigen Last aufgetreten ist, die zu derjenigen Phase gehört, für die ein Ermittlungssignal aus gegeben wurde, um von diesen Ermittlungseinrichtungen eine Isolationsverschlechterung anzuzeigen.
9. Vorrichtung (6) zum Erkennen einer Isolationsver
schlechterung mit Bussen (3), die mit einer Spannungsversor
gung (1) verbunden sind, wobei mehrere Versorgungsleitungen
jeweils mit den Bussen verbunden sind und Lasten (8, 9) auf
weisen und wobei jeweils Nullphase-Stromtransformatoren
(ZCT) mit den Bussen verbunden sind, gekennzeichnet durch:
- - eine Phasenspannung-Vergleichsschaltung (11) zum Berechnen einer Standardphase-Spannung (E; E1, E2, E3) aus der Lei tungsspannung der Busse;
- - Ermittlungseinrichtungen (13) zum Ermitteln, ob die Pha sendifferenz zwischen der Standardphase-Spannung und dem sekundären Nullphase-Strom des Nullphase-Stromtransformators innerhalb eines vorgegebenen Bereichs (R) liegt;
- - wobei der sekundäre Nullphase-Strom über einem Schwellen wert liegt; und
- - eine Vergleichseinrichtung (18) zum Vergleichen, ob die Phasen der Ermittlungssignale, wie sie zumindest von den zwei Ermittlungseinrichtungen in jeder Phase einer Versor gungsleitung geliefert werden, gleich sind; und
- - eine Beurteilungseinrichtung (15) zum Beurteilen des Bus ses als Position, in dem ein Überschlag auftrat, wenn das Ermittlungssignal von der Vergleichseinrichtung geliefert wird.
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