DE970285C - Einrichtung zur Messung und UEberwachung des Isolationszustandes von nicht geerdetenGleichstromanlagen - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 4. SEPTEMBER 1958

B 16323 VIIIc/2ie

Für die Überwachung von nicht geerdeten Gleichstromnetzen sind Erdschlußmelderelais bekannt, die über einen Spannungsteiler an der zu überwachenden Gleichspannung liegen. Ein Meldeschütz ist im Mittelabgriff mit diesem Spannungsteiler verbunden und andererseits an Erde gelegt. Diese Anordnung hat jedoch den wesentlichen Nachteil, daß im Falle eines doppelten Erdschlusses die am Schütz auftretende Spannung um so kleiner wird, je mehr die Ableitungswiderstände der beiden Leitungen einander gleich werden, so daß schon bei derselben Größenordnung dieser Widerstandswerte keine Meldung mehr erfolgt und der gestörte Zustand der Anlage unbeachtet bleibt. Selbst eine Messung mit einem umschaltbaren Spannungsmesser zwischen Erde und den beiden Polen läßt den doppelten Erdschluß nicht klar erkennen.

Ein weiterer Nachteil ist der verhältnismäßig ungünstige Eigenverbrauch der beschriebenen Anordnung, da der am Netz liegende Spannungsteiler einen nicht zu vernachlässigenden dauernden Leistungsverlust bedingt.

Beim Auftreten eines Erdschlusses ist ferner die Polarität des erschlüssigen Leiters, sofern kein doppelter Erdschluß die Anzeige verhindert, mittels eines umschaltbaren und einerseits an Erde gelegten Spannungsmessers festgestellt worden. Die Messung des Isolationswertes ist jedoch nur mittels weiterer besonderer Meßeinrichtungen durchführbar.

Es ist auch eine zweipolige Erdschlußprüf einrichtung bekanntgeworden, bei der durch den Anker eines Magnetmotors eine Schalttrommel in Drehung versetzt wird, die ununterbrochen abwechselnd beide Pole einer Gleichstromanlage an Erde legt, durch

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einen Isolationsmesser kontrolliert und durch eine optische oder akustische Signalvorrichtung einen vorhandenen Erdschluß anzeigt. Diese bekannte Anordnung ist nicht in der Lage, den resultierenden Erdschlußwiderstand, d. h. den Isolationspegel, zu ermitteln. Durch sie wird nur die polare Lage des jeweiligen Erdschlusses festgestellt. Die dabei benutzten Mittel sind aber sehr aufwendig und bedürfen mit Rücksicht auf den verwendeten Motor

ίο mit Schalteinrichtung einer unliebsamen Wartung. Eine weitere bekannte Erdschlußschutzeinrichtung für betriebsmäßig nicht geerdete Gleichstrommaschinen und Netze macht von einer Wechselstromhilfsspannung Gebrauch, die über einen Transformator dem Gleichstromsystem derart aufgedrückt wird, daß kein Wechselstrompotential zwischen den Gleichstromleitern auftritt. Die Wechselstromhilfsspannung dient dazu, die Spannungsspule eines wattmetrischen Erdschlußrelais

ao zu beaufschlagen, dessen Stromspulen im Erdschlußfalle mittels vom Transformator nach der Erdschlußstelle fließender, künstlich aufgedrückter kapazitiver Ströme erregt werden. Das Relais bewirkt die Signalisierung oder die Abschaltung des Erdschlusses. Eine Ermittlung des Isolationspegels wie der polaren Lage und Größe des jeweiligen Erdschlusses ist hierbei nicht vorgesehen.

Es sind ferner auch noch andere Einrichtungen zur Überwachung des Isolationszustandes von nicht geerdeten Gleichstromanlagen bekanntgeworden, bei denen die Anzeige des Erdschlusses durch ein Meßgerät erfolgt. Bei einer dieser bekannten Einrichtungen wird eine Kontrollwechselspannungsquelle verwendet, deren Stromabgabe als Maß für die Ableitungen des Netzes gegen Erde dient und über eine Gleichrichteranordnung einem Gleichstrommeßinstrument zugeführt wird. Alle diese Überwachungseinrichtungen entsprechen jedoch nicht ausreichend den Forderungen nach rechtzeitiger Signalisierung und dauernder Kontrolle des Isolationszustandes der Gleichstromanlagen gegen Erde und nach einfacher Meßmöglichkeit der polaren Lage und Größe des Erdschlusses. Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Messung und Überwachung des Isolationszustandes von nicht geerdeten Gleichstromanlagen, die einen zwischen einem durch einen Netzspannungsteiler erzeugten Nullpotentialpunkt des Netzes und Erde vorgesehenen Hilfswechselstromzweig besitzt, dessen Wechselstrom über einen Gleichrichter eine- Anzeige- und/oder relaisgesteuerte Meldeeinrichtung beaufschlagt. Wesentlich und kennzeichnend für diese Einrichtung ist, daß zur Anzeige der polaren Lage des Erdschlusses eine Meßbrückenschaltung vorgesehen ist, deren zwei benachbarte Brückenzweige durch einen regelbar ausgebildeten Spannungsteiler und deren Nullzweig durch einen zwischen Erde und Spannungsteilerabgriff liegenden, mit einer Schalttaste in Reihe geschalteten Strommesser gebildet sind. Die solchermaßen näher gekennzeichnete Meß- und Überwachungseinrichtung nach der Erfindung erlaubt die Größenbestimmung der bei einem Erdschluß auftretenden Erdschlußwiderstände durch eine Messung ihres Verhältnisses und durch eine Messung des aus beiden sich ergebenden Gesamterdschlußwiderstandes. Der ersteren Messung dient die Nulleinstellung des Strommessers mittels Abgleich des Spannungsteilers, der zweiten die Ablesung der gleichrichtergespeisten Anzeigeeinrichtung. Dabei erlaubt die erfindungsgemäße Einrichtung die dauernde Überwachung und jederzeitige Bestimmung des Isolationspegels des gesamten Netzes gegen Erde, ohne daß der Gleichstromanlage eine störende Wechselspannung überlagert wird. In Verbindung mit der erwähnten empfindlichen Nullabgleichmethode wird die Isolationspegelmessung gleichzeitig der Bestimmung der Einzelerdschlußwiderstände dienstbar gemacht, und zwarohne daß das Gleichstromnetz praktisch belastet würde, da der Spannungsteiler sehr hochohmig ausgeführt werden kann. Es ist durch die Erfindung gelungen, einen Isolationspegelmesser mit geringstem Geräteaufwand und betriebssicher für die Zwecke der Feststellung der polaren Lage des Erdschlusses nutzbar zu machen.

Es ist zwar eine Einrichtung zur Anzeige der polaren Lage des Erdschlusses in nicht geerdeten Gleichstromanlagen unter Verwendung eines polarisierten Schaltungselementes zwischen Erde und dem Mittelabgriff eines regelbar ausgebildeten Spannungsteilers bekanntgeworden, jedoch macht diese Einrichtung nicht von einem Hilfswechselstromzweig Gebrauch. Bei dieser Einrichtung ist somit ein grundsätzlich anderer Lösungsweg für 95-die der Anmeldung zugrunde liegende Aufgabenstellung beschriften worden.

Die Zeichnung veranschaulicht den Gegenstand der Erfindung an einem Ausführungsbeispiel.

Fig. ι zeigt die Schaltanordnung einer Erdschlußprüf- und Überwachungseinrichtung;

Fig. 2 stellt die Vorderansicht des Anzeigegerätes dar, das alle durch die strichpunktierte Linie umgrenzten Schalt- und Meßeinrichtungen gemäß Fig. 1 enthält.

An die nicht geerdeten Leiter P₁ N einer Gleichstromanlage ist über die Eingangsklemmen 1 eine Meßanordnung angeschlossen, die im wesentlichen aus· folgenden Teilen- besteht:

Zwischen· den beiden Klemmen 1 liegt ein Ab- n° gleichwiderstand 2, der mittels eines Drehknopfes'3 an der Frontplatte des Gerätes nach Abb. 2 eingestellt werden kann. Der Schleifkontakt dieses Abgleichwiderstandesist mit einem Strommesser 4 verbunden, der als Nullinstrument ausgebildet ist "5 und einen Ausschlag nach zwei Seiten ermöglicht. Über einen Widerstand 5 und eine Einschalttaste 6 ist das Instrument mit der Erdklemme 7 verbindbar.

Hinter dem Abgleichwiderstand 2 ist in jeder Anschlußleitung ein Kondensator 8 bzw. 9 angeordnet, die beide gleich groß sind. Am Gerät sind ferner Anschlußklemmen 10 für verschiedene Wechsel spannungen von beispielsweise 110, 125 und-22O V vorgesehen, die mit entsprechenden Anzapfungen der Primärspule 11 eines Transforma-

tors wahlweise in Verbindung gebracht werden können. In der einen Anschlußleitung liegt eine Löschtaste 12. Eine Sekundärspule 13 des Transformators speist ein Schütz 14, das einen Haltekontakt 15, einen Kontakt 16 zum Einschalten einer akustischen Signalvorrichtung über die Klemmen 17 sowie einen Kontakt 18 zum Einschalten einer Meldelampe 19 sowie weiterer an die Klemmen 20 anschließbarer Signalvorrichtungen steuert. Eine weitere Wicklung 21 des Transformators ist mit den Kondensatoren 8 und 9 verbünden und speist andererseits über eine Gleichrichterschaltung 22 ein Feinschütz 23 und einen in Kiloohm geeichten Strommesser 24. Über einen Anpassungswiderstand 25 ist die Gleichrichteranordnung mit der Erdklemme 7 verbunden. Die Relaisspule 23 betätigt einen Schalter 26 zum Einschalten des Schützes 14. Der Spule des Relais 23 sind Widerstände 27, 28, 29 parallel geschaltet, mit denen weitere Widerstände 30 und 31 in Reihe liegen. Diese Widerstände können durch Schalter 32 und 33 so umgeschaltet werden, daß sich verschiedene Ansprechwerte für das Feinschütz 23 ergeben.

Tritt in der Gleichstromleitung eine Widerstandsveränderung gegenüber Erde auf, etwa durch Tsolationsfehler, Erdschlüsse od. dgl., so fließt von der Wicklung 21 aus ein Ausgleichsstrom über die Gleichrichteranordnung 22, der bei genügender Stärke das Feinrelais 23 zum Ansprechen bringt und im Widerstandsmesser 24 einen Ausschlag hervorruft. In der gezeichneten Stellung der Schalter 32 und 33 liegt lediglich der Widerstand 27 zur Spule 23 parallel, und zwar ist dieser Widerstand so bemessen, daß die Spule unterhalb eines Isolationswertes von 30 kQ anspricht. Das Feinrelais 23 schließt den Schalter 26 und bringt damit das Schütz 14 zum Ansprechen, das seine Kontakte 16 und 18 schließt. Damit kann einerseits über den Anschluß 17 ein akustisches Signal ausgelöst werden, und andererseits wird die von der Spule 13 gespeiste Lampe zum Aufleuchten gebracht. Ebenso werden durch den Schalter 18 weitere an den Klemmen 20 liegende Leuchtsignalvorrichtungen an entfernten Stellen eingeschaltet.

Um das Gerät für andere Gebrauchsspannungen der Gleichstromleitung verwendbar zu machen, läßt es sich mit Hilfe der Schalter 32 und 33 auf Ansprechwerte von 15 bzw. S kΩ umschalten, wobei dann die Widerstände 28 und 30 durch den Schalter τ,² bzw. die Widerstände 29 und 31 durch den Schalter 33 in den Meßkreis eingeschaltet werden. Ist der Erdschluß beseitigt, so wird das Gerät durch Betätigen der Löschtaste 12 wieder in den Bereitschaftszustand gebracht. Als Widerstandsmesser ist zweckmäßig mit Rücksicht auf schwankende Wechselspannung ein Kreuzspulinstrument zu verwenden. Das Instrument zeigt den gesamten Widerstand zwischen Gleichstromanlage und Erde.

Der Meßwert stellt also die Größe der beiden im Meldestromkreis parallel liegenden Erdschlußwiderstände zwischen der positiven Leitung P und der negativen Leitung N und Erde dar. Durch die Ablesung am Widerstandsmesser ist eine dauernde Kontrolle des Isolationspegels der Gleichstromanlage gegenüber Erde möglich.

Bei Auftreten eines Erdschlusses können mit Hilfe des Abgleichwiderstandes 2 der Erdschlußwiderstände der beiden Leitungen P und N und des in Brücke dazu geschalteten Amperemeters 4 die polare Lage und die Größe des Erdschlußwiderstandes festgestellt werden. Durch Drücken der Meßtaste 6 erscheint am Amperemeter 4 ein Ausschlag, der durch Drehen des Knopfes 3 am Abgleichwiderstand 2 zum Verschwinden gebracht wird. Die gegenüber dem Knopf 3 angebrächte Skala zeigt dann das Verhältnis der beiden Ableitungswiderstände zwischen den Gleichstromieitungen und der Erde an. Auf einer Tabelle 34 sind für die positive und negative Leitung die Skalenwerte der Widerstandsskala 3 angegeben, aus der sich mit Hilfe einer Kurve, die auf Grund der Widerstandskombination der Brücke festgestellt ist, an Hand der entsprechenden Koordinaten die Widerstandswerte zu den einzelnen Ableitungen ablesen lassen, wobei die Koordinatenwerte mit dem vom Widerstandsmesser 24 angezeigten Widerstandswert zu multiplizieren sind.

Die beschriebene Einrichtung hat also den Vorteil, daß jederzeit ein Erdschluß unabhängig von seiner Art, Größe und Polarität mit Hilfe der Relaiseinrichtung 23 und 14 und des Widerstandsmessers 24 angezeigt wird. Die Meldung kann so frühzeitig erfolgen, daß bei schleichenden Erdschlüssen ein Ansprechen von in der Gleichstromanlage eingebauten Steuerorganen bis hinunter zu etwa 0,5 Watt Eigenverbrauch verhindert werden kann. Die Gleichstromanlage selbst bleibt praktisch unbelastet, da der Abgleichwiderstand 2 sehr hochohmisch ist. Durch den Einbau des Widerstandsmessers 24 ist jederzeit der Isolationspegel des Gleichstromnetzes gegen Erde zu beobachten. Die Bestimmung des erdschlüssigen Pols sowie die Anzeige seines Erdschlußwiderstandes bzw. bei doppeltem Erdschluß die Verteilung der einzelnen Widerstandsgrößen wird durch das Milliamperemeter 4 und durch die in Verbindung damit zu benutzende Skala 34 einwandfrei ermöglicht.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Einrichtung zur Messung und Überwachung des Isolationszustandes von nicht geerdeten Gleichstromanlagen, die einen zwischen einem durch einen Netzspannungsteiler erzeugten Nullpotentialpunkt des Netzes und Erde vorgesehenen Hilfswechselstromzweig besitzt, dessen Wechselstrom über einen Gleichrichter eine Anzeige- und/oder relaisgesteuerte Meldeeinrichtung beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anzeige der polaren Lage des Erdschlusses eine Meßbrückenschaltung vorgesehen ist, deren zwei benachbarte Brückenzweige durch einen regelbar ausgebildeten Spannungsteiler (2) und deren Nullzweig durch einen

   zwischen Erde und Spannungsteilerabgriff liegenden, mit einer Schalttaste (6) in Reihe geschalteten Strommesser (4) gebildet sind.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem die Meideeinrichtung steuernden Relais Widerstandskombinationen (27 bis 31) zur Anpassung an verschiedene Meßbereiche parallel geschaltet sind.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfswechselstromzweig über je einen Kondensator (8 bzw. 9) mit dem Gleichstromnetz (PN) und über einen Transformator (11, 21) mit der Wechselstromquelle (10) verbunden ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais (23) einen Kontakt (26) steuert, der in Reihe mit der von einer Sekundärwicklung des Transformators (11) gespeisten Erregerwicklung eines Signal- und Meldekreise überwachenden Schaltrelais (14) liegt.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frontplatte des Überwachungsgerätes neben den beiden Instrumenten (4, 24) und den Tastern (6, 12, 32, 33) einen mit dem Schleifkontakt des Spannungsteilers (2) verbundenen Einstellknopf (3) und eine zur Feststellung des Erdschlußableitungswiderstandes nach Größe und Polarität dienende Kurventabelle aufweist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 429871, 742359,

   428809, 734516;

   Schleicher: »Die moderne Selektivschutz-

   technik«, Springer-Verlag, 1936, S. 313.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   O 809 605/56 8.H