Anwaltsakte 2733/1054 PCTAttorney's file 2733/1054 PCT
VERFAHREN ZUM BESTIMMEN DES OHMSCHEN ISOLATIONSWIDERSTANDESMETHOD FOR DETERMINING THE OHM'S INSULATION RESISTANCE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des ohmschen Isolationswiderstandes eines geerdeten, ein- oder mehrphasigen, betriebsbereiten, ohne oder mit Gleichstromüberlagerung durch angeschlossene Verbraucher, wie Umrichter, arbeitenden Wechselstromnetzes gegen Erde mit einer Signaleinspeisung in das Wechselstromnetz und einer Signalauswertung von hierdurch entstehenden Netzsignalen.The invention relates to a method for determining the ohmic insulation resistance of a grounded, single-phase or multi-phase, ready-to-operate, with or without DC superimposition by connected consumers, such as converters, working AC network against earth with a signal feed into the AC network and a signal evaluation of the resulting network signals.
Bei einem bekannten Verfahren gemäß der US-PS 4 638 242 erfolgt eine ungeregelte Netzeinspeisung von sinusförmigen Meßsignalen (vorzugsweise zwei). Der ohmsche Isolationswiderstand wird unter Ausnutzung der Phasenbeziehung zwischen Meßsignalspannung und Meßsignalstrom bestimmt und durch phasenrichtige Gleichrichtung aus dem Meßsignalstrom ermittelt. Hierbei handelt es sich um eine sehr komplexe Methode, die zu großen Fehlern führen kann. Zum einen kann beim Einsatz von realen Übertragern in der Praxis der Einfluss von Parametern wie Wicklungswiderständen, Eisenverlusten, Wirbelstromverlusten, Streuinduktivitäten, Wicklungskapazitäten usw. nicht vernachlässigt werden. Je nach Ableitung gegen Erde verändern sich sowohl die Amplitude als auch die Phase der eingespeisten Meßsig-
nalspannung gegen Erde, und dies unterschiedlich für verschiedene Signalfrequenzen. Bei schwankenden und zusätzlich recht großen Netzableitkapazitäten im Netz ist die Bestimmung von geringen ohmschen Ableitungen bei diesem Verfahren nur mit großen Fehlem möglich, da die tatsächlich im Netz vorhandene Meßsignalspannung von der eingespeisten Signalspannung deutlich abweichen kann.In a known method according to US Pat. No. 4,638,242 there is an unregulated supply of sinusoidal measurement signals (preferably two). The ohmic insulation resistance is determined using the phase relationship between the measurement signal voltage and the measurement signal current and is determined from the measurement signal current by in-phase rectification. This is a very complex method that can lead to large errors. On the one hand, when using real transformers in practice, the influence of parameters such as winding resistances, iron losses, eddy current losses, leakage inductances, winding capacities, etc. cannot be neglected. Depending on the derivation from earth, both the amplitude and the phase of the input measuring signals change. voltage to earth, and this differently for different signal frequencies. In the case of fluctuating and, in addition, quite large network leakage capacitances in the network, the determination of low ohmic derivatives is only possible with large errors with this method, since the measurement signal voltage actually present in the network can differ significantly from the signal voltage fed in.
In geerdeten Versorgungs- oder Steuernetzen werden die verschiedenen Bereiche der elektrischen Sicherheit überwiegend durch den Einsatz differenzstrominessender Einrichtungen abgedeckt. Unterschieden wird hierbei zwischen abschaltenden Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCD) und nicht abschaltenden Differenzstromüberwachungsgeräten (RCM). Als funktional abzudeckende Bereiche können der Personenschutz, der Anlagenschutz, der Brandschutz, die Sicherstellung der Stromversorgung und die vorbeugende Instandhaltung genannt werden. Mit dem Einsatz differenzstrominessender Einrichtungen für die oben beschriebenen Aufgaben sind die folgenden Problemfälle technisch nicht oder unzureichend gelöst:In grounded supply or control networks, the various areas of electrical safety are mainly covered by the use of residual current devices. A distinction is made between disconnecting residual current protective devices (RCD) and non-disconnecting residual current monitoring devices (RCM). Personal protection, system protection, fire protection, securing the power supply and preventive maintenance can be mentioned as functional areas to be covered. The following problem cases are not technically or inadequately solved with the use of residual current-producing devices for the tasks described above:
1. In Drehstromnetzen können bestimmte Kombinationen von ohmschen und kapazitiven Ableitungen (z.B. auch symmetrische ohmsche Ableitungen) dazu führen, daß der von der differenzstrommessenden Einrichtung erfaßbare Differenzstrom nahezu Null wird, obwohl ein unzulässig hoher Fehlerstrom über die ohmsche Ableitung fließt. Je nach Fehlerfall liegt hier ein Problem im Personenschutz, Brandschutz oder im Anlagenschutz vor.1. In three-phase networks, certain combinations of ohmic and capacitive derivatives (e.g. also symmetrical ohmic derivatives) can lead to the residual current that can be detected by the residual current measuring device becoming almost zero, although an impermissibly high fault current flows through the ohmic derivative. Depending on the fault, there may be a problem with personal protection, fire protection or system protection.
2. Der im „Gut-Zustand" des zu überwachenden Netzes vorhandene kapazitive Ableitstrom liegt bereits über dem zulässigen Grenzwert für den Fehlerstrom (ohmsche Ableitung). Als Lösung wird an der differenzstrommessenden Einrichtung als
Grenzwert ein Wert eingestellt, der der arithmetischen Summe aus vorhandenem Ableitstrom und Fehlerstromgrenzwert entspricht. Da sich kapazitive Ableitungen und ohmsche Ableitungen jedoch nicht arithmetisch, sondern geometrisch addieren, ist der daraus entstehende Fehler teilweise sehr groß. Diese Lösung ist unzureichend und nur akzeptabel, solange keine bessere Lösung existiert.2. The capacitive leakage current which is present in the "good state" of the network to be monitored is already above the permissible limit value for the residual current (ohmic leakage). As a solution, the residual current measuring device uses Limit a value is set which corresponds to the arithmetic sum of the existing leakage current and residual current limit. Since capacitive and ohmic derivatives do not add up arithmetically, but geometrically, the resulting error is sometimes very large. This solution is inadequate and only acceptable as long as there is no better solution.
3. Immer häufiger kommen in den Versorgungsnetzen Verbraucher zum Einsatz, die hinter Gleichrichter- und/oder Wechselrichter-Schaltungen liegen. Beispiele hierfür sind Schaltnetzteile und Frequenzumrichter. Hinter dem Gleichrichter entstehende Ableitungen gegen Erde werden durch die differenzstrommessenden Einrichtungen, zwar fallabhängig, jedoch überwiegend mit sehr großen Fehlern erfaßt.3. Consumers behind the rectifier and / or inverter circuits are increasingly being used in the supply networks. Examples of this are switching power supplies and frequency converters. Leakage leads to earth behind the rectifier are detected by the residual current measuring devices, depending on the case, but mostly with very large errors.
Die bisherige Praxis mit differenzstrommessenden Einrichtungen besteht darin, einen von der Netzspannung getriebenen Ableit- oder Fehlerstrom zu erfassen und bei Überschreiten eines Grenzwertes eine definierte Aktion (Abschaltung, Meldung) auszulösen. In der EP 0 990 292 B1 wird ein Verfahren zur selektiven Erfassung von Ableit- und Fehlerströmen beschrieben. In günstigen Netzkonstellationen ist hiermit eine Teillösung des unter 2 beschriebenen Problems möglich. Die unter 1 und 3 beschriebenen Probleme werden hierdurch jedoch nicht gelöst.The previous practice with residual current measuring devices has been to detect a leakage or fault current driven by the mains voltage and to trigger a defined action (switch-off, message) if a limit value is exceeded. EP 0 990 292 B1 describes a method for the selective detection of leakage and fault currents. In favorable network constellations, a partial solution to the problem described under 2 is possible. However, this does not solve the problems described under 1 and 3.
Daher wird nach einer mit einer Signaleinspeisung arbeitenden besseren Methode gesucht, den ohmschen Isolationswiderstand gegen Erde zu bestimmen. Daraus können beispielsweise über die Netzspannungsamplitude andere Kenngrößen abgeleitet werden, wie z.B. der maximal zu erwartende Fehlerstrom oder die maximal zu erwartende Wirkleistung.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein mit einer Signaleinspeisung arbeitendes Verfahren der im Oberbegriff genannten Art so auszubilden, daß der ohmsche Isolationswiderstand sicher und genau ermittelt werden kann.For this reason, a better method to determine the ohmic insulation resistance to earth is being sought, using a signal feed. From this, for example, other parameters can be derived from the mains voltage amplitude, such as the maximum expected fault current or the maximum expected active power. The present invention is therefore based on the object of designing a method of the type mentioned in the preamble which works with a signal feed so that the ohmic insulation resistance can be determined reliably and precisely.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich ein Verfahren der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen dieses Anspruchs aufgeführten Merkmale aus, nämlich dadurch,To achieve the object, a method of the type mentioned in the preamble of claim 1 is distinguished according to the invention by the features listed in the characterizing part of this claim, namely by:
daß an einer beliebigen Einspeisestelle deςs Wechselstromnetzes in alle Netzleiter desselben ein an der Einspeisestelle zumindest weitgehend auf Rechteckform geregeltes Gleichtakt-Spannungssignal gegen Erde eingespeist wird,that at any feed point de ς s AC network into all phase conductors of the same at least largely regulated at the feed point to the rectangular shape common-mode voltage signal is fed to earth,
daß an einer beliebigen Meßstelle hinter der Einspeisestelle der Differenzstrom aller Netzleiter erfaßt wird,that the residual current of all network conductors is recorded at any measuring point behind the infeed point,
daß aus dem erfaßten Differenzstrom direkt oder indirekt der durch das eingespeiste Gleichtakt-Spannungssignal erzeugte Differenzstrom-Meßsignalanteil durch Filterung bestimmt wird,that the residual current measurement signal component generated by the common-mode voltage signal fed in is determined directly or indirectly from the detected differential current by filtering,
daß an der Meßstelle das dort an den Netzleitern anstehende Gleichtakt-Spannungssignal gegen Erde erfaßt wird,that the common-mode voltage signal to earth present at the network conductors is detected at the measuring point,
daß aus dem so erfaßten Gleichtakt-Spannungssignal der auf dem eingespeisten Gleichtakt-Spannungssignal beruhende Gleichtakt-Spannungssignalanteil durch Filterung bestimmt wird und
daß dann, wenn der Differenzstrom-Meßsignalanteil nach Erreichen des Einschwingzustandes vom Umladevorgang der Ableitkapazitäten zwischen den Netzleitern und Erde auf das eingespeiste Gleichtakt-Spannungssignal im wesentlichen unverändert bleibt, der ohmsche Anteil des Isolationswiderstandes zwischen den Netzleitern und Erde durch Quotientenbildung zwischen dem momentanen Gleichtakt- Spannungssignalanteil an der Meßstelle und dem momentanen Differenzstrom- Meßsignalanteil an der Meßstelle bestimmt wird.that the common-mode voltage signal component based on the common-mode voltage signal fed in is determined by filtering from the common-mode voltage signal thus detected, and that if the residual current measurement signal component remains essentially unchanged after the transient state of the discharge capacitance between the network conductors and earth has been transposed to the injected common mode voltage signal, the ohmic component of the insulation resistance between the network conductors and earth by forming the quotient between the instantaneous common mode voltage signal component is determined at the measuring point and the instantaneous residual current measuring signal component at the measuring point.
Ein solches Verfahren ermöglicht ein sehr zuverlässiges und genaues Bestimmen des ohmschen Isolationswiderstandes, weil der erfaßte Differenzstrom- Meßsignalanteil im eingeschwungenen Zustand nur hiervon abhängt, und zwar wegen der dann vorhandenen Konstanz des Gleichtakt-Spannungssignalanteils. Dieses Verfahren arbeitet aufgrund der Differenzstrommessung richtungsselektiv und erfaßt nur Isolationsfehler hinter der Meßstelle. Dadurch ist eine gezielte Überwachung bestimmter Netzabschnitte möglich. Das Verfahren arbeitet auch dann einwandfrei, wenn eine Gleichstromüberlagerung durch angeschlossene Verbraucher, wie Frequenzumrichter, erfolgt.Such a method enables a very reliable and precise determination of the ohmic insulation resistance, because the detected residual current measurement signal component in the steady state depends only on this, namely because of the then existing constant of the common mode voltage signal component. Based on the differential current measurement, this method works in a directionally selective manner and only detects insulation faults behind the measuring point. This enables targeted monitoring of certain network sections. The process also works perfectly if there is a direct current superimposition by connected consumers, such as frequency converters.
Das Verfahren ist grundsätzlich nicht nur auf geerdete Wechselstromnetze beschränkt, sondern kann auch in geerdeten DC-Netzen oder in geerdeten DC-Netzen mit AC-Anteil eingesetzt werden.The method is fundamentally not only limited to earthed AC networks, but can also be used in earthed DC networks or in earthed DC networks with an AC component.
Die Weiterbildung von Anspruch 2 ist bevorzugt, weil eine transformatorische Einspeisung besonders einfach ist. Grundsätzlich könnten jedoch auch andere Lösungen eingesetzt werden.
Gemäß den Ansprüchen 3 und 4 ist eine vielseitige Einspeisung des Gleichtakt- Spannungssignals an verschiedenen Stellen des Wechselstromnetzes möglich.The development of claim 2 is preferred because a transformer feed is particularly simple. In principle, however, other solutions could also be used. According to claims 3 and 4, a versatile supply of the common mode voltage signal is possible at various points in the AC network.
Die weiteren Ausgestaltungen der Ansprüche 5 bis 7 ermöglichen eine wirksame Störunterdrückung durch Signalmittelung in einem geeigneten Zeitfenster. Dadurch können Meßfehler vermieden werden.The further refinements of claims 5 to 7 enable effective interference suppression by signal averaging in a suitable time window. As a result, measurement errors can be avoided.
Nach Anspruch 8 können digitale Filtertechniken eingesetzt werden, die genau und störunanfällig arbeiten.According to claim 8, digital filtering techniques can be used that work accurately and are not susceptible to interference.
Gemäß den Ansprüchen 9 und 10 ist es in einfacher Weise möglich, ferner die durch den Isolationsfehler begründete Wirkleistung und den maximalen Fehlerstrom zu bestimmen.According to claims 9 and 10, it is easily possible to further determine the effective power based on the insulation fault and the maximum fault current.
In weiterer Ausgestaltung der Ansprüche 11 und 12 können auch komplizierte und verzweigte Wechselstromnetze bezüglich ihrer verschiedenen Bereiche gezielt überwacht werden. Theoretisch wäre es auch möglich, mehrere Einspeisestellen mit verschiedenen Gleichtakt-Spannungssignalen einzusetzen, beispielsweise in verschiedenen Netzzweigen. Dann aber müßte an den Meßstellen zwischen den verschiedenen Gleichtakt-Spannungssignalen unterschieden werden.In a further embodiment of claims 11 and 12, complex and branched AC networks can also be monitored in a targeted manner with regard to their different areas. Theoretically, it would also be possible to use several supply points with different common-mode voltage signals, for example in different network branches. Then, however, a distinction would have to be made between the various common-mode voltage signals at the measuring points.
Nach den Ansprüchen 13 und 14 können zum Erfassen der Gleichtakt-Spannungssignale an den Einspeise- und Meßstellen einfache Widerstandssternpunkte benutzt werden. Alternativ kann es gemäß Anspruch 15 bei Ausfall einer Netzphase oder bei
einphasigen Netzen vorteilhaft sein, die Gleichtaktspannung zwischen dem N-Leiter und Erde zu verwenden.According to claims 13 and 14, simple resistance star points can be used to detect the common mode voltage signals at the feed-in and measuring points. Alternatively, it can be used in the event of a network phase failure or in single-phase networks may be advantageous to use the common mode voltage between the N conductor and ground.
Während die Maßnahme von Anspruch 16 erforderlich ist, um eine einwandfreie Signalfilterung und -auswertung zu gewährleisten, haben sich die Merkmale von Anspruch 17 als besonders zweckmäßig erwiesen, um Offsetströme und Offsetspan- nungen zu unterdrücken.While the measure of claim 16 is necessary to ensure proper signal filtering and evaluation, the features of claim 17 have proven to be particularly useful for suppressing offset currents and offset voltages.
Die Weiterbildungen der Ansprüche 18 und 19 haben sich im praktischen Betrieb bewährt.The developments of claims 18 and 19 have proven themselves in practical operation.
Die Erfindung wird nachfolgend an zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments illustrated in the drawings. Show it:
Fig. 1 in einem vereinfachten Blockschaltbild eine zum Durchführen des Verfahrens dienende Isolationsüberwachungseinrichtung mit alternativen Einspeisungsmöglichkeiten direkt in alle Netzleiter oder indirekt über die Sternpunkterdung des zu überwachenden Wechselstromnetzes,1 shows, in a simplified block diagram, an insulation monitoring device which is used to carry out the method and which has alternative supply options, directly into all network conductors or indirectly via the star earthing of the AC network to be monitored,
Fig. 2 eine bezüglich des zu überwachenden Wechselstromnetzes detailliertere und bezüglich der Isolationsüberwachungseinrichtung aus Fig. 1 vereinfachte Gesamtansicht mit einer Einspeisung direkt in alle Netzleiter des zu überwachenden Wechselstromnetzes,
Fig. 3 eine schematische Gesamtansicht mit einer zentralen Einspeisung direkt in alle Netzleiter und mit dezentralen Meßstellen in verschiedenen Zweigen des zu überwachenden Wechselstromnetzes und2 shows an overall view which is more detailed with respect to the AC network to be monitored and simplified with respect to the insulation monitoring device from FIG. 1, with a feed directly into all network conductors of the AC network to be monitored, Fig. 3 is a schematic overall view with a central feed directly into all network conductors and with decentralized measuring points in different branches of the AC network to be monitored and
Fig. 4 eine schematische Gesamtansicht mit einer zentralen Einspeisung über die Sternpunkterdung und mit dezentralen Meßstellen in verschiedenen Zweigen des zu überwachenden Wechselstromnetzes.Fig. 4 is a schematic overall view with a central feed via the star point earthing and with decentralized measuring points in different branches of the AC network to be monitored.
Gemäß den Figuren 1 bis 4 ist ein über eine Netzeinspeisung 12 spannungsversorgtes Drehstromnetz 10 mit den Netzleitern L1 (Phase), L2 (Phase), L3 (Phase), N (Nulleiter) über eine Sternpunkterdung 11 mit Erde (PE) verbunden. Das Drehstromnetz 10 hat gemäß den Fig. 1 und 2 beispielhaft nur einen Netzzweig und gemäß den Fig. 3 und 4 beispielhaft zwei Netzzweige. An jeden Netzzweig ist im vorliegenden Fall eine Last 14 angeschlossen.According to FIGS. 1 to 4, a three-phase network 10, which is supplied with voltage via a network feed 12, is connected to the network conductors L1 (phase), L2 (phase), L3 (phase), N (neutral conductor) via a star earthing 11 to earth (PE). The three-phase network 10 has only one network branch as shown in FIGS. 1 and 2 and two network branches as shown in FIGS. 3 and 4. In the present case, a load 14 is connected to each network branch.
Das Drehstromnetz 10 hat prinzipiell eine gemischt kapazitive und ohmsche Netzableitung zwischen den Netzphasen L1 , l_2, L3 und Erde PE. Die Netzableitung ist zeichnerisch beispielhaft wie folgt vereinfacht symbolisiert: In Fig. 1 durch CA und R - in Fig. 2 durch CAι, CA2, CA3 für die einzelnen Netzphasen L1 , L2, L3 und durch RF für die Netzphase L1 - in den Fig. 3 und 4 durch RF1 sowie RF2 für jeweils eine Netzphase der beiden Netzzweige.In principle, the three-phase network 10 has a mixed capacitive and ohmic network derivative between the network phases L1, I_2, L3 and earth PE. The network derivation is symbolized in a simplified manner as follows: in FIG. 1 by C A and R - in FIG. 2 by C A ι, C A2 , C A3 for the individual network phases L1, L2, L3 and by R F for the network phase L1 - in FIGS. 3 and 4 by R F1 and R F2 for one network phase each of the two network branches.
Ein in den Fig. 1 und 2 allgemein mit 38 bezeichnetes Isolationsüberwachungsgerät arbeitet in der Weise, daß auch im Betrieb des geerdeten Wechselstromnetzes 10 eine sichere und genaue Bestimmung des ohmschen Isolationswiderstandes RF möglich ist.
Eine Einspeisestelle 16 für ein von dem Isolationsüberwachungsgerät 38 einzuspeisendes rechteckförmiges Gleichtakt-Spannungssignal gegen Erde PE kann an beliebiger Stelle des Wechselstromnetzes 10 liegen, wie in dessen Sternpunkterdung 11 (Fig. 1 und 4) - also direkt am Netzanfang - oder hinter dessen Netzeinspeisung 12 (Fig. 1 , 2, 3). Die Einspeisestelle 16 kann sich auch direkt an der Netzeinspeisung 12 befinden.An insulation monitoring device, generally designated 38 in FIGS. 1 and 2, operates in such a way that a reliable and precise determination of the ohmic insulation resistance R F is possible even during operation of the grounded AC network 10. A feed point 16 for a rectangular common mode voltage signal to earth PE to be fed in by the insulation monitoring device 38 can be located at any point in the AC network 10, as in its neutral earthing 11 (FIGS. 1 and 4) - i.e. directly at the beginning of the network - or behind its network feed 12 ( 1, 2, 3). The feed point 16 can also be located directly on the grid feed 12.
Gemäß Fig. 1 kann die Einspeisung des Gleichtakt-Spannungssignals beispielsweise transformatorisch erfolgen. Hierbei ist für den Fall einer Einspeisung in der Sternpunkterdung 11 nur eine Einspeisewicklung 22 erforderlich, während in allen anderen Einspeisefällen jeweils vier Einspeisewicklungen 22 für alle Netzleiter einschließlich Nulleiter, also für L1, L2, L3 und N, benötigt werden.1, the common-mode voltage signal can be fed in, for example, in a transformer. In the case of a feed in the star earthing 11, only one feed winding 22 is required, while in all other feed cases four feed windings 22 are required for all network conductors including neutral conductors, i.e. for L1, L2, L3 and N.
Ein Generator 20 erzeugt ein über die Einspeisewicklung bzw. -Wicklungen 22 einzuspeisendes Gleichtakt-Spannungssignal gegen Erde PE und sorgt durch geeignete Regelungsvorgänge dafür, daß das an der Einspeisestelle 16 am Wechselstromnetz 10 anstehende Gleichtakt-Spannungssignal gegen Erde PE im wesentlichen rechteck- förmig ist. Hierunter wird ein Signal verstanden, daß zumindest zwischen seinen Flankenbereichen weitgehend konstant ist. Zu diesem Zweck wird dem Generator 20 über einen Spannungs- oder Netzleiterabgriff 24, wie einen Widerstandssternpunkt, ein Eingangssignal zugeführt, das dem an der Einspeisestelle 16 an den Netzleitern L1 , L2, L3 und N anstehenden eingespeisten Gleichtakt-Spannungssignal gegen Erde PE entspricht. Falls dieses Eingangssignal von der Rechteckform abweicht, erfolgt durch den Generator 20 eine entsprechende Nachregelung der Einspeisung.
An einer hinter der Einspeisestelle 16 liegenden Meßsteille 18 des Wechselstromnetzes 10 wird der Differenzstrom Δl aller Netzleiter L1 , L2, L3 und N durch einen Differenzstrommesser 28 erfaßt. In einem mit digitalen Filtertechniken arbeitenden Bewerter 34 für den erfaßten Differenzstrom werden aus diesem alle nicht zum eingespeisten Gleichtakt-Spannungssignal gehörigen Komponenten ausgefiltert. Der Bewerter 34 sorgt somit dafür, daß auf direktem oder indirektem Wege der durch das eingespeiste Gleichtakt-Spannungssignal erzeugte Differenzstrom-Meßsignalanteil durch Filterung bestimmt wird.A generator 20 generates a common-mode voltage signal against earth PE to be fed in via the feed winding or windings 22 and, by means of suitable control processes, ensures that the common-mode voltage signal against earth PE present at the feed point 16 on the AC network 10 is essentially rectangular. This is understood to mean a signal that is largely constant, at least between its flank areas. For this purpose, the generator 20 is supplied with an input signal via a voltage or line conductor tap 24, such as a resistance star point, which corresponds to the common-mode voltage signal to ground PE present at the supply point 16 at the line conductors L1, L2, L3 and N. If this input signal deviates from the rectangular shape, the generator 20 adjusts the feed accordingly. The differential current Δl of all network conductors L1, L2, L3 and N is detected by a residual current meter 28 at a measuring part 18 of the AC network 10 located behind the feed point 16. In an evaluator 34 using digital filter techniques for the detected differential current, all components not belonging to the common-mode voltage signal fed in are filtered out of the latter. The evaluator 34 thus ensures that the differential current measurement signal component generated by the fed common-mode voltage signal is determined in a direct or indirect manner by filtering.
An der Meßstelle 18 wird an den Netzleitern über einen Spannungs- oder Netzleiterabgriff 30, wie einen Widerstandssternpunkt, ein Eingangssignal abgegriffen, das dem an der Meßstelle 18 an den Netzleitern tatsächlich anstehenden Gleichtakt- Spannungssignal gegen Erde PE entspricht und einem Bewerter 32 zugeführt wird. Gemäß Fig. 1 kann bei unmittelbar benachbarten oder zusammenfallenden Einspeise- und Auswertestellen 16, 18 ein gemeinsamer Spannungs- oder Netzleiterabgriff 24 / 30, wie Widerstandssternpunkt, benutzt werden. Es ist jedoch im Unterschied zu der Ausführungsform aus Fig. 1 auch möglich, beispielsweise bei weiter auseinanderliegenden Einspeise- und Auswertestellen 16, 18 an diesen völlig getrennte, mit separaten Spannungs- oder Netzleiterabgriffen 24 / 30 arbeitende Geräteteile vorzusehen, die keine verbindenden Steuerleitungen benötigen.At the measuring point 18, an input signal is tapped from the network conductors via a voltage or line conductor tap 30, such as a resistance star point, which corresponds to the common mode voltage signal to earth PE actually present at the measuring point 18 and is supplied to an evaluator 32. 1, in the case of directly adjacent or coincident feed-in and evaluation points 16, 18, a common voltage or mains conductor tap 24/30, such as a resistance star point, can be used. However, in contrast to the embodiment from FIG. 1, it is also possible to provide, for example in the case of feed and evaluation points 16, 18 which are further apart, completely separate device parts which work with separate voltage or mains conductor taps 24/30 and which do not require any connecting control lines.
In dem im vorliegenden Fall ebenfalls mit digitalen Filtertechniken arbeitenden Bewerter 32 für das erfaßte Gleichtakt-Spannungssignal an der Meßstelle 18 werden aus diesem Signal alle nicht zum eingespeisten Gleichtakt-Spannungssignal gehörigen Komponenten ausgefiltert. Der Bewerter 32 sorgt somit dafür, daß auf direktem oder indirektem Wege der auf dem eingespeisten Gleichtakt-Spannungssignal gegen Erde
PE beruhende Gleichtakt-Spannungssignalanteil gegen Erde PE durch Filterung bestimmt wird.In the evaluator 32 for the detected common mode voltage signal at the measuring point 18, which in the present case also works with digital filter techniques, all components not belonging to the fed common mode voltage signal are filtered out from this signal. The evaluator 32 thus ensures that, in a direct or indirect way, that on the injected common mode voltage signal to earth PE based common mode voltage signal component against earth PE is determined by filtering.
In einem an die Bewerter 32, 34 angeschlossenen Widerstandsauswerteglied 36 wird aus dessen Eingangssignalen der ohmsche Isolationswiderstand RF bestimmt. Hierzu wird vorzugsweise jeweils ein Zeitfenster bestimmt, in dem der Differenzstrom- Meßsignalanteil nach Erreichen des Einschwingzustandes vom Umladevorgang der Ableitkapazitäten CA zwischen den Netzleitern und Erde auf das eingespeiste Gleichtakt-Spannungssignal im wesentlichen unverändert bleibt. Das Bestimmen dieses Zeitfensters kann durch Auswertung des Verlaufs des Ausgangsignals vom Bewerter 34, also des Differenzstrom-Meßsignalanteils, direkt erfolgen. Das Zeitfenster kann stattdessen auch indirekt in einfacher Weise dadurch bestimmt werden, daß unter Zugrundelegung des zeitlichen Verlaufs des Ausgangsignals vom Bewerter 32 für das Gleichtakt-Spannungssignal die Flankenbereiche durch vorgegebene feste Zeitdifferenzen ausgespart werden.In a resistance evaluation element 36 connected to the evaluators 32, 34, the ohmic insulation resistance R F is determined from its input signals. For this purpose, a time window is preferably determined in which the residual current measurement signal portion remains essentially unchanged after the transient state of the charge transfer capacitance C A between the mains conductors and earth has been reached and the common-mode voltage signal fed in. This time window can be determined directly by evaluating the course of the output signal from the evaluator 34, that is to say the residual current measurement signal component. Instead, the time window can also be determined indirectly in a simple manner in that, on the basis of the time profile of the output signal, the edge regions for the common-mode voltage signal are left out by predetermined fixed time differences.
Innerhalb des Zeitfensters werden die Ausgangssignale des Bewerters 34, alternativ auch des Bewerters 32, gemittelt, um Störgrößen auszuschalten. Die Größe des gegebenenfalls gemittelten Ausgangssignals des Bewerters 32 wird dann durch die Größe des gemittelten Ausgangssignals des Bewerters 34 dividiert, um als Ergebnis den ohmschen Isolationswiderstand RF zu erhalten.The output signals of the evaluator 34, alternatively also of the evaluator 32, are averaged within the time window in order to eliminate disturbance variables. The size of the possibly averaged output signal of the evaluator 32 is then divided by the size of the averaged output signal of the evaluator 34 in order to obtain the ohmic insulation resistance R F as a result.
Mit Hilfe des so ermittelten ohmschen Isolationswiderstandes RF können die durch den Isolationsfehler und die Netzspannungskomponenten begründeten Größen der Wirkleistung und des maximalen Fehlerstroms bestimmt werden.
Die von der Netzfrequenz abweichende Frequenz des eingespeisten rechteckförmigen Gleichtakt-Spannungssignals darf mit Rücksicht auf die erforderlichen Filterungen nicht mit Oberwellen der Netzfrequenz übereinstimmen. Ferner sollte sie mit Rücksicht auf eine wirksame Störunterdrückung möglichst klein sein, damit längere Zeitfenster entstehen, während derer der Differenzstrom-Meßsignalanteil im wesentlichen konstant ist. Andererseits kann die Frequenz insbesondere im Falle einer transformatorischen Einspeisung auch nicht zu klein gewählt werden. In der Praxis hat sich bei einer Netzfrequenz von 50 Hz für das einzuspeisende Gleichtakt-Spannungssignal eine Frequenz von 175 Hz bewährt.With the help of the ohmic insulation resistance R F determined in this way, the quantities of the active power and the maximum fault current based on the insulation fault and the mains voltage components can be determined. The frequency of the square-wave common mode voltage signal that is fed in, which deviates from the mains frequency, may not correspond to harmonics of the mains frequency due to the necessary filtering. Furthermore, in view of effective interference suppression, it should be as small as possible, so that longer time windows arise during which the residual current measurement signal component is essentially constant. On the other hand, the frequency cannot be chosen too low, particularly in the case of a transformer feed. In practice, a frequency of 175 Hz has proven itself for a mains frequency of 50 Hz for the common-mode voltage signal to be fed in.
Die Größe des einzuspeisenden rechteckförmigen Gleichtakt-Spannungssignals gegenüber Erde PE kann weitgehend beliebig gewählt werden. Grundsätzlich hat es sich als zweckmäßig erwiesen, ein gegen Erde abwechselnd positives und negatives Gleichtakt-Spannungssignal einzuspeisen. Bei der auswertenden Quotientenbildung können dann als momentaner Gleichtakt-Spannungssignalanteil an der Meßstelle dessen Spitzen-Spitzen-Amplitude und als momentaner Differenzstrom-Meßsignalanteil an der Meßstelle dessen Spitzen-Spitzen-Amplitude benutzt werden. Die bei der Quotientenbildung berücksichtigten Spitzen-Spitzen-Amplituden können wie zuvor beschrieben gemittelt sein, um Störsignale zu unterdrücken. In der Praxis hat sich eine Spannung von + und - 10 V gegenüber Erde bewährt.The size of the rectangular common mode voltage signal to be fed in relative to earth PE can largely be chosen as desired. In principle, it has proven to be expedient to feed in a positive and negative common-mode voltage signal that alternates with earth. When evaluating the quotient, its peak-to-peak amplitude can then be used as the instantaneous common-mode voltage signal component at the measuring point and its peak-to-peak amplitude as the instantaneous residual current measuring signal component at the measuring point. The peak-to-peak amplitudes taken into account when forming the quotient can be averaged, as described above, in order to suppress interference signals. In practice, a voltage of + and - 10 V against earth has proven itself.
Es wird nochmals darauf verwiesen, daß das geschilderte Verfahren grundsätzlich nicht nur auf geerdete Wechselstromnetze beschränkt ist, sondern auch in geerdeten DC-Netzen oder in geerdeten DC-Netzen mit AC-Anteil eingesetzt werden kann.
It is again pointed out that the described method is fundamentally not only limited to earthed AC networks, but can also be used in earthed DC networks or in earthed DC networks with an AC component.