EP1982200A2 - Method and device for detecting ground faults in a supply cable - Google Patents

Method and device for detecting ground faults in a supply cable

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Publication number
EP1982200A2
EP1982200A2 EP07726289A EP07726289A EP1982200A2 EP 1982200 A2 EP1982200 A2 EP 1982200A2 EP 07726289 A EP07726289 A EP 07726289A EP 07726289 A EP07726289 A EP 07726289A EP 1982200 A2 EP1982200 A2 EP 1982200A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
potential
supply cable
power supply
voltage
evaluation unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07726289A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Reinhard Hoffmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1982200A2 publication Critical patent/EP1982200A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults

Definitions

  • the invention relates to a method for determining a ground fault of a multi-strand alternate current-carrying power cable in which a middle potential of Energyver ⁇ is sorgungshacks determines a derived from the mid-potential size or the center potential itself an off ⁇ evaluation unit is supplied to the evaluation unit which with ⁇ tenpotenzial or compares magnitude derived from the center potential with a threshold.
  • the invention further relates to a device for powering a load with an energy-supplying inverter, which is connected via a multi-strand power cable to the load, and means for determining a center potential of the power supply cable, which are connected to an evaluation unit.
  • ground faults In the case of the Transrapid, ground faults must be detected reliably, in particular in the supply cables of the motor sections of the stator but also in the motor windings themselves. In this case, the ground faults must be switched off within a prescribed time window, so that a possible Aus ⁇ extent to a short circuit or a personal hazard by excessive step voltages or voltage overloads of the energy transmission systems are avoided.
  • a Auswei ⁇ processing of the ground fault on a two-pole ground fault can cause a short circuit that can duezei ⁇ tig lose his limbo whereby the vehicle.
  • a problem with the earth fault detection in the engine sections of the Transrapid is the detection of a ground fault near the system star point. However, this area is accorded an increased importance.
  • a disadvantage of the earth fault detection is that a broad and varying spectrum of noise voltage frequencies is generated by power feeding inverter. However, the Störthesesfre- frequencies hinder the reliable Erd gleicherfas ⁇ solution.
  • the object of the invention is to provide a method and a device of the type mentioned, can be detected reliably and inexpensively with the ground faults.
  • the invention solves this problem, starting from the method mentioned in the fact that is closed when falling below the threshold on a ground fault.
  • the invention solves this problem, starting from the device mentioned above in that the evaluation unit for
  • an applied or already existing center potential is exploited in order to reliably close an earth fault. In doing so, it is considered that such a central potential is canceled in the event of a ground fault. Inven ⁇ tion is thus not monitored as in prior art method and apparatus, the symmetrical load of a multi-phase power supply line. Rather, in the error detection according to the invention is based on the directly or indirectly detected omission of the center potential.
  • the mid-potential of a symmetrical star point is determined ⁇ formers.
  • a neutral grounding transformer is beispielswei ⁇ se of three resistors which are respectively connected on one side with egg ⁇ ner of the phases of the power supply cable, the resistors are connected at their side facing away from the energy supply cable side galvanically with each other so that there is a neutral point is formed.
  • a voltage which is applied at one between the star point of the star point sometimesner and the earth potential switched load falls under recovery of voltage values recorded and the voltage values are transmitted to the evaluation unit.
  • the center potential as such ie the center potential directly, is used to detect a ground fault.
  • Falls below the mid-potential that is the voltage dropped across the said resistor voltage, a unit previously in the evaluation ⁇ specified as a parameter, for example stored threshold value, it is concluded that the presence of a ground fault.
  • a current flows between the neutral point of the star point former and the ground potential summarizes ER to give current values and the current values will wear to the evaluation unit via ⁇ .
  • the current detection at the neutral point takes place ⁇ example by means of a calibrated current transformer. If there is a central potential, a current flow can be detected between the neutral point and the Er ⁇ de. This is the case in normal operation. In the event of a ground fault, the center potential breaks down, the current flow driven by the center potential then tends towards zero. If the current flow falls below a threshold value set in the evaluation unit, an earth fault can therefore be deduced.
  • the inverter is connected via a transformer to the power supply cable being provided to set ⁇ means for generating a DC voltage shift in the power supply cable.
  • the addition means for generating a DC voltage shift comprise an asymmetrical passive rectifier circuit at the neutral point of the transformer.
  • passive ⁇ DC converter circuit is for example a series circuit of a Zener diode and a resistor, said
  • the environmentally additive grasp for generating a DC voltage offset to an unbalanced ⁇ active rectifier scarf ⁇ processing has, for example, an arbitrary DC voltage source.
  • the DC voltage source can be supplied by an AC mains or realized as an energy store. Solar cells can also be used in this context. Further possibilities include fuel cells, rechargeable battery units or the like as energy storage.
  • 1 shows an embodiment of the device according to the invention in a schematic representation
  • 2 shows a further embodiment of the device OF INVENTION ⁇ to the invention in a schematic representation
  • Figure 3 shows an embodiment of an additive for producing a mid-potential to Erfas solution ⁇ a DC voltage shift
  • FIG. 4 shows two further exemplary embodiments of an additional means for generating a center potential for detecting a DC voltage shift
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of an additional ⁇ means and for generating a center potential for detecting a DC voltage shift
  • Figure 6 shows a further additive for generating a
  • FIG. 1 shows an embodiment of the device 1 according to the invention in a schematic representation.
  • the ge Stand- te device 1 comprises an inverter 2, which via a multi-phase power supply line 3 to a load 4 ver ⁇ is prevented.
  • the power supply line 3 has a capaci tive ⁇ ground impedance, which is shown schematically by means of the capacitor 5 schematically ⁇ .
  • the coupling impedance 2a of the inverter 2 is schematically illustrated by a grounded capacitor and a resistor connected in parallel thereto.
  • the load impedance 4a is shown accordingly.
  • the coupling impedances 2a of the inverter 2 are non-losable coupling impedances.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the OF INVENTION ⁇ to the invention device 1.
  • the device 1 shown in Figure 2 differs from device 1 according to figure 1 DA by that the inverter 2 is connected via a transformer 8 with the power supply cable. 3 For this reason, no DC offset caused by the inverter 2 occurs. Therefore, additional means 9 are for the generation of a mid ⁇ supply potential provided, which in the embodiment shown, a Potenzialtruckner 10 and a charging ⁇ means 11 comprise the DC voltage shift of the central potential.
  • FIG. 3 shows an embodiment of a detection unit 6.
  • the detection unit 6 includes a neutral grounding transformer 12 which comprises three resistors 13, the one phase of the power supply cable are connected ver 3 ⁇ input side to in each case.
  • the resistors 13 are connected to each other, so that a star point 14 is formed.
  • the star point 14 is connected via a measuring resistor 15 to the ground potential, so that in the case of a DC voltage shift the center potential across the measuring resistor 15 can be tapped. This is done in the usual manner known in the art.
  • the thus summed ER- middle potential is then transmitted to the evaluation unit 7, the center compares the received potential with a threshold value and generates lenhongs falls below the smoldering ⁇ an error message.
  • Figure 4 shows the same two further embodiments of the detection unit 6.
  • the left part of the Figure 4 are as ⁇ the three ohmic resistors 13 shown, the connected input side, comparable with a respective phase of the power supply cable are.
  • the resistors 13 are galvanically connected to each other, so that a star point 14 is formed.
  • no measuring resistor is provided.
  • a calibrated current transformer 17 serves to detect the current driven by the center potential. In the event of a ground fault, the center potential and thus the driving force for the current flowing to ground collapse, so that the evaluation unit 7 generates an error message if the threshold falls below a threshold value.
  • FIG. 4 shows in its right part a further possibility for generating a middle potential.
  • voltmeter 18 three clamping ⁇ , each measuring the falling between a phase and the earth potential voltage and the measured value transmitted to the evaluation unit. 7
  • the evaluation unit 7 ⁇ calculated from the voltage values transmitted her the center potential. If the center potential falls below a threshold value, an error procedure is started again.
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment of the additive 9 for the DC voltage shift, in which the potential generator 10 is implemented as an ohmic resistor which is connected to the neutral point of the secondary windings 19 of the transformer 8.
  • the charging device 11 for Gleichthesesverschie ⁇ tion is in the illustrated embodiment by a simple Zener diode 20, which is connected between the ohmic resistor 13 as potential generator 10 and the ground potential. Due to this arrangement a Gleichwoodsverschie ⁇ tion is realized. In normal operation the captured Er handledsein ⁇ 6 standardized therefore a permanent direct current.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of the additive 9 for generating a DC voltage shift, wherein the potential generator 10 is realized by three resistors 13 which are each connected to one phase of the power supply cable 3. At their from the power supply line 3 from ⁇ side facing the resistors 13 are connected together to form a star point 14, wherein the neutral point 14 bung via the charging device 11 to the DC voltage ⁇ is connected to the ground potential.
  • the charging device 11 consists here of a Zener diode 20 and a parallel to the Zener diode 20 arranged active voltage unit 21, for example, from a solar cell unit, a battery ⁇ unit or the like. In other words, an active rectifier circuit is provided.

Abstract

The invention relates to a method for detecting a ground fault of a multi-strand energy supply cable (3) carrrying alternative current. The method consists in determining an average potential of the energy supply cable, entering the average potential or a variable derived from said average potential into an evaluation unit (7) and comparing the average potential or the variable derived form the average potential with a threshold value by means of said evaluation unit (7). The aim of the invention is to provide a method allowing the detection of grounding faults in a reliable and less expensive manner. To achieve this, the method is designed in such a way that a grounding fault is indicated once the value falls below the threshold.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren und Einrichtung zur Erdschlusserfassung in einem VersorgungskabelMethod and device for earth fault detection in a supply cable
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Erdschlusses eines mehrsträngigen wechselstromführenden Energieversorgungskabel, bei dem ein Mittenpotenzial des Energiever¬ sorgungskabels bestimmt wird, eine aus dem Mittenpotenzial abgeleitete Größe oder das Mittenpotenzial selbst einer Aus¬ werteeinheit zugeführt wird und die Auswerteeinheit das Mit¬ tenpotenzial oder die von dem Mittenpotenzial abgeleitete Größe mit einem Schwellenwert vergleicht.The invention relates to a method for determining a ground fault of a multi-strand alternate current-carrying power cable in which a middle potential of Energiever ¬ is sorgungskabels determines a derived from the mid-potential size or the center potential itself an off ¬ evaluation unit is supplied to the evaluation unit which with ¬ tenpotenzial or compares magnitude derived from the center potential with a threshold.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Energieversorgung einer Last mit einem energiespeisenden Wechselrichter, der über ein mehrsträngiges Energieversorgungskabel mit der Last verbunden ist, und Mittel zum Bestimmen eines Mittenpotenzials des Energieversorgungskabels, die mit einer Auswerteeinheit verbunden sind.The invention further relates to a device for powering a load with an energy-supplying inverter, which is connected via a multi-strand power cable to the load, and means for determining a center potential of the power supply cable, which are connected to an evaluation unit.
Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung sind aus dem landläufigen Stand der Technik bereits bekannt. So ist es beispielsweise im Bereich der Hochspannungsabieiter üblich geworden, den über die jeweilige Phase einer mehrgliedrigen Energieversorgungsleitung fließenden Strom zu erfassen und die einzelnen Phasenströme zu einem Summenstrom aufzuaddie¬ ren. Im störungsfreien Zustand ist der auf diese Weise be¬ rechnete Summenstrom gleich null. Im Fehlerfall hingegen fließt ein Teil des Stromes über Erde ab, so dass sich die einzelnen Phasenströme nicht mehr zu null addieren. Übersteigt daher der Summenstrom einen vorgegebenen Schwellenwert, löst eine Auswerteeinheit, welche den Fehlerfall detek- tiert, notwendige Schutzmaßnahmen aus. Aus dem Sonderdruck von ZEVrail Glaser' s Annalen, Sonderheft „Transrapid 2003" mit dem Titel „Antrieb und Energieversor¬ gung des Transrapid" von Blank, Engel, Hellinger, Hoke und Nothaft ist auf Seite 17, Bild 23 ein Verfahren offenbart, bei dem die Spannung eines mehrsträngigen wechselstromführenden Energieversorgungskabel gemessen wird, wobei das Null¬ spannungskriterium zum Nachweis eines Erdschlusses eingesetzt wird.Such a method and apparatus are already known from the state of the art. So it is, for example, has become common practice in the field of Hochspannungsabieiter to detect the current flowing through the respective phase of a multi-unit power supply line current and ren the individual phase currents to a total current aufzuaddie ¬. In fault-free condition of the calculated in this way be ¬ total current is zero. In the event of a fault, on the other hand, part of the current flows via ground, so that the individual phase currents no longer add up to zero. If, therefore, the total current exceeds a predetermined threshold value, an evaluation unit which detects the fault triggers necessary protective measures. From the special pressure of ZEVrail Glaser's annals, special issue "Transrapid 2003" entitled "Drive and Energieversor ¬ supply of Transrapid" by Blank, Angel, Hellinger, Hoke and Nothaft disclosed on page 17, Figure 23, a process in which the voltage of a multi-strand leading AC power supply line is measured, the zero ¬ voltage criterion is used to detect a ground fault.
Beim Transrapid müssen Erdschlussfehler insbesondere in den Zuleitungskabeln der Motorabschnitte des Stators aber auch in den Motorwicklungen selbst zuverlässig erfasst werden. Dabei müssen die Erdschlussfehler innerhalb eines vorgeschriebenen Zeitfensters abgeschaltet werden, so dass eine mögliche Aus¬ weitung zu einem Kurzschluss oder eine Personengefährdung durch überhöhte Schrittspannungen oder Spannungsüberlastungen der Energieübertragungssysteme vermieden sind. Eine Auswei¬ tung des Erdschlusses auf einen zweipoligen Erdschluss kann einen Kurzschluss hervorrufen, wodurch das Fahrzeug kurzzei¬ tig seinen Schwebezustand verlieren kann.In the case of the Transrapid, ground faults must be detected reliably, in particular in the supply cables of the motor sections of the stator but also in the motor windings themselves. In this case, the ground faults must be switched off within a prescribed time window, so that a possible Aus ¬ extent to a short circuit or a personal hazard by excessive step voltages or voltage overloads of the energy transmission systems are avoided. A Auswei ¬ processing of the ground fault on a two-pole ground fault can cause a short circuit that can kurzzei ¬ tig lose his limbo whereby the vehicle.
Problematisch bei der Erdschlusserfassung in den Motorabschnitten des Transrapid ist die Erfassung eines Erdfehlers in der Nähe des Systemsternpunktes. Diesem Bereich wird je¬ doch eine erhöhte Bedeutung beigemessen. Nachteilig bei der Erdschlusserfassung ist ferner, dass durch Energie einspeisende Umrichter ein breites und variierendes Spektrum an Störspannungsfrequenzen erzeugt wird. Die Störspannungsfre- quenzen behindern jedoch die zuverlässige Erdschlusserfas¬ sung. Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem Erdschlüsse zuverlässig und kostengünstig erfasst werden können.A problem with the earth fault detection in the engine sections of the Transrapid is the detection of a ground fault near the system star point. However, this area is accorded an increased importance. A disadvantage of the earth fault detection is that a broad and varying spectrum of noise voltage frequencies is generated by power feeding inverter. However, the Störspannungsfre- frequencies hinder the reliable Erdschlusserfas ¬ solution. The object of the invention is to provide a method and a device of the type mentioned, can be detected reliably and inexpensively with the ground faults.
Die Erfindung löst diese Aufgabe ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren dadurch, dass bei Unterschreiten des Schwellenwertes auf einen Erdschluss geschlossen wird.The invention solves this problem, starting from the method mentioned in the fact that is closed when falling below the threshold on a ground fault.
Die Erfindung löst diese Aufgabe ausgehend von der eingangs genannten Vorrichtung dadurch, dass die Auswerteeinheit zumThe invention solves this problem, starting from the device mentioned above in that the evaluation unit for
Erkennen eines Erdschlusses in Abhängigkeit einer Gleichspan¬ nungsverschiebung eingerichtet ist.Detecting a ground fault in response to a DC voltage ¬ shift is set up.
Erfindungsgemäß wird ein angelegtes oder ohnehin vorhandenes Mittenpotenzial ausgenutzt, um sicher auf einen Erdschluss zu schließen. Dabei wird darauf abgestellt, dass ein solches Mittenpotenzial bei einem Erdschluss aufgehoben wird. Erfin¬ dungsgemäß wird somit nicht wie bei vorbekannten Verfahren und Vorrichtung die symmetrische Belastung einer mehrphasigen Energieversorgungsleitung überwacht. Vielmehr wird bei der erfindungsgemäßen Fehlererkennung auf den direkt oder indirekt erfassten Wegfall des Mittenpotenzials abgestellt.According to the invention, an applied or already existing center potential is exploited in order to reliably close an earth fault. In doing so, it is considered that such a central potential is canceled in the event of a ground fault. Inven ¬ tion is thus not monitored as in prior art method and apparatus, the symmetrical load of a multi-phase power supply line. Rather, in the error detection according to the invention is based on the directly or indirectly detected omission of the center potential.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung wird das Mittenpotenzial über einen symmetrischen Sternpunkt¬ bildner bestimmt. Ein Sternpunktbildner besteht beispielswei¬ se aus drei Widerständen, die an einer Seite jeweils mit ei¬ ner der Phasen des Energieversorgungskabels verbunden sind, wobei die Widerstände an ihrer vom Energieversorgungskabel abgewandten Seite galvanisch miteinander verbunden sind, so dass sich dort ein Sternpunkt bildet.According to an advantageous further development of the invention, the mid-potential of a symmetrical star point is determined ¬ formers. A neutral grounding transformer is beispielswei ¬ se of three resistors which are respectively connected on one side with egg ¬ ner of the phases of the power supply cable, the resistors are connected at their side facing away from the energy supply cable side galvanically with each other so that there is a neutral point is formed.
Gemäß einer diesbezüglichen Weiterentwicklung wird eine Spannung, die an einer zwischen dem Sternpunkt des Sternpunkt- bildners und dem Erdpotenzial geschalteten Last abfällt unter Gewinnung von Spannungswerten erfasst und die Spannungswerte an die Auswerteeinheit übertragen werden. Auf diese Weise wird das Mittenpotenzial als solches, also das Mittenpotenzi- al unmittelbar, zum Nachweis eines Erdschlusses verwendet. Unterschreitet das Mittenpotenzial, also die an dem besagten Widerstand abfallende Spannung, einen zuvor in der Auswerte¬ einheit festgelegten beispielsweise als Parameter gespeicherten Schwellenwert, wird auf das Vorliegen eines Erdschlusses geschlossen.According to a further development in this regard, a voltage which is applied at one between the star point of the star point bildner and the earth potential switched load falls under recovery of voltage values recorded and the voltage values are transmitted to the evaluation unit. In this way, the center potential as such, ie the center potential directly, is used to detect a ground fault. Falls below the mid-potential, that is the voltage dropped across the said resistor voltage, a unit previously in the evaluation ¬ specified as a parameter, for example stored threshold value, it is concluded that the presence of a ground fault.
Gemäß einer hiervon abweichenden Ausgestaltung wird ein Strom, der zwischen dem Sternpunkt des Sternpunktbildners und dem Erdpotenzial fließt, unter Gewinnung von Stromwerten er- fasst und die Stromwerte werden an die Auswerteeinheit über¬ tragen. Die Stromerfassung am Sternpunkt erfolgt beispiels¬ weise mittels eines kalibrierten Stromwandlers. Liegt ein Mittenpotenzial vor, kann zwischen dem Sternpunkt und der Er¬ de ein Stromfluss nachgewiesen werden. Dies ist im Normalbe- trieb der Fall. Im Erdschlussfall bricht das Mittenpotenzial ein, der vom Mittenpotenzial getriebene Stromfluss strebt dann gegen Null. Unterschreitet der Stromfluss einen in der Auswerteeinheit eingestellten Schwellenwert, kann daher auf einen Erdschluss geschlossen werden.According to a different embodiment thereof, a current flows between the neutral point of the star point former and the ground potential, summarizes ER to give current values and the current values will wear to the evaluation unit via ¬. The current detection at the neutral point takes place ¬ example by means of a calibrated current transformer. If there is a central potential, a current flow can be detected between the neutral point and the Er ¬ de. This is the case in normal operation. In the event of a ground fault, the center potential breaks down, the current flow driven by the center potential then tends towards zero. If the current flow falls below a threshold value set in the evaluation unit, an earth fault can therefore be deduced.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Wechselrichter über einen Transformator mit dem Energieversorgungskabel verbunden, wobei Zu¬ satzmittel zum Erzeugen einer Gleichspannungsverschiebung in dem Energieversorgungskabel vorgesehen sind. Durch die Anbin¬ dung des Wechselrichters eines Energieversorgungskabels über einen Transformator geht die durch den Wechselrichter verursachte Gleichspannungsverschiebung verloren. Aus diesem Grunde sind Zusatzmittel erforderlich, die eine solche Gleich- Spannungsverschiebung erzeugen. Die Zusatzmittel zur Gleichspannungsverschiebung können grundsätzlich beliebig ausgestaltet sein.According to an advantageous further development of the inventive device, the inverter is connected via a transformer to the power supply cable being provided to set ¬ means for generating a DC voltage shift in the power supply cable. By the Anbin ¬ tion of the inverter of a power supply cable via a transformer, the DC offset caused by the inverter is lost. For this reason, additives are required which Generate voltage shift. The additive for DC voltage shift can basically be configured arbitrarily.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung umfassen die Zusatzmittel zum Erzeugen einer Gleichspannungsverschiebung jedoch eine unsymmetrische passive Gleichrichterschaltung am Sternpunkt des Transformators. Eine solche passive Gleich¬ richterschaltung ist beispielsweise eine Reihenschaltung aus einer Zehnerdiode und einem Widerstand, wobei die besagteAccording to an advantageous development, however, the addition means for generating a DC voltage shift comprise an asymmetrical passive rectifier circuit at the neutral point of the transformer. Such passive ¬ DC converter circuit is for example a series circuit of a Zener diode and a resistor, said
Reihenschaltung zwischen dem Erdpotenzial und dem Sternpunkt der Sekundärwicklungen des Transformators angeordnet ist.Series connection between the ground potential and the neutral point of the secondary windings of the transformer is arranged.
Gemäß einer hiervon abweichenden Variante der Erfindung um- fassen die Zusatzmittel zum Erzeugen einer Gleichspannungs¬ verschiebung eine unsymmetrische aktive Gleichrichterschal¬ tung. Eine solche aktive Gleichrichterschaltung weist beispielsweise eine beliebige Gleichspannungsquelle auf. Die Gleichspannungsquelle kann von einem Wechselstromnetz ge- speist oder als Energiespeicher realisiert sein. Auch Solarzellen können in diesem Zusammenhang zum Einsatz gelangen. Weitere Möglichkeiten umfassen Brennstoffzellen, widerauflad- bare Batterieeinheiten oder dergleichen als Energiespeicher.According to a deviating variant of the invention the environmentally additive grasp for generating a DC voltage offset to an unbalanced ¬ active rectifier scarf ¬ processing. Such an active rectifier circuit has, for example, an arbitrary DC voltage source. The DC voltage source can be supplied by an AC mains or realized as an energy store. Solar cells can also be used in this context. Further possibilities include fuel cells, rechargeable battery units or the like as energy storage.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfin¬ dung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleichwirkende Bauteile verweisen, und wobeiFurther expedient embodiments and advantages of the inven ¬ tion are the subject of the following description of embodiments of the invention with reference to the figures of the drawing, wherein like reference numerals refer to like-acting components, and wherein
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Darstellung, Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin¬ dungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Darstellung,1 shows an embodiment of the device according to the invention in a schematic representation, 2 shows a further embodiment of the device OF INVENTION ¬ to the invention in a schematic representation,
Figur 3 ein Ausführungsbeispiel eines Zusatzmittels zum Erzeugen eines Mittenpotenzials zur Erfas¬ sung einer Gleichspannungsverschiebung,Figure 3 shows an embodiment of an additive for producing a mid-potential to Erfas solution ¬ a DC voltage shift,
Figur 4 zwei weitere Ausführungsbeispiel eines Zusatz¬ mittels zum Erzeugen eines Mittenpotenzials zur Erfassung zur Erfassung einer Gleichspannungsverschiebung,FIG. 4 shows two further exemplary embodiments of an additional means for generating a center potential for detecting a DC voltage shift,
Figur 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Zusatz¬ mittels und zum Erzeugen eines Mittenpotenzials zur Erfassung einer Gleichspannungsverschiebung undFIG. 5 shows a further exemplary embodiment of an additional ¬ means and for generating a center potential for detecting a DC voltage shift and
Figur 6 ein weiteres Zusatzmittel zum Erzeugen einerFigure 6 shows a further additive for generating a
Gleichspannungsverschiebung sowie einen Sternpunktbildner zeigen.DC offset and a neutral point generator show.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in einer schematischen Darstellung. Die gezeig- te Vorrichtung 1 umfasst einen Wechselrichter 2, der über ein mehrphasiges Energieversorgungskabel 3 mit einer Last 4 ver¬ bunden ist. Das Energieversorgungskabel 3 weist eine kapazi¬ tive Erdimpedanz auf, die mittels des Kondensators 5 schema¬ tisch dargestellt ist. Die Koppelimpedanz 2a des Wechselrich- ters 2 ist durch einen geerdeten Kondensator sowie einen parallel dazu geschalteten Widerstand schematisch verdeutlicht. Die Lastimpedanz 4a ist entsprechend dargestellt. Bei den Koppelimpedanzen 2a des Wechselrichters 2 handelt es sich um nicht verlierbare Koppelimpedanzen. Sie basieren auf der sys- tematischen Struktur der Schaltung des Umrichters, der vom Minuspol zum Pluspol gerichtete Freilaufdioden aufweist . Die nicht verlierbaren Koppelimpedanzen des Umrichters sind daher unsymmetrisch gegen Erde belastet. Auf diese Weise wird die kapazitive Erdimpedanz, die durch den Kondensator 5 verdeutlicht ist, im Mittel auf eine negative Gleichspannung vorge¬ laden. Die Gleichspannungsaufladung erfolgt wegen der Koppelimpedanzen 2a hochohmig und ist unabhängig vom Pulsmuster des Wechselrichters 2. Das auf diese Weise entstandene Mittenpo- tenzial wird von einer Erfassungseinheit 6 als Mittel zumFigure 1 shows an embodiment of the device 1 according to the invention in a schematic representation. The gezeig- te device 1 comprises an inverter 2, which via a multi-phase power supply line 3 to a load 4 ver ¬ is prevented. The power supply line 3 has a capaci tive ¬ ground impedance, which is shown schematically by means of the capacitor 5 schematically ¬. The coupling impedance 2a of the inverter 2 is schematically illustrated by a grounded capacitor and a resistor connected in parallel thereto. The load impedance 4a is shown accordingly. The coupling impedances 2a of the inverter 2 are non-losable coupling impedances. They are based on the sys- Tematic structure of the circuit of the inverter, which has from the negative terminal to the positive pole directed freewheeling diodes. The non-losable coupling impedances of the inverter are therefore unbalanced loaded to earth. In this way, the capacitive earth impedance, which is illustrated by the capacitor 5, pre ¬ charge on average to a negative DC voltage. The DC charging takes place because of the coupling impedances 2a high impedance and is independent of the pulse pattern of the inverter 2. The resulting in this way center potential is from a detection unit 6 as a means for
Bestimmen eines Mittenpotenzials erfasst und an eine Auswer¬ teeinheit 7 übertragen, welche, wenn das Mittenpotenzial ei¬ nen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet, eine Fehler¬ meldung auslöst, wodurch nicht eingezeichnete Schalter und Schalteinheiten ausgelöst werden.Determining a center potential detected and transmitted to a Auswer ¬ teeinheit 7, which, if the central potential ei ¬ NEN predetermined threshold value triggers an error ¬ message, causing not drawn switch and switching units are triggered.
Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin¬ dungsgemäßen Vorrichtung 1. Die in Figur 2 gezeigte Vorrichtung 1 unterscheidet sich von Vorrichtung 1 gemäß Figur 1 da- durch, dass der Wechselrichter 2 über einen Transformator 8 mit dem Energieversorgungskabel 3 verbunden ist. Aus diesem Grunde tritt keine vom Wechselrichter 2 bewirkte Gleichspannungsverschiebung auf. Daher sind Zusatzmittel 9 zur Erzeu¬ gung eines Mittenpotenzials vorgesehen, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen Potenzialbildner 10 und eine Lade¬ einrichtung 11 zur Gleichspannungsverschiebung des Mittenpotenzials umfassen.Figure 2 shows a further embodiment of the OF INVENTION ¬ to the invention device 1. The device 1 shown in Figure 2 differs from device 1 according to figure 1 DA by that the inverter 2 is connected via a transformer 8 with the power supply cable. 3 For this reason, no DC offset caused by the inverter 2 occurs. Therefore, additional means 9 are for the generation of a mid ¬ supply potential provided, which in the embodiment shown, a Potenzialbildner 10 and a charging ¬ means 11 comprise the DC voltage shift of the central potential.
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Erfassungseinheit 6. Die Erfassungseinheit 6 weist einen Sternpunktbildner 12 auf, der aus drei Widerständen 13 besteht, die eingangsseitig mit jeweils einer Phase des Energieversorgungskabels 3 ver¬ bunden sind. An der vom Energieversorgungskabel 3 abgewandten Seite sind die Widerstände 13 miteinander verbunden, so dass ein Sternpunkt 14 ausgebildet ist. Der Sternpunkt 14 ist über einen Messwiderstand 15 mit dem Erdpotenzial verbunden, so dass bei einer Gleichspannungsverschiebung das Mittenpotenzial über dem Messwiderstand 15 abgegriffen werden kann. Dies erfolgt auf übliche dem Fachmann bekannte Weise. Das so er- fasste Mittenpotenzial wird anschließend zur Auswerteeinheit 7 übertragen, die das empfangene Mittenpotenzial mit einem Schwellenwert vergleicht und bei Unterschreiten des Schwel¬ lenwertes eine Fehlermeldung erzeugt .Figure 3 shows an embodiment of a detection unit 6. The detection unit 6 includes a neutral grounding transformer 12 which comprises three resistors 13, the one phase of the power supply cable are connected ver 3 ¬ input side to in each case. On the side facing away from the power supply cable 3 side, the resistors 13 are connected to each other, so that a star point 14 is formed. The star point 14 is connected via a measuring resistor 15 to the ground potential, so that in the case of a DC voltage shift the center potential across the measuring resistor 15 can be tapped. This is done in the usual manner known in the art. The thus summed ER- middle potential is then transmitted to the evaluation unit 7, the center compares the received potential with a threshold value and generates lenwertes falls below the smoldering ¬ an error message.
Figur 4 zeigt gleichzeitig zwei weitere Ausführungsbeispiele der Erfassungseinheit 6. Im linken Teil der Figur 4 sind wie¬ der drei ohmsche Widerstände 13 dargestellt, die eingangssei- tig mit jeweils einer Phase des Energieversorgungskabels ver- bunden sind. An der vom Energieversorgungskabel 3 angewandten Seite sind die Widerstände 13 galvanisch miteinander verbunden, so dass ein Sternpunkt 14 ausgebildet ist. Im Gegensatz zu dem in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist jedoch kein Messwiderstand vorgesehen. Stattdessen dient ein kalib- rierter Stromwandler 17 zur Erfassung des vom Mittenpotenzial getriebenen Stromes. Bei einem Erdschluss bricht das Mitten¬ potenzial und somit die treibende Kraft für den zur Erde fließenden Strom zusammen, so dass bei Unterschreiten eines Schwellenwertes die Auswerteeinheit 7 eine Fehlermeldung er- zeugt.Figure 4 shows the same two further embodiments of the detection unit 6. In the left part of the Figure 4 are as ¬ the three ohmic resistors 13 shown, the connected input side, comparable with a respective phase of the power supply cable are. On the side applied by the power supply cable 3, the resistors 13 are galvanically connected to each other, so that a star point 14 is formed. In contrast to the embodiment shown in Figure 3, however, no measuring resistor is provided. Instead, a calibrated current transformer 17 serves to detect the current driven by the center potential. In the event of a ground fault, the center potential and thus the driving force for the current flowing to ground collapse, so that the evaluation unit 7 generates an error message if the threshold falls below a threshold value.
Figur 4 zeigt in ihrem rechten Teil eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung eines Mittenpotenzials. Hier sind drei Span¬ nungsmesser 18 vorgesehen, die jeweils die zwischen einer Phase und dem Erdpotenzial abfallende Spannung messen und den Messwert an die Auswerteeinheit 7 übertragen. Die Auswerte¬ einheit 7 berechnet aus den ihr übermittelten Spannungswerten das Mittenpotenzial. Fällt das Mittenpotenzial unter einen Schwellenwert ab, wird wieder eine Fehlerprozedur gestartet. Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Zusatzmittel 9 zur Gleichspannungsverschiebung, bei dem der Potenzialbildner 10 als ohmscher Widerstand realisiert ist, der mit dem Stern- punkt der Sekundärwicklungen 19 des Transformators 8 verbunden ist. Die Ladeeinrichtung 11 zur Gleichspannungsverschie¬ bung ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine einfache Zehnerdiode 20, die zwischen dem ohmschen Widerstand 13 als Potenzialbildner 10 und dem Erdpotenzial geschaltet ist. Aufgrund dieser Anordnung ist eine Gleichspannungsverschie¬ bung realisiert. Im Normalbetrieb erfasst die Erfassungsein¬ heit 6 daher einen permanenten Gleichstrom.FIG. 4 shows in its right part a further possibility for generating a middle potential. Here are provided voltmeter 18 three clamping ¬, each measuring the falling between a phase and the earth potential voltage and the measured value transmitted to the evaluation unit. 7 The evaluation unit 7 ¬ calculated from the voltage values transmitted her the center potential. If the center potential falls below a threshold value, an error procedure is started again. FIG. 5 shows an exemplary embodiment of the additive 9 for the DC voltage shift, in which the potential generator 10 is implemented as an ohmic resistor which is connected to the neutral point of the secondary windings 19 of the transformer 8. The charging device 11 for Gleichspannungsverschie ¬ tion is in the illustrated embodiment by a simple Zener diode 20, which is connected between the ohmic resistor 13 as potential generator 10 and the ground potential. Due to this arrangement a Gleichspannungsverschie ¬ tion is realized. In normal operation the captured Erfassungsein ¬ 6 standardized therefore a permanent direct current.
Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Zusatzmit- tel 9 zur Erzeugung einer Gleichspannungsverschiebung, wobei der Potenzialbildner 10 durch drei Widerstände 13 realisiert ist, die jeweils mit einer Phase des Energieversorgungskabels 3 verbunden sind. An ihrer vom Energieversorgungskabel 3 ab¬ gewandten Seite sind die Widerstände 13 unter Bildung eines Sternpunktes 14 miteinander verbunden, wobei der Sternpunkt 14 über die Ladeeinrichtung 11 zur Gleichspannungsverschie¬ bung mit dem Erdpotenzial verbunden ist. Die Ladeeinrichtung 11 besteht hier aus einer Zehnerdiode 20 und einer parallel zur Zehnerdiode 20 angeordneten aktiven Spannungseinheit 21, beispielsweise aus einer Solarzelleneinheit, einer Batterie¬ einheit oder dergleichen. Mit anderen Worten ist eine aktive Gleichrichterschaltung bereitgestellt . FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of the additive 9 for generating a DC voltage shift, wherein the potential generator 10 is realized by three resistors 13 which are each connected to one phase of the power supply cable 3. At their from the power supply line 3 from ¬ side facing the resistors 13 are connected together to form a star point 14, wherein the neutral point 14 bung via the charging device 11 to the DC voltage ¬ is connected to the ground potential. The charging device 11 consists here of a Zener diode 20 and a parallel to the Zener diode 20 arranged active voltage unit 21, for example, from a solar cell unit, a battery ¬ unit or the like. In other words, an active rectifier circuit is provided.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Ermitteln eines Erdschlusses eines mehrsträngigen wechselstromführenden Energieversorgungskabels (3) , bei dem ein Mittenpotenzial des Energieversorgungskabels bestimmt wird, eine aus dem Mittenpotenzial abgeleitete Größe oder das Mittenpotenzial selbst einer Auswerteeinheit (7) zu¬ geführt wird und die Auswerteeinheit (7) das Mittenpotenzial oder die von dem Mittenpotenzial abgeleitete Größe mit einem Schwellenwert vergleicht, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei Unterschreiten des Schwellenwertes auf einen Erdschluss geschlossen wird.A method for determining a ground fault of a multi-stranded alternating-current power supply cable (3), in which a center potential of the power supply cable is determined, a derived from the central potential size or the center potential itself an evaluation unit (7) is led ¬ and the evaluation unit (7) the Center potential or the value derived from the center potential compares to a threshold value, characterized in that when the threshold value is undershot, a ground fault is inferred.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Mittenpotenzial über einen symmetrischen Sternpunktbild¬ ner (6) bestimmt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the central potential via a symmetrical neutral point ¬ ner (6) is determined.
3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Spannung, die an einer zwischen dem Sternpunkt des Sternpunktbildners (6) und dem Erdpotenzial geschaltete Last (15) abfällt, unter Gewinnung von Spannungswerten erfasst und die Spannungswerte an die Auswerteeinheit (7) übertragen wer¬ den .3. The method according to claim 2, characterized in that a voltage which drops at a switched between the neutral point of the neutral point generator (6) and the earth potential load (15), detected by obtaining voltage values and the voltage values transmitted to the evaluation unit (7) ¬ the.
4. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Strom, der zwischen dem Sternpunkt des Sternpunktbildners (6) und dem Erdpotenzial fließt, unter Gewinnung von Stromwerten erfasst und die Stromwerte an die Auswerteeinheit (7) übertragen werden. 4. The method according to claim 2, characterized in that a current which flows between the neutral point of the neutral point generator (6) and the ground potential, detected by obtaining current values and the current values are transmitted to the evaluation unit (7).
5. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Einzelpotenzial jedes Stranges des Energieversorgungska¬ bels unter Gewinnung von Einzelpotenzialwerten gemessen wird, die Einzelpotenzialwerte jedes Stranges an die Auswerteein¬ heit (7) übertragen werden und die Auswerteeinheit (7) auf der Grundlage aller Einzelpotenziale ein Mittenpotenzial be¬ rechnet .5. The method according to claim 1, characterized in that a single potential of each strand is the Energieversorgungska ¬ bels measured obtain single potential values, the individual potential values are transmitted each strand to the Auswerteein ¬ unit (7) and the evaluation unit (7) based on all the individual potentials a mid potential ¬ be counted.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass dem Energieversorgungskabel (3) ein Gleichspannungsanteil aufgeprägt wird.6. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a direct voltage component is impressed on the power supply cable (3).
7. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das der Gleichspannungsanteil mittels einer unsymmetrischen aktiven Gleichrichterschaltung aufgeprägt wird.7. Method according to claim 6, characterized in that the DC voltage component is impressed by means of an asymmetrical active rectifier circuit.
8. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Energieversorgungskabel über einen Wechselrichter mit E- nergie gespeist wird.8. The method of claim 6, wherein a power supply cable is supplied with energy via an inverter.
9. Verfahren nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Wechselrichter über einen Transformator mit dem Energieversorgungskabel verbunden ist und am Sternpunkt des Trans¬ formators ein Gleichspannungsanteil durch eine unsymmetrische passive Gleichrichterschaltung (10, 20) aufgeprägt wird.9. The method according to claim 8, characterized in that the inverter is connected via a transformer to the power supply cable and at the neutral point of the transformer ¬ a DC voltage component by an asymmetrical passive rectifier circuit (10, 20) is impressed.
10. Vorrichtung (1) zur Energieversorgung einer Last (4) mit einem energiespeisenden Wechselrichter (2), der über ein mehrsträngiges Energieversorgungskabel (3) mit der Last (4) verbunden ist, und Mittel (6) zum Bestimmen eines Mittenpo¬ tenzials des Energieversorgungskabels, die mit einer Auswer¬ teeinheit (7) verbunden sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Auswerteeinheit (7) zum Erkennen eines Erdschlusses in Abhängigkeit einer Gleichspannungsverschiebung eingerichtet ist.10. Device (1) for supplying energy to a load (4) with an energy-supplying inverter (2) which is connected to the load (4) via a multi-strand power supply cable (3) is connected, and means (6) for determining a Mittenpo ¬ tenzials the power supply cable, which are connected to a Auswer ¬ teeinheit (7), characterized in that the evaluation unit (7) is adapted to detect a ground fault in response to a DC voltage shift.
11. Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Wechselrichter (4) über einen Transformator (8) mit dem Energieversorgungskabel (3) verbunden ist, wobei Zusatzmittel (9) zum Erzeugen einer Gleichspannungsverschiebung in dem E- nergieversorgungskabel (3) vorgesehen sind.11. Device (1) according to claim 10, characterized in that the inverter (4) via a transformer (8) to the power supply cable (3) is connected, wherein additional means (9) for generating a DC voltage shift in the E- nergieversorgungskabel (3) are provided.
12. Vorrichtung (1) nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Zusatzmittel (9) zum Erzeugen einer Gleichspannungsverschiebung eine unsymmetrische passive Gleichrichterschaltung (10, 20) am Sternpunkt des Transformators (8) umfassen.12. Device (1) according to claim 11, characterized in that the additional means (9) for generating a DC voltage shift comprise an asymmetrical passive rectifier circuit (10, 20) at the star point of the transformer (8).
13. Vorrichtung (1) nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Zusatzmittel (9) zum Erzeugen einer Gleichspannungsver- Schiebung eine unsymmetrische aktive Gleichrichterschaltung (10, 20, 21) umfassen. 13. Device (1) according to claim 11, characterized in that the additional means (9) for generating a DC voltage shift comprise an asymmetrical active rectifier circuit (10, 20, 21).
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