WO2007090791A2 - Verfahren und einrichtung zur erdschlusserfassung in einem versorgungskabel - Google Patents

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WO2007090791A2
WO2007090791A2 PCT/EP2007/051012 EP2007051012W WO2007090791A2 WO 2007090791 A2 WO2007090791 A2 WO 2007090791A2 EP 2007051012 W EP2007051012 W EP 2007051012W WO 2007090791 A2 WO2007090791 A2 WO 2007090791A2
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Reinhard Hoffmann
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    • 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.

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Abstract

Um ein 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) zugeführt wird und die Auswerteeinheit (7) das Mittenpotenzial oder die von dem Mittenpotenzial abgeleitete Größe mit einem Schwellenwert vergleicht, bereitzustellen, das zuverlässig und kostengünstig Erdschlüsse erfasst, wird vorgeschlagen, dass bei Unterschreiten des Schwellenwertes auf einen Erdschluss geschlossen wird.

Description

Beschreibung
Verfahren und Einrichtung zur Erdschlusserfassung in einem Versorgungskabel
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.
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.
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.
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.
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.
Die Erfindung löst diese Aufgabe ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren dadurch, dass bei Unterschreiten des Schwellenwertes auf einen Erdschluss geschlossen wird.
Die Erfindung löst diese Aufgabe ausgehend von der eingangs genannten Vorrichtung dadurch, dass die Auswerteeinheit zum
Erkennen eines Erdschlusses in Abhängigkeit einer Gleichspan¬ nungsverschiebung eingerichtet ist.
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.
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.
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.
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.
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.
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 besagte
Reihenschaltung zwischen dem Erdpotenzial und dem Sternpunkt der Sekundärwicklungen des Transformators angeordnet ist.
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.
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 wobei
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Darstellung, Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin¬ dungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Darstellung,
Figur 3 ein Ausführungsbeispiel eines Zusatzmittels zum Erzeugen eines Mittenpotenzials zur Erfas¬ sung einer Gleichspannungsverschiebung,
Figur 4 zwei weitere Ausführungsbeispiel eines Zusatz¬ mittels zum Erzeugen eines Mittenpotenzials zur Erfassung zur Erfassung einer Gleichspannungsverschiebung,
Figur 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Zusatz¬ mittels und zum Erzeugen eines Mittenpotenzials zur Erfassung einer Gleichspannungsverschiebung und
Figur 6 ein weiteres Zusatzmittel zum Erzeugen einer
Gleichspannungsverschiebung sowie einen Sternpunktbildner zeigen.
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 zum
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.
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.
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 .
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.
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.
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 .

Claims

Patentansprüche
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.
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.
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 .
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.
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 .
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
PCT/EP2007/051012 2006-02-07 2007-02-02 Verfahren und einrichtung zur erdschlusserfassung in einem versorgungskabel WO2007090791A2 (de)

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