DD129694B1 - Verfahren zur isolationsmessung und-ueberwachung in wechselstromnetzen - Google Patents

Description

Anordnung zur Messung und Überwachung des Isolationswiderstandes in Wechselstromnet zen

der Erfindung

Die Anordnung ist in allen Y/echselspannungsnetzen mit isoliert em St ernpunkt anv.¹ endbar.

Charakteristik: der bekannten technischen Losungen

Die Messung und Überwachung des Isolationswertes in Wechselspannungsnetzen mit isoliert era Sternpunkt erfolgt nach dem Stand der Technik durch eine dem Netz aufgeprägte Meßgleichspannung bzw. durch eine ?ießwechselspannung mit einer vom Netz abweichenden Frequenz. Die Meßspannung, die zwischen Ivleßpunkt und Erde (bzw. blasse eines Schiffskörpers) liegt, treibt einen dem Isolationswert umgekehrt proportionalen Meßstrom. Der Meßstrom wird dann verfälscht,, wenn sich im Hetz andere Spannungen der Meßspannung überlagern. Dieser Pail kann bei Verwendung von Gleichspannung als Meßspannung eingetreten, wenn am V/echselopannungsnetz direkt Gleichstromsysteme (ungesteuert, halbgcsteuert oder vollgesteuert) angeschaltet sind, die einen verminderten Isolationswiderstand aufweisen. Abhängig von der Lage des Punktes geringer Isolation, kann sich die Zusatzspannung der Meßspannung addieren oder subtrahieren.

Aus der Patentliteratur sind zwei Verfahr0x1 bekannt, um den. sich durch die Zusatzspannung ergebenen Meßstromanteil zu

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elernenieren bzw. zu signalisieren.

Das in der OS 2251 784 und dem Zusatzpatent OS 2436 073 der BRD vorgeschlagene Verfahren erfaßt über Triggerschaltungen das Überschreiten einer bestimmten Höhe des Störanteils am Fehlerstrom. Als wesentlicher Nachteil muß bei diesem Verfahren die Notwendigkeit der Abstimmung zwischen Meßspannung und Netzspannung angesehen werden. In Automatisierungsanlagen werden häufig mehrere Netzteile unterschiedlicher Netzspannungen durch eine Isolationsmeß- und -Überwachungsanlage abgefragt, so daß in solchen Fällen zusätzlicher gerätetechnischer Aufwand entsteht, eine im Sinne der Patentschrift für jedes Netz abgestimmte Meßspannung zu erzeugen. Das in der 03 2107731 der BRD genannte Verfahren ermöglicht es, die Fehlerstromanteile durch dem Ivleßgleichstrom überlagerte Gleich- und V/echselstromanteile unwirksam zu machen. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die Höhe des störenden Fehlerstromes nicht erfaßt werden kann.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Verfügbarkeit der überwachten elektrotechnischen Anlagen und Betriebsmittel zu erhöhen.

Technische Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für alle vorkommenden Netzspannungen mit nur einer Meßspannung zu operieren und die Minderung des Isolationswertes sowohl in direkt angeschalteten Gleichstromsystemen als auch im reinen Wechsel-: strömt eil des Netzes zu erfassen und eine genauere I.iessung der Isolationsw.erte zu ermöglichen.

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Merkmale der Erfindung

Bei der Lösung der Aufgabe geht die Erfindung von der Überlegung aus, daß vom Hetz herrührende symmetrische Wechselspannungen auf das Meßergebnis keinen Einfluß haben, da solche in den herkömmlichen Meßeinrichtungen durch Parallelschaltung eines Kondensators zum Meßinstrument oder Meßwiderstand unwirksam werden.

Dagegen weisen asymmetrische Wechselspannungen und Gleichspannungen (im folgenden Zusatzspannungen genannt), die im Netz durch den Betrieb isolationsfehlerbehafteter Gleichstromverbraucher auftret on können, eine von der Lage des Isolationsfehlers im Gleichstromsystem abhängige Richtung auf, wenn vom Strom-Zeit-Integral bei der Betrachtung ausgegangen wird. Der Anteil dieser Zusatzspannung kann sich je nach Polung der Ließspannung addieren oder subtrahieren. Die vorgeschlagene Anordnung bildet während eines Meßzyklus zunächst den Absolutwert des Spannungsabfalls über einen Meßwiderstand R„,, der durch Stromanteile I_M (hervorgerufen

i/i -ISi

durch eine MeßgleichsOannung U_TT) und I_n-T (hervorgerufen durch

IH Lr L·

Zusatzspannung aus dem Netz) bewirkt wird.

Von diesem Absolutwert wird das Maximum erfaßt und gespeiche Der Maximalwert entspricht der Gleichung

I_moir = /I_n + Ip_T/ = (i-w + ¹Tt)* max μ Ui) iVi ui)

Nach Umpolung der Meßspannung IL₁, wird vom Absolutwert des Spannungsabfalls über Meßwiderstand R-... das Minimum erfaßt und gespeichert

Der Minimalwert entspricht der Gleichung

I_m,_ = /-I_v + Ipr/ = (І_и - І_гт). min iii üb μ ui

Die gespeicherten Absolutwerte von Maximum und Minimum werden sowohl addiert als auch subtrahiert.

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Die folgenden Gleichungen zeigen, daß die durch Addition und Subtraktion gewonnenen Werte I^ und I^ bzw. entsprechend abgeleitete Größen die gewünschten ,Meßwerte darstellen (siehe auch Fig. 1).

Maximalwert Minimalwert

Addition: (I_M + I_GL) + (I_M - I_GL) = 2.I_M

Subtraktion: (I_M + I_QL) - (I_M - I_QL) = 2 I_QL

Die Gewonnenen Vierte sind analog, digital oder bipolar dar-

stellbar.

In der schaltun^smäßigen Lösung wird der Meßwiderstand R_M

über einen Meßverstärker einmal über einen Schalter S 2 in Reihe mit einem Maximalwertbildner am ersten Eingang einer Addierschaltung angeschlossen, dessen Ausgang mit einer Schwellwertschaltung sowie über einen Schalter S 4 mit einem Speicher verbunden 13t. Parallel dazu wird über einen Schalter S 3 in Reihe mit einem Ivliniraalwertbildner ein erster Eingang einer Subtrahierschaltung angeschaltet, dessen Ausgang mit einer zweiten Schwellwerteinrichtung sowie über einen Schalter S 5 mit einem Speicher verbunden ist. Ein zweiter Eingang der Addierschaltung wird an den ersten Eingang der Subtrahierschaltung und ein zweiter Eingang der Subtrahierschaltung an den ersten Eingang der Addierschaltung angeschaltet. Die zur Minimalwertbildung notwendige Anordnung besteht aus einer Konstantgleichspannungsquells, die mit ihrem Pluspol über ein Schaltglied mit einem Speicher und der Anode eines Gleichrichters verbunden ist. Die Katode des Gleichrichters ist über ein weiteres Schaltglied an einen Widerstand angeschlossen. Der zweite Anschluß der Gleichspannungsquelle, des Speichers und des Widerstandes liegen auf einem gemeinsamen Bezugspotential.

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Die auszuwertende Spannung u (Ѣ) liegt über dem Y/iderstand R-, an, während der Minimalwert am Speicher abgenommen wird.

Die Erfindung wird anhand eines Anwenuungsbeispiels der Anordnung erläutert.

In Pig. 2 ist eine Schaltungsanordnung dargestellt, die im wesentlichen aus der Spannungsquelle für die Meßspannung 1, der Umschalt einrichtung zur Umschaltung der Polarität der Spannungsquelle 2, einem Meßwiderstand R,, und der Auswerteeinrichtung 3 besteht.

Alle im riet ζ wirkenden Spannungen (Meßspannung, asymetrische Wechselspannungen und Gleichspannungen, die durch den Betrieb isolationsfehlerbehafteter Stromrichter wirksam werden) treiben durch den Meßwiderstand R„_T (wie Pig. 3 zeigt) Ströme, die einen zeitlich veränderlichen Spannungsabfall u (t) über R_M bewirken. Dieser Spannungsabfall wird über einen Absolutwertbildßer sowohl einem IJaximal- als auch Minimalwertbildner zugeführt. Durch einen Programmgeber werden die Schaltglieder S 1 bis S 5 derart geschaltet (siehe Pig. 4), daß zunächst bei St ellung 1 des Schalters S 1 der Schalter S 2 geschlossen ist und damit die Spannung u (t) dem Maximalwertbildner zugeführt wird.

Beim nächsten Programmschritt schaltet Schalter 1 auf Schalt-Stellung 2 um und Schalter S 3 wird geschlossen. Damit wird Die Spannungsquelle 1 umgepolt und der Spannungsabfall über R_?/f dem Minimalwertbildner 5 zugeführt. Minimalwert und Maximalwert werden einer Addierschaltung 6 und Subtrahierschaltung 7 zugeführt. Beim nächsten Programmschritt werden die Schalter 3 4 und S 5 geschlossen und die dem Isolationswert proportionalen Werte I^ und I_GL für die Anzeige gespeichert. Mittels der Schwellwertschaltung 10, 11 läßt sich eine Pehlersignalisierung bei verschiedenen Isolationswerten erreichen.

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Interne Schalter in den Punktionseinheiten 4, 5, 8 und 9 sorgen dafür, daß in Abhängigkeit dor Hauptprogrammschritte in UnterprogrammsсhritteA alle Speicher und Minimal- und Maximalwertbildner in den Urzustand versetzt werden. In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel für einen Minimalwertbildner dargestellt. -

Barch, ^schalt en. der iLoaste.citgleictis^s.tvciMn.gsquelle E ал den Kondensator G über deA Schalter 3 7 lädt sich der Kondensator auf die Spannung E auf. Die am Kondensator C anliegende Spannung E wird durch öffnen von Schalter S 7 und Schließen von Schalter S 6 mit der am Widerstand R anliegenden und auszuwertenden Spannung, die proportional mit der über den Meßwiderstand R_7lT abfallenden Spannung u (t) ist, verglichen, iVl

wobei der Gleichrichter GL bewirkt, daß beim Vergleichen der Spannungen nur ein Abbau der Energie des Kondensators C möglich ist. Die Spannung des Kondensators sinkt damit auf einen Wert, der dem minimalen 7/ert von u (t) entspricht, und stellt ein Maß für den Minimalwert des Meßwertes dar.

Claims (2)

1. .,. 19 70 52

   Erf indunr;3anspruch

   1. Anordnung zur Messung und Überwachung des Isolationswiderstandes in Wechselstromnetzen mit oder ohne direkt.über Stromrichter angeschalteter Gleichstroinverbraucher mittels einer der Netzspannung überlagerten Meßgleichspannung, wobei die Meßspannungsquelle über einen Schalter zur Umpolung der Polarität, in Reihe mit einem Meßwiderstand zwischen einer Phase des Wechselspannungsnetzes und Masse liegt, gekennzeichnet dadurch, daß der Meßwiderstand (Kit) über einen Meßverstärker einmal über einen Schalter (32) in Reihe mit einem Maximalwertbildner (4) am ersten Eingang einer Addierschaltung (6), dessen Ausgang mit einer Schwellwertschaltung (10) sowie über den Schalter (S4) mit einem Speicher (8) verbunden ist und parallel dazu über einen Schalter (S3) in Reihe mit einem Minimalwertbildner (5) am ersten Eingang einer Subtrahierschaitung (7), dessen Ausgang mit einer Schwellwertschaltung (11) sowie über einen Schalter (35) mit einem Speicher (9) verbunden ist, wobei ein zweiter Eingang der Addierschaltung (G) an den ersten Eingang der Subtrahierschaltung (7) und ein zweiter Eingang der Subtrahierscheiltung (7) an den ersten Eingang der Addierschaltung (6) angeschaltet ist.
2. 2. Anordnung zur Minimalwertbildung nach Punkt 1 gekennzeichnet dadurch, daß eine Konstantgleichspannungsquelle (E) mit ihrem Pluspol über ein Schalt glied (37) mit einem Speicher (G) und der Anode eines Gleichrichters (GL) verbunden ist und die Katode des Gleichrichters (GL) über ein weiteres Schaltglied (Sb) an einem Widerstand (R) angeschlossen ist, wobei der zweite Anschluß der Konstantgleichspannungsquelle (E), des Speichers (C) und des Widerstandes (R) auf einem gemeinsamen. Bezugspotential liegen.

   Hierzu„.„^ Seiten Zeichnungen