EP2625537A2 - Stromversorgungsgerät und stromversorgungssystem mit ebensolchem - Google Patents

Stromversorgungsgerät und stromversorgungssystem mit ebensolchem

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Publication number
EP2625537A2
EP2625537A2 EP11784954.7A EP11784954A EP2625537A2 EP 2625537 A2 EP2625537 A2 EP 2625537A2 EP 11784954 A EP11784954 A EP 11784954A EP 2625537 A2 EP2625537 A2 EP 2625537A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
power supply
control
interface
detection
regulating device
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Withdrawn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
EP11784954.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerhard Wolff
Christoph Leifer
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.)
Phoenix Contact GmbH and Co KG
Original Assignee
Phoenix Contact GmbH and Co KG
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 Phoenix Contact GmbH and Co KG filed Critical Phoenix Contact GmbH and Co KG
Publication of EP2625537A2 publication Critical patent/EP2625537A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current 
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H5/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection
    • H02H5/10—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection responsive to mechanical injury, e.g. rupture of line, breakage of earth connection
    • H02H5/105—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection responsive to mechanical injury, e.g. rupture of line, breakage of earth connection responsive to deterioration or interruption of earth connection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • 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
    • G01R31/40—Testing power supplies

Definitions

  • the invention relates to a power supply device with a control and / or regulating device, a modespotenzialan- connection, at least one voltage potential terminal and a ground terminal for grounding the Stromchucksge ⁇ device.
  • the invention further relates to a power supply system with a power supply device.
  • Such a power supply device is known, for example, as a central power supply device for a power grid or other circuit of a system.
  • the STEU ⁇ ER and / or regulating device is used primarily to control or regulation of a parameter of the power supply means (for example, the voltage).
  • the Machinery Directive stipulates, among other things, that a first insulation fault must already be detected in the control system of a machine or plant and must not lead to faulty behavior of the machine or system.
  • a typical first mistake is, for example, the fraying of a sensor cable.
  • Place in the cabinet is grounded to reference potential, for example, ground, lying line of the control system.
  • reference potential for example, ground
  • the control-own line protection is triggered.
  • the machine or system is switched off in this way immediately after the occurrence of the insulation fault and thus protected against misconduct.
  • the current caused by the insulation fault can flow through the closed circuit in the presence of a connection between the reference potential of the controller and ground.
  • the safety devices of the control system are triggered by professional dimensioning.
  • a permanent insulation monitoring is al ⁇ ternatively carried out.
  • a "first" insulation fault of active signal lines is detected and can be reported.
  • the operation is not interrupted unscheduled.There is time for troubleshooting.This operating state after a first insulation fault corresponds to a system with grounded reference potential.Also a second insulation fault of the opposite potential leads to an immediate shutdown.
  • the state of the art is that within the power supply system, ie the circuit of the system, differential current measuring devices are available that compare incoming and outgoing currents. Divergent values of the incoming and outgoing currents mean that leakage flows and a first error is present.
  • insulation monitors which monitor in a non-single-ended, grounded insulated control system between the power supply and the earth, whether the plant-specific minimum insulation values are maintained or whether a decrease in the insulation resistance is observed.
  • the invention is therefore based on the object to provide a power ⁇ supply device and a power supply system that enables the detection of non-operating currents in the power grid reliably and easily.
  • the power supply device includes a per ⁇ manent or shiftable device internal short circuit current path between the reference potential terminal and a ground connection, a detection device for continuous loan or quasi-continuously detecting a current flowing through the short circuit current path current and a Sig ⁇ nalübertragungspfad on which the detection device with the Control and / or regulating means signal technology connects.
  • the reference potential connection and the ground connection of the power supply unit are - as of course also the voltage potential connection - external connections of the device. These two connections are electrically connected to each other via a permanent or switchable short-circuit current path.
  • the current flowing through this short-circuit current path can be detected by means of the detection device, wherein a signal proportional to this current can be transmitted to the control and / or regulating device of the device. The latter can thus monitor the power supply network supplied by the power supply unit to external currents entering via the grounding connection into the first conduction path.
  • the short-circuit current path is a switchable
  • the detection device is an all-current sensitive Detekti ⁇ onsvorraum with a dynamic of continuous or quasi-continuous detection, which comprises a frequency range from 0 Hz to at least 1 MHz.
  • high-frequency extraneous currents in the power supply device supplied power network can be detected.
  • Such high-frequency parasitic currents caused mostly by Lei ⁇ processing capacity and / or device capabilities of the lines and / or the comparable switched by means of these lines in the power grid electrical devices with respect to the ground potential at different locations.
  • the power supply device furthermore has at least one further detection device for the continuous or quasi-continuous detection of a current flowing through the reference potential connection and / or voltage potential connection. Preference is there ⁇ at the further detection device also has a
  • All-current-sensitive detection device whose dynamics comprise a frequency range from 0 Hz to 20 kHz, preferably from 0 Hz to 100 kHz.
  • the further detection device is signal-technically connected to the control and / or regulating device by means of a further signal transmission path.
  • control and / or regulating device continuously or quasi-continuously monitors the temporal correlation between the current detected in the short-circuit current path and the detected current flowing through the voltage potential terminal. Through this monitoring, the control and / or regulating device can distinguish the effects of operational current and / or voltage peaks from actual external currents.
  • the power supply unit at least one comprising interface technically connected to the control and / or regulating device.
  • the control and / or regulating device can take over control and monitoring functions within the power supply network / circuit supplied by the power supply device.
  • the control and / or regulating device can signally via the interface with a higher instance of the power grid or the installation and / or Steue ⁇ assurance systems of the power grid-connected electrical appliances such as electric machines are connected.
  • the at least one interface is designed as an analog interface and / or digital interface. If the interface is a digital interface, provision is made in particular for this digital interface to be designed as an RS232, RS485 and / or RS422 interface.
  • the control and / or regulating device continuously or quasi-continuously monitors the temporal correlation between the current detected in the short-circuit current path and signals from the interface. Even with this monitoring, the control and / or regulating device can distinguish the effects of operational current and / or voltage peaks from actual external currents.
  • the control and / or regulating device is designed as a microprocessor. The detection or monitoring can be implemented particularly easily in a control and / or regulating device designed as a microprocessor. In particular, it is envisaged that the microprocessor will be responsible for the Signal transmission required analog-to-digital converter
  • control and / or regulating device compares the detected or monitored actual values with desired values.
  • the power supply device has at least one output device which is signal-technically connected to the control and / or regulating device.
  • the output device can, for example, an acoustic output device for outputting a warning sound, a visual output device such as ei ⁇ ne warning lamp or a display, or other interface ⁇ imagine be to signal output to another device.
  • the invention further relates to a power supply system having an aforementioned power supply unit and a power grid having at least two line paths and at least one electrical device, wherein the electrical device is supplied with power from the power supply unit via the line paths.
  • a STEU ⁇ er Center the electrical device and / or a control and / or regulating device of the power system is connected by signal technology via the interface with the control and / or regulating device.
  • the control and / or regulating device of the power grid is, in particular, a control unit of the electrical device and the control and / or regulating unit. is the higher-level instance of the power supply unit.
  • the figure shows a power supply system 10 with a central electrical power supply device 12 for feeding electrical power into a power grid 14 of the power supply system 10.
  • a plurality of electrical devices 16 are interconnected (of which, however, only ei ⁇ nes is shown). These electrical appliances 16 will be powered by the power supply 12.
  • the power grid 14 is designed as a DC power grid 14 and has two line paths 18, 20.
  • the first conductive path 18 a as a negative potential ( "minus potential”) is trained reference potential cpl and is located on the second conductive path 20 a opposite the clutchspo ⁇ tential cpl higher potential ( "positive potential”) cp2 for Ge ⁇ nerieren an operating current through the power grid 14 at.
  • the power grid 14 is thus a power grid 14 driven by a constant voltage.
  • the power supply unit 12 has, in addition to the control and / or regulating device 22 for controlling or regulating a power supply device 24 designed as a converter, three external connections 26, 28, 30 electrically connected to this device.
  • One of the at ⁇ connections is a pre Schlos ⁇ sener to the first conduction path 18 reference potential terminal 26
  • another of the at ⁇ connections is a CONNECTED to the second conduction path 20 sener voltage potential terminal 28 and another of the terminals is a ground terminal 30 for grounding the
  • This ground terminal 30 is connected via a grounding current path 32 at a location with ground potential. Inside the device, the outer connections 26, 28, 30 are connected to corresponding outputs of the power supply device 24 via corresponding current paths 34, 36, 38.
  • the control and / or regulating device 22 of the power supply unit is - as with modern control and / or regulating devices ⁇ usual - as a microcontroller ( ⁇ ) is formed.
  • This microcontroller has, in addition to the processor and working and program memory and preferably also Periphe ⁇ rieajien such as analog-to-digital converter and / or digital to analog converter. By means of these peripheral units, the microcontroller can communicate with other units inside or outside the power supply unit 12.
  • the power supply unit 12 also has a switchable device-internal short-circuit current path 40 between the reference potential terminal 26 and the ground terminal 30.
  • a switch 42 is arranged for this, which is designed as a controllable by the control and / or regulating device 22 switch device.
  • the power supply unit 12 comprises a detection device 44 for the continuous or quasi-continuous detection of a current flowing through the short-circuit current path 40. This detection device 44 is signally connected by a signal transfer path 46 to the presentation of a ⁇ About this current signal characterizing the control and / or regulating device 22nd
  • the power supply unit 12 has one or two further detection devices (s) 48 for the continuous or quasi-continuous detection of a current flowing through the reference potential terminal 26 and / or the voltage potential terminal 28.
  • This further Detekti ⁇ onsvoriques 48 is signally connected by an associated signal transmission path 50 for transmitting a signal characterizing this current to the control and / or regulating device 22nd
  • the power supply unit 12 (at least) on one with the control and / or regulating device 22 by means of a signal transmission path 52 signal technically connected interface 54.
  • the control and / or regulating device 22 can take over control and monitoring functions within the power network 14 supplied by the power supply unit 12.
  • the control and / or regulating device 22 signal technology via the interface 54 with a higher authority of the power network 14 or the system and / or with control systems (the controllers 56) of the interconnected in the power grid 14 electrical equipment 16, such as electrical machines, to be connected.
  • the power supply device 12 shown in FIG. 1 has an output device 58 that is signal-connected to the control and / or regulating device 22. This is designed as a display.
  • a monitoring of the insulation state of the entire power supply system 10 in particular monitoring hnote ⁇ lich of multiple earthing in the power grid 14 or in terms of a "first system error" in the power grid 14 by fault currents through the ground wire ( AC / DC insulation measurement, eg differential current).
  • the first conducting path 18 to the reference potential cpl is connected not only via the series circuit of short circuit current path 40 and ground current path 32, but also the not pre-provided ⁇ short circuit 60 to ground at the other location.
  • the different points of the ground potential are in turn electrically connected to each other via a (specific) earth resistance 62, so that an external current circuit 64, a so-called ground loop, is produced.
  • the external current circuit 64 happens while the short circuit current path 40.
  • the detection device 44 determines the determined short circuit current path 40 by current flowing the Ge ⁇ total current of the third current circuit 64th If the detection device 44 is designed to be all-current-sensitive, the detection also includes the detection of capacitive multiple earthing. Typical applications are all machines and plants in accordance with the Machinery Directive, which is also used internationally. Likewise in areas where personal protection is involved or where systems are isolated.
  • the power supply 12 is thus suitable in the fed ⁇ th power supply system 10 preventive non-operating currents (eg the external current circuit shown 64) to recognize and provide a higher-level monitoring system, a control room or a control in the form of a message.
  • non-operating currents eg the external current circuit shown 64
  • the power supply device 12 includes the Detektionsvor- direction in a short-circuit current path 40 at least mitchanenden connecting line between the printerspotenti- terminal connector 26 (for example, negative pole of a DC supply) and the end connected to the earth ground terminal 30, so that all Strö ⁇ me are recognized by this line and for the diagnosis can be evaluated.
  • the power supply can provide current comparison in isolated networks. To be compared
  • Additional detection devices 44, 48 can be permanently installed in the device 12, alternatively, to ⁇ additionally required detection means 44, 48 are retrofitted as an option.
  • the presented power supply unit 12 contributes significantly to optimizing the system availability and commissioning ent ⁇ speaking power supply systems 10 professional and EMC aspects. It ensures a significantly higher availability of the systems and leads to enormous savings during commissioning.

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Stromversorgungsgerät (12) mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung (22), einem Bezugspotentialanschluss (26), mindestens einem Spannungspotentialanschluss (28) und einem Erdungsanschluss (30) zur Erdung des Stromversorgungsgeräts (12). Es ist vorgesehen, dass das Stromversorgungsgerät einen permanenten oder zuschaltbaren geräteinternen Kurzschlussstrompfad (40) zwischen dem Bezugspotentialanschluss (26) und dem Erdungsanschluss (30), eine Detektionsvorrichtung (44) zur kontinuierlichen oder quasi-kontinuierlichen Detektion eines durch den Kurzschlussstrompfad (40) fließenden Stroms und einen Signalübertragungspfad (46), der die Detektionsvorrichtung (44) mit der Steuer- und/oder Regeleinrichtung (22) signaltechnisch verbindet, aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein entsprechendes Stromversorgungssystem (10).

Description

STROMVERSORGUNGSGERÄT UND STROMVERSORGUNGSSYSTEM MIT EBENSOLCHEM
Die Erfindung betrifft ein Stromversorgungsgerät mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung, einem Bezugspotentialan- schluss, mindestens einem Spannungspotentialanschluss und einem Erdungsanschluss zur Erdung des Stromversorgungsge¬ räts. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Stromversorgungssystem mit einem Stromversorgungsgerät.
Ein derartiges Stromversorgungsgerät ist zum Beispiel als zentrale Stromversorgungsvorrichtung für ein Stromnetz oder einen sonstigen Stromkreis einer Anlage bekannt. Die Steu¬ er- und/oder Regeleinrichtung dient primär der Steuerung bzw. Regelung einer Kenngröße der Stromversorgungseinrichtung (z.B. der Spannung) .
Aus Sicherheitsgründen und aus Gründen der Anlagenverfügbarkeit schreibt u. a. die Maschinenrichtlinie vor, dass bereits ein erster Isolationsfehler im Steuerungssystem einer Maschine oder einer Anlage erkannt werden muss und nicht zu einem fehlerhaften Verhalten der Maschine oder Anlage führen darf. Ein typischer erster Fehler ist zum Beispiel das Durchscheuern eines Sensorkabels. Fällt ein Kabel auf einen metallenen Maschinenträger und scheuert durch, so dass aktive signalführende Leitungen zeitweise oder dauer¬ haft in elektrischen Kontakt mit diesem Maschinenträger kommen, so würde - mangels geeigneter Offenbarungsmechanis¬ men zur Erkennung des ersten Fehlers - ein zweiter Fehler, zum Beispiel das Durchscheuern einer weiteren aktiv signalführenden Leitung, dazu führen, dass die zugehörige Steue¬ rung diese Isolationsfehler ohne Unterschied zu einem be- wusst ausgelöstem Steuerbefehl als aktives Sensorsignal er¬ kennt. Daraufhin würde ein Fehlverhalten einer Maschine oder Anlage ausgelöst werden können, welches zu einem Per¬ sonen- oder Anlagenschaden führen kann.
Solche typischen ersten Fehler werden in der Praxis bei- spielsweise dadurch offenbart, dass an einer zentralen
Stelle im Schaltschrank eine auf Bezugspotential, zum Bei¬ spiel Masse, liegende Leitung des Steuerungssystems geerdet wird. In einem oben beschriebenen Fehlerfall wird in diesem Fall der steuerungseigene Leitungsschutz ausgelöst. Die Ma- schine oder Anlage wird auf diese Weise unmittelbar nach Auftreten des Isolationsfehlers abgeschaltet und so vor Fehlverhalten geschützt.
Der durch den Isolationsfehler hervorgerufene Strom kann bei vorhandener Verbindung zwischen Bezugspotential der Steuerung und Erde durch den so geschlossenen den Stromkreis fließen. Die Sicherungsorgane der Steuerung werden bei fachgerechter Dimensionierung ausgelöst. In Anlagen, in denen eine Verbindung zwischen Erde und Bezugspotential der Steuerung nicht gewünscht ist, wird al¬ ternativ eine permanente Isolationsüberwachung durchgeführt. So wird ein „erster" Isolationsfehler aktiver Signalleitungen erkannt und kann gemeldet werden. Der Betrieb wird nicht unvorhergesehen unterbrochen. Es verbleibt Zeit für eine Fehlersuche. Dieser Betriebszustand nach einem ersten Isolationsfehler entspricht einem System mit geerdetem Bezugspotential. Erst ein zweiter Isolationsfehler des entgegen gesetzten Potentials führt zu einer sofortigen Ab- Schaltung.
Schaut man sich in der Praxis die Starkstrom-Installationen dieser Anlagen an, so findet man sehr häufig über Jahrzehnte gewachsene Stromverteilungssysteme, die selten an die Anforderungen moderner Elektroinfrastrukturen angepasst worden sind. Insbesondere ist dies der Fall, wenn mit Kapa¬ zitätsausbau von Anlagen deren Starkstromversorgung lediglich immer wieder erweitert, nicht aber fachgerecht reno¬ viert worden ist. Dies ist oft in Industrieländern der Fall, viel mehr noch in Ländern mit wenig ausgeprägter Industriestruktur. Dort findet man sehr häufig noch TN-C- Stromversorgungssysteme oder gemischte TN-C-S Systeme. Im TN-C-System ist der Betriebsstrom führende Rückleiter der Niederspannungsanlage (Neutralleiter) zusammen mit dem Schutzleiter als PEN-Leiter in einem gemeinsamen Draht ausgeführt. An jeder Verbindungsstelle des PEN-Leiters mit dem Potentialausgleichssystem oder der Erdungsanlage wird ein Teil des zur Einspeisung zurück fließenden Stromes den PEN- Leiter verlassen und in die Erdungsanlage eintreten. Auf diese Weise entstehen unter anderem Erdpotentialdifferenzen zwischen verschiedenen Anlagenteilen. Diese haben zwangsläufig Ausgleichsströme über hierzu parallel geschaltete elektrisch leitfähige Strukturen zur Folge. Diese Potenti¬ aldifferenzen sind wiederum auch eine Quelle für Störströme in den steuerungstechnischen Systemen von Anlagen. Sie sind bei Vorliegen von Mehrfacherdungen des Bezugspotentials des Steuerungssystems als Ausgleichsstrom zwischen dem Bezugs¬ potential des 24 V Steuerungssystems (z.B. Systemmasse, 0 V, GND) und der Erdungsanlage nachzuweisen. Diese Ströme fließen auf diese Weise auch in den Masse-Leitungen selbst.
Diese Ausgleichsströme führen zu einer überproportionalen Alterung, Belastung oder gar Gefährdung aller elektronischen Komponenten des Steuerungssystems und können z.B. bei Veränderung der Installation (dies kann im Extremfall ein Aufstecken eines Diagnosesteckers einer seriellen Schnitt¬ stelle von einem PC sein) zu Undefinierten Spannungsspitzen, Zerstörungen oder kaum nachvollziehbaren Anlagenausfällen führen. Um diese die Systemfunktionsverfügbarkeit stark beeinträch¬ tigenden Phänomene zu vermeiden, darf in einem in sich geschlossenen Anlagenteil die Verbindung zwischen Systemmasse und Erde grundsätzlich nur ein einziges Mal ausgeführt wer- den. Es ist - auch im Interesse des Anlagenbetreibers - si¬ cherzustellen, dass dieser Zustand über die gesamte Be¬ triebsdauer der Anlage aufrecht erhalten wird.
Stand der Technik ist, dass innerhalb des Stromversorgungs- Systems, also des Stromkreises der Anlage, Differenzstrom- messgeräte zur Verfügung stehen, die ein- und ausgehende Ströme vergleichen. Voneinander abweichende Werte der ein- und ausgehenden Ströme bedeuten, dass Leckströme fließen und ein erster Fehler vorliegt.
Weiterhin sind so genannte Isolationswächter verfügbar, die in einem nicht einseitig geerdetem isolierten Steuerungssystem zwischen der Stromversorgung und der Erde überwachen, ob die anlagenspezifischen Mindest-Isolationswerte aufrecht erhalten werden oder ob ein Sinken des Isolationswiderstandes festzustellen ist.
Beide Lösungen sind technisch sehr aufwendig und kostenintensiv. Diese Geräte müssen projektiert, geplant, instal- liert und überwacht werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Strom¬ versorgungseinrichtung und ein Stromversorgungssystem bereitzustellen, das das Erkennen betriebsfremder Ströme im Stromnetz zuverlässig und auf einfache Weise ermöglicht.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 13. Vorteilhafte Ausgestaltun¬ gen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Das erfindungsgemäße Stromversorgungsgerät weist einen per¬ manenten oder zuschaltbaren geräteinternen Kurzschlussstrompfad zwischen dem Bezugspotentialanschluss und dem Er- dungsanschluss , eine Detektionsvorrichtung zur kontinuier- liehen oder quasi-kontinuierlichen Detektion eines durch den Kurzschlussstrompfad fließenden Stroms und einen Sig¬ nalübertragungspfad auf, der die Detektionsvorrichtung mit der Steuer- und/oder Regeleinrichtung signaltechnisch verbindet .
Der Bezugspotentialanschluss und der Erdungsanschluss des Stromversorgungsgeräts sind - wie natürlich auch der Span- nungspotentialanschluss - äußere Anschlüsse des Geräts. Diese beiden Anschüsse sind elektrisch über einen permanen- ten oder zuschaltbaren Kurzschlussstrompfad geräteintern miteinander verbunden. Der durch diesen Kurzschlussstrompfad fließende Strom kann mittels der Detektionsvorrichtung detektiert werden, wobei ein zu diesem Strom proportionales Signal der Steuer- und/oder Regeleinrichtung des Geräts übermittelbar ist. Diese kann somit das von dem Stromversorgungsgerät versorgte Stromnetz auf über den Erdungsanschluss in den ersten Leitungspfad eintretende Fremdströme hin überwachen. Bevorzugt ist der Kurzschlussstrompfad ein zuschaltbarer
Kurschlussstrompfad. Wird dieser Kurzschlussstrompfad nicht zugeschaltet, so sind Spannungsmessungen zwischen Bezugspo¬ tential und Erdpotential möglich. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Detektionsvorrichtung eine Allstrom-sensitive Detekti¬ onsvorrichtung mit einer Dynamik der kontinuierlichen oder quasi-kontinuierlichen Detektion, die einen Frequenzbereich von 0 Hz bis mindestens 1 MHz umfasst. Somit können auch hochfrequente Fremdströme in dem von der Stromversorgungs- einrichtung versorgten Stromnetz detektiert werden. Derartige hochfrequente Fremdströme entstehen zumeist durch Lei¬ tungskapazitäten und/oder Gerätekapazitäten der Leitungen und/oder der mittels dieser Leitungen im Stromnetz ver- schalteten elektrischen Geräte gegenüber dem Erdpotential an unterschiedlichen Stellen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Stromversorgungsgerät weiter- hin mindestens eine weitere Detektionsvorrichtung zur kontinuierlichen oder quasi-kontinuierlichen Detektion eines durch den Bezugspotentialanschluss und/oder Spannungspoten- tialanschluss fließenden Stroms aufweist. Bevorzugt ist da¬ bei die weitere Detektionsvorrichtung ebenfalls eine
Allstrom-sensitive Detektionsvorrichtung, deren Dynamik einen Frequenzbereich von 0 Hz bis 20 kHz, bevorzugt von 0 Hz bis 100 kHz, umfasst.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die weitere Detektions- Vorrichtung mittels eines weiteren Signalübertragungspfads mit der Steuer- und/oder Regeleinrichtung signaltechnisch verbunden ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin- dung ist vorgesehen, dass die Steuer- und/oder Regeleinrichtung die zeitliche Korrelation zwischen dem im Kurzschlussstrompfad detektierten Strom und dem durch den Span- nungspotentialanschluss fließenden detektierten Strom kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich überwacht. Durch die- se Überwachung kann die Steuer- und/oder Regeleinrichtung die Auswirkungen betriebsbedingter Strom- und/oder Spannungsspitzen von tatsächlichen Fremdströmen unterscheiden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Stromversorgungsgerät mindestens eine mit der Steuer- und/oder Regeleinrichtung signaltechnisch verbundene Schnittstelle aufweist. Mittels dieser Schnitt¬ stelle (n) kann die Steuer- und/oder Regeleinrichtung Steuer- und Kontrollfunktionen innerhalb des von der Stromver- sorgungseinrichtung versorgten Stromnetzes/Stromkreises übernehmen. Dazu kann die Steuer- und/oder Regeleinrichtung signaltechnisch über die Schnittstelle mit einer höheren Instanz des Stromnetzes oder der Anlage und/oder mit Steue¬ rungssystemen von im Stromnetz verschalteten elektrischen Geräten, wie zum Beispiel elektrischen Maschinen, verbunden werden .
Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die mindestens eine Schnittstelle als analoge Schnittstelle und/oder digitale Schnittstelle ausgebildet ist. Ist die Schnittstelle eine digitale Schnittstelle, so ist insbesondere vorgesehen, dass diese digitale Schnittstelle als RS232-, RS485- und/oder RS422-Schnittstelle ausgebildet ist. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuer- und/oder Regeleinrichtung die zeitliche Korrelation zwischen dem im Kurzschlussstrompfad detektierten Strom und Signalen von der Schnittstelle kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich überwacht. Auch durch diese Überwachung kann die Steuer- und/oder Regeleinrichtung die Auswirkungen betriebsbedingter Strom- und/oder Spannungsspitzen von tatsächlichen Fremdströmen unterscheiden . Gemäß einer bevorzugten Aus führungs form der Erfindung ist die Steuer- und/oder Regeleinrichtung als Mikroprozessor ausgebildet. Die Detektion bzw. Überwachung lässt sich bei einer als Mikroprozessor ausgebildeten Steuer- und/oder Regeleinrichtung besonders einfach implementieren. Insbeson- dere ist vorgesehen, dass der Mikroprozessor die für die Signalübertragung benötigten Analog-Digital-Wandler
und/oder Digital-Analog-Wandler aufweist.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Steuer- und/oder Re- geleinrichtung die detektierten bzw. überwachten Ist-Werte mit Soll-Werten vergleicht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Stromversorgungsgerät mindestens eine mit der Steuer- und/oder Regeleinrichtung signaltechnisch verbundene Ausgabeeinrichtung aufweist. Mittels dieser Aus¬ gabeeinrichtung kann zum Beispiel eine Ausgabe in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses zwischen Ist- und Soll- Werten erfolgen. Die Ausgabeeinrichtung kann zum Beispiel eine akustische Ausgabeeinrichtung zum Ausgeben eines Warntons, eine optische Ausgabeeinrichtung, beispielsweise ei¬ ne Warnlampe oder ein Display, oder eine andere Schnitt¬ stelle zur Signalausgabe an eine weitere Einrichtung sein. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Stromversorgungssystem mit einem vorgenannten Stromversorgungsgerät und einem Stromnetz mit mindestens zwei Leitungspfaden und mindestens einem elektrischen Gerät, wobei das elektrische Gerät vom Stromversorgungsgerät über die Leitungspfade mit Strom ver- sorgt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemä ßen Stromversorgungssystems ist vorgesehen, dass ein Steu¬ ergerät des elektrischen Geräts und/oder eine Steuer- und/oder Regelvorrichtung des Stromnetzes signaltechnisch über die Schnittstelle mit der Steuer- und/oder Regeleinrichtung verbunden ist. Die Steuer- und/oder Regelvorrichtung des Stromnetzes ist insbesondere eine dem Steuergerät des elektrischen Geräts und der Steuer- und/oder Regelein- richtung des Stromversorgungsgeräts übergeordnete Instanz ist .
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die an- liegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Aus führungs formen näher erläutert.
Es zeigt die Figur ein Stromversorgungssystem mit einem ein zu versorgendes elektrisches Gerät und zwei Leitungs¬ pfade aufweisenden Stromnetz und einer Stromversorgungseinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung.
Die Figur zeigt ein Stromversorgungssystem 10 mit einer zentralen elektrischen Stromversorgungseinrichtung 12 zum Einspeisen elektrischer Leistung in ein Stromnetz 14 des Stromversorgungssystems 10. Im Stromnetz 14 sind mehrere elektrische Geräte 16 verschaltet (von denen jedoch nur ei¬ nes dargestellt ist) . Diese elektrischen Geräte 16 werden von der Stromversorgungseinrichtung 12 mit Strom versorgt werden. Das Stromnetz 14 ist als DC-Stromnetz 14 ausgebildet und weist zwei Leitungspfade 18, 20 auf. Am ersten Lei- tungspfad 18 liegt ein als negatives Potential („Minus- Potential") ausgebildetes Bezugspotential cpl an und an dem zweiten Leitungspfad 20 liegt ein gegenüber dem Bezugspo¬ tential cpl höheres Potential („Plus-Potential") cp2 zum Ge¬ nerieren eines Betriebsstroms durch das Stromnetz 14 an. Die Potentialdifferenz (Δφ = φ2 - cpl) zwischen den beiden Potentialen cpl, cp2 ist im Wesentlichen konstant, da das Stromversorgungsgerät 12 eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 22 aufweist, die diese Potentialdifferenz bzw. Spannung regelt. Das Stromnetz 14 ist somit ein von einer konstanten Spannung getriebenes Stromnetz 14. Das Stromversorgungsgerät 12 weist neben der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 22 zur Steuerung bzw. Regelung einer als Umrichter ausgebildeten Stromversorgungseinrich- tung 24 drei mit dieser Einrichtung elektrisch leitend verbundene äußere Anschlüsse 26, 28, 30 auf. Einer der An¬ schlüsse ist ein an den ersten Leitungspfad 18 angeschlos¬ sener Bezugspotentialanschluss 26, ein anderer der An¬ schlüsse ist ein an den zweiten Leitungspfad 20 angeschlos- sener Spannungspotentialanschluss 28 und ein weiterer der Anschlüsse ist ein Erdungsanschluss 30 zur Erdung des
Stromversorgungsgeräts 12. Dieser Erdungsanschluss 30 ist dazu über einen Erdungsstrompfad 32 an einer Stelle mit Erdpotential verbunden. Geräteintern sind die äußeren An- Schlüsse 26, 28, 30 mit entsprechenden Ausgängen der Stromversorgungseinrichtung 24 über entsprechende Strompfade 34, 36, 38 verbunden.
Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 22 des Stromversor- gungsgeräts ist - wie bei modernen Steuer- und/oder Regel¬ einrichtungen üblich - als Mikrocontroller (μθ) ausgebildet. Dieser Mikrocontroller weist neben dem Prozessor auch Arbeits- und Programmspeicher sowie bevorzugt auch Periphe¬ rieeinheiten wie Analog-Digital-Wandler und/oder Digital- Analog-Wandler auf. Mittels dieser Peripherieeinheiten kann der Mikrokontroller mit anderen Einheiten innerhalb oder außerhalb des Stromversorgungsgeräts 12 kommunizieren.
Das Stromversorgungsgerät 12 weist zudem einen zuschaltba- ren geräteinternen Kurzschlussstrompfad 40 zwischen dem Bezugspotentialanschluss 26 und dem Erdungsanschluss 30 auf. In diesem Kurzschlussstrompfad 40 ist dazu ein Schalter 42 angeordnet, der als eine von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 22 ansteuerbare Schaltervorrichtung ausgebildet ist. Weiterhin umfasst das Stromversorgungsgerät 12 eine Detek- tionsvorrichtung 44 zur kontinuierlichen oder quasikontinuierlichen Detektion eines durch den Kurzschluss- strompfad 40 fließenden Stroms. Diese Detektionsvorrichtung 44 ist mittels eines Signalübertragungspfads 46 zur Über¬ mittlung eines diesen Strom charakterisierenden Signals mit der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 22 signaltechnisch verbunden .
Optional weist das Stromversorgungsgerät 12 eine oder zwei weitere Detektionsvorrichtung ( en) 48 zur kontinuierlichen oder quasi-kontinuierlichen Detektion eines durch den Be- zugspotentialanschluss 26 und/oder den Spannungspotential- anschluss 28 fließenden Stroms auf. Diese weitere Detekti¬ onsvorrichtung 48 ist mittels eines zugeordneten Signalübertragungspfads 50 zur Übermittlung eines diesen Strom charakterisierenden Signals mit der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 22 signaltechnisch verbunden.
Weiterhin weist das Stromversorgungsgerät 12 (mindestens) eine mit der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 22 mittels eines Signalübertragungspfads 52 signaltechnisch verbundene Schnittstelle 54 auf. Mittels dieser Schnittstelle 54 kann die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 22 Steuer- und Kontrollfunktionen innerhalb des von dem Stromversorgungsgerät 12 versorgten Stromnetzes 14 übernehmen. Dazu kann die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 22 signaltechnisch über die Schnittstelle 54 mit einer höheren Instanz des Strom- netzes 14 oder der Anlage und/oder mit Steuerungssystemen (den Steuergeräten 56) von den im Stromnetz 14 verschalteten elektrischen Geräten 16, wie zum Beispiel elektrischen Maschinen, verbunden werden. Schließlich weist das in der Fig. gezeigte Stromversorgungsgerät 12 eine mit der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 22 signaltechnisch verbundene Ausgabeeinrichtung 58 auf. Diese ist als Display ausgebildet.
Es ergeben sich folgende Funktionen und folgende Vorteile:
Mittels des Stromversorgungsgerätes 12 zur Versorgung von elektrischen Komponenten in einem Stromnetz 14 erfolgt eine Überwachung des Isolationszustandes des gesamten Stromversorgungssystems 10, insbesondere ein Überwachen hinsicht¬ lich von Mehrfacherdungen im Stromnetz 14 oder hinsichtlich eines „ersten Anlagenfehlers" im Stromnetz 14 durch Fehlströme über den Erdleiter (AC/DC Isolationsmessung, z. B. Differenzstrom) .
Im in der Figur gezeigten Beispiel ergibt sich - zum Beispiel durch ein Durchscheuern eines Kabels im elektrischen Gerät 16 an einer entsprechenden Stelle ein Kurzschluss 60 zwischen dem ersten Leitungspfad 18 und Erde. Dadurch ist der erste Leitungspfad 18 mit dem Bezugspotential cpl nicht nur über die Serienschaltung von Kurzschlussstrompfad 40 und Erdungsstrompfad 32, sondern auch über den nicht vorge¬ sehenen Kurzschluss 60 mit Erdpotential an der weiteren Stelle verbunden. Die unterschiedlichen Stellen des Erdpotentials sind ihrerseits über einen (spezifischen) Erdwiderstand 62 miteinander elektrisch verbunden, so dass ein Fremdstrom-Stromkreis 64, eine sogenannte Erdungsschleife, entsteht. Der Fremdstrom-Stromkreis 64 passiert dabei den Kurzschlussstrompfad 40. Somit kann durch Bestimmung des den Kurzschlussstrompfad 40 durchfließenden Stroms der Ge¬ samtstrom des Fremdstrom-Stromkreises 64 bestimmt werden. Ist die Detektionsvorrichtung 44 Allstrom-sensitiv ausgebildet, so schließt die Detektion auch die Detektion von kapazitiven Mehrfacherdungen ein. Typische Applikationen sind alle Maschinen und Anlagen gemäß Maschinenrichtlinie, die auch international angewendet wird. Ebenso solche in Bereichen, in denen es um den Perso- nenschutz geht oder wo Anlagen isoliert aufgebaut sind.
Die Stromversorgung 12 ist somit dazu geeignet im gespeis¬ ten Stromversorgungssystem 10 vorbeugend betriebsfremde Ströme (z.B. des gezeigten Fremdstrom-Stromkreises 64) zu erkennen und einem übergeordneten Monitoringsystem, einer Leitwarte oder einer Steuerung in Form einer Meldung zur Verfügung zu stellen.
Das Stromversorgungsgerät 12 beinhaltet die Detektionsvor- richtung in einer den Kurzschlussstrompfad 40 zumindest mitbildenden Verbindungsleitung zwischen dem Bezugspotenti- alanschluss 26 (z.B. Minuspol einer DC-Versorgung) und dem mit Erde verbundenen Erdungsanschluss 30, sodass alle Strö¬ me durch diese Leitung erkannt werden und für die Diagnose auswertbar sind.
Alternativ kann die Stromversorgung einen Stromvergleich in isolierten Netzen herbeiführen. Verglichen werden der
Strom, der durch den Spannungspotentialanschluss (z.B. die Plusklemme) 28 in das Stromnetz 14 fließt und der Strom, der über den Bezugspotentialanschluss (die Minusklemme) 26 zurück fließt. Über solch eine Differenzstrommessung wird wiederum ein Diagnosesignal für Servicezwecke zur Verfügung gestellt .
Diese zusätzlichen Detektionsvorrichtungen 44, 48 können fest im Gerät 12 installiert sein, alternativ kann die zu¬ sätzlich erforderliche Detektionsvorrichtung 44, 48 als Option nachgerüstet werden. Das vorgestellte Stromversorgungsgerät 12 trägt wesentlich dazu bei, die Anlagenverfügbarkeit und Inbetriebnahme ent¬ sprechender Stromversorgungssysteme 10 professioneller und unter EMV-Gesichtspunkten optimal auszuprägen. Sie sichert eine deutlich höhere Verfügbarkeit der Anlagen und führt zu enormen Einsparungen bei der Inbetriebnahme.
Bezugs zeichenliste
Stromversorgungssystem 10
Stromversorgungsgerät 12
Stromnetz 14
Elektrisches Gerät 16
Erster Leitungspfad 18
Zweiter Leitungspfad 20
Steuer- und/oder Regeleinrichtung 22
Stromversorgungseinrichtung 24
Bezugspotentialanschluss 26
Spannungspotentialanschluss 28
Erdungsanschluss 30
Erdungsstrompfad 32
Strompfad 34
Strompfad 36
Strompfad 38
Kurzschlussstrompfad 40
Schalter 42
Detektionsvorrichtung 44
Signalübertragungspfad 46
Weitere Detektionsvorrichtung 48
Signalübertragungspfad 50
Signalübertragungspfad 52
Schnittstelle 54
Steuergerät 56
Ausgabeeinrichtung 58
Kurzschluss 60
Erdwiderstand 62
Fremdstrom-Stromkreis 64

Claims

Patentansprüche
1. Stromversorgungsgerät (12) mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung (22), einem Bezugspotentialanschluss (26), mindestens einem Spannungspotentialanschluss (28) und einem Erdungsanschluss (30) zur Erdung des Stromversorgungsgeräts (12),
gekennzeichnet
durch einen permanenten oder zuschaltbaren geräteinternen Kurzschlussstrompfad (40) zwischen dem Bezugspotentialanschluss (26) und dem Erdungsanschluss (30), durch eine Detektionsvorrichtung (44) zur kontinuierlichen oder quasi-kontinuierlichen Detektion eines durch den Kurzschlussstrompfad (40) fließenden Stroms und durch einen Signalübertragungspfad (46), der die Detektions¬ vorrichtung (44) mit der Steuer- und/oder Regeleinrichtung (22) signaltechnisch verbindet.
2. Stromversorgungsgerät nach Anspruch 1, wobei die Detek¬ tionsvorrichtung (44) eine Allstrom-sensitive Detekti¬ onsvorrichtung ist und die Dynamik der kontinuierliche oder quasi-kontinuierliche Detektion dieser Detektions¬ vorrichtung (44) einen Frequenzbereich von 0 Hz bis mindestens 20 kHz umfasst.
3. Stromversorgungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei
dieses Stromversorgungsgerät (12) mindestens eine wei¬ tere Detektionsvorrichtung (48) zur kontinuierlichen oder quasi-kontinuierlichen Detektion eines durch den Bezugspotentialanschluss (26) und/oder Spannungspotentialanschluss (28) fließenden Stroms aufweist.
4. Stromversorgungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuer- und/oder Regeleinrichtung die zeitliche Korrelation zwischen dem im Kurzschluss- strompfad (40) detektierten Strom und dem durch den Spannungspotentialanschluss (28) fließenden detektier¬ ten Strom kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich überwacht .
Stromversorgungsgerät nach Anspruch 4, wobei die weite¬ re Detektionsvorrichtung (48) mittels eines weiteren Signalübertragungspfads (50) mit der Steuer- und/oder Regeleinrichtung (22) signaltechnisch verbunden ist.
Stromversorgungsgerät nach einem der vorhergehenden An sprüche, wobei das Stromversorgungsgerät (12) mindes¬ tens eine mit der Steuer- und/oder Regeleinrichtung (22) signaltechnisch verbundene Schnittstelle (54) auf weist .
7. Stromversorgungsgerät nach Anspruch 6, wobei die min¬ destens eine Schnittstelle (54) als analoge Schnitt¬ stelle und/oder digitale Schnittstelle ausgebildet ist.
8. Stromversorgungsgerät nach Anspruch 7, wobei die digi¬ tale Schnittstelle als RS232-, RS485- und/oder RS422- Schnittstelle ausgebildet ist.
Stromversorgungsgerät nach einem der vorhergehenden An sprüche, wobei die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (22) die zeitliche Korrelation zwischen dem im Kurzschlussstrompfad (40) detektierten Strom und Signalen von der Schnittstelle (54) kontinuierlich oder quasikontinuierlich überwacht.
Stromversorgungsgerät nach einem der vorhergehenden . sprüche, wobei die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (22) als Mikroprozessor ausgebildet ist.
11. Stromversorgungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Stromversorgungsgerät (12) mindes¬ tens eine mit der Steuer- und/oder Regeleinrichtung (22) signaltechnisch verbundene Ausgabeeinrichtung (58) aufweist .
12. Stromversorgungsgerät nach Anspruch 11, wobei die Aus¬ gabeeinrichtung (58) eine optische Ausgabeeinrichtung und/oder eine akustische Ausgabeeinrichtung und/oder eine andere Schnittstelle zur Signalausgabe an eine weitere Einrichtung ist.
13. Stromversorgungssystem (10) mit einem Stromversorgungsgerät (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem Stromnetz (14) mit mindestens zwei Leitungspfaden
(18, 20) und mindestens einem elektrischen Gerät (16), wobei da elektrische Gerät vom Stromversorgungsgerät
(12) über die Leitungspfade (18, 20) mit Strom versorgt wird .
14. Stromversorgungssystem nach Anspruch 13, wobei ein
Steuergerät (56) des elektrischen Geräts (16) und/oder eine Steuer- und/oder Regelvorrichtung des Stromnetzes (14) signaltechnisch über die Schnittstelle (54) mit der Steuer- und/oder Regeleinrichtung (22) verbunden ist .
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