WO2025002776A1 - Ermittlung des erdschlusswiderstandes an einem anschlusspol eines gerätes - Google Patents

Ermittlung des erdschlusswiderstandes an einem anschlusspol eines gerätes Download PDF

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WO2025002776A1
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resistance
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Stefan Bauer
Andreas Dorfner
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Robert Bosch GmbH
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/16—Measuring impedance of element or network through which a current is passing from another source, e.g. cable, power line
    • G01R27/18—Measuring resistance to earth, i.e. line to ground
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/20—Measuring earth resistance; Measuring contact resistance, e.g. of earth connections, e.g. plates

Definitions

  • the invention relates to devices that have poles or connection poles, whereby at least one, several or all of the connection poles are intended to be kept potential-free.
  • a ground fault of the corresponding poles is to be avoided, i.e. an ohmic earth resistance from the pole to a reference potential (earth) must be greater than a minimum value.
  • a device and a method for monitoring a loudspeaker line are known, wherein a main module arranged at a first point of the loudspeaker line and at least one monitoring module arranged at a second, remote point of the loudspeaker line communicate, wherein the impedance between the loudspeaker line and a reference ground is changed by the transmitting communication participant in order to transmit a digital communication signal.
  • the method is used to determine or results in the determination (and thus provision for further processing, etc.) of a value of an ohmic earth resistance.
  • the earth resistance is the ohmic resistance that exists between a pole of an electrical device and a reference potential, in particular the earth potential.
  • the device therefore has at least one pole or "connection pole".
  • the pole is used to electrically connect the device to other elements, e.g. another device. For this purpose, for example, an electrical cable is connected to the pole, which then leads away from the device.
  • At least one, in particular several or all of the poles of the device must be kept potential-free as intended, ie the earth resistance of the pole must have a minimum value and, depending on legal / national / etc. requirements, must not be less than 50 kOhm or 100 kOhm.
  • the procedure therefore requires a corresponding device or the procedure is carried out on the device.
  • connection point of a measuring circuit is electrically connected to at least one, in particular exactly one, of the poles.
  • Connection here always means: indirectly or directly, in particular with an electrical line in between, but no other electrical components such as resistors or capacitors, etc.
  • the measuring circuit therefore has the connection point.
  • a corresponding measuring circuit is therefore also required for the method or is used in the method.
  • the measuring circuit contains a parallel circuit leading from the connection point to the reference potential.
  • the parallel circuit contains a first branch. This contains a series connection of a voltage source and an ohmic source resistor.
  • the parallel circuit contains a second branch connected in parallel to the first branch. This contains an ohmic measuring resistor. Both branches are connected in parallel between the connection pole and the reference potential or a node having the reference potential or connected to the reference potential. In particular, the measuring circuit does not contain any components other than those mentioned.
  • the method involves carrying out a first measurement: A first measurement voltage is determined or measured across the measuring resistor at the first values of the measuring circuit.
  • First values of the measuring circuit means that there is a first value of the source voltage generated by the voltage source, a first value of the source resistance and a first value of the measuring resistor. All values are not equal to zero.
  • the method then involves carrying out a second measurement: a second measurement voltage is determined or measured across the measuring resistor at second values of the measuring circuit.
  • “Second values of the measuring circuit” means that there is a second value of the source voltage generated by the voltage source as well as a second value of the source resistance and a second value of the measuring resistor. All values are not equal to zero.
  • the voltage source generates a source voltage in the form of a direct voltage.
  • At least one of the values of the source voltage of the voltage source and/or the source resistance and/or the measuring resistance is changed. This means that the first and second values of the source voltage are different and/or the first and second values of the source resistance are different and/or the first and second values of the measuring resistance are different.
  • the method then involves determining the value of the earth resistance from the two measuring voltages and the first and second values. This is usually achieved by determining equations from equivalent circuit diagrams of the connection between the device and the measuring circuit and evaluating the equations. To set up the equations, voltages, ohmic resistances and currents along a measuring path are considered in particular.
  • the measuring path leads from the reference potential through the measuring circuit via the connection point, the pole and the earth resistance back to the reference potential.
  • the measuring path is closed to form a circuit via the reference potential.
  • the method according to the invention it is possible to set up two equations that differ in terms of the values of the measuring circuit. This makes it possible to eliminate an unknown in the equations.
  • This is in particular the value of a direct voltage of an interference source in the form of a direct voltage source.
  • the only prerequisite is that the value of the direct voltage / interference voltage of the interference source to be eliminated is the same in both measurements.
  • the earth resistance is assumed to be a concrete, individual equivalent circuit element in an equivalent circuit diagram, but its value can also be infinite. This means that, strictly speaking, such an earth resistance does not actually have to be present.
  • the earth resistance can be made up of various components. These can be present inside or outside the device.
  • the equivalent circuit diagram assumes a single concentrated element as earth resistance, which then combines all the components that are actually present.
  • the earth resistance is that of the device or pole itself and does not include any part of the measuring circuit connected to the pole.
  • the measuring resistance has a finite value for both measurements, particularly permanently, and therefore does not represent an open circuit.
  • the second branch is therefore not an open circuit between the connection pole and the reference potential.
  • the determined value of the earth resistance is made available, e.g. transmitted for further processing or stored in a memory so that it can be read out, etc.
  • the determined value of the earth resistance is compared with a predetermined minimum threshold value. If the comparison shows that the determined value of the earth resistance is smaller than the predetermined minimum threshold value, an alarm, for example an acoustic and/or visual alarm, is preferably issued.
  • the earth potential is selected as the reference potential. This makes the method particularly easy to carry out, since the measuring circuit only needs to be connected to the earth potential.
  • the value of the source voltage is not changed from the first to the second values of the measuring circuit.
  • the value of the source voltage is the same and not equal to zero in both measurements.
  • the method or the measuring circuit therefore does not require a voltage source whose generated voltage is variable and is therefore particularly simple.
  • the values of the source resistance and the measuring resistance are selected to be different from one another in the measuring circuit. This allows the measuring circuit to be particularly well adapted to the device in terms of circuitry.
  • the values of the source resistance and the measuring resistance are swapped from the first to the second values of the measuring circuit.
  • This has the advantage that the impedance of the measuring circuit (input impedance viewed from the pole into the device) remains the same for both measurements. In other words, the input/output impedance of the device does not change from the perspective of the poles despite the measuring circuit being included and the changed values of the measuring circuit between the two measurements.
  • the measuring resistor and/or the source resistor contain at least two partial resistors in series.
  • the value of the measuring resistor or the source resistor (if this is designed with partial resistors, in this case "and/or") can then be changed by bridging one of the partial resistors using a switch. In other words, closing the switch can create a short circuit across the partial resistor and thus "remove” it from the measuring circuit in terms of circuitry or its resistance effect. This makes it particularly easy to implement variable measuring resistors or source resistors.
  • a source of interference is contained in a measuring path already explained above (this is considered in the equivalent circuit diagram), which leads from the measuring circuit/connection point via the earth resistance to the reference potential (and also through the measuring circuit from the connection point to the earth potential).
  • the source of interference is therefore located between the connection point and the earth potential outside the measuring circuit in the measuring path.
  • the source of interference has an interference voltage in the form of a direct voltage.
  • a direct voltage source is contained in the measuring path, at least in its equivalent circuit diagram. The value of the earth resistance is then determined from the two measuring voltages and the first and second values of the measuring circuit in such a way that the value of the interference voltage is eliminated during the determination.
  • the earth resistance can therefore still be determined from both measurements even if a corresponding source of interference is present.
  • the prerequisite is the assumption of the unchanged interference voltage in both measurements, as explained above.
  • a further object of the present invention is the above-explained measuring circuit according to claim 8. This serves to determine the value of the earth resistance of the pole of the electrical device as explained above.
  • the earth resistance exists as explained between the pole and a reference potential.
  • the measuring circuit contains, as explained above, the connection point that is or can be electrically connected to the pole of the device.
  • the measuring circuit contains the parallel circuit connected between the pole and the reference potential, consisting of the series connection of the voltage source and the ohmic source resistance on the one hand and the ohmic measuring resistance on the other. At least one of the values of the voltage source and/or the source resistance and/or the measuring resistance is changeable.
  • the measuring circuit is particularly intended for use in the above-mentioned device in order to be able to carry out the method according to the invention with its aid.
  • a further subject of the present invention is a measuring arrangement according to claim 9.
  • This contains the measuring circuit according to the invention and an evaluation unit.
  • the evaluation unit is designed to carry out the above-mentioned method.
  • the evaluation unit is, for example, a measuring and computing device with measuring capability for quantities to be used or measured in the method (measurement voltage) and computing capability for determining the earth resistance.
  • the measuring arrangement is therefore suitable for carrying out the corresponding procedure in conjunction with the device explained above and thus for determining the value of the earth resistance.
  • a further subject of the invention is the device according to claim 10 already explained above. This has at least one pole which is intended to be kept potential-free.
  • the device also contains the measuring circuit explained above or the Measuring arrangement. The connection point of the measuring circuit is electrically connected to at least, in particular exactly one of the poles.
  • the device is a component of or for an audio system, in particular a public address and/or voice alarm system.
  • the device is a main module or monitoring module of a loudspeaker line.
  • the invention is particularly useful or suitable for such components.
  • the device has at least two poles that can be connected to one another or are connected via a direct current connection - particularly internally in the device.
  • the earth resistance of both poles can be determined in a single process run as explained above (first and second measurements). If the measuring resistance is above the minimum required values, it can be ensured with the help of a single process run that both poles are potential-free as intended.
  • the determined earth resistance is below the minimum required value, it may not be possible to identify which of the poles has an earth fault where and how, but the lack of safety of the device in the form of the impermissibly low earth resistance can be determined by a single process run / with a single measuring cycle (two measurements) and the device can be taken out of operation, for example, as a safety precaution.
  • the determination or the method according to the invention also works if other components of a device system (e.g. the above-mentioned audio system) are connected to the poles as intended.
  • the earth resistance of the overall system currently connected to the poles/configured can be determined in relation to the respective pole.
  • the direct current connection contains the above-mentioned interference source, which has the interference voltage in the form of direct voltage, i.e. a direct voltage source. Thanks to the method/measuring circuit according to the invention, this can be eliminated mathematically as explained and thus does not interfere with the determination of the earth resistance. It must only be assumed that the voltage source supplies a direct voltage of this kind, which has the same value in both measurements of the method.
  • the invention is based on the following findings, observations and considerations and also has the following preferred embodiments. These embodiments are sometimes referred to as "the invention” for the sake of simplicity.
  • the embodiments can also contain parts or combinations of the above-mentioned embodiments or correspond to them and/or possibly also include embodiments not previously mentioned.
  • the invention is based on the idea of improved earth fault monitoring.
  • the invention is based on the idea that some standards such as the EN54 series or the UL2572 require potential-free networks including monitoring, such as loudspeaker networks or controls between different systems.
  • monitoring such as loudspeaker networks or controls between different systems.
  • Various devices known from practice have earth fault monitoring and check the connected loudspeaker networks for earth-free status.
  • a device could have a high-impedance DC source connected to earth in combination with a simple DC voltage measurement.
  • the earth resistance or resistance to earth Rge can be calculated using the voltage divider formula. This method of monitoring is very simple, inexpensive to implement and is suitable for all networks to be monitored that do not contain an additional DC source in the measuring circuit.
  • the invention is to improve the monitoring described above so that networks with DC source(s) can also be monitored. In other words, it should be possible to determine the value of the earth resistance even if there is an interference source in the measuring path that generates a direct voltage.
  • the invention is not tied to specific device groups. Any device that requires earth fault monitoring can use the method described.
  • the invention can be used for interface modules as devices.
  • Figure 1 is an equivalent circuit diagram of an audio system with a device with a measuring circuit not according to the invention
  • Figure 2 shows an equivalent circuit diagram of an alternative audio system with a device with an interference source and with a measuring circuit according to the invention
  • Figure 3 shows a simplified equivalent circuit diagram of a device with a measuring circuit according to the invention
  • Figure 4a shows an alternative equivalent circuit diagram of a device with a measuring circuit according to the invention
  • Figure 5a for the device of Figure 2 a first and Figure 5b second variant of earth resistances, which provide the same overall result according to the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows the following: A further device 8 is connected to a device 500 not according to the invention via a line connection 6.
  • a high-impedance DC source 504 connected to earth 502 (generates voltage Uq) in combination with a simple DC voltage measurement (measurement voltage UMess at the measuring resistor 506, value Rq) is conceivable.
  • the value Rge of the earth resistance 20 or resistance to earth can be calculated using the voltage divider formula.
  • This method of monitoring is very simple, inexpensive to implement and is suitable for all networks to be monitored that do not contain an additional DC source (source of interference 16, see Figure 2) in the measuring circuit.
  • Figure 2 shows an electrical equivalent circuit diagram of a section of an audio system 2, here a public address and/or voice alarm system.
  • This contains a device 4, which is connected to another device 8 via a cable connection 6.
  • the device 4 contains two poles 10a,b in the form of connection poles, which are used to connect a line 12a,b of the cable connection 6.
  • the line 12a is a ground or GND connection
  • the line 12b is a signal or GPO line (General Purpose Output).
  • Both poles 10a, b each have an earth resistance 20a, b or earth fault resistance with the respective values Rge1,2, which is shown here in the form of a discrete ohmic resistance as an element of the equivalent circuit.
  • the device 4 contains a direct current connection 14, ie a DC-conductive connection between both poles 10a, b, as indicated here by a dashed frame.
  • the direct current connection 14 contains an interference source 16, which generates an interference voltage U1 in the form of a direct voltage not equal to zero. It also contains an ohmic interference resistor 18, which here has the value R1.
  • the device 4 contains a measuring circuit 22, which is also indicated here by a dashed frame.
  • the measuring circuit 22 contains a connection point 24, which is connected here to the pole 10a of the device 4.
  • the measuring circuit 22 contains a parallel connection of a first branch 26a and a second branch 26b, both of which lead in parallel from the connection point 24 to a reference potential 28, here earth potential.
  • the earth resistances 20a, b also lead from the lines 12a, b or poles 10a, b to the reference potential 28.
  • the first branch 26a contains a series connection of a voltage source 30 (generates the direct voltage with value Uq) with a source resistance 32 (value Rq).
  • the branch 26b contains a measuring resistance 34 with value Rm.
  • Figure 2 shows an example with a DC source (source of interference 16, generates voltage U1) in the measuring circuit.
  • Figure 2 the monitoring according to Figure 1 can be improved so that networks with DC source(s) can also be monitored.
  • Figure 3 shows a simplified equivalent circuit diagram for Figure 2. In other words, it is possible to determine the value Rg of the earth resistance 20 according to Figure 3, even if there is an interference source 16 in the measuring path that generates a direct voltage Ug. This is achieved as follows:
  • Figure 3 shows a further simplified equivalent circuit diagram of the device 4 from Figure 2.
  • the interference source 16 as well as other interference sources, which are located on the line connection 6 or in the further device 8, are substituted by a single effective interference source 16 (value Ug).
  • Figure 3 results in a formula with the two unknown variables Rg and Ug.
  • the resistance to earth Rg can only be calculated if Ug is known or can be eliminated from the formula.
  • the disturbing DC source can be mathematically eliminated.
  • the earth resistance 20 resistance to earth, value Rg
  • Figure 4a shows an alternative measuring circuit 22, which is simplified in a first step and converted into an equivalent circuit according to Figure 4b.
  • FIG 4a shows a further modified equivalent circuit diagram of an alternative solution:
  • the voltage source 30 is here a fixed voltage source whose voltage value Uq cannot be changed.
  • Source resistance 32 and measuring resistance 34 are each formed from two partial resistances in 36a, b connected in series, whereby the partial resistance 36a can be bridged by a switch S1,2. By closing and opening the switch S1,2, the source resistance 32 or the measuring resistance 34 can be changed in terms of their values Rq1,2 and Rm1,2.
  • distributed ohmic resistances are all to be understood here as parts of a common effective earth resistance with value Rg.
  • Figure 4b shows a further simplified equivalent circuit diagram of Figure 4a.
  • all components that contribute to the effective earth resistance Rg are represented by a single equivalent circuit element or a single earth resistance 20.
  • the first values of the measuring circuit 22 are therefore Uq, Rq1 and Rm1
  • the second values of the measuring circuit 22 are Uq, Rq2 and Rm2.
  • the unknown variable Ug can be eliminated and the formula can be solved for Rg:
  • the calculation always provides the resulting earth resistance 20 (resistance to earth, value Rg). It is irrelevant which external point (GPI (General Purpose Input), GPO, ground (GND), etc.) has a connection to earth (reference potential 28). Even multiple connections to earth are measured correctly.
  • the device In order to carry out the method explained, i.e. to carry out the two measurements of the measuring voltages UMess1,2 and to change the values of the measuring circuit 22, the device also contains an evaluation unit 42 in the form of a measuring and computing device, only symbolically indicated in the figure. This together with the measuring circuit 22 forms a measuring arrangement 40. These are shown symbolically in Figure 2.
  • FIG. 5 In Figure 5a there is an internal interference resistance 18 with a value of 10kOhm.
  • the external earth resistance 20a is infinitely large and therefore not shown.
  • the external earth resistance 20b on the other hand, has OkOhm.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Ermittlung eines ohmschen Erdwiderstandes (20,a,b) eines Pols (10a,b) eines Gerätes (4), wird eine Messschaltung (22) an den Pol (10a,b) angeschlossen, die eine Spannungsquelle (30) mit Quellwiderstand (32) parallel zu einem Messwiderstand (34) enthält, werden eine erste und zweite Messspannung (UMess1,2) am Messwiderstand (34) ermittelt, und dabei mindestens ein Wert der Messschaltung (22) verändert und der Erdwiderstand (20,a,b) aus den beiden Messspannungen (UMess1,2) und den ersten und zweiten Werten ermittelt. Die Messschaltung (22) enthält die Spannungsquelle (30) mit Quellwiderstand (32) parallel zu dem Messwiderstand (34). Eine Messanordnung (40) enthält die Messschaltung (22) und eine Auswerteeinheit (42) zur Ausführung des Verfahrens. Das Gerät (4) mit den Polen (10a,b) enthält die Messschaltung (22) oder Messanordnung (40).

Description

Beschreibung
Titel
Ermittlung des Erdschlusswiderstandes an einem Anschlusspol eines Gerätes
Die Erfindung betrifft Geräte, die Pole bzw. Anschlusspole aufweisen, wobei wenigstens einer, mehrere oder alle der Anschlusspole bestimmungsgemäß potentialfrei zu halten sind. Mit anderen Worten ist ein Erdschluss der entsprechenden Pole zu vermeiden, d.h. ein ohmscher Erdwiderstand vom Pol zu einem Bezugspotential (Erde) muss größer einem Mindestwert sein.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2010 028 022 A1 ist eine Einrichtung sowie ein Verfahren zur Überwachung einer Lautsprecherlinie bekannt, wobei ein an einem ersten Punkt der Lautsprecherlinie angeordnetes Hauptmodul und wenigstens ein an einem zweiten, entfernten Punkt der Lautsprecherlinie angeordnetes Überwachungsmodul kommunizieren, wobei die Impedanz zwischen der Lautsprecherlinie und einer Bezugsmasse von dem sendenden Kommunikationsteilnehmer verändert wird, um ein digitales Kommunikationssignal zu übertragen.
Offenbarung der Erfindung
Ein Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren nach Anspruch 1. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sowie anderer Erfindungskategorien ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren. Das Verfahren dient zur bzw. bewirkt im Ergebnis die Ermittlung (und damit einhergehende Bereitstellung zur weiteren Verarbeitung etc.) eines Wertes eines ohmschen Erdwiderstandes. Der Erdwiderstand ist der ohmsche Widerstand, der zwischen einem Pol eines elektrischen Gerätes und einem Bezugspotential, insbesondere dem Erdpotential, besteht. Das Gerät weist also mindestens einen Pol oder auch "Anschlusspol" auf. Der Pol dient zur elektrischen Verbindung des Gerätes mit anderen Elementen, z.B. einem weiteren Gerät. Z.B. wird hierzu eine elektrische Leitung an dem Pol angeschlossen, die dann von dem Gerät wegführt. Mindestens einer, insbesondere mehrere oder alle der Pole des Gerätes ist bestimmungsgemäß potentialfrei zu halten, d.h. der Erdwiderstand des Pols muss einen Mindestwert aufweisen und darf z.B. je nach gesetzlichen / nationalen / usw. Vorgaben z.B. nicht kleiner als 50kOhm oder l OOkOhm sein.
Für das Verfahren wird also ein entsprechendes Gerät vorausgesetzt bzw. wird das Verfahren an dem Gerät durchgeführt.
Bei dem Verfahren wird ein Anschlusspunkt einer Messschaltung elektrisch an wenigstens einem, insbesondere genau einem der Pole angeschlossen. "Anschluss" bedeutet hier stets: mittelbar oder unmittelbar, insbesondere allenfalls unter Zwischenschaltung einer elektrischen Leitung, jedoch keiner weiteren elektrischen Bauteile wie z.B. Widerständen oder Kondensatoren usw. Die Messschaltung weist also den Anschlusspunkt auf. Auch eine entsprechende Messschaltung wird also für das Verfahren vorausgesetzt bzw. diese im Verfahren eingesetzt.
Die Messschaltung enthält eine vom Anschlusspunkt zu dem Bezugspotential führende Parallelschaltung. Die Parallelschaltung enthält einen ersten Zweig. Dieser enthält eine Reihenschaltung einer Spannungsquelle und eines ohmschen Quellwiderstandes. Die Parallelschaltung enthält einen parallel zum ersten Zweig geschalteten zweiten Zweig. Dieser enthält einen ohmschen Messwiderstand. Beide Zweige sind parallel zwischen den Anschlusspol und das Bezugspotential bzw. einen das Bezugspotential aufweisenden bzw. am Bezugspotential angeschlossenen Knotenpunkt geschaltet. Insbesondere enthält die Messschaltung keine weiteren als die genannten Komponenten.
Bei dem Verfahren wird eine erste Messung durchgeführt: Eine erste Messspannung wird über dem Messwiderstand bei ersten Werten der Messschaltung ermittelt bzw. gemessen. "Erste Werte der Messschaltung" bedeutet, dass sowohl ein erster Wert der von der Spannungsquelle erzeugten Quellspannung als auch ein erster Wert des Quellwiderstandes als auch ein erster Wert des Messwiderstandes vorliegt. Alle Werte sind dabei ungleich Null.
Bei dem Verfahren wird anschließend eine zweite Messung durchgeführt: Eine zweite Messspannung wird über dem Messwiderstand bei zweiten Werten der Messschaltung ermittelt bzw. gemessen. "Zweite Werte der Messschaltung" bedeutet, dass sowohl ein zweiter Wert der von der Spannungsquelle erzeugten Quellspannung als auch ein zweiter Wert des Quellwiderstandes als auch ein zweiter Wert des Messwiderstandes vorliegt. Alle Werte sind dabei ungleich Null.
Für beide Messungen gilt: die Spannungsquelle erzeugt eine Quellspannung in Form einer Gleichspannung.
Von der ersten zur zweiten Messung hin bzw. von den ersten zu den zweiten Werten der Messschaltung hin wird mindestens einer der Werte der Quellspannung der Spannungsquelle und / oder des Quellwiderstandes und / oder des Messwiderstandes verändert. D.h., erster und zweiter Wert der Quellspannung sind unterschiedlich und/oder erster und zweiter Wert des Quellwiderstandes sind unterschiedlich und/oder erster und zweiter Wert des Messwiderstandes sind unterschiedlich.
Bei dem Verfahren wird anschließend der Wert des Erdwiderstandes aus den beiden Messspannungen und den ersten und zweiten Werten ermittelt. Dies wird fachüblich durch eine Ermittlung von Gleichungen aus Ersatzschaltbildern der Verschaltung von Gerät und Messschaltung und Auswertung der Gleichungen erreicht. Für die Aufstellung der Gleichungen werden insbesondere Spannungen, ohmsche Widerstände und Ströme entlang eines Messpfades betrachtet Der Messpfad führt von dem Bezugspotential durch die Messschaltung über den Anschlusspunkt, den Pol und den Erdwiderstand wieder zum Bezugspotential. Über das Bezugspotential wird der Messpfad zu einem Stromkreis geschlossen.
Dank des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, zwei Gleichungen aufzustellen, die sich hinsichtlich der Werte der Messschaltung unterscheiden. Dadurch ist es möglich, in den Gleichungen eine Unbekannte zu eliminieren. Diese ist insbesondere der Wert einer Gleichspannung einer Störquelle in Form einer Gleichspannungsquelle. Dabei ist lediglich vorauszusetzen, dass der Wert der zu eliminierenden Gleichspannung / Störspannung der Störquelle bei beiden Messungen gleich ist.
Mit anderen Worten werden anhand der beiden Messungen bei unterschiedlichen Werten der Messschaltung zwei Gleichungen erstellt, aus der sich ein bekanntermaßen unveränderter Wert bzw. eine Größe eliminieren lässt. Der eliminierte Werte bzw. Größe muss daher nicht bekannt sein; der Erdwiderstand kann trotzdem sicher und zuverlässig ermittelt werden.
Im Rahmen der Erfindung wird der Erdwiderstand als konkretes einzelnes Ersatzschaltelement in einem Ersatzschaltbild angenommen, dessen Wert kann aber auch den Wert unendlich annehmen. Das heißt, streng genommen muss ein solcher Erdwiderstand also nicht tatsächlich vorhanden sein. Der Erdwiderstand kann sich aus verschiedenen Anteilen zusammensetzen. Diese können innerhalb oder außerhalb des Gerätes vorhanden sein. Für die vorliegenden Betrachtungen wird im Ersatzschaltbild von einem einzigen konzentrierten Element als Erdwiderstand ausgegangen, der dann alle tatsächlich vorhandenen Anteile in sich vereint.
Der Erdwiderstand ist der des Gerätes bzw. Pols selbst und beinhaltet nicht Anteile der am Pol angeschlossenen Messschaltung. Vorliegend weist der Messwiderstand bei beiden Messungen, insbesondere dauerhaft eine endliche Größe auf, stellt also keinen Leerlauf dar. Der zweite Zweig ist also kein Leerlauf zwischen Anschlusspol und Bezugspotential. Am Ende des Verfahrens wird der ermittelte Wert des Erdwiderstandes bereitgestellt, z.B. zu einer Weiterverarbeitung übermittelt oder in einem Speicher auslesbar abgelegt usw. Insbesondere wird der ermittelte Wert des Erdwiderstandes mit einem vorgegebenen minimalen Schwellenwert verglichen. Falls der Vergleich ergibt, dass der ermittelte Wert des Erdwiderstandes kleiner ist als der vorgegebene, minimale Schwellenwert, wird vorzugsweise ein Alarm, beispielsweise ein akustischer und/oder optischer Alarm, ausgegeben.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Bezugspotential das Erdpotential gewählt. So lässt sich das Verfahren besonders einfach durchführen, da die Messschaltung lediglich mit Erdpotential zu verbinden ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird von den ersten zu den zweiten Werten der Messschaltung hin der Wert der Quellspannung nicht verändert. Mit anderen Worten ist bei beiden Messungen der Wert der Quellspannung gleich und ungleich Null. Das Verfahren bzw. die Messschaltung benötigt also keine in ihrer erzeugten Spannung veränderbare Spannungsquelle und wird dadurch besonders einfach.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden in der Messschaltung die Werte des Quellwiderstandes und des Messwiderstandes unterschiedlich zueinander gewählt. Hierdurch lässt sich die Messschaltung schaltungstechnisch besonders gut an das Gerät anpassen.
In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform werden von den ersten zu den zweiten Werten der Messschaltung hin die Werte des Quellwiderstandes und des Messwiderstandes vertauscht. Dies hat den Vorteil, dass bei beiden Messungen die Impedanz der Messschaltung (vom Pol aus in das Gerät hinein betrachtete Eingangsimpedanz) gleich bleibt. Mit anderen Worten ändert sich die Eingangs- / Ausgangsimpedanz des Gerätes trotz enthaltener Messschaltung und zwischen den beiden Messungen veränderter Werte der Messschaltung aus Sicht der Pole nicht. Somit steht trotz der Messeigenschaften der Messschaltung und auch während der Ausführung des Verfahrens ein Gerät mit Messschaltung zur Verfügung, dass unveränderte elektrische Impedanz hinsichtlich seiner Pole aufweist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthalten der Messwiderstand und / oder der Quellwiderstand wenigstens zwei Teilwiderstände in Reihenschaltung. Der Wert des Messwiderstandes bzw. des Quellwiderstandes (wenn dieser jeweils mit Teilwiderständen ausgeführt ist, insofern entsprechend "und / oder") ist dann dadurch veränderbar, dass einer der Teilwiderstände vermittels eines Schalters überbrückbar ist. Mit anderen Worten kann durch Schließen des Schalters ein Kurzschluss über dem Teilwiderstand erzeugt werden und dieser somit schaltungstechnisch bzw. hinsichtlich seiner Widerstandswirkung aus der Messschaltung "entfernt" werden. Somit sind veränderbare Messwiderstände bzw. Quellwiderstände besonders einfach realisierbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in einem oben bereits erläuterten Messpfad (dieser wird im Ersatzschaltbild betrachtet), der von der Messschaltung / Anschlusspunkt über den Erdwiderstand zum Bezugspotential (und auch durch die Messschaltung vom Anschlusspunkt zum Erdpotential) führt, eine Störquelle enthalten. Die Störquelle liegt also zwischen Anschlusspunkt und Erdpotential außerhalb der Messschaltung im Messpfad. Die Störquelle weist eine Störspannung in Form einer Gleichspannung auf. Mit anderen Worten ist eine Gleichspannungsquelle im Messpfad enthalten, zumindest in dessen Ersatzschaltbild. Der Wert des Erdwiderstandes wird dann aus den beiden Messspannungen und den ersten und zweiten Werten der Messschaltung derart ermittelt, dass der Wert der Störspannung bei der Ermittlung eliminiert wird. Dies geschieht wie oben erläutert durch Aufstellen zweier Gleichungen und Eliminieren der Störspannung, zum Beispiel durch Addition oder Subtraktion der Gleichungen. Wie oben schon angedeutet, kann der Erdwiderstand also auch bei Vorhandensein einer entsprechenden Störquelle nach wie vor aus beiden Messungen ermittelt werden. Voraussetzung ist die Annahme über die unveränderte Störspannung bei beiden Messungen, wie oben erläutert.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die oben erläuterte Messschaltung gemäß Patentanspruch 8. Diese dient zur Ermittlung des Wertes des Erdwiderstandes des Pols des elektrischen Gerätes wie oben erläutert Der Erdwiderstand besteht wie erläutert zwischen dem Pol und einem Bezugspotential. Die Messschaltung enthält wie oben erläutert den Anschlusspunkt, der mit dem Pol des Gerätes elektrisch verbindbar oder verbunden ist Die Messschaltung enthält die zwischen den Pol und das Bezugspotential geschaltete Parallelschaltung aus der Reihenschaltung der Spannungsquelle und dem ohmschen Quellwiderstand einerseits und dem ohmschen Messwiderstand andererseits. Mindestens einer der Werte der Spannungsquelle und / oder des Quellwiderstandes und / oder des Messwiderstandes ist veränderbar.
Die Messschaltung und zumindest ein Teil deren möglicher Ausführungsformen sowie die jeweiligen Vorteile wurden sinngemäß bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert.
Die Messschaltung dient insbesondere zum Einsatz in dem oben genannten Gerät, um mit Hilfe dieser das erfindungsgemäße Verfahren ausführen zu können.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Messanordnung gemäß Patentanspruch 9. Diese enthält die erfindungsgemäße Messschaltung und eine Auswerteeinheit. Die Auswerteeinheit ist dazu eingerichtet, das oben genannte Verfahren auszuführen. Die Auswerteeinheit ist z.B. eine Mess-und Recheneinrichtung mit Messfähigkeit für in dem Verfahren zu verwendende bzw. zu messende Größen (Messspannung) und Rechenfähigkeit zur Ermittlung des Erdwiderstandes.
Die Messanordnung ist also dazu geeignet, in Verbindung mit dem oben erläuterten Gerät das entsprechende Verfahren ausführen zu können und somit den Wert des Erdwiderstandes ermitteln zu können.
Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet das oben bereits erläuterte Gerät gemäß Patentanspruch 10. Dieses weist den wenigstens einen bestimmungsgemäß potentialfrei zu haltenden Pol auf. Das Gerät enthält außerdem die oben erläuterte Messschaltung oder die oben erläuterte Messanordnung. Der Anschlusspunkt der Messschaltung ist dabei an wenigstens, insbesondere genau einem der Pole elektrisch angeschlossen.
Das Gerät und zumindest ein Teil dessen möglicher Ausführungsformen sowie die jeweiligen Vorteile wurden sinngemäß bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, der Messschaltung und der Messanordnung erläutert.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gerät eine Komponente eines bzw. für ein Audiosystem, insbesondere ein Beschallungs- und / oder Sprachalarmierungssystem. Zum Beispiel handelt es sich bei dem Gerät um ein Hauptmodul oder Überwachungsmodul einer Lautsprecherlinie. Für derartige Komponenten ist die Erfindung besonders hilfreich bzw. geeignet.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Gerät mindestens zwei Pole auf, die - insbesondere intern im Gerät - über eine Gleichstromverbindung miteinander verbindbar oder verbunden sind. Durch den Anschluss der Messschaltung an einem Pol kann der Erdwiderstand beider Pole in einem einzigen oben erläuterten Verfahrensdurchgang (erste und zweite Messungen) ermittelt werden. Liegt der Messwiderstand oberhalb der mindestnotwendigen Werte, kann also mit Hilfe eines einzigen Verfahrensdurchgangs sichergestellt werden, dass beide Pole bestimmungsgemäß potentialfrei sind. Liegt der ermittelte Erdwiderstand unterhalb des mindestnotwendigen Wertes, kann zwar gegebenenfalls nicht identifiziert werden, welcher der Pole wo und wie einen Erdschluss aufweist, jedoch kann die fehlende Sicherheit des Gerätes in Form des unzulässig geringen Erdwiderstandes durch einen einzigen Verfahrensdurchlauf / mit einem einzigen Messzyklus (zwei Messungen) festgestellt werden und das Gerät z.B. sicherheitshalber außer Betrieb gesetzt werden.
Die Ermittlung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren funktioniert auch, wenn an die Pole bestimmungsgemäß weitere Komponenten eines Gerätesystems (z.B. des oben genannten Audiosystems) angeschlossen sind. Mithilfe des Verfahrens kann der Erdwiderstand des aktuell an den Polen angeschlossenen / konfigurierten Gesamtsystems bezogen auf den jeweiligen Pol ermittelt werden. In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform enthält die Gleichstromverbindung die oben genannte Störquelle, die die Störspannung in Form der Gleichspannung aufweist, also eine Gleichspannungsquelle. Dank des erfindungsgemäßen Verfahrens / der Messschaltung kann diese wie erläutert rechnerisch eliminiert werden und stört so nicht bei der Ermittlung des Erdwiderstandes. Es muss lediglich davon auszugehen sein, dass die Spannungsquelle eine derartige Gleichspannung liefert, welche bei beiden Messungen des Verfahrens den gleichen Wert aufweist.
Die Erfindung beruht auf folgenden Erkenntnissen, Beobachtungen bzw. Überlegungen und weist noch die nachfolgenden bevorzugten Ausführungsformen auf. Diese Ausführungsformen werden dabei teils vereinfachend auch "die Erfindung" genannt. Die Ausführungsformen können hierbei auch Teile oder Kombinationen der oben genannten Ausführungsformen enthalten oder diesen entsprechen und/oder gegebenenfalls auch bisher nicht erwähnte Ausführungsformen einschließen.
Die Erfindung beruht auf der Idee einer verbesserten Erdschlussüberwachung.
Die Erfindung beruht auf der Überlegung, dass einige Normen wie die EN54- Reihe oder die UL2572 potentialfreie Netze inklusive Überwachung fordern, wie z.B. Lautsprechernetze oder Steuerungen zwischen unterschiedlichen Gewerken. Verschiedene aus der Praxis bekannte Geräte haben eine Erdschluss-Überwachung und prüfen die angeschlossenen Lautsprechernetze auf Erdfreiheit.
Denkbar ist z.B. bei einem Gerät eine mit Erde verbundene hochohmige DC- Quelle in Kombination mit einer einfachen DC-Spannungsmessung. Der Erdwiderstand bzw. Widerstand gegen Erde Rge kann über die Spannungsteiler- Formel berechnet werden.
Figure imgf000011_0001
Diese Methode der Überwachung ist sehr einfach, günstig zu implementieren und eignet sich für alle zu überwachenden Netze, die keine zusätzliche DC- Quelle im Messstromkreis enthalten.
Die Erfindung besteht darin, die oben beschriebene Überwachung zu verbessern, so dass auch Netze mit DC-Quelle(n) überwacht werden können. Mit anderen Worten soll es gelingen, den Wert des Erdwiderstandes zu bestimmen, auch wenn sich im Messpfad eine Störquelle befindet, die eine Gleichspannung erzeugt.
Die Erfindung ist nicht an bestimmte Gerätegruppen gebunden. Jedes Gerät, das eine Erdschluss-Überwachung benötigt, kann das beschriebene Verfahren verwenden.
Insbesondere kann die Erfindung für Interface-Module als Geräte eingesetzt werden.
Weitere Merkmale, Wirkungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen, jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:
Figur 1 ein Ersatzschaltbild eines Audiosystems mit Gerät mit nicht erfindungsgemäßer Messschaltung,
Figur 2 ein Ersatzschaltbild eines alternativen Audiosystems mit Gerät mit Störquelle und mit erfindungsgemäßer Messschaltung,
Figur 3 ein vereinfachtes Ersatzschaltbild eines Gerätes mit erfindungsgemäßer Messschaltung,
Figur 4a ein alternatives Ersatzschaltbild eines Gerätes mit erfindungsgemäßer Messschaltung,
Figur 4b sowie dessen Vereinfachung nach Umzeichnung,
Figur 5a für das Gerät aus Figur 2 eine erste und Figur 5b zweite Variante von Erdwiderständen, die das gleiche Gesamtergebnis nach dem erfindungsgemäßen Verfahren liefern.
Figur 1 zeigt folgendes: An einem nicht erfindungsgemäßen Gerät 500 ist über eine Leitungsverbindung 6 ein weiteres Gerät 8 angeschlossen. Denkbar ist z.B. bei dem Gerät 500 eine mit Erde 502 verbundene hochohmige DC-Quelle 504 (erzeugt Spannung Uq) in Kombination mit einer einfachen DC- Spannungsmessung (Messspannung UMess am Messwiderstand 506, Wert Rq). Der Wert Rge des Erdwiderstandes 20 bzw. Widerstandes gegen Erde kann über die Spannungsteiler-Formel berechnet werden.
Figure imgf000013_0001
Diese Methode der Überwachung ist sehr einfach, günstig zu implementieren und eignet sich für alle zu überwachenden Netze, die keine zusätzliche DC- Quelle (Störquelle 16, siehe Figur 2) im Messstromkreis enthalten.
Figur 2 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild eines Ausschnitts aus einem Audiosystem 2, hier einem Beschallungs- und / oder Sprachalarmierungssystem. Dieses enthält ein Gerät 4, welches über eine Leitungsverbindung 6 an einem weiteren Gerät 8 angeschlossen ist. Das Gerät 4 enthält zwei Pole 10a,b in Form von Anschlusspolen, die dem Anschluss je einer Leitung 12a,b der Leitungsverbindung 6 dienen. Die Leitung 12a ist hier eine Masse bzw. GND- Verbindung, die Leitung 12b eine Signal- oder GPO Leitung (General Purpose Output).
Beide Pole 10a, b weisen je einen Erdwiderstand 20a, b oder Erdschlusswiderstand mit den jeweiligen Werten Rge1 ,2 auf, der hier in Form eines diskreten ohmschen Widerstandes als Element des Ersatzschaltbildes gezeigt ist.
Das Gerät 4 enthält eine Gleichstromverbindung 14, d.h. eine DC-leitfähige Verbindung zwischen beiden Polen 10a, b, wie, die hier durch einen gestrichelten Rahmen angedeutet ist. Die Gleichstromverbindung 14 enthält eine Störquelle 16, die eine Störspannung U1 in Form einer Gleichspannung ungleich Null aufweist. Außerdem enthält sie einen ohmschen Störwiderstand 18, der hier den Wert R1 aufweist.
Das Gerät 4 enthält eine Messschaltung 22, die hier ebenfalls durch einen gestrichelten Rahmen angedeutet ist. Die Messschaltung 22 enthält einen Anschlusspunkt 24, der hier an dem Pol 10a des Gerätes 4 angeschlossen ist. Die Messschaltung 22 enthält eine Parallelschaltung eines ersten Zweiges 26a und eines zweiten Zweiges 26b, welche beide parallel vom Anschlusspunkt 24 zu einem Bezugspotential 28, hier Erdpotential, führen. Auch die Erdwiderstände 20a, b führen von den Leitungen 12a,b bzw. Polen 10a, b zum Bezugspotential 28. Der erste Zweig 26a enthält eine Reihenschaltung einer Spannungsquelle 30 (erzeugt die Gleichspannung mit Wert Uq) mit einem Quellwiderstand 32 (Wert Rq). Der Zweig 26b enthält einen Messwiderstand 34 mit Wert Rm.
Figur 2 zeigt also im Gegensatz zu Figur 1 ein Beispiel mit einer DC-Quelle (Störquelle 16, erzeugt Spannung U1) im Messstromkreis. Durch eine einfache Messung, wie sie oben in Bezug auf Figur 1 erläutert wurde, kann eine Erdverbindung an der Leitung GND (Rge1) sicher erkannt werden, eine Erdverbindung an der Leitung GPO (Rge2) hingegen nicht:
Hier sein ein einfaches Beispiel genannt: Das Gerät 4 stellt einen schaltbaren 24VDC Ausgang (an den Polen 10a, b, Spannung U1 erzeugt durch die Störquelle 16) zur Verfügung, um eine Warnlampe (im weiteren Gerät 8, nicht dargestellt) aktivieren zu können. Wenn Uq und U1 den gleichen Wert haben dann fließt kein Strom über dem Messwiderstand 34 (unabhängig des Wertes Rge2 des Erdwiderstandes 20b). Damit ist UMess = Uq und für Rge ergibt sich mathematisch der Wert „Unendlich“.
Dabei ist es unerheblich, wo sich die DC-Quelle (Störquelle 18) befindet (im Gerät 4, im weiteren Gerät 8) oder ob mehrere DC-Quellen im Messzweig sind (nicht dargestellt).
Gemäß Figur 2 kann die Überwachung gemäß Figur 1 verbessert werden, so dass auch Netze mit DC-Quelle(n) überwacht werden können. Figur 3 zeigt ein vereinfachtes Ersatzschaltbild zu Figur 2. Mit anderen Worten kann es so gelingen, gemäß Figur 3 den Wert Rg des Erdwiderstandes 20 zu bestimmen, auch wenn sich im Messpfad eine Störquelle 16 befindet, die eine Gleichspannung Ug erzeugt. Dies gelingt wie folgt:
Figur 3 zeigt ein weiter vereinfachtes Ersatzschaltbild des Gerätes 4 aus Figur 2. Die Störquelle 16 sowie weitere Störquellen, welches sich an der Leitungsverbindung 6 oder im weiteren Gerät 8 befinden, sind durch eine einzige effektive Störquelle 16 (Wert Ug) ersatzweise zusammengefasst Sämtliche Störwiderstände 18, die gegebenenfalls ebenfalls in der Leitungsverbindung 6 und / oder dem weiteren Gerät 8 vorhanden sind, sind im Erdwiderstand 20 zusammengefasst (Wert Rg).
Mathematisch ergibt sich zu Figur 3 eine Formel mit den beiden unbekannten Variablen Rg und Ug. Der Widerstand gegen Erde Rg kann nur dann berechnet werden, wenn Ug bekannt ist oder aus der Formel eliminiert werden kann.
Figure imgf000015_0001
Mit Hilfe von zwei Messung, bei der einer oder mehrere der bekannten Parameter Uq, Rq oder Rm verändert wird, kann die störende DC-Quelle mathematisch eliminiert werden. Der Erdwiderstand 20 (Widerstand gegen Erde, Wert Rg) wird damit berechenbar.
Aus Symmetrie- und Kosten-Gründen können Rq und Rm für die beiden Messungen verändert werden. Die Spannung Uq bleibt konstant. Die folgenden Berechnungen beziehen sich speziell auf diese Konstellation.
Figur 4a zeigt eine alternative Messschaltung 22, die in einem ersten Schritt vereinfacht und in eine Ersatzschaltung gemäß Figur 4b überführt wird.
Figur 4a zeigt ein weiter verändertes Ersatzschaltbild einer alternativen Lösung: Hier ist eine Umschaltbarkeit des Quellwiderstandes 32 sowie des Messwiderstandes 34 angedeutet. Die Spannungsquelle 30 ist hier eine Festspannungsquelle, deren Spannungswert Uq nicht veränderbar ist. Quellwiderstand 32 und Messwiderstand 34 sind aus je zwei Teilwiderstände in 36a, b in Reihenschaltung gebildet, wobei jeweils der Teilwiderstand 36a durch einen Schalter S1 ,2 überbrückbar ist. Durch Schließen und Öffnen des Schalters S1 ,2 kann also jeweils der Quellwiderstand 32 bzw. der Messwiderstand 34 hinsichtlich seines Wertes Rq1 ,2 und Rm1 ,2 verändert werden.
In der Realität verteilt auftretende ohmsche Widerstände (Werte Rgv, Rgi, Rge) sind hier sämtlich als Anteile eines gemeinsamen effektiven Erdwiderstandes mit Wert Rg zu verstehen.
Figur 4b zeigt schließlich ein weiter vereinfachtes Ersatzschaltbild der Figur 4a. Hier sind sämtliche Anteile, die zum effektiven Erdwiderstand Rg beitragen, durch ein einziges Ersatzschaltelement bzw. einen einzigen Erdwiderstand 20 dargestellt.
Es ergibt sich folgende Formel für einen Widerstandsaddierer mit zwei Quellen:
Figure imgf000016_0001
Bei zwei Messungen mit unterschiedlichen Werten Rq1 ,2 und Rm1 ,2 der Messschaltung 22 ergeben sich folgende Formeln: Dabei ergeben sich bei der ersten Messung (UMessl) Rq1 und Rm1 bei Schalter S1 geschlossen und Schalter S2 nicht geschlossen. Bei der zweiten Messung (UMess2) ergeben sich Rq2 und Rm2 bei Schalter S1 nicht geschlossen und Schalter S2 geschlossen.
Die ersten Werte der Messschaltung 22 sind also Uq, Rq1 und Rm1 , die zweiten Werte der Messschaltung 22 sind Uq, Rq2 und Rm2. Im Beispiel sind die Werte von Quellwiderstand 32 und Messwiderstand 34 so gewählt, dass gilt: Rq1 =100kQhm, Rm1 =200kOhm und Rq2=200kQhm, Rm2=100kOhm, diese werden also vertauscht und sind unterschiedlich groß.
Figure imgf000016_0002
Nun kann die unbekannte Variable Ug eliminiert und die Formel nach Rg aufgelöst werden:
Figure imgf000017_0001
Die Berechnung liefert immer den resultierenden Erdwiderstand 20 (Widerstand gegen Erde, Wert Rg). Dabei ist es unerheblich welche externe Stelle (GPI (General Purpose Input), GPO, Masse (GND), usw.) eine Verbindung zu Erde (Bezugspotential 28) hat. Auch mehrfache Verbindungen gegen Erde werden richtig gemessen.
Um das erläuterte Verfahren auszuführen, d.h. die beiden Messungen der Messspannungen UMess1 ,2 durchzuführen und um die Werte der Messschaltung 22 zu verändern, enthält das Gerät noch eine in der Figur nur symbolisch angedeutete Auswerteinheit 42 in Form einer Mess- und Recheneinrichtung. Diese zusammen mit der Messschaltung 22 bildet eine Messanordnung 40. Diese sind symbolisch in Figur 2 dargestellt.
Es ist aber nicht immer möglich die externe Stelle einer Erdverbindung zu lokalisieren, weil die internen Widerstände im resultieren Widerstand enthalten sind und damit von einem externen Widerstand mit gleichem Wert nicht unterschieden werden kann.
Dies zeigt Figur 5: In Figur 5a ist ein interner Störwiderstand 18 mit Wert 10kOhm vorhanden. Der externe Erdwiderstand 20a ist unendlich groß und daher nicht eingezeichnet. Der externe Erdwiderstand 20b dagegen weist OkOhm auf. Gemäß obiger Formel wird der Gesamtwert Rg=1 OkOhm ermittelt.
In Figur 5b hingegen ist der externe Erdwiderstand 20b unendlich groß und daher nicht eingezeichnet. Der externe Erdwiderstand 20a dagegen beträgt 10kOhm. Gemäß obiger Formel wird auch hier der identische Gesamtwert Rg=1 OkOhm ermittelt, obschon sich dieser auf andere reale Widerstände / Strom pfade verteilt. In Figur 5 liefern also beide Varianten das gleiche Ergebnis mit einer Bestimmung von 10kOhm für Rge.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Ermittlung eines Wertes (Rge,1 ,2) eines ohmschen Erdwiderstandes (20,a,b) eines bestimmungsgemäß potentialfrei zu haltenden Pols (10a, b) eines elektrischen Gerätes (4) zu einem Bezugspotential (28), bei dem:
- ein Anschlusspunkt (24) einer Messschaltung (22) elektrisch an den Pol (10a, b) angeschlossen wird, wobei die Messschaltung (22) eine vom Anschlusspunkt (24) zu dem Bezugspotential (28) führende Parallelschaltung aus einer Reihenschaltung einer Spannungsquelle (30) und einem ohmschen Quellwiderstand (32) einerseits und einem ohmschen Messwiderstand (34) andererseits enthält,
- eine erste Messspannung (U Messi) über dem Messwiderstand (34) bei ersten Werten der Messschaltung (22) ermittelt wird,
- eine zweite Messspannung (UMess2) über dem Messwiderstand (34) bei zweiten Werten der Messschaltung (22) ermittelt wird,
- wobei von den ersten zu den zweiten Werten der Messschaltung (22) hin mindestens einer der Werte einer Quellspannung (Uq) der Spannungsquelle (30) und / oder des Quellwiderstandes (32) und / oder des Messwiderstandes (34) verändert wird,
- der Wert (Rge,1 ,2) des Erdwiderstandes (20,a,b) aus den beiden Messspannungen (UMess1 ,2) und den ersten und zweiten Werten ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Bezugspotential (28) das Erdpotential gewählt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von den ersten zu den zweiten Werten der Messschaltung (22) hin der Wert (Uq) der Quellspannung der Spannungsquelle (30) nicht verändert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- in der Messschaltung (22) die Werte des Quellwiderstandes (32) und des Messwiderstandes (34) unterschiedlich zueinander gewählt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
- von den ersten zu den zweiten Werten der Messschaltung (22) hin die Werte des Quellwiderstandes (32) und des Messwiderstandes (34) vertauscht werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Quellwiderstand (32) und/oder der Messwiderstand (34) wenigstens zwei Teilwiderstände (36a, b) in Reihenschaltung enthalten und
- der Wert des Quellwiderstandes (32) und/oder des Messwiderstandes (34) dadurch veränderbar ist, dass einer der Teilwiderstände (36a) vermittels eines Schalters (S1 ,2) überbrückbar ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- in einem Messpfad vom Anschlusspunkt (24) über den Erdwiderstand (20,a,b) zum Bezugspotential (28) hin eine Störquelle (16) enthalten ist, die eine Störspannung in Form einer Gleichspannung aufweist, und
- der Wert (Rge,1 ,2) des Erdwiderstandes (20,a,b) aus den beiden Messspannungen (UMess1 ,2) und den ersten und zweiten Werten derart ermittelt wird, dass der Wert (U1) der Störspannung bei der Ermittlung eliminiert wird.
8. Messschaltung (22) zur Ermittlung eines Wertes (Rge,1 ,2) eines Erdwiderstandes (20,a,b) eines Pols (10a, b) eines elektrischen Gerätes (4), wobei der Erdwiderstand (20,a,b) zwischen dem Pol (10a,b) und einem Bezugspotential (28) besteht,
- mit einem Anschlusspunkt (24), der mit dem Pol (10a, b) elektrisch verbindbar oder verbunden ist, - mit einer zwischen den Pol (10a, b) und das Bezugspotential (28) geschalteten Parallelschaltung aus einer Reihenschaltung einer Spannungsquelle (30) und einem ohmschen Quellwiderstand (32) einerseits und einem ohmschen Messwiderstand (34) andererseits ist,
- wobei mindestens einer der Werte der Quellspannung der Spannungsquelle (30) und / oder des Quellwiderstandes (32) und / oder des Messwiderstandes (34) veränderbar ist.
9. Messanordnung (40) mit der Messschaltung (22) nach Anspruch 8 und mit einer Auswerteeinheit (42), die dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.
10. Gerät (4),
- das wenigstens einen bestimmungsgemäß potentialfrei zu haltenden Pol (10a,b) aufweist,
- mit der Messschaltung (22) nach Anspruch 8 oder der Messanordnung (40) nach Anspruch 9,
- wobei der Anschlusspunkt (24) der Messschaltung (22) an wenigstens einem der Pole (10a,b) elektrisch angeschlossen ist.
11 . Gerät (4) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät (4) eine Komponente eines Audiosystems (2) ist.
12. Gerät (4) nach einem der Ansprüche 10 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät (4) mindestens zwei Pole (10a,b) aufweist, die über eine Gleichstromverbindung (14) miteinander verbunden sind.
13. Gerät (4) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichstromverbindung (14) eine Störquelle (16) enthalten ist, die eine Störspannung in Form einer Gleichspannung aufweist.
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