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DE3122042C2 - Procedure and test circuit for earth fault testing of voltage-free cable routes - Google Patents

Procedure and test circuit for earth fault testing of voltage-free cable routes

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Publication number
DE3122042C2
DE3122042C2 DE3122042A DE3122042A DE3122042C2 DE 3122042 C2 DE3122042 C2 DE 3122042C2 DE 3122042 A DE3122042 A DE 3122042A DE 3122042 A DE3122042 A DE 3122042A DE 3122042 C2 DE3122042 C2 DE 3122042C2
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DE
Germany
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voltage
output signal
comparison
cable
mains
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DE3122042A
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German (de)
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DE3122042A1 (en
Inventor
Hermann-Josef Dipl.-Ing. 6000 Frankfurt Luetkenhaus
Hans-Herbert Dipl.-Ing. 1000 Berlin Voigt
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Publication date
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    • 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
    • G01R27/16—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
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erdschlußüberprüfung spannungsfreier (abgeschalteter) Kabelstrecken gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie auf eine Prüfschaltung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for earth fault testing of voltage-free (switched off) Cable routes according to the preamble of claim 1 and a test circuit for implementation of the procedure.

Die betriebsmäßige Isolationsüberwachung von Mittel- und Hochspannungskabeln wurde bisher nur mit Spannungen durchgeführt, die wesentlich kleiner sind als die Betriebsspannung (Technische Mitteilungen AEG-Telefunken61, 1971, Heft 5, S.267-271). Bei diesen bekannten Verfahren können hochohmige und spannungsabhängige Isolationsfehler, sogenannte »freigebrannte« Erdschlüsse, nicht immer sicher erkannt werden, und es besteht die Gefahr, daß nach Einschaltung der Netzspannung leistungsstark auf den Fehler gespeist wird, was zu größeren Schäden am Kabel und dessen Umgebung führen kann.The operational insulation monitoring of medium and high voltage cables was previously only with Voltages carried out that are significantly lower than the operating voltage (Technical Notes AEG-Telefunken61, 1971, issue 5, pages 267-271). In these known methods, high resistance and Voltage-dependent insulation faults, so-called »burned-free« earth faults, are not always reliably detected be, and there is a risk that after switching on the mains voltage powerful on the Error is fed, which can lead to greater damage to the cable and its surroundings.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Prüfschaltung zur Erdschlußüberprüfung anzugeben, mit denen auch hochohmige und spannungsabhängige Isolationsfehler sicher erkannt werden und bei denen bei festgestellten Isolationsfehlern eine Zuschaltung der Netzspannung sicher verhindert wird.The invention is therefore based on the object of a method and a test circuit for checking the ground fault with which high-resistance and voltage-dependent insulation faults can also be reliably detected and where the mains voltage can be switched on if insulation faults are detected is prevented.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 bzw. 3 gekennzeichneten Merkmale gelöst.This object is achieved according to the invention by the features characterized in claims 1 and 3, respectively solved.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous further developments of the invention are given in the subclaims.

Im folgenden soll die Erfindung anhand einer Prüfschaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert werden.In the following, the invention is based on a test circuit for performing the inventive Procedure are explained in more detail.

Die einzige Figur zeigt als Ausführungsbeispiel eine bevorzugte Prüfschaltung, deren Leistungsteil aus zwei primärseitig in Reihe geschalteten Stromwandlern I1 2 mit einem Widerstand 3 zur Strombegrenzung und aus zwei Gleichrichterbrücken 4,5 besteht. Durch Schließen eines Kontaktes 6 wird der Leistungsteil an die Versorgungsspannung U~ angeschlossen.The single figure shows, as an exemplary embodiment, a preferred test circuit, the power section of which consists of two current converters I 1 2 connected in series on the primary side with a resistor 3 for current limitation and two rectifier bridges 4, 5. By closing a contact 6, the power section is connected to the supply voltage U ~ .

Über einen Kontakt 7 wird eine den rechten Teil der Figur bildende elektronische Auswerteschaltung an die erforderliche Signalgleichspannung, z. B. 15 Volt, gelegt. Durch Erregung eines Relais 8 wird zunächst ein Kontakt 9 geschlossen und dadurch die Prüfeinrichtung an das zu prüfende Kabel, z. B. an die Phase T der Stromversorgung eines Drehstrommotors, angekoppelt. Anschließend wird durch Schließen des Kontaktes 6 die Prüfspannung eingeschaltet, wobei die Amplitude des Primrästromes durch den Widerstand 3 bestimmt wird. Die Reihenschaltung der Stromwandler 1, 2Via a contact 7, an electronic evaluation circuit forming the right part of the figure is connected to the required DC signal voltage, e.g. B. 15 volts placed. By energizing a relay 8, a contact 9 is initially closed and thereby the test device is connected to the cable to be tested, e.g. B. to phase T of the power supply of a three-phase motor, coupled. The test voltage is then switched on by closing the contact 6, the amplitude of the primary current being determined by the resistor 3. The series connection of the current transformers 1, 2

bewirkt, daß in den beiden Sekundarkreisen zueinander proportionale Ströme fließen. Durch entsprechende Vr'qhl des Übersetzungsverhältnisses der Wandler 1, 2 können die Sekundärströme der beiden Kreise nahezu unabhängig von der Belastung gemacht werdtm. Durch die gleichgerichteten Sekundärströme wird einmal über die Brücke 4 das zu prüfende Kabel urid gleichzeitig über die Brücke 5 eine Vergleichsschaltung 10 aufgeladen. Der Kondensator 11 und die Widerstände 12, 13, 14 der Vergleichsschaltung 10 bind so dimensioniert, rlaß das Verhalten der Vergleichsschaltung dem des Kabels entspricht, wenn der Isolationswiderstand des Kabels auf den gerade noch zulässigen Wert abgeseunken ist.causes currents proportional to one another to flow in the two secondary circuits. Through appropriate Vr'qhl of the transmission ratio of converters 1, 2 the secondary currents of the two circuits can be made almost independent of the load. By the rectified secondary currents is once across the bridge 4 urid the cable to be tested at the same time A comparison circuit 10 is charged via the bridge 5. The capacitor 11 and the resistors 12, 13, 14 of the comparison circuit 10 are dimensioned in such a way that the behavior of the comparison circuit is permitted corresponds to that of the cable if the insulation resistance of the cable is just below the permissible level Value has decreased.

Die Ausgangsspannung der Brückenschaltung 4 wird über den Kontakt 9 dem zu prüfenden Kabel sowie einem Spannungsteiler 15, 16, die Ausgangsspannung der Brückenschaltung 5 dem als Spannungsteiler dienenden Widerständen 13,14 der Vergleichsschaltung 10 zugeführt.The output voltage of the bridge circuit 4 is via the contact 9 of the cable to be tested as well a voltage divider 15, 16, the output voltage of the bridge circuit 5 as a voltage divider Serving resistors 13, 14 of the comparison circuit 10 are supplied.

Die über den Widerstand 16 abgegriffene Meßspannung Um wird in einer Vergleichseinrichtung 17 mit einer der Nenn-Netzspannung proportionalen Nenn-Meßspannung Un und in einer weiteren Vergleichseinrichtung 18 mit einer über den Widerstand 14 abgegriffenen Vergleichsspannung Uv verglichen. Die Spannungen UM und Uv weisen dann gleiche Amplituden und gleiche Zeitverläufe auf, wenn der Isolationswiderstand des Kabels auf den gerade noch zulässigen Wert abgesunken ist. The measuring voltage Um picked up via the resistor 16 is compared in a comparison device 17 with a nominal measuring voltage Un proportional to the nominal mains voltage and in a further comparison device 18 with a comparison voltage Uv picked up via the resistor 14. The voltages U M and Uv then have the same amplitudes and the same time curves when the insulation resistance of the cable has dropped to the just permissible value.

Um die durch die Belastung der Spannungsteiler 13, 14 bzw. 15, 16 bedingten Fehler klein zu halten, ist es zweckmäßig, die Spannungen Um und Uv vor dem Vergleich jeweils auf einen als Impedanzwandler geschalteten Operationsverstärker (nicht gezeigt) zu geben.In order to keep the errors caused by the load on the voltage dividers 13, 14 or 15, 16 small, it is advisable to apply the voltages Um and Uv to an operational amplifier (not shown) connected as an impedance converter before the comparison.

Nach Schließen des Schalters 7 werden durch das L-Ausgangssignal eines NICHT-Gliedes 21 auf die Rücksetzeingänge R Speicher 19 und 20 freigegeben. Gleichzeitig wird über ein Zeit-Glied 22 und ein UND-Glied 23 ein Relais 8 angesteuert, welches dadurch die Kontakte 6 und 9 schließt. Erreicht die Ladespannung Ui. die Netzspannung, so wird durch das Ausgangssignal des Vergleichs-Gliedes 17 der Speicher 19 gesetzt. Damit erscheint am Ausgang des Speichers 19 ein Η-Signal, welches den negierten Ausgang eines ODER-Gliedes 24 von H nach L kippt. Dadurch kippt der Ausgang des UND-Gliedes 23 ebenfalls von H nach L. Das Relais 8 fällt ab und der Prüfvorgang wird damit beendet. Das Η-Signal am Ausgang des Speichers 19After the switch 7 is closed, the L output signal of a NOT element 21 at the reset inputs R enables memories 19 and 20. At the same time, a relay 8 is controlled via a timing element 22 and an AND element 23, which thereby closes the contacts 6 and 9. Reaches the charging voltage Ui. the mains voltage, the memory 19 is set by the output signal of the comparison element 17. Thus, a Η signal appears at the output of the memory 19, which toggles the negated output of an OR gate 24 from H to L. As a result, the output of the AND element 23 also flips from H to L. The relay 8 drops out and the test process is thus ended. The Η signal at the output of memory 19

kippt gleichzeitig den Ausgang eines ODER-Gliedes 25 von L nach H. Dadurch wird ein Relais 27 erregt, welches durch Schließen eines Kontaktes 28 die Zuschaltung der Netzspannung freigibt. Durch die Rückführung des Ausgangssignals vom ODER-Glied 25 auf der. Sperreingang des ODER-Gliedes 26 wird sichergestellt, daß ein möglicherweise nachträglich am Ausgang des Speichers 20 auftretendes Η-Signal keine Änderung des Ausgangssignals des ODER-Gliedes 26 zur Folge hatat the same time toggles the output of an OR element 25 from L to H. This energizes a relay 27, which enables the connection of the mains voltage by closing a contact 28. Through the Feedback of the output signal from the OR gate 25 on the. Blocking input of the OR gate 26 is ensures that a Η signal which may subsequently appear at the output of the memory 20 does not occur Change in the output signal of the OR gate 26 has the consequence

Liegt ein Erdschluß vor, so fließt zumindest ein Teil des der Phase rzugeführten Ladestromes Jl über Erde ab mit der Folge, daß die über den Widerstand 16 abgegriffene Meßspannung ίΛ/die Vergleichsspannung Uv unterschreitet. Das dadurch am Ausgang des Vergleichsgliedes 18 anstehende Η-Signal setzt den nachgeschalteten Speicher 20. Damit erscheint am Ausgang des Speichers 20 ein Η-Signal, welches wiederum den negierten Ausgang des ODER-Gliedes 24 von H nach L kippt, so daß auch der Ausgang des UND-Gliedes 23 von H nach L kippt. Das Relais 8 fällt damit ab, wodurch der Prüfvorgang sofort abgebrochen wird. Das Η-Signal am Ausgang des Speichers 20 kippt gleichzeitig den Ausgang eines ODER-Gliedes 26 von L nach H, wodurch zum einen der Erdschlußfehler als »Störung« angezeigt wird und zum anderen das ODER-Glied 25 durch ein Signal auf seinen Sperreingang gesperrt wird. Durch die Sperrung des ODER-Gliedes 25 bleibt das Relais 27 unerregt und damit der Schalter 28 geöffnet, so daß die Zuschaltung der Netzspannung nicnt möglich ist.If there is a ground fault, at least part of the charging current Jl supplied to the phase r flows from the ground, with the result that the measurement voltage ίΛ / tapped off via the resistor 16 falls below the comparison voltage Uv . The resulting Η-signal at the output of the comparison element 18 sets the downstream memory 20. Thus, a Η-signal appears at the output of the memory 20, which in turn flips the negated output of the OR element 24 from H to L, so that the output too of the AND gate 23 tilts from H to L. The relay 8 thus drops out, whereby the test process is terminated immediately. The Η signal at the output of the memory 20 at the same time toggles the output of an OR gate 26 from L to H, whereby on the one hand the earth fault is displayed as a "fault" and on the other hand the OR gate 25 is blocked by a signal on its blocking input . By blocking the OR element 25, the relay 27 remains unexcited and thus the switch 28 is open, so that the connection of the mains voltage is not possible.

Für den Fall, daß weder an der Vergleichseinrichtung 17 noch an der Vergleichseinrichtung 18 ein H-Ausgangssignal erscheint, sorgt das Zeit-Glied 22 nach einer einstel'baren Zeil t für die Beendigung der Prüfung.In the event that an H output signal appears neither at the comparison device 17 nor on the comparison device 18, the timing element 22 ensures that the test is terminated after an adjustable line t.

Mit dem Verfahren und der Prüfschaltung gemäß den Ansprüchen 1—5 können sowohl niederohmige wie auch hochohmige spannungsabhängige Erdschlüsse sicher erfaßt werden, weil das Kabel zur Prüfung des Isolationswiderstandes vom spannungslosen Zustand ggf. bis auf die Netz-Nennspannung aufgeladen wird. Der besondere Vorteil der Erfindung liegt darin, daß niederohmige Fehler bei geringen Spannungen erkannt werden und somit die im Fehlerort umgesetzte Leistung sehr gering bleibt und daß bei spannungsabhängigen Fehlern nur die in den Kabelkapazitäten gespeicherte Energie in den Erdschluß speist, da die Speisung aus der Prüfeinrichtung sofort unterbleibt. Eine weitere Beschädigung des Kabels wird somit weitestgeh end vermieden.With the method and the test circuit according to claims 1-5, both low-resistance and Even high-resistance, voltage-dependent earth faults can be reliably detected because the cable is used to test the Insulation resistance is charged from the de-energized state to the nominal network voltage, if necessary. The particular advantage of the invention is that low-resistance errors are recognized at low voltages and thus the power converted in the fault location remains very low and that in the case of voltage-dependent Errors only feeds the energy stored in the cable capacitance into the earth fault, since the feed comes from the The test facility is immediately omitted. Further damage to the cable is thus largely avoided.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur Eidschlußüberprüfung spannungsfreier (abgeschalteter) Kabelstrecken, die an ihrem Ende offen oder durch Verbraucher abge- s schlossen sein können, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Zuschalten der Netzspannung das Kabel durch einen Ladestrom (4) kontinuierlich auf eine Spannung (Ui) aufgeladen wird, deren Amplitude derjenigen der Netzspannung entspricht, daß gleichzeitig ein dem Ladestrom (Il) proportionaler Strom (Iv) eins Vergleichsschaltung (10) auflädt, deren Spannung (Uv) mit einer der Ladespannung des Kabeis (Ul) entsprechenden Spannung (Um) laufend verglichen wird, daß die der Ladespannung (Ul) entsprechende Spannung (UM) laufend mit der der Nenn-Netzspannung proportionalen Nenn-Meßspannung (Un) verglichen wird, und daß bei Erreichen (UM = Un) einer der Nenn-Netzspannung proportionalen Nenn-Meßspannung (Us) durch die Spannung (Um) der Prüfvorgang beendet und die Zuschaltung der Netzspannung freigegeben wird, während bei Unterschreiten (Um < Uv) der Vergleichsspannung (Uv) durch die Spannung (UM) der Prüfvorgang sofort abgebrochen wird, die Zuschaltung der Netzspannung gesperrt und gleichzeitig das Vorhandensein eines Erdschlußfehlers angezeigt wird.1. A process for Eidschlußüberprüfung stress-free (switched off) cable runs, the off at its open end, or by consumers s closed to be able, characterized in that prior to connecting the mains voltage the cable by a charging current (4) continuously to a voltage (Ui) is charged, the amplitude of which corresponds to that of the mains voltage, that at the same time a current (Iv ) proportional to the charging current (Il) charges a comparison circuit (10), the voltage (Uv) of which with a voltage (Um) corresponding to the charging voltage of the cable (Ul) it is compared that the voltage (U M ) corresponding to the charging voltage (Ul) is continuously compared with the nominal measuring voltage (Un) proportional to the nominal mains voltage, and that when it is reached (U M = U n ) one of the nominal mains voltage is proportional Nominal measurement voltage (Us) by the voltage (Um) the test process is ended and the connection of the mains voltage is enabled, while if the voltage falls below (Um <Uv) the comparison chssvoltage (Uv) by the voltage (U M ) the test process is aborted immediately, the connection of the mains voltage is blocked and at the same time the presence of an earth fault is indicated. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kabel mit einem konstanten Ladestrom (h) aufgeladen wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the cable is charged with a constant charging current (h) . 3. Prüfschaltung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch3. test circuit for performing the method according to claim 1 or 2, characterized by a) einen Leistungsteil mit einem ersten Stromwandler (1), dessen Sekundärstrom über eine Gleichrichterbrückenschaltung (4) und einen Kontakt (9) das zu prüfende Kabel kontinuierlich auflädt und der gleichzeitig einem Spannungsteiler (15, 16) zugeführt ist sowie mit einem primärseitig mit dem ersten in Reihe liegenden zweiten Stromwandler (2), dessen Sekundärstrom eine Vergleichsschaltung (10) auflädt und der gleichzeitig einem zweiten Spannungsteiler(13,14) zugeführt ist und ·»■>a) a power unit with a first current transformer (1), the secondary current of which has a Rectifier bridge circuit (4) and a contact (9) the cable to be tested continuously charges and which is simultaneously fed to a voltage divider (15, 16) and with a primary side with the first in series second current transformer (2), whose Secondary current charges a comparison circuit (10) and a second one at the same time Voltage divider (13,14) is supplied and · »■> b) eine dem Leistungsteil nachgeschaltete elektronische Auswerteschaltung mit einer ersten Vergleichseinrichtung (17), deren einem Eingang eine der Nenn-Netzspannung entsprechende Nenn-Meßspannung (Un) und deren anderem Eingang eine an dem Spannungsteilerwiderstand (16) abgegriffene Spannung (Um) zugeführt sind und deren Ausgangssignal den Prüfvorgang beendet und die Zuschaltung der Netzspannung freigibt sowie mit einer zweiten Vergleichseinrichtung (18), deren einem Eingang die an dem Spannungsteilerwiderstand (16) abgegriffene Spannung (Um) und deren anderem Eingang eine an dem Spannungsteilerwiderstand (14) abgegriffene Vergleichsspan- fco nung (Uv) zugeführt sind und deren Ausgangssignal den Prüfvorgang unterbricht und die Zuschaltung der Netzspannung sperrt.b) an electronic evaluation circuit connected downstream of the power section with a first comparison device (17), one input of which is supplied with a rated measurement voltage (Un) corresponding to the rated mains voltage and the other input of which is supplied with a voltage (Um) tapped at the voltage divider resistor (16) and whose output signal ends the test process and enables the connection of the mains voltage and with a second comparison device (18), one input of which is the voltage (Um) tapped at the voltage divider resistor (16) and the other input of which is a comparison voltage tapped at the voltage divider resistor (14) voltage (Uv) are supplied and their output signal interrupts the test process and blocks the connection of the mains voltage. 4. Prüfschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichseinrichtung (17) ein Speicher (19) nachgeschaltet ist, der über einen Schalter (7) durch das Ausgangssignal eines NICHT-Gliedes (21) freigegeben sowie durch das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung (17) gesetzt wird und dessen Ausgangssignal gleichzeitig den ODER-Gliedern (24,25) einer Verknüpfungslogik (23 bis 26) zugeführt ist.4. Test circuit according to claim 3, characterized in that the comparison device (17) is a The memory (19) is connected downstream, via a switch (7) by the output signal of a NOT element (21) is released and set by the output signal of the comparison device (17) and its output signal simultaneously to the OR gates (24, 25) of a logic logic (23 to 26) is fed. 5. Prüfschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichseinrichtung/18) ein Speicher (20) nachgeschaltet ist, der über einen Schalter (7) durch das Ausgangssignal eines NICHT-Gliedes (21) freigegeben sowie durch das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung (18) gesetzt wird und dessen Ausgangssignal gleichzeitig den ODER-Gliedern (24,26) einer Verknüpfungslogik (23 bis 26) zugeführt ist.5. Test circuit according to claim 3, characterized in that the comparison device / 18) a The memory (20) is connected downstream, via a switch (7) by the output signal of a NOT element (21) is released and set by the output signal of the comparison device (18) and its output signal simultaneously to the OR gates (24,26) a combination logic (23 to 26) is supplied.
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DE3122042A1 (en) 1982-12-23

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