DE3941975A1

DE3941975A1 - Schaltungsanordnung zur ueberwachung von isolationswiderstaenden

Info

Publication number: DE3941975A1
Application number: DE19893941975
Authority: DE
Inventors: Ulrich Baumgaertl; Dirk Sieksmeier; Helmut Dipl Ing Leibold
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1989-12-15
Filing date: 1989-12-15
Publication date: 1991-06-20
Anticipated expiration: 2009-12-16
Also published as: DE3941975C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Überwachung von Isolationswiderständen ungeerdeter ein- oder mehrphasiger Wechselstromnetze und aus diesen gespeister Gleichstromkreise mit einer einpolig über eine Drosselspule zwischen dem Wechsel stromnetz und Erdpotential angeordneten Meßanordnung, die eine Gleichspannungsquelle mit einem in Reihe geschalteten Widerstand enthält.

Eine derartig definierte Schaltungsanordnung ist aus der DE-PS 25 15 121 bekannt. Zur Messung des Isolationswiderstan des ist hier im Meßkreis eine ständig einwirkenden Gleichspan nungsquelle vorgesehen, mit der über einen Meßwiderstand im Falle von fehlerhaften Isolationswiderständen entsprechende Spannungsveränderungen durch eine geeignete Auswerteschaltungs anordnung feststellbar sind. Eine fehlerhafte Isolation im Bereich des Wechselsromnetzes - Erdschluß über einen Leiter des Wechselstromnetzes - bewirkt eine Stromveränderung, die sich in allen Fällen am Meßwiderstand als eine Spannungserhöhung gegen über dem fehlerfreien Betrieb mit einem Isolationswiderstand mit dem Wert UNENDLICH auswirkt.

Tritt allerdings ein Erdschluß im aus dem Wechselstromnetz gespeisten Gleichsromkreis auf, also Erdschluß mit der Plus-Leitung oder der Minus-Leitung der Brückenspannung, so überlagert je nach Größe des Erdschlußwiderstandes die Gleich spannungsquelle ganz oder teilweise die Brückenspannung des Gleichstromkreises. Diese Überlagerungsvorgänge bei der Erfassung von Isolationsfehlern im Gleichstromkreis sind wegen der sehr unterschiedlichen Größen der Spannungen relativ ungenau zu erfassen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Meßprinzip anzugeben, bei dem sowohl die Isolationsfehler in Wechselstromnetzen als auch die Isolationsfehler in daraus gespeisten Gleichstromkreisen mit annähernd gleichmäßig empfindlichen Messungen zu ermitteln sind, wobei sowohl der apparative Aufwand verringert als auch die Schaltungsanordnung hinsichtlich der gewünschten Genauigkeit im Meßergebnis vereinfacht sein soll. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß

- zwischen der Drosselspule und der Gleichspannungsquelle eine Meßbrückenschaltung mit einem Meßwiderstand zur Ermittlung einer Meßspannung angeordnet ist,
- die Gleichspannungsquelle kurzschließbar ist,
- die Meßspannung mittels Schaltmittel umschaltbar ist,
- die durch die den Meßstrom verursachte Meßspannung einer Mikroprozessoreinrichtung zugeführt wird.

Mit dem Kurzschließen der Gleichspannungsquelle innerhalb des Ablaufs eines Meßvorganges ist in einfacher Weise festzustel len, ob trotz des Kurzschließens der Gleichspannungsquelle noch ein Gleichstrom über den Meßwiderstand fließt und gegebenenfalls welche Polarität die sich am Meßwiderstand einstellende Spannung aufweist. Dieser Meßvorgang erfaßt die Isolationswiderstände im Gleichstromkreis, ohne daß die Brückenspannung von der Gleich stromquelle überlagert wird.

Die Überbrückung der Gleichspannungsquelle wird vorzugsweise durch eine Mikroprozessoreinrichtung gesteuert, die gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung den dazu erforder lichen Steuerbefehl zeitlich in Abhängigkeit von dem im Wechsel stromnetz und den daraus gespeisten Gleichstromkreis abhängigen Zeitkonstanten steuert. Die Meßbereichsumschaltung erfolgt ebenfalls von der Mikroprozessoreinrichung netzzustandsabhängig als Ergebnis der der Mikroprozessoreinrichtung zugeführten Meßspannung.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, die von der Mikroprozessoreinrichtung ermittelten Isola tionswiderstandswerte durch eine Anzeigeeinrichtung nummerisch anzuzeigen und bei Unterschreitung eines einstellbaren Grenz wertes durch ein zusätzliches Signal zu markieren. Mit dieser Maßnahme kann auf besonders gravierende Fehler, insbesondere bei Unterschreitung von kritischen Grenzwerten, schnell reagiert und durch entsprechende Abschaltvorgänge um Abhilfe gesorgt werden.

Zusätzlich kann die Mikroprozessoreinrichtung gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung mit einer Fernanzeige ausgestattet sein, die ein dem ermitteltem Isolationswiderstand proportionales pulsmoduliertes Signal zur Ansteuerung eines Analoganzeigegerätes überträgt, so daß die Überwachung mehrerer Netze von einer zentralen Stelle aus erfolgen kann.

Weiterhin ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung dadurch vorteilhaft ausgestaltet, daß die Netzparameter, wie Netzart, Nennspannung, Isolationswider stand und die Geräteparameter, wie Referenzspannung, Prüfspan nung, Innenwiderstand der Meßanordnung, durch eine Permanent- Speichereinrichtung speicherbar sind.

Mit dieser Maßnahme können die Toleranzen der in der Meßanord nung verwendeten Bauelemente weitesgehend vernachlässigt werden, da die Netzparameter und die Geräteparameter mit ihren tatsächlich vorhandenen Ist-Werten erfaßt und zur Berechnung der jeweiligen Isolationswiderstände in den einzelnen Meßphasen herangezogen werden können.

In diesem Zusammenhang sind als weitere vorteilhafte Ausgestal tungen der Erfindung vorgesehen, daß mit der Gleichspannungs quelle in Reihe mit einem zwei unterschiedliche Werte anneh menden Fehlerwiderstand die Geräteparameter als Eichmaß vor gebbar sind und das Eichmaß vor jeder Messung durch eine Ist-Vergleichsmessung überprüfbar ist.

Zur Fernüberwachung und Fernsteuerung dieser Netze kann die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einer UART-Schnitt stelle ausgestattet sein, so daß sowohl die Messung selbst als auch die dazu notwendigen Steuervorgänge von übergeordneten Schaltwarten wahrgenommen werden können.

Um die ständige Funktionsfähigkeit der Schaltungsanordnung, insbesondere vor jeder Messung, sicherzustellen, ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, einen hochohmigen mit Erdpotential verbundenen Fehlerwiderstand bekannter Größe an einen Leiter des Wechselstromnetzes mittels der Mikroprozessoreinrichtung anzu schalten. Fließt der dem Fehlerwiderstand entsprechende Strom, so können keine Stromkreisuntersuchungen innerhalb der Meßanordnung vorliegen, die fälschlicherweise als korrekte Isolationswiderstandswerte auswertbar wären.

Die Erfindung wird in einem in zwei Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert, wobei die Fig. 1 den prinzipiellen Schaltungsaufbau erkennen läßt, während die Fig. 2 nähere Schaltungseinzelheiten zeigt.

In der Fig. 1 ist das mehrphasige Wechselstromnetz NSP mit den Leitungen L1 bis L3 dargestellt, das ohne einen Schutzleiter ausgestattet ist. Die Leiter L1 bis L3 sind in bekannter Weise mit den nicht näher bezeichneten Brückengleichrichtern verbun den, die die Brückenspannung UB erzeugen. Weiterhin ist angedeu tet, daß die Leitung L1 über den Tiefpaß TP mit der Meßbrücken schaltung MS in Verbindung steht, und daß die Meßbrückenschal tung MS mit der einpolig an Erde angeschalteten Gleichspan nungsquelle UZ eine Reihenschaltung bildet. Weiterhin ist die Meßbrückenschaltung MS mit ihrem Ausgang, an dem sich die Meßspannung UM einstellt, mit dem Analog/Digital-Wandler AD verbunden, wobei die Meßspannung UM dem A/D-Wandler zugeführt wird.

Die Mikroprozessoreinrichtung ME ist u. a. mit der Anzeigeein richtung AZ ausgestattet, auf der die mit der Meßbrückenschal tung MS ermittelten Isolationswiderstandswerte zur Anzeige gebracht werden. Gleichzeitig ist angedeutet, daß die Mikro prozessoreinrichtung ME einen Signalausgang zur Meßbereichsum schaltung MU enthält, der unmittelbar auf die Meßbrückenschal tung MS einwirkt. Auch die Gleichspannungsquelle UZ steht unter dem Steuereinfluß der Mikroprozessoreinrichtung ME, mit der der Kurzschluß K innerhalb eines Meßvorganges gesteuert wird.

Mit den unterbrochenen Linien sind die Fehlerzustände angedeutet, wobei mit dem ersten Fehlerwiderstand RF1 die Erdschlüsse auf den Leitungen L1 bis L3 des Wechselstrom netzes NSP als Ersatzschaltbild dargestellt sind, während die Fehlerwiderstände RF2 und RF3 die Erdschlüsse an dem Minus-Pol bzw. dem Plus-Pol der Brückenspannung UB bedeuten.

Die Fig. 2 zeigt nähere Auszüge der Meßbrückenschaltung, die in bekannter Weise über die Drosselspule SP mit einer Leitung L des Wechselstromnetzes gekoppelt ist. Parallel zur Drossel spule SP ist der Dämpfungswiderstand R0 dargestellt, der in Reihe mit dem Widerstand R mit der aus den Brückengleichrich tern G1 bis G4 gebildeten Brückenschaltung mit einem der Wechselpole verbunden ist. Der weitere Wechselpol steht mit der Gleichspannungsquelle UZ in Verbindung, deren freier Anschluß mit Erdpotential behaftet ist. Die Plus-Minus-Anschlüsse der Brückenschaltung sind über den Meßwiderstand RM verbunden, zu dem parallel der (Feldeffekt-)Transistor T zur Meßbereichsum schaltung MU mit dem Widerstand RT geschaltet sind.

Die Gleichspannungsquelle UZ wird im Bedarfsfalle ebenfalls durch einen nichtbezeichneten (Feldeffekt-)Transistor über brückt, wobei sowohl der Kurzschluß K als auch die Meßbereichs umschaltung MU durch einen jeweiligen Steuerbefehl von der Mikroprozessoreinrichtung veranlaßt wird. Der Kondensator C wirkt mit dem Widerstand R und der Drosselspule SP als Tiefpaß, so daß ein gegebenenfalls vorhandener Wechselstromanteil kurzgeschlossen und die Meßspannung UM nicht beeinträchtigt ist.

Die Schaltungsanordnung ist außerdem mit den Anschlüssen 1, 2 versehen, die durch die Verbindung mit den Anschlüssen 11 und 21 die Eichung der Meßanordnung bewirkt und damit die Meßge räteparameter festlegt.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Überwachung von Isolationswiderstän den ungeerdeter ein- oder mehrphasiger Wechselstromnetze und aus diesen gespeister Gleichstromkreise mit einer einpolig über eine Drosselspule zwischen dem Wechselstromnetz und Erdpoten tial angeordneten Meßanordnung, die eine Gleichspannungsquelle mit einem in Reihe geschalteten Widerstand enthält, dadurch gekennzeichnet, daß

- zwischen der Drosselspule (SP) und der Gleichspannungsquelle (UZ) eine Meßbrückenschaltung (MS) mit einem Meßwiderstand (RM) zur Ermittlung einer Meßspannung (UM) angeordnet ist,
- die Gleichspannungsquelle (UZ) kurzschließbar ist,
- die Meßspannung (UM) mittels Schaltmittel (T, RT) umschaltbar ist,
- die durch die den Meßstrom (IM) verursachte Meßspannung (UM) einer Mikroprozessoreinrichtung (ME) zugeführt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Kurzschließen der Gleichspannunsquelle (UZ) durch einen netzzustandsabhängigen Steuerbefehl der Mikroprozessorein richtung (ME) erfolgt,
- die Meßbereichsumschaltung (MU) durch einen weiteren netzzu standsabhängigen Steuerbefehl der Mikroprozessoreinrichtung (ME) erfolgt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß

- die von der Mikroprozessoreinrichtung (ME) ermittelten Isola tionswiderstandswerte durch eine Anzeigeeinrichtung (AZ) num merisch angezeigt und bei Unterschreitung eines einstellbaren Grenzwertes durch ein zusätzliches Signal markiert sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Mikroprozessoreinrichtung (ME) einen Signalausgang zur Fernanzeige aufweist, der ein dem ermittelten Isolations widerstandswert proportionales pulsdauermoduliertes Signal zur Ansteuerung eines Analoganzeigegerätes überträgt.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Netzparameter, wie Netzart, Nennspannung, Isolations widerstand und die Geräteparameter, wie Referenzspannung, Prüfspannung, Innenwiderstand der Meßanordnung, durch eine Permanent-Speichereinrichtung speicherbar sind.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

- mit der Gleichspannungsquelle (UZ) in Reihe mit einem zwei unterschiedliche Werte annehmenden bekannten Fehlerwiderstand (RF1) die Geräteparameter als Eichmaß vorgebbar sind.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Eichmaß vor jeder Messung durch eine Ist-Vergleichmessung überprüfbar ist.

8. Schaltungsanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Schaltungsanordnung mit einer UART-Schnittstelle zur Fernüberwachung der Stromnetze ausgestattet ist.

9. Schaltungsanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß

- im Betriebszustand durch einen von der Mikroprozessorein richtung (ME) wirksam schaltbaren Fehlerwiderstand (RF1) bekannter Größe die Schaltungsanordnung ständig auf ihre Funktionsfähigkeit überprüfbar ist.