DE2357081A1 - Verfahren und einrichtung zur messung des isolationswiderstandes von ungeerdeten gleichstromnetzen - Google Patents
Verfahren und einrichtung zur messung des isolationswiderstandes von ungeerdeten gleichstromnetzenInfo
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Description
Dr.-Ing. Gerd Harms ,Hannover, den 13.11.1973
Verfahren und Einrichtung zur Messung des Isolationswiderstandes
von ungeerdeten Gleichstromnetzen _ -. .
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrich- :
tung zur Messung des Isolationswiderstandes von ungeerdeten Gleichstromnetzen mittels einer der Netzspannung gegenüber
Erdpotential überlagerten Meßsparinung und eines die Meßspannung auswertenden Meßgerätes.
In vielen Fällen muß aus Sicherheitsgründen der Isolationswider stand ungeerdeter Gleichstromnetze überwacht werden.
Dies kann nur durch eine Messung unter Zuhilfenahme der Größen
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Spannung und Strom geschehen. Es ist bekannt,.daß dazu entweder
die im Netz selbst vorhandene Gleichspannung ausgenutzt werden kann, indem· z.B. durch, zusätzliche Widerstände eine
Meßbrücke verwirklicht wird oder daß dem Netz eine Wechselspannung gegenüber Erdpotential überlagert und beispielsweise
der fließende Wirkstrom bestimmt werden kann. Die bekannten
Verfahren haben alle irgendwelche Nachteile, die durch die Abhängigkeit von der Spannungshöhe im Gleichstromnetz, der
Leiterkapazität und Induktivität, dem Verlustwinkel der Leitung, der Lage des Isolationsfehlers sowie von Storspannungen
auf dem Schutzobjekt verursacht werden. Die Erfindung bringt für die Bestimmung des Isolationswiderstandes ein Verfahren
und eine Einrichtung, die bei verhältnismäßig geringem Aufwand Störungen durch, äußere Einflüsse vermeidet bzw. auf
ein unwesentliches Maß herabsetzt.
Die Erfindung geht von dem eingangs angegebenen Verfahren zur Messung des IsolationswiderStandes aus und besteht darin,
daß die gegenüber Erdpotential überlagerte Meßspannung eine Rechteckspannung konstanter Amplitude Ist, die an das Gleichstromnetz
über einen ohmschen Widerstand angekoppelt ist, der zusammen mit dem Isolationswiderstand einen Spannungsteiler
bildet, daß die Periodendauer der Rechteckspannung das Einschwingen'des Netzes auf die Rechteckspannung gewährleistet
und daß jeweils nach dem Einschwingvorgang der am Netz auftretende Anteil der Rechteckspannung als Maß für
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den Isolationswiderstand für eine beschränkte Zeitspanne dem Meßgerät zugeführt wird. ■
Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung-der Erfindung ist die
Rechteckspannung gegenüber dem Erdpotential eine Wechselspannung.
Die Handhabung und die Wirkungsweise des Verfahrens der*v Erfindung wer;
den nachstehend zusammen mit Einrichtungen, äie nach dem Verfahren
der Erfindung arbeiten, anhand der Figuren beschrieben.
In Fig. 1 ist N das Gleichstromnetz, dem über einen Koppelwiderstand R^. eine Rechteckspannung ür gegenüber Erdpotential
überlagert ist. Der über R fließende Gleichstrom ist dabei
uninteressant. Infolge des Widerstandes R„ sowie der Leiterkapazität C folgt das Netz den periodischen Spannungssprüngen:
nur verzögert nach.- - /
In Fig. 2a ist die Rechteckspannuhg (hier als Wechselspannung)
vor dem Widerstands aufgezeichnet und in" Fig. 2b die am Netz
auftretende Spannung UXT. T„ ist die Periodendauer der Rechteckspannung.
Durch entsprechende Wahl dieser Periodendauer TG
ist dafür gesorgt, daß bei einem Isolationswiderstand Rp = ^*0
des Netzes das Netz jedesmal auf den Wert der Spannung U^ einschwingen
kann. Liegt ein endlicher Wert für den Isolationswiderstand R vor, ist die Jtoiplitude - als Differenz des positiven und negativen Spannungsmäximums - der am Netz auftretenden Wechselspannung entsprechend kleiner. Diese Amplitude U7.
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ist ein Maß für R und wird gemessen. Hierzu wird zweckmäßig
die Wechselspannung U am Punkt M beispielsweise über den Kop pelkondensator C abgenommen. Eine Verfälschung der am Koppelkondensator
abgenommenen Spannung wird dadurch vermieden, daß die Messung leistungslos, also ohne Belastung geschieht.
Cv trennt dabei die Gleichspannung des Netzes von der überlagerten
Wechselspannung. Die Messung der Spannung U erfolgt zu den Zeiten t.. , t2 (Fig. 2b) unmittelbar vor Wechsel der
Rechteckspannung UG periodisch durch Abtastung, nur für ein
kurze Zeitspanne.
RE Es gelten folgende Beziehungen: U7. = U_ =;—-—^r-
A G RE ■+- RK
bei T » RE · RK . C
G R + R
Durch die im Verhältnis zur Abtastperiode kurzen Abtastzeiten für den Anschluß des Meßgerätes wird der Einfluß von Störspan
nungen auf dem Netz entsprechend verringert, besonders dann, wenn die Abtastfrequenz nicht mit der Frequenz der Störspannungen
(oder Bruchteilen derselben) übereinstimmt und vor der Anzeige oder Auswertung noch eine Mittelwertbildung vorgenommen
wird.
In Fig. 2 ist das Prinzipschaltbild für eine komplette Einrichtung
zur Messung des Isolationswiderstandes nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt. Da das Gleichstromnetz
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im allgemeinen nicht wie nach der schematischen Darstellung gemäß Fig. 1 aus einem einzigen Leiter, sondern aus einem geschlossenen
Stromkreis mit Spannungsquelle und Verbraucher besteht, sind die Koppelkapazität C„ für den Anschluß des Meß-
gerätes und der Koppelwiderstand R„ für den Anschluß der Recht-K
eckspannung U-, aufgeteilt. Dementsprechend sind zwei Kondensa-
eckspannung U-, aufgeteilt. Dementsprechend sind zwei Kondensa-
C ■ -■"-■'.
tor en _£i_ und zwei Widerstände 2 R vorgesehen. Auf diese Weise
werden in Bezug auf die Spannung des Netzes symmetrische Be- äingungen
erreicht. Mit R„ = <>° liegt das Gleichspannungspotential
symmetrisch zur Erde, was in Bezug auf die Isolationsbeanspruchung
der günstigste Fall ist; Storspannungen im Gleichstromnetz
(nicht solche gegenüber- Erde, die bei Leitungssymmetrie
normalerweise klein" sind) machen sich am Punkt M nur schwach oder gar nicht bemerkbar. -
Der Rechteckgenerator besteht aus einem elektronischen oder mechanischen
Umschalter Sn, der von einem Steuergenerator Tn perio-
1 ο
disch betätigt wird. Er schaltet abwechselnd" eine positive und eine
negative Spannung von der Große G über 2 . _K = R auf das"Netz N.
Der Kondensator C- bildet mit dem Koppelkondensator C-, einen ka-
Q ■ -■ λ -
pazitiven Spannungsteiler, mit dessen Hilfe die Spannung U in
einen reduzierten Wert U1 umgewandelt wird, der den Schaltern
S , S sowie dem Verstärker V unter Berücksichtigung eventuell auftretender Storspannungen zuträglich ist. S„ wird jedesmal
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dann kurz/geschlossen, wenn am Punkt M die maximale negative
Spannung erreicht wird (siehe Fig. 2b), dann nimmt M Nullpotential an. Danach wird der Kondensator C auf das positive Spannungsmaximum
aufgeladen. Ist dieses erreicht, wird S- kurz ge-· schlossen, und die Ladung wird bis zum Spannungsausgleich vom
Speicherkondensator übernommen. Nach einer gewis'sen Zahl derartiger Vorgänge findet kein .wesentlicher Ladungsausgleich mehr
statt, weil der Speicherkondensator C die Spannung U1 (als
ο A
Differenz zwischen positivem und negativem Spannungsmaximum) erreicht hat. Die Spannung an C wird von einem hochohmigen
Verstärker V (z. B. FET-Eingang) erfaßt, bei Bedarf um den Faktor K verstärkt und angezeigt oder ausgewertet.. Das Ver-
hältnis S bestimmt die Anzahl der Abtastperioden, die vergehen
CQ . " -
müssen, bis ein neuer Meßwert seinen Endwert erreicht hat (Integration, Mittelwertbildung).
Es gelten folgende Beziehungen:
U1 = | UG | + RK ' | CK |
A | RE | RK <CE + | CK + CQ |
TG>£ | j . | cK) | |
Der Koppelwiderstand R„ liegt zweckmäßigerweise in der Größenix.
Ordnung des zu messenden Isolationswiderstandes R . Die Leitungskapazität
Cn, bildet zusammen mit R^ einen Tiefpaß, der
alle höheren Frequenzanteile der Rechteckspannung unterdrückt, so daß Störungen auf andere Anlageteile kaum denkbar sind.
6 Selten Beschreibung
6 Ansprüche 509822/0388
1 Blatt Zeichnung
Claims (6)
1. Verfahren zur Messung des Isolationswiderstandes von ungeerdeten
Gleichstromnetzen mittels einer der Netzspannung gegenüber Erdpotential
überlagerten Meßspannung und eines die Meßspannung auswertenden
Meßgerätes, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüber Erdpotential überlagerte Meßspannung eine Rechtedkspannung(ür)
konstanter Amplitude ist, die an das GleichstromnetzVüber einen
ohmschen Widerstand (RR) angekoppelt ist, der zusammen mit dem
Isolationswiderstand (Rp) einen Spannungsteiler bildet, daß die
Periodendauer (T_) der Rechteckspannung das Einschwingen des
Netzes- (N) auf die Rechteckspannung (U-,) gewährleistet und daß
VJ
. jeweils nach dem Einschwingvorgang der am Netz auftretende Anteil
(U,) der Rechteckspannung als Maß für den Isolationswiderstand
(Rp) für eine kurze Zeitspanne (t , t_) dem Meßgerät
zugeführt wird.
2". Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Rechteckspannung (Ur) gegenüber dem' Erdpotential eine Wechselspannung
ist. .
3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach-Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß ein RechteckgeneratOr, der mit
einem Pol an Erdpotential liegt, mit dem anderen Pol über
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einen Widerstand (RjJ an das Gleichstromnetz (N) angeschlossen
ist und über einen vom Rechteckgenerator gesteuerten Schalter (S„) nach Beendigung des Einschwingvorganges ein Meßgerät (V)
für die Einschwingspannung (UÄ) gegen Erde mit dem Netz (N)
kurzzeitig verbunden wird.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
Meßgerät (V) für die einzelnen Meßvorgänge ein Mittelwert bildendes Meßgerät ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Rechteckgenerator eine Wechselspannung (U„, Fig. 2a)
gegen Erdpotential erzeugt und die Auskopplung der Meßspannung über Kondensatoren (C ) erfolgt.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
RK zwei gleich große ohmsche Widerstände (y-) vorgesehen sind,.
über die die Wechsel- Rechteckspannung (üG) zu beiden Seiten
der Versorgungsquelle an das Gleichspannungsnetz * (N) angekop-
RK pelt ist, daß hinter den beiden ohmschen Widerständen (■=—) die
Netzspannung (U ) über je einen Koppelkondensator (■=—) abgenommen
und einem weiteren einen Spannungsteiler gegen Erde bildenden Kondensator (CQ) zugeführt ist und daß durch einen
von einem Taktgeber (Tß) für den Rechteckgenerator gesteuerten
Schalter (S_) die am Spannungsteilerkondensator (CQ) anstehende
Spannung nach dem Einschwingvorgang kurzzeitig auf eine integrierende' Verstärkerschaltung (V) mit nachgeschaltetem Meßgerät
und abwechselnd durch einen zweiten auf dem gleichen Wege gesteuerten Schalter (S2) an Erdpotential gelegt wird.
—5-0 982 27 £388
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