DE2357081C3

DE2357081C3 - Verfahren und Einrichtung zur Messung des Isolationswiderstandes von ungeerdeten Gleichstromnetzen

Info

Publication number: DE2357081C3
Application number: DE19732357081
Authority: DE
Inventors: Gerd Dr.-Ing. 3167 Burgdorf Harms
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-11-15
Filing date: 1973-11-15
Publication date: 1979-09-13
Also published as: SE392527B; ATA912474A; SE7414412L; CH579280A5; AT338925B; DE2357081A1; DE2357081B2; NL7414937A

Description

In Fig.2a ist die Rechteckspannung (hier als Wechselspannung) vor dem Widerstand Rk aufgezeichnet und in Fig.2b die am Netz auftretende Spannung Un ■ Ta ist die Periodendauer der Rechteckspannung. Durch entsprechende Wahl dieser Periodendauer T_G ist s dafür gesorgt, daß bei einem Isolationswiderstand R_E = oo des Netzes das Netz jedesmal auf den Wert der Spannung Ua einschwingen kann. Liegt ein endlicher Wert für den Isolationswiderstand Re vor, ist die Amplitude — ais Differenz des positiven und negativen ι ο Spannungsmaximums — der am Netz auftretenden Wechselspannung entsprechend kleiner. Diese Amplitude Ua ist ein Maß für found wird gemessen. Hierzu wird zweckmäßig die Wechselspannung Un am Punkt M beispielsweise über den Koppelkondensator Ck abgenornmen. Eine Verfälschung der am Koppelkondensator abgenommenen Spannung wird dadurch vermieden, daß die Messung leistungslos, also ohne Belastung geschieht. Ck trennt dabei die Gleichspannung des Netzes von der überlagerten Wechselspannung. Die Messung der Spannung Un erfolgt zu den Zeiten ii, i: (Fig. 2b) unmittelbar vor Wechsel der Rech'eckspannung Ug periodisch durch Abtastung nur für eine kurze Zeitspanne.

Eis gelten folgende Beziehungen: 2s

ii _ f ^R<

R₁ +

Durch die im Verhältnis zur Abtastperiode kurzen Abi:astzeiten für den Anschluß des Meßgerätes wird der Einfluß von Störspannungen auf dem Netz einsprechend verringert, besonders dann, wenn die Abtastfrequenz nicht mit der Frequenz Ger Störspannungen (oder Bruchteilen derselben) übereinstimmt und vor der Anzeige oder Auswertung noch eine Mittelwertbildung vorgenommen wird.

In F i g. 3 ist das Prinzipschaltbild für eine komplette Einrichtung zur Messung des Isolationswiderstandes nach dem erfindungsgemäüen Verfahren dargestellt. Da 4s das Gleichstromnetz im allgemeinen nicht wie nach der schematischen Darstellung gemäß F i g. 1 aus einem einzigen Leiter, sondern aus einem geschlossenen Stromkreis mit Spannungsquelle und Verbraucher besteht, sind die Koppelkapazitat Ck für den Anschluß so des Meßgerätes und der Koppelwiderstand Rk tür den Anschluß der Rechteckspannung Uo aufgeteilt. Dementsprechend sind zwei Kondensatoren _Ί ^κ ή:! zwei

Widerstände 2 Rk vorgesehen. Auf diese Weise werden ss in bezug auf die Spannung des Netzes symmetrische Bedingungen erreicht. Mit Re = °° liegt das Gleichspannungspotential symmetrisch zur Erde, was in bezug auf die Isolationsbeanspruchung der günstigste Fall ist; Störspannungen 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 S\, der von einem Steuergenerator Ta periodisch betätigt wird. Er schaltet abwechselnd eine positive und eine negative Spannung von der Größe

Ur.

über 2 ·

auf das Netz N.

Der Kondensator Cq bildet mit dem Koppelkondensator Ck einen kapazitiven Spannungsteiler, mit dessen Hilfe die Spannung Uk in einen reduzierten Wert Un umgewandelt wird, der den Schaltern S;, .% sowie dem Verstärker V unter Berücksichtigung eventuell auftretender Störspannungen zuträglich ist. Sz wird jedesmal dann kurzgeschlossen, wenn am Punkt M die maximale negative Spannung erreicht wird (siehe F i g. 2b), dann nimmt M Nullpotential an. Danach wird der Kondensator Cq i uf das positive Spannungsmaximum aufgeladen. Ist dieses erreicht, wird Si kurzgeschlossen, und die Ladung wird bis zum Spannungsausgleich vom Speicherkondensator übernommen. Nach einer gewissen Zahl derartiger Vorgänge findet kun wesentlicher Ladungsausgleich mehr statt, weil der Speicherkondensator Cs die Spannung UÄ (als Differenz zwischen positivem und negativem Spannungsmaximum) erreicht hat. Die Spannung an Cs wird von einem hochohmigen Verstärker V(z. B. FET-Eingang) erfaßt, bei Bedarf um den Faktor K verstärkt und angezeigt oder ausgewertet.

Das Verhältnis γ=— bestimmt die Anzahl der Abtastpe-

^c 0

rioden, die vergehen müssen, bis ein neuer Mtilwert seinen Endwert erreicht hat (Integration, Mittelwertbildung).

Ls gelten folgende Beziehungen:

Ck Ck + C₁

₀ >

C_h).

Der Koppelwiderstand Rk liegt zweckmäßigerweise in der Größenordnung des zu messenden Isolationswiderstandes Re- Die Leitungskapazität Cr. bildet zusammen mit Rk einen Tiefpaß, der alle höheren Freq -irZanteile der Rechteckspannung unterdrückt, so daß Störungen auf andere Anlageteile kaum denkbar sind.

Hierzu I Blatt /.eichnuniien

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Messung des Isolationswiderstandes von ungeerdeten Gleichstromnetzen mittels einer der Netzspannung gegenüber Erdpoteintial überlagerten Meßspannung, die an das Netz über einen ohmschen Widerstand angekoppelt ist, der zusammen mit dem Isolationswiderstand einen Spannungsteiler bildet und eines die Meßspannung auswertenden Meßgerätes, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüber Erdpotential überlagerte Meßspannung eine Rechteckspannung (Uc) konstanter Amplitude ist, daß die Periodendau er ( Tc) der Rechteckspannung das Einschwingen des ι s Netzes (N) auf die Rechteckspannung (Uc) gewährleistet und daß jeweils nach dem Einschwingvorgang der am Netz auftretende Anteil (UΆ) der Rechteck spannung als Maß für den Isolationswiderstand (Rr) für eine kurze Zeitspanne (ii, ίί) dem Meßgerät zugeführt wird,

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechteckspannung (Ua) 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 einen Widerstand (Rk) an das Gleichstromnetz (N) angeschlossen ist und über einen vom Rechteck- y, generator gesteuerten Schalter (S?) nach Beendigung des Einschwingvorgangesein Meßgerät (V)für die Einschwingspannui.g (Ua) ^egen Erde mit dem Netz (W,) 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 (Uc_n F 1 g. 2a) gegen Erdpotentia! erzeugt und die Auskopplung der MeBspannunj; über Kondensatoren (Q) erfolgt.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß zwei gleich große ohmsche Widerstän- 4s

(R \
yj vorgesehen sind, über die die Wechsel

Rechteckspannung (Uc) zu beiden Seiten der Versorgungsquelle an das Gleichspannungsneu: (N) angekoppelt ist, daß hinter den beiden ohmschen ν

Widerständen { f\ die !Netzspannung (U,v) über je einen Koppelkondensator ( /Λ abgenommen und

einem weiteren einen Spannungsteiler gegen Erde <-bildenden Kondensator (G.)) zugeführt ist und daß durch einen von einem Taktgeber (Ta) für den Rechteckgenerator gesteuerten Schalter (Si) die arr Spannungsteilerkondensator (Cq) anstehende Spannung nach dem Einschwingvorgang kurzzeitig auf 6" eine integrierende Verstärkerschaltung (V) mit nachgeschaltetem Meßgerät und abwechselnd durch einen zweiten auf dem gleichen Wege gesteuerten Schalter (S2) an Erdpotential gelegt wird.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Messung des Isolationswiderstandes von ungeerdeten Gleichstromnetzen mittels einer der Netzspannung gegenüber Erdpotential überlagerten Meßspannung, die an das Netz über einen ohmschen Widerstand angekoppelt ist, der zusammen mit dem Isolationswiderstand einen Spannungsteiler bildet und eines die Meßspannung auswertenden Meßgerätes.

In vielen Fällen muß aus Sicherheitsgründen der Isolationswiderstand ungeerdeter Gleichstromnetze überwacht werden. Dies kann nur durch eine Messung unter Zuhilfenahme der Größen 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.

So beschreibt die DE-OS 21 07 731 ein Verfahren und eine Einrichtung zur Messung des Isolationswiderstandes von Gleich- oder Wechselstromnetzen mit einer der Netzspannung überlagerten Wechselspannung und einem die Meßspannung auswertenden Meßgerät. Als Meßspannung dient eine aus positiven und negativen Rechteckimpulsen mit dazwischenliegenden Impulspausen bestehende Werbseispannung. Das Meßgerät wird zu Beginn eines jeden der Impulse umgepolt. Dabei wird die Meßspannung über ein Steuergerät und einen Halbleiterschalter so über Koppelwiderstände an das Meßgerät gelegt, daß jeweils während der gesamten Impulsdauer ein Meßstrom fließt.

Bei dieser Anordnung führen die dem Meßstrom überlagerten Ströme dann zu Meßfehlern wenn die Netzspannung schwankt, wenn Störimpulse auftreten und wenn Koppelwiderstände, Netzkapazität und Periodendauer nicht genau aufeinander abgestimmt sind.

Der Erfindung lag die Aufgahe zugrunde, bei geringstem Schaltungsaufwand eine isolationsmeßeinrichtung zu schaffen, die durch mangelhafte Abstimmung der Bauteile und Netzgrößen sowie äußere Einflüsse nicht in ihrer genauen Funktion gestört wird.

Die Erfindung geht von dem angegebenen Verfahren zur Messung des Isolationswiderstandes aus und besteht darin, daß die gegenüber Erdpotential überlagerte Meßspannung eine Rechteckspannung konstanter Amplitude ist, 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 den Isolationswiderstand für eine kurze 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 Erfindung werden nachstehend zusammen mit Einrichtungen, die nach dem Verfahren der Erfindung arbeiten, an Hand der Figuren beschrieben.

In F i g. 1 ist /V das Gleichstromnetz, dem über einen Koppel widerstand Rf, eine Rechteckspannung U₁. gegenüber Erdpotential überlagert ist. Der über R_K fließende Gleichstrom ist dabei uninteressant. Infolge des Widerstandes Rk sowie der Leiterkapazität C) folgt das Netz den periodischen Spannungssprüngen nur verzögert nach.