DE2542811B1 - Schaltungsanordnung zur messung des erdwiderstandes einer erdfreien starkstromschaltung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Messung des Erdwiderstandes einer erdfreien Starkstromschaltung, insbesondere eines aus einer Stromrichterschaltung gespeisten Gleichstromsystems, mit einem zwischen Meßobjekt und Erde geschalteten Meßkreis, der einen Wechselspannungsgenerator, einen Meßwiderstand und ein Ankoppelglied enthält.

Nach der DT-OS 23 57 081 wird bei einer derartigen Einrichtung der Meßkreis mit einer Rechteckspannung konstanter Amplitude gespeist und aus dem Endwert eines Einschwingvorganges auf die Größe des Isolationswiderstandes geschlossen. Bei diesem Verfahren muß eine Amplitudenkonstanz der Rechteckspannung gewährleistet sein. Außerdem muß die Periodendauer der Rechteckspannung auf eine von der Erdkapazität des Meßobjektes abhängige Zeitkonstante abgestimmt werden, was Probleme aufwirft, wenn, wie zumeist, über die Größe dieser Erdkapazität keine Informationen zur Verfügung stehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßschaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher zur Ermittlung des Erdwiderstandes weder die Erdkapazität berücksichtigt noch für eine Amplitudenkonstanz der Meßwechselspannung gesorgt werden muß.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch folgende Merkmale gelöst:

a) Einer Auswertschaltung ist an ihren Eingangsklemmen eine am Verbindungspunkt zwischen Meßkreis und Meßobjekt abgegriffene erste Meßspannung zugeführt,

b) die Auswertschaltung enthält einen Dividierer, dessen erster Eingang mit der über einen Betragsbildner und einen Mittelwertbildner geführten ersten Meßspannung und dessen zweiter Eingang mit einer über eine phasenrichtige Gleichrichterschaltung und einen weiteren Mittelwertbildner geführten zweiten Meßspannung beaufschlagt ist.

Der Grundgedanke der erfindungsgemäßen Meßschaltung besteht darin, daß der Erdwiderstand einer erdfreien Starkstromschaltung, bzw. sein Leitwert, aus dem Quotienten aus der Wirkkomponente des vom Wechselspannungsgenerator über den Meßkreis getriebenen Stromes und der damit in Phase liegenden Spannung gebildet wird, die am Meßobjekt gegen Erde auftritt. Die unbekannte Erdkapazität wird durch Messung der Wirkkomponente des durch die treibende Spannung des Wechselspannungsgenerators hervorgerufenen Stroms eliminiert. Die Messung dieser Wirkkomponente erfolgt durch eine phasenrichtige Gleichrichterschaltung. Die Dimensionierung des Ankopplungsgliedes, beispielsweise eines ÄC-Gliedes, hat keinen Einfluß auf das Meßergebnis, da die genannte erste Meßspannung unmittelbar am Meßobjekt abgegriffen wird. Die Größe der treibenden Spannung des Wechselspannungsgenerators hat ebenfalls keinen Einfluß auf das Meßergebnis, da der Erdwiderstand, bzw. sein Leitwert, direkt als Quotient zweier Meßspannungen gebildet wird, die beide die treibende Spannung als Faktor beinhalten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Meßschaltung,

F i g. 2 wesentliche Signalverläufe in der Schaltung der Fig. 1,

Fig.3 die Anwendung einer erfindungsgemäßen Meßschaltung zur Messung des Erdwiderstandes einer stromrichtergespeisten Gleichstrommaschine.

In der Darstellung der F i g. 1 ist ein Wechselspannungsgenerator 1 über einen Meßwiderstand 2 einerseits gegen Erde und über ein Ankopplungsglied 3 und einen Vorwiderstand 4 an ein Meßobjekt 5 angeschlossen. Die Frequenz des Wechselspannungsgenerators 1 liegt vorzugsweise im Bereich von 25 bis 500 Hz. Das Meßobjekt 5 ist schematisch als Erdschlußwiderstand 6 und Erdschlußkapazität 7 dargestellt. Der Vorwiderstand 4, dessen ohmscher Widerstandswert beispielsweise im Bereich zwischen 20 Ω und 100 Ω liegen kann, ist vorgesehen, damit der nachgeordneten Auswerteschaltung auch bei einem kleinen Erdwiderstand eine entsprechende Eingangsspannung zugeführt wird. Das Ankopplungsglied 3 besteht aus der Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes 3a und eines Kondensators 3b. Der Kondensator 3b ist vorgesehen, um die Verluste im ohmschen Widerstand 3a zu reduzieren.

Der Widerstand 3a im Ankopplungsglied 3 ist so bemessen, daß eventuelle Kurzschlußströme bei einem Durchschlag des Kondensators 3b begrenzt werden.

Zur Erfassung der ersten Meßspannung gegen Erde zwischen dem Meßobjekt 5 und dem Ankopplungsglied 3 dient ein Spannungsmeßwandler 17. Die erste Meßspannung t/17 ist der nachgeordneten Auswerteschaltung an der Eingangsklemme a zugeführt. Fig.2a zeigt den Verlauf der ersten Meßspannung U17.
Zur Erfassung des von der Generatorspannung über den Meßkreis getriebenen Stromes dient ein zweiter Spannungsmeßwandler 8, der über den beiden Anschlüssen des Meßwiderstandes 2 liegt. Die zweite Meßspannung t/8 ist der nachgeschalteten Auswerteschaltung an der zweiten Eingangsklemme b zugeführt Fig.2d zeigt den Verlauf der zweiten Meßspannung t/8.

Die Auswerteschaltung enthält einen Dividierer 16. Die erste Meßspannung t/17 ist einem Betragsbildner

14 zugeführt, dessen Ausgangsspannung t/14 (Fig. 2b) einem Mittelwertbildner 15 eingegeben ist. Die Ausgangsspannung t/15 (Fig.2c) des Mittelwertbildners 15 beaufschlagt den ersten Eingang des Dividierers 16.

Die zweite Meßspannung t/8 ist einer phasenrichtigen Gleichrichterschaltung 9 bis 12 zugeführt, deren Ausgangsspannung t/12 (Fig.2g) einen weiteren Mittelwertbildner 13 beaufschlagt. Die Ausgangsspannung U13 (F i g. 2h) des weiteren Mittelwertbildners 13 liegt am zweiten Eingang des Dividierers 16.

Die phasenrichtige Gleichrichterschaltung enthält zwei steuerbare elektronische Schalter 10 und 11, die beispielsweise als FET-Transistoren ausgebildet sein können, sowie einen Umkehrverstärker 9. Die beiden elektronischen Schalter 10 und 11 werden von einer Steuereinrichtung 12 abwechselnd durchlässig bzw. gesperrt gesteuert. Der Steuereinrichtung 12 ist die am Punkt a abgegriffene erste Meßspannung t/17 eingangsseitig zugeführt Die Steuereinrichtung 12 kann beispielsweise einen Grenzwertmelder enthalten, der den Schalter 10 durchlässig steuert, wenn die erste Meßspannung t/17 positive Polarität aufweist und der den Schalter 11 durchlässig steuert, wenn die erste Meßspannung U17 negativ ist F i g. 2f zeigt den Verlauf der Steuerspannung U₅ für einen der beiden Schalter 10 oder 11. Die Steuerspannung für den anderen Schalter weist einen hierzu inversen Verlauf auf.

Durch die alternierende, mit der ersten Meßspannung t/17 phasenrichtig synchronisierte Betätigung der beiden Schalter 10 und 11 werden aus der zweiten Meßspannung t/8 bzw. aus der vom Umkehrverstärker 9 invertierten zweiten Meßspannung t/8' (Fig.2e) jeweils die in Phase mit der ersten Meßspannung t/17 liegenden Spannungsabschnitte ausgeblendet. Dies bedeutet physikalisch, daß von dem über den Meßkreis getriebenen Strom jeweils die Wirkkomponente erfaßt wird, die in Phase liegt mit der Spannung zwischen Meßobjekt 5 und Erde. Die von den Schaltern 10 und 11 durchgeschalteten Abschnitte der zweiten Meßspannung t/8 bzw. der invertierten zweiten Meßspannung t/8' werden zusammengefaßt und einem weiteren Mittelwertbildner 13 zugeführt.

Als Mittelwertbildner 13 bzw. 15 können insbesondere aktive Filter vorgesehen sein, beispielsweise aktive Filter zweiter Ordnung.

Die Ausgangsspannung t/13 des Mittelwertbildners 13 und die Ausgangsspannung t/15 des Mittelwertbildners 15 werden dem Dividierer 16 eingegeben. Je nach der Eingangsbeschaltung des Dividierers 16 erscheint an seiner Ausgangsklemme c eine den Erdwiderstand bzw. den Leitwert des Erdwiderstandes 6 abbildende Spannung U16 (F i g. 2i).

F i g. 3 zeigt die Anwendung einer erfindungsgemäßen Meßschaltung zur Bestimmung des Erdwiderstandes einer über einen Stromrichtertransformator 18 und einen Stromrichter 19 gespeisten Gleichstrommaschine 20. Der Erdwiderstand 6' und die Erdkapazität T der Gleichstrommaschine 20 sind schematisch dargestellt. Zur Ankopplung des Wechselspannungsgenerators 1 dient ein symmetrisches Ankopplungsglied mit zwei in Reihe geschalteten ÄC-Gliedern mit identischen Bauteilen. Die auf Erde bezogene Spannung zwischen dem Ankopplungsglied 3' und dem Meßobjekt wird wiederum von einem Spannungsmeßwandler 17 und die den Strom im Meßkreis abbildende Spannung über dem Meßwiderstand 2 wird von einem Spannungsmeßwandler 8 erfaßt. Die an den Klemmen a und b erscheinende erste und zweite Meßspannung wird einer Auswerteschaltung zugeführt, wie sie in F i g. 1 dargestellt ist. Der Vorwiderstand ist in zwei symmetrische Vorwiderstände 4a und Ab aufgeteilt.

In den F i g. 1 und 3 wurden die Meßspannungen jeweils über schematisch als Spannungsmeßwandler dargestellte Meßfühler abgegriffen. Bei geeigneter Wahl der Amplitude der Spannung des Wechselspannungsgenerators kann auf eine derartige potentialtrennende Spannungsauskopplung verzichtet werden. Die Meßspannungen können dann unmittelbar aus dem Meßkreis abgegriffen und dem Gleichrichter 14, bzw. der phasenrichtigen Gleichrichterschaltung zugeführt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Schaltungsanordnung zur Messung des Erdwiderstandes einer erdfreien Starkstromschaltung, insbesondere eines aus einer Stromrichterschaltung gespeisten Gleichstromsystems, mit einem zwischen Meßobjekt und Erde geschalteten Meßkreis, der einen Wechselspannungsgenerator, einen Meßwiderstand und ein Ankoppelglied enthält, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

   a) Einer Auswertschaltung (9 bis 16) ist an ihren Eingangsklemmen (a, b) eine am Verbindungspunkt zwischen Meßkreis und Meßobjekt (5) abgegriffene erste Meßspannung (t/17) zugeführt,

   b) die Auswertschaltung (9 bis 16) enthält einen Dividierer (16), dessen erster Eingang mit der über einen Betragsbildner (14) und einen Mittelwertbildner (15) geführten ersten Meßspannung (17) und dessen zweiter Eingang mit einer über eine phasenrichtige Gleichrichterschaltung (9 bis 12) und einen weiteren Mittelwertbildner (13) geführten zweiten Meßspannung (U8) beaufschlagt ist.