DE69212542T2

DE69212542T2 - Anordnung zur Überwachung und Messung der Isolierung für elektrische Netze mit isoliertem Nulleiter

Info

Publication number: DE69212542T2
Application number: DE69212542T
Authority: DE
Inventors: Patrice Allin; Christian Pellegrin; Luc Weynachter
Original assignee: Schneider Electric SE
Current assignee: Schneider Electric SE
Priority date: 1991-05-21
Filing date: 1992-05-15
Publication date: 1997-01-30
Anticipated expiration: 2012-05-16
Also published as: ES2092077T3; NO304909B1; ZA923657B; NO921986D0; FR2676821B1; FR2676821A1; EP0518785A1; DE69212542D1; NO921986L; CA2068952A1; EP0518785B1; US5272440A; JPH05157783A

Description

Die Erfindung betrifft eine, häufiger als "Isolationswächter" bezeichnete, Isolationsüberwachungs- und -meßeinrichtung für ein elektrisches Leitungsnetz, beispielsweise ein Einphasen- oder Dreiphasen- Wechselstromnetz, wobei dieses Netz mit isoliertem Sternpunkt ausgeführt ist, so daß die Lastimpedanz bzw. die Lastimpedanzen zwischen eine Phase und diesen isolierten Sternpunkt und nicht zwischen diese Phase und Erde geschaltet sind.
Ein Isolationswächter des genannten Typs nach dem bisherigen Stand der Technik ist beispielsweise in der Druckschrift FR-A-2.647.220 des Anmelders beschrieben, aus der der Oberbegriff des ersten Patentanspruchs abgeleitet ist.
Eine solche Einrichtung arbeitet wie folgt:
Gemäß Figur 1, in der eine Anordnung nach dem bisherigen Stand der Technik dargestellt ist, speist ein in Sternschaltung betriebener Dreiphasen-Transformator mit isoliertem Sternpunkt N eine Wechselspannung in die drei Sammelschienen I, II, III des Verteilernetzes ein, welches wiederum mehrere Lastimpedanzen Z1, Z2, ..., Zp, ... einspeist, die an eine entsprechende Anzahl von dreiphasigen Abgängen D1, D2, ..., Dp, ... dieses Hauptverteilernetzes I, II, III angeschlossen sind.
Es sei angenommen, daß an einer dieser Impedanzen, beispielsweise an der Impedanz Zp ein Isolationsfehler gegen Erde auftritt, der eine, aus einem ohmschen Fehlerwiderstand Rf und einer parallel dazu liegenden Fehlerkapazität Cf bestehende schädliche Fehlerimpedanz Zf zwischen mindestens einem der drei Phasenleiter des entsprechenden Abgangs Dp und Erde zur Folge hat.
Zur Erfassung und Messung dieses Fehlers treibt ein zwischen den isolierten Sternpunkt N und Erde in Reihe zu einem Meßwiderstand Rm geschalteter Isolationswächter C.I. eine als "Referenzspannung" bezeichnete Wechselspannung Ui über das Einspeisenetz I, II, III, deren Frequenz niedriger ist als die Frequenz des Einspeise-Wechselstroms und bei einem 50- oder 60-Hertz-Netz beispielsweise zwischen 4 und 10 Hertz betragen kann.
Der vorliegende Isolationsfehler hat nach Injizierung der Referenzspannung Ui in das Netz einen Fehlerstrom If in der Fehlerimpedanz Zf zur Folge, wobei dieser Fehlerstrom If natürlich die gleiche Frequenz aufweist wie die in das Netz injizierte Spannung Ui und über Erde sowie den Meßwiderstand Rm zum Isolationswächter C.I. zurückfließt.
Der Isolationswächter C.I. erzeugt darüber hinaus selbst ein Sinusund ein Kosinus-Hilfssignal, die es ermöglichen, mit einem herkömmlichen, als synchrone Demodulation oder Erfassung bezeichneten Verfahren die beiden mit den gleichen Bezugsachsen erfaßten Komponenten, entsprechend dem Real- und dem Imaginärteil der die injizierte Spannung Ui bzw. den Fehlerstrom If (d.h. den injizierten Strom) abbildenden Vektoren zu bestimmen. Aus diesen Komponenten leitet er die Phasenverschiebung zwischen den Vektoren von Ui und If und daraus wiederum die Werte für den Fehlerwiderstand Rf sowie die Fehlerkapazität Cf ab.
Mit solchen Isolationswächtern gemäß dem bisherigen Stand der Technik können an einer beliebigen Stelle im Netz auftretende Isolationsfehler erfaßt und gemessen werden. Sie erlauben jedoch keine Bestimmung des Fehlerorts, so daß in der Folge langwierige und teure Suchverfahren eingesetzt werden müssen. Darüber hinaus sind sie selbstverständlich nicht in der Lage zu bestimmen, ob ein einzelner Isolationsfehler an einer bestimmten Stelle des Netzes oder aber mehrere Isolationsfehler vorliegen.
In der Druckschrift FR-A-2.647.219 ist eine Isolationsüberwachungs- und -meßeinrichtung beschrieben, die eine Treiberschaltung zur Injizierung einer Referenz-Wechselspannung, Mittel zur Messung des die Netzabgänge durchfließenden örtlichen Fehlerstroms, einen Fehlerorter zur synchronen Erfassung des örtlichen Fehlerstroms mit Hilfe von zwei Wechselspannungs-Referenzsignalen, eine Verbindung zur Übertragung eines Meldesignals der Treiberschaltung an den Fehlerorter, um die Phasenlage des in das Netz injizierten Signals zu bestimmen und so die ohmschen und kapazitiven Anteile des eine Fehlerimpedanz abbildenden Signals zu berechnen, sowie in jedem Abgang einen Summenstromwandler umfaßt, welcher einem sel ektiven Analogverstärker zugeordnet ist, der mit einem Demodulator zusammenwirkt, welcher die Erfassung der Phasenlage zwischen Ausgangsspannung und Prüfspannung gewährleistet, um den Isolationswiderständen im jeweiligen Leitungsstrang umgekehrt proportionale Meldegleichströme zu erzeugen. Die Frequenz der Prüfspannung ist höher als 50 Hertz. Die durch die Anordnung aus Verstärker und Demodulator bedingte Phasenverschiebung wird nicht kompensiert und variiert darüber hinaus je nach Temperatur und Fertigungsserie. Die über 50 Hertz liegende Frequenz der Prüfspannung verstärkt die Wirkung der Streukapazität der Fehlerimpedanz, wobei diese Streukapazität von der Überwachungseinrichtung nicht gemessen wird. Die Übertragung der Spannungsinformation zur Bestimmung der Phasenlage erfolgt analog und unterliegt daher dem Einfluß von Überlagerungen und Störfaktoren. Die Gesamtisolation des Netzes wird von der Schaltung nicht erfaßt. Die Genauigkeit einer solchen Isolationsüberwachungseinrichtung ist unzureichend.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gesamt-Isolationswächter mit einem örtlichen Isolationswächter zu kombinieren. Sie betrifft daher eine Isolationsüberwachungs- und -meßeinrichtung für ein elektrisches Leitungsnetz mit isoliertem Sternpunkt und mehreren Abgängen, wobei die genannte Einrichtung einen Gesamt-Isolationswächter aufweist, der zur Bestimmung der Fehlerimpedanz des Netzes dient und folgende Teile umfaßt:
- Mittel zur Erzeugung und Beaufschlagung des Netzes mit einem Wechselspannungs-Prüfsignal, dessen Frequenz unter der Frequenz des zur Netzeinspeisung verwendeten Wechselstroms liegt,
- Mittel zur internen Erzeugung von zwei Wechselspannungs-Referenzsignalen, die um 90 Grad gegeneinander phasenverschoben sind und die gleiche Frequenz aufweisen wie das genannte Wechselspannungs-Prüfsignal,
- Mittel zur Messung der Spannung des genannten, in das Netz injizierten Prüfsignals sowie des Gesamtfehlerstroms des Netzes
- und Mittel zur Signalverarbeitung durch synchrone Demodulation oder Erfassung unter Verwendung der Referenzsignale, um deren Realund Imaginärteil in bezug auf die reelle, durch eines der beiden Referenzsignale definierte Achse zu bestimmen und daraus die Wirk- und Blindanteile der Gesamt-Fehlerimpedanz abzuleiten.
Diese Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie darüber hinaus folgende Komponenten umfaßt:
- eine als "Fehlerorter" bezeichnete Verarbeitungsschaltung,
- durch um jeden Abgang gelegte Ringkern-Stromwandler gebildete erste Mittel zur Messung des im genannten Abgang aufgrund des in das Netz injizierten Wechselspannungssignals fließenden örtlichen Fehlerstroms, wobei das von jedem Stromwandler gelieferte Meßsignal den genannten Fehlerorter beaufschlagt,
- zweite Mittel des Fehlerorters zur Durchführung der synchronen Demodulation oder Erfassung des örtlichen Fehlerstroms in jedem Abgang mit Hilfe von zwei weiteren Wechselspannungs-Referenzsignalen, deren Kenngrößen mit denen der durch den genannten Gesamt-Isolationswächter erzeugten Referenzsignale übereinstimmen, und
- mindestens zwei, zwischen den Gesamt-Isolationswächter und den Fehlerorter geschaltete, getrennte Verbindungen zur Fernübertragung, die eine erste Synchronverbindung für die Übertragung der Impulse zur Synchronisierung der Wechselspannungs-Referenzsignale des Fehlerorters mit den Referenzsignalen des Gesamt-Isolationswächters sowie eine zweite Verbindung umfassen, welche zur Berechnung der Einzelkomponenten der örtlichen Fehlerimpedanz im jeweiligen Abgang die vom Gesamt-Isolationswächter erzeugten demodulierten Werte des injizierten Signals an den Fehlerorter überträgt.
Ein Ausführungsbeispiel dieser Isolationsüberwachungseinrichtung mit Fehlerorter ist in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe der Vorteile und weiterer Merkmale näher erläutert. Dabei zeigen:
- Figur 2 ein Übersichts-Blockschaltbild der gesamten Installation,
- Figur 3A bis 3D Kurvenverläufe zur Erläuterung der erfindungsgemäß durchgeführten Synchronisierung zwischen dem Gesamt-Isolationswächter und dem Fehlerorter,
- Figur 4 ein vereinfachtes Schaltbild der Schaltung zur Messung und Korrektur der durch jeden Ringkernwandler örtlich verursachten Phasenverschiebung und
- Figur 5 ein vereinfachtes Schaltbild einer der Schaltungen zur Messung der Phasenverschiebung eines Meßzweigs mit zusätzlicher Messung des 50-Hertz-Einspeisestroms der Installation.
Aus Figur 2 geht zunächst hervor, daß sich die gezeigte Installation von der unter Bezugnahme auf Figur 1 zuvor beschriebenen Installation dadurch unterscheidet, daß um jeden Abgang D1, D2, ..., Dp, ... ein Ringkern-Meßwandler T1, T2, ..., Tp, ... gelegt ist. Das von jedem dieser Stromwandler T1 bis Tp gelieferte Strommeßsignal wird über eine Zweidrahtleitung L1, L2, ..., Lp, ... an eine im folgenden als "Fehlerorter" bezeichnete Verarbeitungs- und Rechenschaltung 2 übertragen.
Es sei darauf hingewiesen, daß im Prinzip, zumindest bei einem symmetrischen Einspeisenetz, die Ausgänge L1, L2, ..., Lp, ... der Ringkernwandler normalerweise nur ein Signal mit der genannten injizierten Frequenz liefern, da sich die 50-Hertz-Wechselspannungssignale gegenseitig aufheben. Bei Auftreten eines Isolationsfehlers kann es sein, daß dieser nicht erfaßt wird, und der Fehlerorter 2 umfaßt daher neben Filtern zur Unterdrückung des 50-Hertz-Stroms eine spezielle Meßschaltung zur Erfassung des 50-Hertz-Stroms, die nachstehend beschrieben wird.
Im wesentlichen besteht der Fehlerorter 2 aus einem zentralen Prozessor und mehreren Zweigen zur Messung, Erfassung und digitalen Verarbeitung, die praktisch den Meßzweigen des Gesamt-Isolationswächters C.I. entsprechen und beispielsweise in der genannten Druckschrift FR-A-2.647.220 beschrieben sind.
Der Fehlerorter 2 führt mit Hilfe eines Sinus- und eines Kosinus-Referenzsignals, die von ihm selbst erzeugt werden und die gleiche Frequenz aufweisen wie die vom Gesamt-Isolationswächter erzeugten Referenzsignale, die synchrone Demodulation des Meßstroms bzw. der Meßströme I1 und/oder I2, ... und/oder Ip, ... durch, die die Zweidrahtleitung bzw. die Zweidrahtleitungen L1 und/oder L2, ..., und/ oder Lp, ... durchfließen.
Die vom Fehlerorter 2 durchgeführte synchrone Demodulation ermöglicht es, den Real- und den Imaginärteil des Fehlerstroms in dem Abgang bzw. den Abgängen zu bestimmen, die von einem solchen Fehler betroffen sind. Der Fehlerorter 2 erlaubt darüber hinaus eine Lokalisierung desjenigen Abgangs, in dem der Fehler aufgetreten ist. Um den Wirk- und den Blindanteil der Fehlerimpedanz in diesem Abgang bzw. jedem dieser Abgänge bestimmen zu können, muß der Fehlerorter 2 die entsprechenden (d.h. mit der gleichen Bezugsachse erfaßten) Real- und Imaginärteile der Spannung an der Fehlerstelle kennen.
Die Spannung an der Fehlerstelle entspricht dabei der injizierten Spannung Ui, die im gesamten Netz gleich ist.
Nach einem wesentlichen kennzeichnenden Merkmal der Erfindung verwendet der Fehlerorter 2 zur Berechnung der Wirk- und Blindanteile der Fehlerimpedanz in dem betreffenden Abgang bzw. den betreffenden Abgängen direkt die demodulierten Werte der injizierten Spannung Ui, die zuvor durch Messung und synchrone Demodulation im Gesamt-Isolationswächter C.I. berechnet wurden. Zu diesem Zweck sind zwei getrennte Fernübertragungsverbindungen zwischen dem Isolationswächter C.I. und dem Fehlerorter 2 ausgeführt, und zwar
- eine erste Verbindung 3, die gezwungenermaßen als Synchronverbindung ausgeführt sein muß und feste Impulse zur Synchronisierung des vom Isolationswächter C.I. erzeugten Sinus-Referenzsignals überträgt,
- eine zweite Verbindung 4, die als Asynchronverbindung ausgeführt sein kann und die vom Isolationswächter C.I. erzeugten demodulierten Werte der injizierten Spannung Ui an den Fehlerorter 2 überträgt.
Es sei darauf hingewiesen, daß dieser Phasenabgleich bzw. diese Synchronisation der beiden, vom Isolationswächter C.I. bzw. vom Fehlerorter 2 erzeugten Sinus-Referenzsignale zur Bestimmung der Wirk- und Blindanteile der örtlichen Fehlerimpedanzen unerläßlich ist, da für diese Bestimmung die Real- und Imaginärteile der Spannung und des Stroms an den Klemmen jeder Fehlerimpedanz bekannt sein müssen, wobei für diese Real- und Imaginärteile die gleiche Bezugsachse zu verwenden ist.
Zum besseren Verständnis sei auf die Diagramme in Figur 3A bis 3D verwiesen:
- Figur 3A zeigt das Sinus-Referenzsignal mit einer Frequenz zwischen 4 und 10 Hertz, welches beispielsweise auf die in der Druckschrift FR-A-2.647.220 beschriebene Art intern im Gesamt-Isolationswächter C.I. erzeugt wird und diesem einerseits zur Durchführung der synchronen Demodulation des gemessenen Fehlerstroms If und der injizierten Spannung Ui und andererseits zur Erzeugung dieser injizierten Spannung im eigentlichen Sinne Ui dient,
- Figur 3B zeigt die in bezug auf die Referenzspannung aus Figur 3A phasenverschobene injizierte Spannung Ui. Die Phasenverschiebung resultiert aus der Verwendung eines Filters, das insbesondere ein auf die Netzfrequenz von 50 Hertz abgestimmtes Sperrglied umfaßt. Zur Bestimmung der Phasenabweichung α zwischen der injizierten Spannung Ui und dem Fehlerstrom If muß eine synchrone Demodulation durchgeführt werden, um die Phasenwinkel φ2 und φ1 der die Größen Ui und If abbildenden Vektoren in Abhängigkeit von einer Bezugsachse bestimmen zu können. Die Berechnung der gesuchten Phasenverschiebung erfolgt nach der Gleichung φ = φ2 - φ1.
- Figur 3C zeigt die Synchronisier-Impulse, die vom Isolationswächter C.I. erzeugt und über den synchronen Verbindungsbus 3 bei jedem Nulldurchgang, zu Beginn jeder Periode der Referenzspannung des Isolationswächters C.I. entsprechend den Zeitpunkten t0, t1, t2, ... dem Fehlerorter 2 zugeführt werden.
- Figur 3D zeigt schließlich das Sinus-Referenzsignal, das dem Referenzsignal aus Figur 3A entspricht und durch den Fehlerorter 2 erzeugt sowie intern dazu verwendet wird, um die synchrone Demodulation des bzw. der genannten örtlichen Ströme I1, I2, ..., Ip durchzuführen. Entsprechend der Kennzeichnung durch die strichpunktierten Pfeillinien wird dieses Sinus-Referenzsignal durch die lmpulse s0, s1, s2, ... aus Figur 3C synchronisiert, so daß seine Nulldurchgänge zu Beginn jeder Periode mit den genannten Zeitpunkten t0, t1, t2, ... übereinstimmen und dieses Sinus-Referenzsignal des Fehlerorters schließlich mit dem Referenzsignal (siehe Figur 3A) des Gesamt-Isolationswächters C.I. genau in Phase liegt.
Aus dem Blockschaltbild in Figur 2 ging hervor, daß jeder der örtlichen Meßströme I1, I2, ..., Ip, ... mit Hilfe eines Meßwandlers T1, T2, ..., Tp, ... bestimmt wurde. Nun stellt aber ein solcher Ringkern- Meßwandler eine Induktionsspule dar, die eine eigene Phasenverschiebung φ gemäß
φ = arc tan R / 1 ω
verursacht, wobei R und 1 den ohmschen bzw. induktiven Widerstand der Ringkernwicklung und w die Winkelgeschwindigkeit des Meßstroms mit der Frequenz zwischen 4 und 10 Hertz darstellen.
Gemäß einem vorteilhaften kennzeichnenden Merkmal der Erfindung sind am Fehlerorter 2 Mittel vorgesehen, um in größeren Zeitabständen die Werte für R und 1 jedes Ringkernwandlers zu messen und daraus die entsprechende Phasenverschiebung φ abzuleiten, so daß diese bei der durch den Fehlerorter 2 durchgeführten Berechnung der Fehlerimpedanz(en) berücksichtigt werden kann.
Diese Mittel sind beispielhaft in Figur 4 für den Stromwandler Tp schematisch dargestellt. Selbstverständlich sind sie für alle übrigen Stromwandler der Installation gleich ausgeführt. Gemäß dieser Figur 4 umfaßt der Ringkernwandler Tp eine Sekundärwicklung Ep, die vom genannten Meßstrom Ip durchflossen wird und einen ohmschen Widerstand Rp sowie eine Eigeninduktivität 1p aufweist. Die drei Verteilerschienen oder -leiter des Abgangs Dp sind in der Zeichnung symbolisch durch eine Einzelschiene dargestellt.
Um eine Korrektur der durch die Streuinduktivität der Ringkernwandler Tp verursachten Phasenverschiebung vornehmen zu können, muß der Fehlerorter 2 diese Werte Rp und 1p kennen.
Die Messung der Eigeninduktivität 1p erfolgt auf sehr einfache Weise ähnlich dem in der Druckschrift FR-A-2.647.219 des Anmelders beschriebenen Verfahren, wobei die Möglichkeit vorgesehen ist, mit Hilfe eines über den Fehlerorter 2 angesteuerten elektronischen Schalters 3 einen Lastwiderstand Rch zwischen die Klemmen der Sekundärwicklung Ep des Stromwandlers Tp zu schalten.
Im geöffneten Zustand des elektronischen Schalters 3 ergibt sich die vom Fehlerorter 2 an den Klemmen der beiden Leiter Lp gemessene "Leerlauf"-Spannung zu
(I) V (Leerlauf) = 1ω / Np Ip,
wobei Np die Windungszahl der Wicklung Ep darstellt.
Im geschlossenen Zustand des elektronischen Schalters 3 ergibt sich die auf die gleiche Weise vom Fehlerorter 2 gemessene "Last"-Spannung zu
(II) V (Last) = Rch / Np Ip.
Aus diesen beiden Gleichungen (I) und (II) kann der Fehlerorter 2 den gesuchten Wert für die Induktivität 1 leicht ermitteln.
Die Messung des ohmschen Widerstands Rp der Wicklung Ep erfolgt über einen Spannungsteiler unter Verwendung einer Hilfs-Gleichspannung Vc sowie eines Hilfswiderstand 4a, der in Reihe zur Wicklung Ep geschaltet werden kann, um eine Spannungsteilerschaltung zu bilden. Darüber hinaus sind drei weitere, über den Fehlerorter 2 angesteuerte elektronische Schalter vorgesehen, und zwar
- ein Schalter 5 zur direkten Verbindung der Gleichspannungsklemme Vc mit dem Fehlerorter 2, damit dieser die entsprechende Spannungsmessung vornehmen kann,
- ein Schalter 6, um die Wicklung Ep über den Spannungsteiler- Meßwiderstand 4 mit der Spannung Vc zu beaufschlagen, sowie
- ein in die Verbindungsleitung Lp zwischen die Schalter 5 und 6 eingesetzter Schalter 7, der bei gleichzeitig geöffnetem Schalter 6 dazu dient, die Gleichspannungsklemme Vc über den gleichzeitig geschlossenen Schalter 5 wahlweise mit dem Fehlerorter 2 zu verbinden.
Bei geöffnetem Schalter 3 erfolgt die Messung des Widerstands Rp wie folgt:
- Bei geöffneten Schaltern 6 und 7 und geschlossenem Schalter 5 mißt der Fehlerorter 2 den Wert der Hilfs-Gleichspannung Vc;
- Danach mißt er bei geöffnetem Schalter 5 und bei geschlossenen Schaltern 6 und 7 den Wert der Gleichspannung Vc am gemeinsamen Punkt 8 zwischen den Widerständen 4a und Rp;
- Anschließend berechnet er den Wert des Widerstands Rp mit Hilfe der Gleichung
Uc = Vc x Rp / (Rp+R4),
wobei R4 den bekannten Wert des Widerstands 4a darstellt.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Messung der Phasenverschiebung jedes Stromwandlers mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens nicht mit einer sehr hohen Wiederholrate durchgeführt werden muß, sondern in größeren Zeitabständen erfolgen kann, da die möglichen Meßwertabweichungen verhältnismäßig langsam auftreten. Des weiteren sei darauf hingewiesen, daß die gleiche Einrichtung auch verwendet werden kann, um zu überprüfen, ob ein Ringkernwandler im jeweiligen Abgang vorhanden ist oder nicht.
Bei Betrachtung des Blockschaltbilds aus Figur 2 war klar geworden, daß der Gesamt-Isolationswächter (C.I.) die synchrone Demodulation der injizierten Spannung Ui und des Fehlerstroms If durchführt, während im Fehlerorter 2 lediglich die synchrone Demodulation der Meßströme I1, I2, ..., Ip erfolgt. Die verwendeten Meßzweige sind dabei praktisch identisch, bewirken jedoch aufgrund der Verwendung eines Tiefpaßfilters zur Unterdrückung des 50-Hertz-Stroms unterschiedliche Phasenverschiebungen, die somit kompensiert werden müssen. Bei Isolationswächtern, die gemäß dem bisherigen Stand der Technik keinen Fehlerorter umfassen, erfolgt diese Kompensation automatisch, da die Messung der Phasenabweichung zwischen Ui und If durch Subtraktion der jeweiligen Phasenwinkel vorgenommen wird. Dies ist bei dem erfindungsgemäßen Fehlerorter 2 nicht mehr der Fall, da dieser Fehlerorter einerseits einen direkt gemessenen Wert des örtlichen Stroms I1, I2, ..., Ip und andererseits den durch den eigenen Meß zweig des Isolationswächters C.I. erfaßten Wert von Ui verwendet.
Gemäß einem weiteren kennzeichnenden Merkmal der Erfindung umfaßt der Gesamt-Isolationswächter C.I. Mittel, um die durch den Meßzweig zur Erfassung der injizierten Spannung Ui verursachte Eigen- Phasenverschiebung in größeren Zeitabständen zu messen und bei der Berechnung der demodulierten Werte dieser Spannung Ui zu berücksichtigen, die über die Verbindungsleitung 4 an den Fehlerorter 2 weitergeleitet werden.
Der Fehlerorter 2 umfaßt Mittel, um, ebenfalls in größeren Zeitabständen, die durch den Meßzweig bzw. die Meßzweige zur Erfassung der örtlichen Meßströme I1, I2, ..., Ip verursachte Eigen-Phasenverschiebung zu messen und ebenfalls bei der Berechnung der demodulierten Werte dieses Meßstroms bzw. dieser Meßströme zu berücksichtigen.
In beiden Fällen erfolgt die Messung der Phasenverschiebung jedes Meßzweigs, indem in diesen Meßzweig die Referenzspannung injiziert wird, die zur Durchführung der synchronen Demodulation(en) örtlich (durch den Isolationswächter C.I. bzw. den Fehlerorter 2) erzeugt wird, und indem anschließend die synchrone Demodulation des am Ausgang des Meßzweigs abgenommenen Signals mit dem so in den Meßzweig injizierten Signal durchgeführt wird, so daß damit die Eigen-Phasenverschiebung des Meßzweigs bestimmt werden kann. Die Verarbeitungsschaltung des Isolationswächters C.I. bzw. des Fehlerorters 2 speichert dann den Wert der Eigen-Phasenverschiebung, so daß er bei späteren Phasenverschiebungsmessungen berücksichtigt werden kann.
Figur 5 zeigt ein Blockschaltbild einer solchen Schaltung zur Messung der Eigen-Phasenverschiebung, die im vorliegenden Beispiel auf einen Meßzweig des Fehlerorters 2 angewendet wird, wobei natürlich die Schaltung des Isolationswächters C.I. praktisch identisch ist.
Figur 5 zeigt einige Komponenten des Fehlerorters 2, und zwar
- die interne Verarbeitungsschaltung 9,
- die interne Schaltung 10 zur Erzeugung der Referenzspannung Uref, die von der Schaltung 9 zur Durchführung der synchronen Demodulation des Meßstroms bzw. der Meßströme Ip verwendet wird,
- den teilweise dargestellten Meßzweig 11 mit seinem, einen hohen Verstärkungsfaktor aufweisenden Verstärker 12 und dem nachgeschalteten Tiefpaßfilter 13 zur Unterdrückung des 50-Hertz-Stroms.
Gemäß dem oben beschriebenen Meßmittel ist des weiteren die Möglichkeit vorgesehen, mit Hilfe eines über die Verarbeitungsschaltung 9 angesteuerten, ersten elektronischen Schalters 15 den Meßzweig 11 in größeren Zeitabständen von der Meßleitung Lp zu trennen und dann den Eingang 16 dieses Meßzweigs über einen weiteren, ebenfalls über die Schaltung 9 angesteuerten elektronischen Schalter 14 mit dem Ausgang der die Referenzspannung Uref liefernden Schaltung 10 zu verbinden.
Die Verarbeitungsschaltung 9 führt dann die synchrone Demodulation der auf diese Weise an dem mit 17 bezeichneten Punkt, am Ende des Meßzweigs aufgenommenen Spannung durch und vergleicht diese mit der am Ausgang der Schaltung 10 anliegenden Referenzspannung Uref, um daraus die Eigen-Phasenverschiebung des Meßzweigs 11 zu ermitteln. Auf diese Weise kann die Schaltung anschließend diese Phasenverschiebung aus den nachfolgenden, nach Rückstellung der Schalter 14 und 15 durchgeführten Messungen des Stroms bzw. der Ströme Ip bestimmen.
Selbstverständlich ist der Meßzweig des Isolationswächters C.I. mit einer identischen Schaltung bestückt, um intern und lokal die durch seinen eigenen Meßzweig verursachte Phasenverschiebung zu messen.
Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß bisher davon ausgegangen wurde, daß die drei Phasen der Abgänge D1, D2, ..., Dp ein symmetrisches Netz bilden, so daß in den Meßleitungen L1, L2, ..., Lp, ... praktisch keine 50-Hertz-Ströme auftreten. Bei einem ohmschen Isolationsfehler besteht allerdings die Gefahr, daß ein 50-Hertz- Strom zwischen der fehlerbehafteten Phase und der Summe der in den beiden übrigen Phasen vorhandenen Streukapazitäten fließt. Der Wert eines solchen Stroms kann in einigen Fällen ein Ampere übersteigen. Dieser 50-Hertz-Strom kann dann zur Sättigung des Verstärkers 12 im Meßzweig 11 (Figur 5) führen, so daß z.B. der Strom I1 nicht gemessen werden kann.
Zur Behebung dieses Nachteils werden erfindungsgemäß die beiden folgenden zusätzlichen Maßnahmen getroffen:
- Der Meßzweig bzw. die Meßzweige 11 des Fehlerorters werden so ausgelegt, daß sie einen Strom mit einem bestimmten Schwellwert von beispielsweise 500 Milliampere verkraften. Eine Betrachtung der entsprechenden Kurven zeigt nämlich, daß der ohmsche Fehlerwiderstand unabhängig von der zugehörigen Streukapazität auf einen festen Wert begrenzt ist. Bei einem 380-Volt-Netz bleibt der Fehlerwiderstand beispielsweise unter ca. 450 Ohm, solange der Fehlerstrom 500 mA nicht übersteigt.
- Es werden Mittel vorgesehen, die in größeren Zeitabständen die Amplitude des am Eingang oder auf der Einspeiseseite des Tiefpaßfilters 13 des Meßzweigs anliegenden 50-Hertz-Stroms messen, um dem Betreiber das Überschreiten des genannten Schwellwerts zu melden und einen satten Isolationsfehler im betreffenden Abgang Dp gemäß Figur 5 anzuzeigen, wobei die letztgenannten Mittel einen elektronischen Um schalter 18 mit zwei Strompfaden umfassen, der über die Verarbeitungsschaltung 9 angesteuert wird und gemäß der Zeichnung zwischen dem Tiefpaßfilter 13 und dieser Schaltung 9 angeordnet ist sowie über die Umgehung 19 diesen Tiefpaßfilter 13 von Zeit zu Zeit kurzschließt, um die Messung des 50-Hertz-Stroms durchzuführen. Bei Überschreiten des Schwellwerts wird der Betreiber beispielsweise über eine von der Verarbeitungsschaltung 9 angesteuerte Alarmeinrichtung gewarnt und kann dann den satten Isolationsfehler orten.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebene Ausführungsvariante beschränkt. Es kann insbesondere im Fehlerorter 2 vorteilhaft eine Multiplexschaltung vorgesehen werden, die zur Begrenzung der Anzahl der Meßzweige 11 die Verwendung des gleichen Meßzweigs für mehrere Ringkern-Meßwandler ermöglicht.

Claims

1. Isolationsüberwachungs- und -meßeinrichtung für ein elektrisches Leitungsnetz (I, II, III) mit isoliertem Sternpunkt (N) und mehreren Abgängen (D1, D2, ..., Dp, ...), wobei die genannte Einrichtung einen Gesamt-Isolationswächter (C.I.) zur Bestimmung der Fehlerimpedanz des Netzes aufweist, der folgende Teile umfaßt:

- Mittel zur Erzeugung und Beaufschlagung des Netzes mit einem Wechselspannungs-Prüfsignal (Ui), dessen Frequenz unter der Frequenz des zur Netzeinspeisung verwendeten Wechselstroms liegt,

- Mittel zur internen Erzeugung von zwei Wechselspannungs-Referenzsignalen (Uref), die um 90 Grad gegeneinander phasenverschoben sind und die gleiche Frequenz aufweisen wie das genannte Wechselspannungs-Prüfsignal (Ui),

- Mittel zur Messung der Spannung (Ui) des genannten, in das Netz injizierten Prüfsignals sowie des Gesamtfehlerstroms (If) des Netzes

- und Mittel zur Signalverarbeitung durch synchrone Demodulation oder Erfassung unter Verwendung der Referenzsignale (Uref), um deren Real- und Imaginärteil in bezug auf die reelle, durch eines der beiden Referenzsignale (Uref) definierte Achse zu bestimmen und daraus die Wirk- und Blindanteile der Gesamt-Fehlerimpedanz abzuleiten,

dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung darüber hinaus folgende Komponenten umfaßt:

- eine als "Fehlerorter" (2) bezeichnete Verarbeitungsschaltung,

- durch um jeden Abgang (D1, D2, ..., Dp) gelegte Ringkern-Stromwandler (T1, T2, ..., Tp) gebildete erste Mittel zur Messung des im genannten Abgang aufgrund des in das Netz injizierten Wechselspannungssignals (Ui) fließenden örtlichen Fehlerstroms, wobei das von jedem Stromwandler gelieferte Meßsignal (I1, I2, ..., Ip) den genannten Fehlerorter beaufschlagt,

- zweite Mittel des Fehlerorters (2) zur Durchführung der synchronen Demodulation oder Erfassung des örtlichen Fehlerstroms (I1, I2, ..., Ip) in jedem Abgang (D1, D2, ..., Dp) mit Hilfe von zwei weiteren Wechselspannungs-Referenzsignalen, deren Kenngrößen mit denen der durch den genannten Gesamt-Isolationswächter (C.I.) erzeugten Referenzsignale (Uref) übereinstimmen, und

- mindestens zwei, zwischen den Gesamt-Isolationswächter (C.I.) und den Fehlerorter (2) geschaltete, getrennte Fernübertragungsverbindungen, welche eine erste Synchronverbindung (3) für die Übertragung der Impulse (s0, s1, s2, ...) zur Synchronisierung der Wechselspannungs-Referenzsignale des Fehlerorters (2) mit den Referenzsignalen des Gesamt-Isolationswächters (C.I.) sowie eine zweite Verbindung (4) umfassen, die zur Berechnung der Einzelkomponenten der örtlichen Fehlerimpedanz im jeweiligen Abgang (Dp) die vom Gesamt- Isolationswächter (C.I.) erzeugten demodulierten Werte des injizierten Signals (Ui) an den Fehlerorter (2) überträgt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung Ep jedes Stromwandlers (T1, T2, ..., Tn) dritten Mitteln zur Messung des ohmschen Widerstands (Rp) und der Induktivität (1p) der genannten Sekundärwicklung (Ep) zugeordnet ist, wobei die genannten dritten Meßmittel als Spannungsteiler-Meßschaltung ausgeführt sind, die einen, über einen ersten Schalter (6) zwischen eine Hilfs-Gleichspannungsquelle (Vc) und einen, an eine Klemme der Sekundärwicklung (Ep) angeschlossenen gemeinsamen Punkt (8) geschalteten Hilfswiderstand (4a) sowie einen Lastwiderstand (Rch) umfaßt, dessen erster Anschluß über einen zweiten Schalter (7) mit dem gemeinsamen Punkt (8) und über einen vierten Schalter (5) mit der genannten Hilfs-Gleichspannungsquelle (Vc) sowie mit einem ersten Eingang des Fehlerorters (2) verbunden und dessen zweiter Anschluß über einen dritten Schalter (3) an den zweiten Eingang des Fehlerorters (2) sowie an die andere Klemme der Sekundärwicklung (Ep) angeschlossen ist, wobei die genannten Schalter (3, 5, 6, 7) über den Fehlerorter (2) angesteuert werden, um die durch die Streumduktivität jedes Stromwandlers (T1, T2, ..., Tn) verursachte Phasenverschiebung zu kompensieren.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich folgende Teile umfaßt:

- im Gesamt-Isolationswächter (C.I.) angeordnete vierte Mittel zur Messung der durch den Meßzweig zur Erfassung der injizierten Spannung (Ui) verursachten Eigen-Phasenverschiebung sowie zur Berücksichtigung dieser Phasenverschiebung bei der Berechnung der demodulierten Werte dieser Spannung, welche über die zweite Verbindung (4) an den Fehlerorter (2) übermittelt werden,

- im Fehlerorter (2) angeordnete fünfte Mittel (10, 9, 14 bis 16) zur Messung der durch den Meßzweig bzw. die Meßzweige (11) zur Erfassung des örtlichen Fehlerstroms (I1, I2, ..., Ip) verursachten Eigen- Phasenverschiebung, wobei diese Phasenverschiebung bei der Berechnung der demodulierten Werte des örtlichen Fehlerstroms (I1, I2, ..., Ip) berücksichtigt werden.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßzweig bzw. jeder der Meßzweige (11) des Fehlerorters (2) ein Sperrfilter sowie sechste Mittel (18, 19, 9) zur Messung der Amplitude des auf der Einspeiseseite des genannten Sperrfilters (13) anliegenden netzfrequenten Stroms umfaßt, um dem Betreiber das Vorliegen eines satten Isolationsfehlers im betreffenden Abgang (Dp) anzuzeigen, wobei die genannten sechsten Mittel einen elektronischen Schalter (18) umfassen, der über eine Verarbeitungsschaltung (9) des Fehlerorters (2) angesteuert wird und es mit Hilfe einer Umgehungsverbindung (19) ermöglicht, das Sperrfilter (13) in größeren Zeitabständen kurzzuschließen, um die genannte Messung des netzfrequenten Stroms durchzuführen.