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Gerät zur Isolationsüberwachung
Im Patent 821 069 ist ein für rauhe
Betriebe, namentlich für den ntertagebetrieb bestimmtes gerät zum Anzeige des Absinkens
des Isolationswertes von Leitungen zwischen zwei Polen bei größter elektrischer
Empfindlichkeit und gleichzeitig großer Unempfindlichkeit gegen rauhe Be handlung
beschrieben. Hierbei ist an die Pole der Leitungen, deren Isolation überwacht werden
soll über einen Vorschal twiderstand eine Gleichspannung gelegt, die aus einer transformierten
Wechselspannung über Gleichrichter erzeugt wird, und es liegt dabei ein in der Sähe
der Grenzspannung betriebenes Anzeigegerit derart parallel zur Primärwicklung des
Transformators und einem weiteren Vorschaltwiderstand, daß es beim Absinken des
Isolationswertes unter einen vorgegebenen Betrag anspricht. Die Sekundärseite des
Transformators ist der Summe aus dem Vorschaltwiderstand und demjenigen Isolationswert
angepaßt, bei dessen Unterschreiten das Anzeigegerät ansprechen soll, während die
Primärseite so bemessen ist, daß sie heim Absinken des zu überwachenden Isolationswertes
auf den Ansprechbetrag den Vorschaltwiderständen auf der Primärseite angepaßt ist.
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Dieses Gerät kann außer zur Überwachung von 1 solationswiderständen
auch zu deren Messung nutzbar gemacht werden. Das Überwachungsgerät nach dem Hauptpatent
kann auch zur akustischen Meldung von Erdschlüssen nutzbar gemacht werden, wenn
diese zu einem Kurzschluß an den zu über-
wachsenden Polen führen;
in diesem Fall wird primärseitig die eine Hälfte des symmetrisch zur Transformatorwicklung
aufgeteilten Vorschaltwider. standes durch ein Relais ersetzt, das eine elektrgakustische
Vorrichtung betätigt und so eingestellt ist. daß es bei Kurzschluß zwischen den
Polen der zu überwachenden Leitung anspricht.
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Das beschriebene Gerät hat gegenüber bekannten, dem glcichell Zweck
dienenden Einrichtungen die Vorteile, daß keine beweglichen Kontakte verwendet werden
und es infolgedessen kaum einer Wartung bedarf und daß die benutzten elektrischen
Ströme und Spannungen so gering sind, daß sämtliche Schaltungsteile ohne weiteres
überdimensioniert sind und damit das Gerät eine sehr lange l. ehensdauer erhält.
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Mit diesem Gerät ist jedoch die gleichzeitige t benachullg der Plus-
und Minusader eines Gleichstromnetzes nicht ohne weiteres möglich, wenn das Gleichstromnetz
unter Spannung steht, d. h. in Betrieb ist, da im ungünstigsten Fall eines satten
Erdschlusses des nicht angeschlossenen Poles des Gleichstromlletzes, z. B. der Minusader,
die volle Gleichspannung des Netzes über die durch den satten Erdschluß geerdete
Minusader gegen die Prüfspannung wirkt und somit die Anzeige stört.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenen falls auf ein Gerät
zur Isolationsüberwachung entsprechend dem Patent 821 069 und betrifft eine derartige
Weiterbildung, welche die gleichzeitige Überwachung der Plus- und Minusader von
Gleichstromnetzen, wie sie bei Signalanlagen vorliegen, ermöglicht. Zu diesem Zweck
wird der Mittelpunkt der Sekundärwicklung 9, 9 (vgl. Abb. X) herausgezogen und diese
in zwei parallele Zweige aufgetrennt. In jedem dieser Zweige liegt ein in entsprechendem
Sinne so angeschlossener Gleichstromrichter, daß er vcm außen über die Pole 2 und
2 eintretende Ströme, die nach dem Pol i gegen Erde abfließen wollen, sperrt.
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Eine Weiterbildung des Gerätes zur f'berwachung des lsolationszustandes
von Leitungen besteht darin, daß außer der optischen Anzeige der Isolationsverschlechterung
durch eine Glimmlampe noch eine direkte Anzeige des Isolationswiderstandes auf einem
Meßgerät und eine akustische Ferumeldung oder ein Abschalten des beschädigten Stromkreises
möglich gemacht wird. Dies geschieht dadurch. daß die Geräte des weiteren mit einem
entsprechgend empfindlichen Strommesser ausgerüstet sind, der den von dem Gerät
in die zu prüfenden Adern gegen Erde geschickten Strom anzeigt und sinngemäß direkt
in kQ geeicht ist, und ferner mit zwei Relais verschiedener Empfindlichkeit ausgerüstet
sind. Die Relaiskontakte sprechen entsprechend ihrer Justierung auf lsolationsfehlerströme
an, lange bevor der satte Erdschluß eintritt. Die Kontakte des einen der beiden
Relais liegen in einem von der Primärseite des Transformators gespeisten Warnsignalstromkreis,
der an beliebig entfernter Stelle eine Glimmlampe oder sonstige Lichtstromquelle
aufleuchten laßt.. Auf diese Weise wird ein beginnender Erdschluß femgemeldet. Die
Kontakte des zweiten Relais können so einjustiert werden und über eine äußere Stromquelle
an ein i. B. akustisches Alarmgerät an ebenfalls beliebiger Stelle angeschlossen
werden, daß auf diese Weise Erdschlüsse fern ;-gemeldet werden können.
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Falls es sich um zu überwachende Wechselistromnetze handelt, kann
man die Arbeitsweise der Relais dadurch von der Wechselspannung unahhängig machen,
daß man die Relais mit einem Kondensator überbrückt.
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Um eine Störung der Arbeitsweise des beschriebenen Gerätes bei der
Anwendung zur Überwachung von Gleich- und Wechselstromnetzen durch von außen über
die überwachten Netze in das Gerät eintretende tberspannungen zu verhindern, wie
solche durch Schaltvorgänge entstehen, werden in die primär- und sekundärseitigen
Zuführungsleitungen Drosseln geschaltet. die die Überspaniiungen vernichten.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des Gerätes zur Isolationsüberwachung
nach der vorliegenden Erfindung dargestellt.
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Abb. X zeigt die Ausführung des Gerätes für - Gleichstromüberwachung
mit dem aufgeteilten Mittelabzweig der Sekundärwicklung des Transformators, den
beiden zusätzlichen Gleichrichtern in diesem aufgeteilten Zweig, den beiden Relais
mit Doppelwicklung, dem direkt anzeigenden Isolationsmel3gerät, den beiden Warn-
und Alarmstromkreisen und den Drosseln und Beruhigungskondensaten.
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Abb. 2 zeigt die Ausführung des Gerätes für Wechselstromüberwachung
ohne den aufgetrennten Mittelabzweig, aber mit den beiden zusätzlichen Relais, den
beiden Warn- und alarmstromkreisen, dem direkt anzeigenden Isolationsmeßgerät, den
Drosseln und Beruhigungskondensaten.
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Um den Isolationswert zwischen den Polen 1 und 2 zu messen, werden,
wie im Hauptpatent beschrieben ist, die Pole 3 und 4 der Wechsel spannung über die
Widerstände 5 und 6 an die Primärwicklung 7 eines Transformators 8 angeschlossen,
dessen symmetrische sekundäre Wicklungshälften 9 an die Gleichrichter io angeschlossen
sind, wobei durch die Kondensatoren ii die zwischen den Punkten 1 2 und 13 herrschende
Gleichspannung geglättet wird. Diese Punkte werden über den Vorschaltwiderstand
14 an die Polen und 2 angeschlossen, an denen demnach dauernd eine Gleichspannung
bestimmter Höhe herrscht, wenn der Widerstandswert zwischen den Polen I und 2 konstant
ist. Längs des Widerstandes 6 wird über einen weiteren Widerstand 13 die Spannung
abgegriffen für das Anzeigegerät, als das in diesem Fall eine Neonlampe i6 dient.
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Diese wird so eingestellt, daß sie gerade noch aufleuchtet. Sinkt
der Isolationswert zwischen den Polen und 2, so sinkt auch die für die Neonjlampe
zur Verfügung stehende Spannung, und diese kommt zum Erlöschen. Das gleiche tritt
natürlich ein, wenn eine Störung in der Apparatur vorliegt. Die Höhe des Widerstandswertes,
dessen Tnterschreiten angezeigt werden soll, wird be,-
stimmt durch
die Stellung des Abzweiges am Wider,-stand 6. m das Erlöschen bzw. Aufleuchten der
Neonlampe unabhängig von etwaigen Schwan.-kungen der zwischen den Polen 3 und 4
angelegten Wechselspannung zu machen, ist einerseits der Widerstand 5 vorgesehen
und andererseits die lrimärwicklung 7 und der Widerstand 6 durch eine Glimmlampe
17 von höherer Zündspannung und höherer Stromaufnahme überbrückt. Statt einer solchen
weiteren Climmlampe können auch andere stromaufnehmende Geräte zum Konstanthalten
der Spannung Verwendung finden, z. B. Eisenwasserstoffwiderstände, Stabilisatoren
und ähnliche.
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An Stelle der Glimmlampe 16 können andere entsprechend empfindliche
optisch-elektrische Anzeigegeräte Verwendung finden, auch können elektro-akustische
Systeme Verwendung finden.
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Auch kalln hier ein Gerät eingeschaltet werden, das den hiiidurchfließenden
Strom mißt und auf diese Weise nicht nur das Unterschreiten eines Mindestwertes
der Isolation anzeigt, sondern ein steil über den Zustand der Isolation in geilauerem
Maße gestattet.
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Die Vorschaltwiderstände der Primärseite (5 und 6 in den bbildungen)
liegen vorteilhafterweise symmetrisch zu den Transformatorwicklungen. Durch die
Ausbildung des Widerstandes 6 als Potentio, meter kann man für jedes Anzeigegerät
die erforderliche Spannung einstellen. Das Gerät kann sowohl für die Messung der
Isolation von Licht-und Kraftstromkreisen beliebiger Spannung, und zwar von Gleich-,
Wechsel- und Drehstromkreisen, wie auch zur Messung von Fernsprechanlagen und Signalanlagen
dienen. Es kann auch zur Prüfung des lsolationswiderstandes von Hochspannungskreisen
dienen, wenn dafür Sorge getragen wird, daß die Hochspannungsseite gegen die Niederspanqlungsseite
genügend isoliert ist, was zweckmäßig durch entsprechende Ausbildung des Transformators
8 zu erfolgen hat.
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Das Gerät kann auch dazu dienen. Isolationswiderstände nicht nur
zu übenvachen, sondern auch zu messen. Dies geschieht in der Weise. daß an die Klemmen
des Gerätes an Stelle des zu messenden Isolationswiderstandes bekannte Widerstände
angeschlossen werden. Es wird dann derjenige herausgesucht, bei dem das Anzeigegerät
in gleicher Weise anspricht.
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Indem man die Ansprechempfindlichkeit ändert, läßt sich ebenfalls
eine Messung von Isolationswiderstänen durchführen, und zwar zweckmäßig in der Weise.
daß der Potentiometerabgriff am Widerstand 6 entsprechend geeicht wird, so daß jeder
Stellung des Abzweiges ein bestimmter Isolationswert entspricht. t m einen Begriff
von der Größenordnung der zu messenden Widerstände zu geben, sei daran erinnert,
daß nach den VDE-Normen der Isolationswert nicht kleiner werden darf als die Betriebsspannung
dividiert durch 1 mA. Einer Betriebsspannung von 220V entspricht also ein Isolationswert
von 220 000 Ohm. Die Lampe wird so eingestellt, daß sie durch Regelung der Potentiomcii
reinste luiig erlischt, sobald der zwischen den Polen 1 und 2 vorhandene Widerstand
den Betrag von 220 000 Ohm unterschreitet. Bei Verwendung einer kleineren Wechselspeisespannung
als 220 V zwischen den Polen 3 und 4 empfiehlt es sich, diese Wechselspeisespannung
durch einen zusätzlichen Transformator auf mindestens 220 V heraufzutransformieren.
Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die Prüfspannung zwischen den Polen I und
2 nicht unter looV-im Leerlauf sinkt.
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Der Kurzschlußstrom zwischen den Polen 1 und 2 beträgt etwa 5 mA.
Die von dem Prüfgerät an die Klemmen I und 2 zwischen die zu überwachen.-den Pole
gelieferte Leistung ist mithin so gering, daß eine Störung der Betriebsgeräte des
überwachten Netzes nicht stattfindet.
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Nach der vorliegenden Erfindung erhält das für die gleichzeitige
Überwachung beider Adern eines Gleichstromnetzes dienende Gerät (Abb. s) zunächst
zwei entgegengesetzt geschaltete Gleichrichter 28 im Mittelabzweig der Sekundärwicklung.
Durch die ebenfalls entgegengesetzt geschalteten Gleichrichter lo liegt die Klemme
1 in der elektrischen Mitte zwischen den Klemmen 2--und 2 +. Wird im Betriebe die
Klemme 1 1 geerdet und werden die Klemmen 2 - und 2 entsprechend mit der Idinus-
und Plusader des zu überwachenden Gleichstromnetzes verbunden, dann verhindern die
Gleichrichter 28 eine Störung der Anzeige des Gerätes, wenn die Plus- oder Minusader
des Netzes'einen Isolationsfehler gegen Erde besitzt, weil der dann von der gesunden
Netzader über Erde und Klemme 1 in das Gerät fließende Gleichstrom unwirksam für
die Anzeige des Gerätes wird.
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Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal enthält das Gerät für die Überwachung
von Wechsel.-und Drehstromnetzen beliebiger Spannung nur einen Gleichrichter 10.
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Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal ist bei den Geräten ein Relaispaar
18 und 19 derart eingefügt, daß von den beiden Relais, die mit ver: schieden einstellbarer
Empfindlichkeit ansprechen, eine aus der Primärseite des Transformators 8 über den
Vorwiderstand 5 gespeiste Glimmlampe, deren Helligkeit über den regelbaren Vorwiderstand
24 eingestellt werden kann, als Warnsignal durch das Relais 18 an beliebig entfernter
Stelle zum Auf,-leuchten gebracht wird und außerdem über ein weiteres Kontaktpaar
des Relais 19 ein Alarmstromkreis geschlossen wird, der von außen über eine beliebige
Fremdspannung gespeist zur akustischen Fernmeldung oder zur weiteren Auslösung bestimmter
Folgevorgänge, wie Abschaltung des gestörten Netzes usw., benutzt werden kann.
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Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal ist bei beiden Geräteausführungen
durch entsprechend bemessene Ableitwiderstände 22 sichergestellt, daß die Relais
von einem konstanten Ruhestrom durchflossen werden, so daß das Anpressen der Relais
bereits bei sehr geringer Isolationsverschlechterung durch die dann erfolgende Erhöhung
des Stromes, der durch die Relaiseinrichtungen fließt, erfolgt.
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Auf diese Weise ist es möglich, bereits Unter schreitungen der geforderten
Mindestisolation gegen
Erde auch bei Netzen höherer Betriebsspalmung
fernzumelden, ohne die das Netz überwachende, an dem Gerät an den Klemmen I und
2 gelieferte.
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Gleichspannung über etwa loo V zu erhöhen. Außerdem sind die Relais,
um sie vor störende Wechselspannungen zu schützen, durch einen Kondensator 20 (Abb.
2) überbrückt und gegen das ständige Eindringen von Überspannungen, wie sie durch
Schaltvorgänge in dem zu überwachenden Netz entstehen, durch Drosseln 26 und 27
(Abb. 1 und 2) geschützt.
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Bei den bisher gebräuchlichen Isolationsüberwachungseinrichtungen
für Gleichstromnetze, wie sie hauptsächlich in Signalanlagen benutzt werden, wurde,
um dem eben beschriebenen störenden Umstand auszuweichen, jeweils nur die Plus-
oder Minusader an das Prüfgerät gelegt. Diese Schaltung der beiden Adern mußte aber
nacheinander erfolgen. Demgegenüber liegt der Vorteil des Überwachullgsgerätes nach
der Erfindung in der gleichzeitig dauernden Überwachung beider Adern, ohne daß irgendwelche
beweglichen, der Abnutzung unterworfenen Teile Verwendung finden.
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Bei dem beschriebenen Gerät können an Stelle der Glimmlampe andere
entsprechend empfindliche optisch-elektrische Anzeigegeräte Verwendung finden; auch
können elektro-akustische Systeme und gesteuerte Elektronen-oder Gasentladungsröhren
Verwendung finden.