DE1224832B

DE1224832B - Device for determining the insulation resistance of an operating, non-earthed direct current network

Info

Publication number: DE1224832B
Application number: DE1960P0026286
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Johannes Posern
Original assignee: JOHANNES POSERN DR ING
Current assignee: JOHANNES POSERN DR ING
Priority date: 1960-12-23
Filing date: 1960-12-23
Publication date: 1966-09-15

Description

Vorrichtung zur Ennittlung des Isolationswiderstandes eines in Betrieb befindlichen, nicht geerdeten Gleichstromnetzes Wie für alle elektrischen Anlagen, so ist auch für Gleichstromanlagen nach den Errichtungsvorschriften des VDE ein angemessener Isolationswiderstand Riso1 erforderlich. Dieser wird vor Inbetriebnahme und dann in mehr oder weniger großen Zeitabständen an der spannungsfreien Anlage mittels geeigneter Isolationsprüfgeräte gemessen. In Gleichstromanlagen, bei denen größere Isolationsfehler die Aufrechterhaltung des Gesamtbetriebes stören würden oder dadurch andere, schwere Schäden entstehen könnten, z. B. in Schachtsignalanlagen, Erregerkreisen größerer Generatoren, Regelantrieben, Anlagen in explosionsgefährdeten Räumen, ist eine laufende tSberwachung des Isolationswiderstandes der unter Spannung stehenden Anlage nötig.Device for determining the insulation resistance of an in operation located, ungrounded direct current network As for all electrical systems, this is also the case for direct current systems according to the VDE installation regulations adequate insulation resistance Riso1 required. This is done before commissioning and then at more or less long time intervals on the voltage-free system measured by means of suitable insulation test devices. In DC systems where larger insulation faults would disrupt the maintenance of the overall operation or other serious damage could occur as a result, e.g. B. in shaft signal systems, Excitation circuits of larger generators, regulating drives, systems in potentially explosive areas Clearing is an ongoing monitoring of the insulation resistance of the live standing system necessary.

Sehr häufig wird dabei die in Abb. 1 dargestellte Methode benutzt, bei der mittels eines Voltmeters V mit dem Innenwiderstand Rv abwechselnd die Spannung + gegen Erde (U+E) bzw. - gegen Erde (U - E) gemessen wird, wobei im ersten Fall der Widerstand des Minuspols gegen Erde, im zweiten Fall (in Abb. 1 dargestellt) der Widerstand des Pluspols gegen Erde ermittelt wird. Das Voltmeter ist dabei nach der Gleichung geeicht. Diese Gleichung gilt aber nur, wenn bloß in einem Pol, im dargestellten Fall im Pluspol, Erdschluß besteht. Bei Erdschluß in beiden Polen muß ein danach geeichtes Instrument falsche Werte anzeigen. Ist z. B. bei U = 100 V Rv = 50 000 Q und R+E = R-E = 50000 Q, so wird RE = 33,3 V.The method shown in Fig. 1 is very often used, in which the voltage + to earth (U + E) or - to earth (U - E) is measured alternately by means of a voltmeter V with the internal resistance Rv In the case of the resistance of the negative pole to earth, in the second case (shown in Fig. 1) the resistance of the positive pole to earth is determined. The voltmeter is doing according to the equation calibrated. This equation is only valid if there is an earth fault in just one pole, in the case shown in the positive pole. In the event of an earth fault in both poles, an instrument calibrated afterwards must show incorrect values. Is z. E.g. at U = 100 V Rv = 50,000 Q and R + E = RE = 50,000 Q, RE = 33.3 V.

Somit zeigt das Instrument dann 100000 Q statt nur 50000 Q an. an.The instrument then shows 100,000 Q instead of just 50,000 Q. at.

Liegt in beiden Polen Erdschluß vor, so gelten folgende Gleichungen: Es ist somit wohl möglich, die Isolationswiderstände durch die Messung von U+E und U~E richtig zu erfassen. Die Messung beider Werte darf natürlich nicht gleichzeitig, sondern muß zeitlich hintereinander erfolgen. Aus beiden Meßwerten muß dann RISOI nach vorstehender Gleichung errechnet werden.If there is an earth fault in both poles, the following equations apply: It is therefore possible to correctly determine the insulation resistance by measuring U + E and U ~ E. The measurement of both values must of course not take place at the same time, but must take place one after the other. The RISOI must then be calculated from both measured values using the above equation.

Die erforderliche Rechnung läßt sich durch Benutzung von Diagrammen vereinfachen oder durch eine zusätzliche Abstimmung der Meßeinrichtung vermeiden (s. H. Jüttemann, »Isolationsüberwachung in Betrieb befindlicher Gleichstromanlagen«, ETZ, 1962, Ausgabe B, S. 297 bis 299).The necessary calculation can be made by using diagrams Simplify or avoid by an additional adjustment of the measuring device (see H. Jüttemann, "Insulation monitoring of direct current systems in operation", ETZ, 1962, Issue B, pp. 297 to 299).

Eine andere Methode zur Ermittlung von RISOI besteht in der Messung zweier dem zu überwachenden Netz überlagerter Gleichströme, die sich durch zwei verschieden hohe Meßspannungen ergeben. Bei anderen Methoden wiederum bleibt die Meßspannung konstant, dafür wird der Widerstand des Meßkreises verändert. Eine solche Einrichtung ist in der französischen Patentschrift 1 124 570 beschrieben. Another method of determining RISOI is by measurement of two direct currents superimposed on the network to be monitored, which are divided by two result in different high measuring voltages. With other methods, however, the Measuring voltage constant, for this the resistance of the measuring circuit is changed. Such The device is described in French patent specification 1,124,570.

Die bisher bekannten Methoden haben den Nachteil, daß zwei seitlich nacheinander durchzuführende Messungen erforderlich sind und daß der Isolationswiderstand dann aus diesen Werten errechnet werden muß. Erstrebenswert ist eine Meßeinrichtung, die laufend den Gesamtisolationswiderstand feststellt und die ein Warnsignal auslöst, wenn ein einstellbarer Mindestwert unterschritten wird. The previously known methods have the disadvantage that two side successive measurements are required and that the insulation resistance must then be calculated from these values. A measuring device is desirable, which continuously determines the total insulation resistance and which triggers a warning signal, if the value falls below an adjustable minimum value.

Ausgehend von einer Brückenschaltung mit zwei an der Netzspannung liegenden, je aus zwei Widerständen (Brückenzweigen) gebildeten Strompfaden, von denen der eine durch die Isolationswiderstände der Netzleiter gegen Erde und der andere durch eine Reihenschaltung zweier Hilfswiderstände gebildet wird, und mit einer eine Hilfsspannung in die Brückendiagonale einspeisenden Hilfselektrizitätsquelle sowie mit einem Anzeigeinstrument wird das vorgenannte Ziel erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Hilfselektrizitätsquelle bezüglich ihrer Span- nung veränderlich einstellbar ausgebildet ist und parallel zu einem Potentiometer unmittelbar an der Brückenausgangsdiagonale liegt, daß das Anzeigeinstrument einerseits an den Abgriff des Potentiometers und andererseits an den einen der beiden Netzleiter angeschlossen ist und daß als Kriterium für die Widerstandsermittlung diejenige, gegebenenfalls in Widerstands einheiten geeichte Stellung des Potentiometerabgriffs dient, bei der trotz sich ändernder Hilfsspannung der Ausschlag des Anzeigeinstruments unverändert bleibt. Based on a bridge circuit with two on the mains voltage lying current paths, each formed from two resistors (bridge branches), from which one by the insulation resistance of the line conductor to earth and the other is formed by a series connection of two auxiliary resistors, and with an auxiliary electricity source feeding an auxiliary voltage into the bridge diagonal as well as with a display instrument, the aforementioned aim is achieved according to the invention achieved that the auxiliary electricity source with regard to its voltage tion is designed to be variably adjustable and directly parallel to a potentiometer on the bridge exit diagonal is that the display instrument on the one hand to the Tap of the potentiometer and on the other hand connected to one of the two mains conductors and that the criterion for determining the resistance is that, if applicable Serves position of the potentiometer tap, calibrated in resistance units the deflection of the display instrument remains unchanged despite the changing auxiliary voltage remain.

Dabei muß an Stelle des Kondensators C der A b b. 4 ein hochohmiger Widerstand eingesetzt werden, damit das Anzeigeinstrument mA einen der Spannung zwischen der Stellung des Potentiometerabgrifls Ab und einem der beiden Netzleiter (- in A b b. 4) entsprechenden Strom anzeigt. Instead of the capacitor C, the A b b. 4 a high resistance Resistance can be used to make the mA display one of the voltage between the position of the potentiometer tap Ab and one of the two mains conductors (- in A b b. 4) shows the corresponding current.

Wird an Stelle des Vorschaltwiderstandes für das Anzeigeinstrument mA ein Kondensator C eingesetzt, wie in A b b. 4 dargestellt, so fließt bei sich ändernder Hilfsspannung nur dann ein Strom, wenn die Einstellung des Potentiometerabgriffs Ab nicht der Größe des Isolationswiderstandes entspricht. Used in place of the series resistor for the display instrument mA a capacitor C is used, as in A b b. 4 shown, it flows with itself changing auxiliary voltage only a current if the setting of the potentiometer tap From does not correspond to the size of the insulation resistance.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung ist in Abt. 2 das zu überwachende Gleichstromnetz mit den Polen + und gespeist von der Spannung U, mit seinen Isolationswiderständen R+E und R-E dargestellt. Die Lage des Erdpotentiometers Ep ist durch die Größe von R+E und R-E bestimmt und somit nicht bekannt. Werden zwischen + und -zwei gleich große Widerstände Rv+ und Rv von je etwa 100 kQ in Reihe geschaltet, so hat das Potential ihres Verbindungspunktes Vp gegen Ep die Spannungsdifferenz d U, die je nach den Größen von R+E und R-E zwischen 0 und + 2 liegen kann. For a more detailed explanation of the invention is in section 2 to be monitored Direct current network with the poles + and fed by the voltage U, with its insulation resistances R + E and R-E shown. The position of the earth potentiometer Ep is determined by the size of R + E and R-E determined and therefore not known. Become equal between + and -two large resistances Rv + and Rv of about 100 kΩ each connected in series, so that has Potential of their connection point Vp against Ep the voltage difference d U, which ever can be between 0 and + 2 according to the sizes of R + E and R-E.

Wird Vp mit Ep kurz verbunden, so rückt Ep nach Ep', derart, daß dU im Verhältnis A U2 = RISOZ A U1 Rv geteilt wird (A b b. 3); Dabei ist R+E # R-E RIsol = R+E + R-E und RV+ zu RV- RV+ V RV+ + RV- 2 Werden Vp und Ep nicht kurz verbunden, sondern über eine Hilfsspannung UM, SO liegen deren Endpunkte bei A und B, wobei A EP' R1801 BEp' = Wird UM verändert, z. B. auf UM vergrößert, so gilt A'- EP' = Rlsol B'Ep' RV Dabei ändert sich Ep' nicht, behält also den gleichen Abstand-von den Netzpolen + und -. Wird parallel zur Meßspannung UM ein Potentiometer P gelegt (Abb.4), so hat auch von diesem ein Punkt das Potential Ep'; das sich bei Änderung von UM nicht gegen den - Plus- oder Minuspol des Netzes ändert. Ist der Abgriff A des Potentiometers auf den Ep' entsprechenden Wert eingestellt, so wird das zwischen A und dem Plus- oder Minuspol des Netzes liegende Anzeigeinstrument mA auch bei sich ändernder Meßspannung UM eine konstante Spannung anzeigen. Somit läßt sich mittels des Abgriffs Ab des Potentiometers P der Isolationswiderstand Ru501 eindeutig ermitteln.If Vp is briefly connected to Ep, Ep moves to Ep 'in such a way that dU in the ratio A U2 = RISOZ A U1 Rv is divided (A b b. 3); Where R + E # R-E RIsol = R + E + R-E and RV + to RV- RV + V RV + + RV- 2 If Vp and Ep are not briefly connected, but via an auxiliary voltage UM, SO their end points are at A and B, where A EP 'R1801 BEp' = If UM changed, e.g. B. increased to UM, then A'-EP '= applies Rlsol B'Ep 'RV Thereby, Ep' does not change, so it maintains the same distance-from the network poles + and -. A potentiometer P is placed parallel to the measuring voltage UM (Fig.4), one point from this point also has the potential Ep '; that changes when there is a change UM not against the - plus or minus pole of the network changes. If tap A of the potentiometer is set to the value corresponding to Ep ', this is between A and the plus or minus pole of the network also include the mA display changing measurement voltage UM indicate a constant voltage. Thus can the insulation resistance Ru501 is clearly defined by means of the Ab tap of the potentiometer P. determine.

Die Messung kann verbessert werden, indem das Anzeigeinstrument mA nicht durch Vorschaltung eines hochohmigen Widerstandes als Voltmeter arbeitet, sondern indem man mA in Reihe mit einem Kondensator C, wie in A b b. 4 dargestellt, schaltet. The measurement can be improved by using the mA does not work as a voltmeter by connecting a high-resistance resistor, but by putting mA in series with a capacitor C, as in A b b. 4 shown, switches.

Es zeigt dann bei änderung der Meßspannung UM einen Lade- bzw. Entladestrom an, wenn der AbgriffA des Potentiometers nicht auf dem Ep' entsprechenden Punkt steht.When the measurement voltage UM changes, it then shows a charging or discharging current on when tap A of the potentiometer is not on the point corresponding to Ep ' stands.

Natürlich haben die Kapazitäten der beiden Leiter des zu untersuchenden Netzes gegen Erde, die mit C+ und C- in Abb. 4 eingezeichnet sind, einen Einfluß auf den Verlauf der Messung. Da sich bei veränderlicher Meßspannung UM das Erdpotential in seiner Lage zum Plus- oder Minuspol verschiebt und dadurch sich die Spannung an C + und C~ ändert, kommt ein kurzer Lade- bzw. Entladestrom zum Fließen. Die Zeitkonstante dieser Ladung bzw. Entladung ist sehr klein, da C+ und C meistens höchstens 1 RF betragen und der vorgeschaltete Widerstand Rv auch verhältnismäßig klein ist. Während der Meßspannungsänderung muß deshalb der Kreis des Anzeigeinstruments mA durch den Schalter Sch geöffnet sein und darf sich erst kurz nach der Änderung von UM wieder schließen. Of course, the capacities of the two heads have to be examined Network to earth, which are marked with C + and C- in Fig. 4, have an influence on the course of the measurement. Since when the measuring voltage UM changes, the earth potential shifts in its position to the plus or minus pole and thereby the voltage changes at C + and C ~, a short charge or discharge current starts flowing. the The time constant of this charge or discharge is very small, since C + and C mostly at most 1 RF and the upstream resistance Rv also proportionate is small. During the measurement voltage change, the circle of the display instrument must therefore mA must be opened by the switch Sch and may only be opened shortly after the change close again from UM.

Oft wird es weniger wichtig sein, den jeweiligen Isolationswiderstand des zu überwachenden Netzes laufend vor Augen zu haben, als vielmehr beim Absinken des Isolationswiderstandes unter eine gewisse Grenze Warnzeichen zu -erhalten. Dies kann erreicht werden, indem der AbgriffAb des Potentiometers auf die Stelle gebracht wird, die dem zulässigen Mindestwert des Isolationswiderstandes entspricht. Often it will be less important the respective insulation resistance of the network to be monitored, rather than when it is sinking of the insulation resistance below a certain limit warning signs. this can be achieved by putting the tap Ab of the potentiometer on the spot which corresponds to the permissible minimum value of the insulation resistance.

Ist nun der Isolationswiderstand höher als mit dem AbgriffAb eingestellt, so erfolgt bei Vergrößerung der Meßspannung eine Entladung, bei Verkleinerung der Meßspannung eine Aufladung des Kondensators C. Ist dagegen der Isolationswiderstand kleiner als der eingestellte Mindestwert des Isolationswiderstandes, so zeigen sich die entgegengesetzten Verhältnisse (abt.5 und 6). Durch diese Zustandsänderungen lassen sich unschwer entsprechende Signale geben.If the insulation resistance is now higher than that set with the tap Ab, so when the measuring voltage is increased, a discharge occurs, when the Measurement voltage a charge of the capacitor C. In contrast, it is the insulation resistance less than the set minimum value of the insulation resistance, it shows the opposite proportions (Section 5 and 6). Through these changes of state appropriate signals can easily be given.

Claims

Claims: 1. Device for determining the insulation resistance an operating, ungrounded direct current network, e.g. B. a shaft signal system, with a bridge circuit with two resistors connected to the mains voltage, each consisting of two resistors (Bridge branches) formed current paths, one of which through the insulation resistances the line conductor to earth and the other through a series connection of two auxiliary resistors is formed, and with an auxiliary voltage in the bridge diagonal feed Auxiliary electricity source as well as with a display instrument, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the auxiliary electricity source (UM) in terms of their voltage is designed to be variably adjustable and parallel to a potentiometer (P) is immediately on the diagonal of the bridge exit (Vp, Ep) that the display instrument (mA) on the one hand to the tap (A) of the potentiometer (P) and on the other hand to the one of the two power lines (-) is connected and that as a criterion for the Resistance determination that position, possibly calibrated in resistance values of the potentiometer tap (Ab) is used, in spite of the changing auxiliary voltage the deflection of the display instrument (mA) remains unchanged (A b b. 3).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the display instrument (mA) consists of an ammeter and is in series with a capacitor.

Considered publications: German Patent Specifications No. 943 073, 970 285; German Auslegeschriften No. 1 034760, 1089889; Patent specification No. 12047 of the Office for Invention and Patents in the Soviet Zone of Occupation Germany; French patent specification No. 1 570.