DE19509831C1

DE19509831C1 - Vorrichtung zur Messung des Isolationswiderstandes zwischen Netzanschlußleitungen

Info

Publication number: DE19509831C1
Application number: DE19509831A
Authority: DE
Inventors: Oskar Tschiedel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-08-05
Filing date: 1995-08-05
Publication date: 1996-12-19
Anticipated expiration: 2015-08-06

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Isolationswiderstandsmessung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DIN-Norm VDE 0701 bekannt. Sie besteht aus einer Spannungsquelle, die die zu prüfende Schaltung mit einer Spannung von 500 V versorgt. Dieser Spannungsquelle ist ein Strommeßgerät in Serie geschaltet, welches den durch die Isolation des zu prüfenden Geräts fließenden Strom mißt. Dieses Strommeßgerät ist üblicherweise so geeicht, daß es direkt den Isolationswiderstand anzeigt. Diese Vorrichtung wird mit einem zu prüfenden Gerät derart verbunden, daß alle stromführenden Netzanschlußleitungen des zu prüfenden Geräts, also die Phasen und der Null-Leiter parallel mit einem Pol der Vorrichtung verbunden werden. Der andere Pol dieser Vorrichtung wird mit dem Schutzleiter des zu prüfenden Geräts verbunden. Nach Anlegen der Spannung von 500 V an das zu prüfende Gerät kann am Strommeßgerät der Isolationswiderstand zwischen allen Phasen und dem Null- Leiter einerseits und dem Schutzleiter andererseits bestimmt werden. Unterschreitet dieser Isolationswiderstand einen bestimmten in der Norm festgelegten Grenzwert, so liegt ein Isolationsfehler vor, der anschließend zu beseitigen ist. Diese bekannte Vor richtung weist den Nachteil auf, daß mit ihr keine örtliche Eingrenzung des festgestell ten Isolationsfehlers möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschriebene Vorrichtung dahingehend zu erweitern, so daß aus den gewonnenen Meßergebnissen feststellbar ist, welche der stromführenden Netzanschlußleitungen fehlerhaft ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch den Einsatz von Kreuzpunktschaltern zwischen dem Prüfling und der Meßein heit können die Phasen bzw. der Null-Leiter auch einzeln mit einem Pol der Meßein heit verbunden werden. Die Kreuzpunktschalter werden von-einzelnen Schaltkontak ten gebildet, die jeweils eine Netzanschlußleitung je nach Stellung wahlweise mit dem Pol der Meßeinheit verbinden oder von ihm trennen. Diese Kontakte sind unabhängig voneinander steuerbar. Dies ermöglicht eine Verbindung der Meßeinheit mit einer einzelnen Phase oder mit dem Null-Leiter einerseits und dem Schutzleiter anderer seits. Es kann daher der Isolationswiderstand jeder einzelnen stromführenden Netzan schlußleitung gegenüber dem Schutzleiter bestimmt werden. Damit läßt sich ein Iso lationsfehler des zu prüfenden Geräts auf eine bestimmte Netzanschlußleitung ein grenzen. Mit dieser Kenntnis ist es für die bedienende Person sehr viel leichter einen aufgetretenen Fehler zu lokalisieren und zu beheben. Dies reduziert daher in erhebli chem Maß die anfallenden Reparaturkosten. Um trotzdem eine schnelle Erstprüfung durchführen zu können, können die zu den Phasen und zum Null-Leiter des zu prü fenden Geräts führenden Kontakte der Kreuzpunktschalter auch gleichzeitig geschlos sen werden, so daß eine Isolationswiderstandsmessung zwischen dem Schutzleiter und allen stromführenden Netzanschlußleitungen möglich ist. Dadurch kann mit einer ein zigen Messung zunächst einmal festgestellt werden, ob ein Isolationsfehler vorliegt. In diesem Fall kann dann der Fehler durch die Messung zwischen einzelnen Netzan schlußleitungen näher lokalisiert werden.

Die Anwendung der Merkmale des Anspruchs 2 erlaubt die Bestimmung des Wider standes zwischen zwei Phasen bzw. zwischen einer Phase und dem Null-Leiter und ermöglicht damit eine normgerechte Messung beispielsweise nach VDE 0100. Auf diese Weise können zwischen den Netzanschlußleitungen auftretende Isolationsfehler oder Kurzschlüsse bereits vor der Inbetriebnahme des Geräts aufgespürt werden. Das Aufspüren derartiger Fehler ist überlicherweise sehr schwierig, da beim Einschalten eines mit einen derartigen Fehler behafteten Gerätes in diesem vorgesehene Sicherun gen ansprechen und damit das Gerät von der Netzspannung trennen. Ein direktes Prüfen mit einem Ohmwiderstandmeßgerät ist häufig nicht zielführend, da diese Isola tionsfehler sich oft erst bei hohen angelegten Spannungen bemerkbar machen. Liegen beispielsweise zwei Phasen in geringem Abstand unisoliert nebeneinander, so wird ein Widerstandsmeßgerät einen verschwindenden Durchgangsleitwert feststellen. Bei Anlegen der Netzspannung kann es jedoch vorkommen, daß durch Ionisierung der Luft eine elektrische Verbindung zwischen beiden Leitern gebildet wird. Ein derarti ger Isolationsfehler kann daher nur durch Anlegen einer hinreichend großen Spannung zuverlässig aufgespürt werden. Dies ist mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung be sonders einfach durchzuführen, wobei das Gehäuse des zu prüfenden Geräts während der Prüfung geschlossen bleibt.

Die hohe Prüfspannung stellt daher für die bedienende Person kein Gefahrenpotential dar.

Die Anwendung der Merkmale der Ansprüche 3 oder 4 erlauben eine vollständige elektrische Trennung der Meßeinheit vom zu prüfenden Gerät. Dadurch kann das zu prüfende Gerät auf einfache Weise entweder mit anderen Meßgeräten oder mit einem spannungführenden Netz verbunden werden, ohne daß dabei die Meßeinheit beschä digt werden könnte oder die Messung beeinflußt. Die Durchführung dieser Trennung mit Hilfe der Kreuzpunktschalter gemäß Anspruch 3 bietet den besonderen Vorteil, daß für diese Funktion keine zusätzlichen Trennmittel erforderlich sind. Es müssen lediglich alle Kontakte der Kreuzpunktschalter in die Offen-Stellung gebracht werden. Demgegenüber bieten die zusätzlichen Schalter gemäß Anspruch 4 eine erhöhte Si cherheit der Vorrichtung. Die Kontakte der Kreuzpunktschalter werden im Betrieb der Vorrichtung relativ häufig umgeschaltet. Diese Kontakte unterliegen daher einem erhöhten Verschleiß. Bleibt ein derartiger Kontakt bei gewünschter vollständiger elektrischer Trennung in der Geschlossen-Stellung kleben, so kann die Meßeinheit bei Anliegen von Netzspannung an das zu prüfende Gerät beschädigt werden. Die in er heblich geringerem Umfang betätigten zusätzlichen Schalter neigen in geringerem Umfang zu Fehlfunktionen, so daß die Vorrichtung insgesamt sicherer ist. Selbstver ständlich läßt sich die Sicherheit dadurch weiter erhöhen, daß die Merkmale der An sprüche 3 und 4 gleichzeitig genutzt werden. Der gleichzeitige Ausfall eines Kontakts des zusätzlichen Schalters und eines korrespondierenden Kontaktes der Kreuzpunkt schalter ist derart unwahrscheinlich, daß von dieser Annahme nicht auszugehen ist.

Die Anwendung der Merkmale des Anspruchs 5 erlaubt eine umfassendere Prüfling des zu prüfenden Geräts. Insbesondere kann die bestimmungsgemäße Funktion des Geräts überprüft werden. Außerdem haben bestimmte Fehler die Eigenschaft, erst bei Betriebstemperatur aufzutreten. So kann es beispielsweise bei Geräten, welche Was ser erhitzen vorkommen, daß Wasserdampf über schlecht abgedichtete Leitungen zu den spannungsführenden Netzleitungen vordringen kann. Ein dort vorhandener ge ringfügiger Isolationsfehler wird erst durch das Niederschlagen von Wasserdampf so gravierend, daß er durch eine Isolationswiderstandsmessung erkennbar ist. Ein derar tiges Gerät muß daher eine Zeitlang mit Netzspannung versorgt und in vorgesehener Weise betrieben werden. Anschließend kann die Isolationswiderstandsmessung durch geführt werden. Dabei ist es wichtig, daß die Zeit zwischen dem Trennen des Geräts von der Netzspannung und der Isolationswiderstandsmessung eine möglichst geringe Zeit verstreicht. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt ohne umständliches Um stecken derartige Messungen sehr schnell durchzuführen, so daß ein derartiger Fehler auch tatsächlich gefunden wird.

Werden die Merkmale des Anspruchs 7 genutzt, so können mit der Vorrichtung auch Leitungswiderstände direkt gemessen werden. Diese lassen sich mit der Meßeinheit bedingt durch die Anwendung einer Hochspannungsquelle nur sehr ungenau direkt bestimmen. Für diese Meßaufgabe ist ein herkömmliches Widerstandsmeßgerät besser geeignet. Durch die Anwendung eines Multiplexes, der die Kreuzpunktschalter wahl weise mit der Meßeinheit oder mit dem Widerstandsmeßgerät verbindet, können die Kreuzpunktschalter auch für die Messungen mit dem Widerstandsmeßgerät genutzt werden. Außerdem verhindert der Multiplexer, daß sowohl die Meßeinheit als auch das Widerstandsmeßgerät mit dem zu prüfenden Gerät verbunden sind. Eine gegen seitige Störung der Messungen beider Geräte ist daher ausgeschlossen.

Eine Modusausfalleinheit gemäß Anspruch 8 bietet den Vorteil, daß die Kreuzpunkt schalter, der Multiplexer sowie die zusätzlichen Schalter in einer für die bedienende Person einfach zu erfassenden Weise angesteuert werden. Die bedienende Person wählt einen bestimmten Meßmodus, ohne sich um die tatsächliche Lage der einzelnen Schaltkontakte kümmern zu müssen. Dies reduziert die Gefahr, daß ein Meßergebnis falsch interpretiert wird, weil die bedienende Person von einer anderen als der tat sächlich eingestellten Lage der Schalterkontakte ausgegangen ist.

Die Verwendung eines Stufenschalters in der Modusauswahleinheit gemäß Anspruch 9 ist insbesondere schaltungsmäßig besonders einfach zu realisieren. Jeder Kontakt des Stufenschalters repräsentiert in diesem Fall einen bestimmten Modus der Vorrichtung. Diese Kontakte werden zum Ansteuern der entsprechende Kontakte der Kreuzpunkt schalter, des Multiplexers bzw. der zusätzlichen Schalter eingesetzt.

Alternativ kann die Modusauswahleinheit gemäß Anspruch 10 durch Drucktasten gebildet werden, denen Speicherelemente zugeordnet sind. Das Betätigen einer Drucktaste wird in den Speicherelementen gespeichert, so daß deren Ausgänge wie derum zum Ansteuern der diversen Schaltkontakte herangezogen werden können. Die Speicherelemente sind untereinander derart verschaltet, daß sie sich gegenseitig ver riegeln. Dadurch ist sichergestellt, daß niemals zwei verschiedene Modi gleichzeitig aktivierbar sind. Es ist dabei unerheblich, ob das Drücken einer Drucktaste den mo mentan eingestellten Modus automatisch löscht, oder ob hierzu eine eigene Druckta ste vorgesehen ist. Zur Erhöhung der Sicherheit der Vorrichtung kann in der Mo dusauswahleinheit eine Verzögerungsschaltung (Monoflop) vorgesehen sein, die bei einem Moduswechsel zu einer bestimmten Zeitverzögerung zwischen der Aufhebung des momentan eingestellten Modus und der Einstellung des neuen Modus erzwingt. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn die Kreuzpunktschalter, der Multi plexer bzw. die zusätzlichen Schalter relativ große Ansprechzeiten aufweisen. Das Monoflop sorgt in diesem Fall dafür, daß die entsprechenden Kontakte erst getrennt werden, bevor die Kontakte entsprechend dem neueingestellten Modus geschlossen werden (brake before make-Bedingung).

Schließlich ist es gemäß Anspruch 11 vorteilhaft, für die Kreuzpunktschalter, den Multiplexer bzw. die zusätzlichen Schalter Schütze einzusetzen. Ihre Kontakte weisen im geschlossenen Zustand einen besonders geringen Leitungswiderstand auf, während sie im offenen Zustand einen besonders hohen Isolationswiderstand besitzen. Sie be einflussen daher das Meßergebnis in keiner Weise. Sind die Kontakte der Schütze für die angegebene Isolationsspannung von 6 kV ausgelegt, so ergeben sich auch bei An legen von Netzspannung keinerlei Probleme oder Beeinflussungen der Meßergebnisse.

Anhand der Zeichnung wird eine bevorzugte Ausführungsform des Erfindungsgegen standes beispielhaft erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer Vorrichtung zur Messung des Isolationswiderstan des und

Fig. 2 bis 15 einen detaillierten Schaltplan der Vorrichtung gemäß Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Digitalschaltung verwendet die Schaltsymbole der DIN- Norm mit der entsprechenden Abhängigkeits-Notation. Zur besseren Unterscheidung der DIN-Symbole von den Bezugszeichen sind die Zeichen der Abhängigkeitsnotation gerade und die Bezugszeichen schräg gesetzt. Außerdem beginnen die Bezugszeichen erst ab der Zahl 100. Einzige Ausnahme hiervon sind Netzleitungen, die zur besseren Übersichtlichkeit mit den üblichen Bezeichnungen L₁′, L₂′, L₃′, N, PE benannt sind.

Eine Vorrichtung 100 zur Messung des Isolationswiderstandes besteht im wesentlich aus einer Modusauswahleinheit 101, einer daran angeschlossenen Modusdekodierein heit 102, einer Schaltereinheit 103, einer Kreuzpunktschaltereinheit 104 und einer Meßgruppe 105. Die Modusauswahleinheit 101 gestattet der bedienenden Person, über Drucktasten 106 bis 109 sowie über einen Stufenschalter 110 die Auswahl eines Betriebsmodus für die Vorrichtung 100. Durch die unterschiedlichen Betriebsmodi können mit der Vorrichtung 100 unterschiedliche Meßaufgaben bewältigt werden, die weiter unten genauer beschrieben sind. Die Modusdekodiereinheit 102 sorgt für eine Umkodierung der von der Modusauswahleinheit 101 erzeugten Signale und steuert damit die in den weiteren Komponenten eingebauten Schalter entsprechend dem ge wählten Betriebsmodus an. Die Schaltereinheit 103 verbindet oder trennt Netzan schlußleitungen 111 eines zu prüfenden Geräts 112 mit einem spannungsführenden Netz 113 bzw. über Leitungen 114 mit der Kreuzpunktschaltereinheit 104. Die Kreuzpunktschaltereinheit 104 verbindet die Leitungen 114 einzeln oder in Gruppen mit Meßleitungen 115. Diese sind wiederum mit der Meßgruppe 105 verbunden, die eine Meßeinheit 116 zur Messung des Isolationswiderstandes und ein herkömmliches Widerstandsgerät 117 umfaßt.

Die Drucktasten 196 bis 108 der Modusauswahleinheit 101 sind mit Set-Eingängen 118 bis 120 von R-S-Flip-Flop 121 bis 123 verbunden. Da diese drei Baugruppen im wesentlichen gleich aufgebaut sind, erfolgt deren Beschreibung beispielhaft am R-S- Flip-Flop 121. Das R-S-Flip-Flop 121 besitzt drei miteinander UND-verknüpfte Set- Eingänge 118, 124 und 125. Die Set-Eingänge 124 und 125 sind invertierend mit Ausgän gen 126, 127 der beiden weiteren R-S-Flip-Flops 122, 123 verbunden. Auf diese Wei se ist sichergestellt, daß das R-S-Flip-Flop 121 nur dann gesetzt werden kann, wenn die anderen R-S-Flip-Flops 122, 123 zurückgesetzt sind, so daß an ihren Ausgängen 126, 127 logisch Null anliegt. Die R-S-Flip-Flops 121 bis 123 sind daher gegenseitig verriegelt. Das R-S-Flip-Flop 121 besitzt einen Reset-Eingang 128, der mit einer Rücksetzeinheit 129 verbunden ist. Diese umfaßt im wesentlichen die Drucktaste 109, bei deren Aktivierung alle R-S-Flip-Flops 121 bis 123 zurückgesetzt werden. Durch Betätigen der Drucktaste 109 wird daher der eingestellte Betriebsmodus gelöscht und die Vorrichtung 100 in einen inaktiven Zustand versetzt. Um Modusüberschneidungen und damit verbundene Kurzschlußgefahren sicher auszuschließen, ist in der Rück setzeinheit 129 ein Monoflop 130 mit einem angeschlossenen ODER-Gatter 131 vorge sehen. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß ein von der Rücksetzeinheit 129 erzeug ter Rücksetzimpuls eine bestimmte, durch das Monoflop 130 festgelegte Mindestdau er aufweist. Während dieser Zeit kann mit den Drucktasten 106 bis 108 kein neuer Betriebsmodus angewählt werden. Die charakteristische Zeitkonstante des Monoflops 130 wird so gewählt, daß die Schalter der nachfolgenden Einheiten 103 bis 105 inner halb dieser Zeit sicher in den öffnenden Zustand gelangen. Dies verhindert zuverlässig das Auftreten von Kurzschlüssen zwischen hochspannungsführenden Leitungen wäh rend eines Wechsels des Betriebsmodus. Die im R-S-Flip-Flop 121 gespeicherte In formation kann an seinem Ausgang 132 abgenommen werden. Aufgrund der gegen seitigen Verriegelung der R-S-Flip-Flops 121 bis 123 kann nur eines von ihnen gesetzt sein und folglich nur einer der Ausgänge 132, 126 oder 127 ein Eins-Signal aufwei sen. Ist das R-S-Flip-Flop 121 gesetzt, so befindet sich die Modusauswahleinheit 101 in einem Isolationswiderstand-Meßmodus, in dem die Meßeinheit 116 mit dem zu prüfenden Gerät 112 verbunden ist. Ist das R-S-Flip-Flop 122 gesetzt, so ist ein Lei tungswiderstand-Meßmodus angewählt. In diesem Modus ist das Widerstandsmeßge rät 117 mit dem zu prüfenden Gerät 112 verbunden. Bei gesetztem R-S-Flip-Flop 123 wird ein Netzspannungsmodus angewählt, in dem das zu prüfende Gerät 112 mit ei nem spannungsführenden Netz 113 verbunden ist.

Sind der Isolationswiderstands- oder der Leitungswiderstands-Meßmodus angewählt, so kann zusätzlich mit Hilfe des Stufenschalters 110 ausgewählt werden, in welcher Weise die Netzanschlußleitungen 111 des zu prüfenden Geräts 112 mit der Meßgrup pe 105 verbunden werden. Mit dem Stufenschalter 110 können zwölf unterschiedliche Leitungskombinationen ausgewählt werden.

Zur Erzeugung der erforderlichen Ansteuersignale für die nachfolgenden Einheiten 103 bis 105 werden die Ausgangssignale der Modusauswahleinheit 101 der Modus dekodiereinheit 102 zugeführt. Diese besteht aus einem Umkodierer 133 und einem ODER-Gatter 134. Der Umkodierer 133 besitzt zwölf Eingänge 135, die mit einem Leitungsbündel 136 bestehend aus zwölf Einzelleitungen mit dem Stufenschalter 110 der Modusauswahleinheit 101 verbunden sind. Von diesen zwölf nur schematisch dar gestellten Leitungen 136 kann nur jeweils eine einen aktiven Eins-Pegel aufweisen. Es liegt daher eine sogenannte Eins-aus-Zwölf-Kodierung vor. Der Umkodierer 139 ord net jedem dieser zwölf Zustände ein Acht-Bit-Ausgangswort zu, das an seinen Ausgängen 137 erscheint. Die durch den Umkodierer 133 erfolgte Umsetzung ist der Kodiertabelle 138 zu entnehmen. Dabei bedeuten die in den Spalten Gi dargestellten Zahlen jenen Index i, bei dem der Eingang Gi einen aktiven Eins-Pegel aufweisen. In den Spalten Qj sind die korrespondierenden Zustände der Ausgänge 137 in binärer Schreibweise dargestellt.

Das ODER-Gatter 134 verknüpft die Ausgänge 132 und 126 der R-S-Flip-Flops 121, 122. Diese Verknüpfung ist an einem Ausgang 139 des ODER-Gatters 134 verfügbar. Dieser Ausgang 139 zeigt einen Eins-Pegel, wenn sich die Modusauswahleinheit 101 im Isolations- oder im Leitungswiderstand-Meßmodus befindet.

Die Schaltereinheit 103 verbindet die Netzanschlußleitungen 111 des zu prüfenden Geräts 112 wahlweise mit dem spannungsführenden Netz 113 oder mit der Kreuzpunktschaltereinheit 104. Hierzu sind zwei Vierfach-Schalter 140, 141 vorge sehen. Diese sind einseitig mit den Netzanschlußleitungen 111 (L₁′, L₂′, L₃′, N) des zu prüfenden Geräts 112 verbunden. Der Vierfach-Schalter 140 besitzt vier Kontakte, die untereinander gekoppelt sind. Alle vier Kontakt sind daher in entweder gleichzeitig offen oder gleichzeitig geschlossen. Die Lage der Kontakte wird von ei nem gemeinsamen Steuereingang 142 bestimmt. Der Vierfach-Schalter 141 besitzt den gleichen Aufbau mit einen Steuereingang 143. Die den Netzanschlußleitungen 111 des zu prüfenden Geräts 112 gegenüberliegenden Seiten der Kontakte des Vier fach-Schalters 140 sind über Leitungen 144 mit Phasen L₁′, L₂′, L₃′ verbunden. Der Steuereingang 142 des Vierfach-Schalters 140 steht mit dem Ausgang 127 des R-S- Flip-Flops 123 der Modusauswahleinheit 101 in Wirkverbindung. Ist das R-S-Flip- Flop 123 gesetzt, was im Fall des Netzspannungs-Modus der Fall ist, so liegt an sei nem Ausgang 127 und am Eingang 142 des Vierfach-Schalters 140 ein Eins-Pegel an. In diesem Fall sind die Kontakte des Vierfach-Schalters 140 geschlossen, so daß die Netzleitungen 111 des zu prüfenden Geräts 112 über die Leitungen 144 mit dem spannungsführenden Netz 113 verbunden sind. Auf diese Weise kann das zu prüfende Gerät 112 direkt mit Netzspannung versorgt werden. In den Leitungen 144 können weitere Vorrichtungen vorgesehen sein, die eine Messung des vom zu prüfenden Ge rät 112 aufgenommen Stroms bzw. der Leistung ermöglichen. Ebenso kann ein Wen deschalter vorgesehen sein, mit dem eine Drehrichtungsumkehr des an den Phasen L₁′, L₂′, L₃′ des spannungsführenden Netzes 113 anliegenden Wechselstroms ermög licht wird.

Der Steuereingang 143 des Vierfach-Schalters 141 steht mit dem Ausgang 139 des ODER-Gatters 134 der Modusdekodiereinheit 102 in Wirkverbindung. Er erhält dem nach nur dann einen Eins-Pegel, wenn sich die Modusauswahleinheit 101 im Isolati onswiderstands- oder im Leitungswiderstands-Meßmodus befindet. In diesem Fall verbinden die Kontakte des Vierfach-Schalters 141 die Netzleitungen 111 des zu prüfenden Gerätes 112 mit der Kreuzpunktschaltereinheit 104. Durch diese Ansteue rung der Vierfach-Schalter 140, 141 ist sichergestellt, daß höchstens einer dieser Vierfach-Schalter 140, 141 geschlossene Kontakte aufweist. Dies ist wichtig, da wie später noch dargelegt wird, die Kreuzpunktschaltereinheit 104 auch Verbindungen zwischen verschiedenen Netzleitungen 114 herstellt. Würden diese gleichzeitig mit Netzspannung versorgt werden, so entstünde ein Kurzschluß.

Liegt am Steuereingang 143 des Vierfach-Schalters 141 ein Eins-Pegel an, so sind die Netzanschlußleitungen 111 des zu prüfenden Geräts 112 über die Leitungen 114 mit der Kreuzpunktschaltereinheit 104 verbunden. Diese besitzt einen Steuereingang 145, der ebenfalls mit dem Ausgang 139 des ODER-Gatters 134 der Modusdeko diereinheit 102 in Wirkverbindung steht. Liegt an diesem Steuereingang 145 ein Null- Pegel an, so sind alle Schaltkontakte der Kreuzpunktschaltereinheit 104 geöffnet. Die se wäre zwar prinzipiell entbehrlich, da in diesem Fall die Leitungen 114 von den Netzanschlußleitungen 111 des zu prüfenden Geräts 112 bereits über den Vierfach- Schalter 141 getrennt sind, jedoch wird hierdurch eine erhöhte Sicherheit gewährlei stet. Die Kreuzpunktschaltereinheit 104 besitzt weitere acht Steuereingänge 146, die im Falle eines Eins-Pegels am Steuereingang 145 die Lage der einzelnen Kontakte der Kreuzpunktschaltereinheit 104 bestimmen. Die Zuordnung der Kontakte zu der Kreuzpunktschaltereinheit 104 zu den Eingängen 0X bis 3X und den Ausgängen 0Y, 4Y ist im Schaltsymbol dargestellt. Demnach besitzt die Kreuzpunktschaltereinheit 104 vier Zeilenleitungen, die mit den X-Eingängen verbunden sind. Des weiteren sind zwei Spaltenleitungen vorgesehen, die mit den Y-Ausgängen verbunden sind. An je dem Kreuzpunkt zwischen einer Zeilen- und einer Spaltenleitung ist ein Kontakt vor gesehen. Die einzelnen Kontakte an den Kreuzungspunkten sind unabhängig vonein ander steuerbar. Die vier niederwertigen Steuereingangsleitungen 146 sind dabei den Kontakten der linken Spalte (verbunden mit dem Ausgang 0Y) zugeordnet. Die vier höherwertigen Steuereingänge 146 sind der rechten Spalte (verbunden mit der Aus gangsleitung 4Y) zugeordnet. Die Zuordnung der Steuereingänge 146 zu den Zeilen der Kreuzpunktschaltereinheit 104 erfolgt direkt entsprechend der Leitungswertigkeit. Um somit beispielsweise den Eingang 1X mit dem Ausgang 0Y zu verbinden, muß am ersten Eingang der Steuereingänge 146 (G1) ein Eins-Pegel angelegt werden. Allge mein wird durch die Kreuzpunktschaltereinheit 104 der Eingang iX mit dem Ausgang jY dann verbunden, wenn am Steuereingang G (i+j) ein Eins-Pegel anliegt. Mit dieser Zuordnung der Steuereingänge 146 zu den Schalterzuständen der Kreuzpunktschal tereinheit 104 ergeben sich mit der Tabelle 138 direkt die jeder Stellung des Stufen schalters 110 der Modusauswahleinheit 101 zugeordneten Schalterzustände der Kreuzpunktschaltereinheit 104. Dabei ist noch zu berücksichtigen, daß der Ausgang 4Y der Kreuzpunktschaltereinheit 104 direkt mit einem Schutzleiteranschluß PE des zu prüfenden Geräts 112 verbunden ist. Damit ergeben sich für die einzelnen Stellun gen des Stufenschalters 110 der Modusauswahleinheit 101 die in der folgenden Tabel le zusammengefaßten Zustände der Kontakte der Kreuzpunktschaltereinheit 104:

Die Schalterstellungen 0 und 11 entsprechend den Standardmeßbedingungen für Ein phasen- bzw. Dreiphasen-Drehstrom-Geräte. In diesen Stellungen des Stufenschalters 110 kann daher eine schnelle Prüfling auf Isolationsfehler des zu prüfenden Gerätes 112 vorgenommen werden.

Wird auf diese Weise ein Isolationsfehler gefunden, so kann er mit den Schalterstel lungen 1 bis 4 des Stufenschalters 110 näher eingegrenzt werden. In diesen Schalter- Stellungen werden die Phasen L₁, L₂ und L₃ sowie der Null-Leiter N des zu prüfenden Geräts einzeln gegenüber der Leitung PE vermessen. Auf diese Weise kann jene Lei tung, die den Isolationsfehler aufweist, bestimmt werden. Um zusätzlich Kurzschlüsse zwischen den einzelnen Netzanschlußleitungen 111 des zu prüfenden Geräts 112 auf zuspüren, können in den Schalterstellungen 5 bis 7 die Phasen L₁, L₂, L₃ gegen den Null-Leiter und in den Schalterstellungen 8 bis 10 die Phasen L₁, L₂, L₃ untereinander geprüft werden.

Die Ausgänge 0Y, 4Y der Kreuzpunktschaltereinheit 104 sind über die Leitungen 115 mit der Meßgruppe 105 verbunden. Diese Meßgruppe 105 weist einen Multiplexer 147 bestehend aus zwei einseitig parallel geschalteten Doppelschaltern 148, 149 mit Steuereingängen 150, 151 auf. Der Steuereingang 150 des Doppelschalters 148 steht mit dem Ausgang 132 des R-S-Flip-Flops 121 in Wirkverbindung. Hat die Mo dusauswahleinheit 101 des Isolationswiderstands-Meßmodus angewählt, so liegt an diesem Ausgang 132 ein Eins-Pegel an, so daß der Doppelschalter 148 die Kreuzpunktschaltereinheit 104 mit der Meßeinheit 116 verbindet. Die Meßeinheit 116 besteht aus einer Spannungsquelle 152, die eine Spannung von 500 V liefert. Dieser Spannungsquelle 152 ist ein Strommeßgerät 153 in Reihe geschaltet. Die freien Enden dieser Reihenschaltung der Spannungsquelle 152 und des Strommeßgeräts 153 bilden Pole 154 und 155 der Meßeinheit. Mit dem Strommeßgerät 153 kann der durch die Isolation des zu prüfenden Geräts 112 fließende Strom gemessen werden. Vorzugs weise ist die Anzeigeskala des Strommeßgeräts 153 direkt in Ohm geeicht, so daß mit ihm der Isolationswiderstand direkt ablesbar ist.

Der Steuereingang 151 des Doppelschalters 149 steht mit dem Ausgang 126 des R-S- Flip-Flops 122 in Wirkverbindung. Hier liegt ein Eins-Pegel an, wenn sich die Mo dusauswahleinheit 101 im Leitungswiderstands-Meßmodus befindet. In diesem Fall verbindet der Doppelschalter 149 die Kreuzpunktschaltereinheit 104 mit dem Wider standsmeßgerät 117. In Folge der gegenseitigen Verriegelung der R-S-Flip-Flops 121 und 122 ist auch sichergestellt, daß die Meßeinheit 116 niemals gleichzeitig mit dem Widerstandsmeßgerät 117 an der Kreuzpunktschaltereinheit 104 angeschlossen ist. Eine direkte Verbindung zwischen der Meßeinheit 116 und dem Widerstandsmeßgerät 117 würde eine gegenseitige Störung verursachen, was zu Vermischungen der erziel ten Meßwerte führt. Außerdem könnte das Widerstandsmeßgerät 117 durch die in der Meßeinheit 116 eingebaute Hochspannungsquelle 152 Schaden nehmen.

Bei der Realisierung dieser Vorrichtung 100 ist zu beachten, daß die Schalter 140, 141, 148 und 149 sowie die Kreuzpunktschaltereinheit 104 Netzspannung schalten müssen. Außerdem dürfen diese die erzielten Meßwerte nicht beeinflussen. Sie wer den daher vorzugsweise als Schütze ausgebildet, die für eine Isolationsspannung von mindestens 6 kV ausgelegt sind. Beim Vierfach-Schalter 140 ist zusätzlich noch zu beachten, daß dieser vom Betriebsstrom des zu prüfenden Geräts 112 durchflossen ist. Seine Kontakte müssen daher auch eine entsprechend hohe Strombelastbarkeit von beispielsweise mindestens 32 A aufweisen. Die übrigen Teile der Vorrichtung 100 können in an und für sich beliebiger Technologie realisiert werden. So ist beispiels weise eine Realisierung in Relais-Technik möglich, bei der Interface-Schaltungen zu den Schützen entfallen können. Alternativ ist jedoch auch eine Realisierung her kömmlicher Digitaltechnik wie beispielsweise TTL-, LS-TTL- oder CMOS-Technik möglich. Zur Ansteuerung der Schütze müßten in diesem Fall entsprechende Lei stungstreiber vorgesehen sein.

Die Fig. 2 bis 15 zeigen einen detaillierten Schaltplan der Vorrichtung 100, wobei alle Komponenten in Relais-Technik realisiert sind. Die Fig. 2 bis 15 sind in auf steigender Reihenfolge aneinander anzulegen und ergeben auf diese Weise den voll ständigen Schaltplan. Im folgenden wird dieser Schaltplan unter Bezugnahme auf die Prinzipschaltung der Fig. 1 beschrieben.

Fig. 2 zeigt den Netzanschluß 113 mit seinen Phasen L₁′′′, L₂′′′, L₃′′′, seinem Null- Leiter N′′′ und seinem Schutzleiter PE′′′. In den drei Phasen L₁′′′, L₂′′′, L₃′′′ sind Sicherungen 160 sowie ein Notausschalter 161 vorgesehen. In den stromführenden Leitungen L₁′′′, L₂′′′, L₃′′′, N₃′′′, befindet sich noch ein Schutzschalter 162, der bei Auftreten von Fehlerströmen diese unterbricht. Daran schließen sich die Leitungen 144 mit ihren Phasen L₁′, L₂′, L₃′ dem Null-Leiter N′ und ihrem Schutzleiter PE′ an. Diese Leitungen 144 sind zu einem Umschalter 163 geführt, der je nach Stellung zwei der Phasen L₁′, L₂′, L₃′ oder eine Phase L₁′, L₂′ oder L₃′ zusammen mit dem Null- Leiter N′ mit einem Spannungsmeßgerät 164 verbindet. Damit kann das ordnungsge mäße Anliegen der Netzspannung überprüft werden.

Fig. 3 zeigt im oberen Bereich die Fortsetzung der mit dem spannungsführenden Netz 113 verbundenen Leitungen 144. Darunter sind die Netzanschlußleitungen 111 dargestellt, die mit dem zu prüfenden Gerät 112 verbunden sind. Um die Drehrichtung des Wechselstroms für das zu prüfende Gerät 112 umkehren zu können, ist zwischen den Netzanschlußleitungen 111 und dem zu prüfenden Gerät 112 ein Wendeschalter 165 vorgesehen. Dieser erlaubt das Vertauschen zweier Phasen L₁, L₂ bzw. L₃. Als Überlastschutz ist dem Wendeschalter 165 ein Sicherungsautomat 166 in Reihe ge schaltet. Zum Anschluß des zu prüfenden Geräts 112 sind verschiedene 380-V- Drehstrom-Steckdosen 167 vorgesehen.

In Fig. 4 ist die Fortsetzung der Anschlüsse des zu prüfenden Geräts 112 dargestellt. Im rechten unteren Teil dieser Figur sind verschiedene 220 V-Steckdosen 168 zum Anschluß eines zu prüfenden Einphasen-Geräts 112 dargestellt. Diese Steckdosen 168 sind mit der Phase L₁ der Netzanschlußleitungen 111 über einen Sicherungsautomaten 169 und einem Strommeßgerät 170 mit vorgeordnetem Meßbereichsumschalter 171 verbunden.

In den Fig. 5 und 6 ist die Modusauswahleinheit 110 dargestellt. Sie besteht aus den vier Drucktasten 106 bis 109, die mit Relais 172 bis 174 in steuernder Wirkver bindung stehen. Diese bilden die RS-Flip-Flops 121 bis 123 und sind in gegenseitig verriegelnder Weise verschaltet. Zusätzlich sind Kontroll-Lampen 175 bis 177 vorge sehen, die den ausgewählten Betriebsmodus anzeigen. Des weiteren ist die Meßeinheit 116 zur Messung des Isolationswiderstandes des zu prüfenden Geräts 112 dargestellt.

Die Fig. 7 zeigt den Vierfach-Schalter 140, der als Schütz 178 realisiert ist. Er verbindet in angezogener Stellung die spannungsführenden Netzleitungen 144 mit den Netzanschlußleitungen 111 des zu prüfenden Geräts 112.

Fig. 8 zeigt den Multiplexer 147 der Meßgruppe 105, der mit dem Vier-Fach- Schalter 141 eine Einheit bildet. Beide sind durch Schütze 179, 180 gebildet. Die je weils linken vier Kontakte dieser Schütze 179, 180 verbinden in angezogener Lage die Netzanschlußleitungen 111 des zu prüfenden Geräts mit den Leitungen 114, die zur Kreuzpunktschaltereinheit 104 führen. Der Schütz 180 sorgt mit seinen rechten vier Kontakten für eine Umschaltung der Meßleitungen 115 zum Widerstandsmeßgerät 117 einerseits und zur in Fig. 5 dargestellten Meßeinheit 116 andererseits.

Fig. 9 zeigt den Stufenschalter 110 der Modusauswahleinheit 101. Mit ihm wird die Kreuzpunktschaltereinheit 104, die mit der Modusdekodiereinheit 102 eine Einheit bildet, angesteuert. Zusätzlich ist noch ein Niederspannungsnetzteil 181 zur Versor gung von Kontroll-Lampen vorgesehen.

In den Fig. 10 bis 15 ist die Kreuzpunktschaltereinheit 104 dargestellt. In diesen Figuren sind einheitlich im oberen Bereich die zum Vierfach-Schalter 141 führenden Leitungen 114 und darunter die Meßleitungen 115 dargestellt. Im unteren Bereich finden sich die vom Stufenschalter 110 ausgehenden Leitungen 136. Die Kreuzpunkt schaltereinheit 104 wird im wesentlichen von Schützen 182 bis 193 gebildet. Die Kontakte dieser Schütze 182 bis 193 sind derart verschaltet, daß die Meßleitungen 115 bei angezogenem Schütz 182 bis 193 in der darunter angegebenen Weise mit den Leitungen 114 verbunden sind. Zusätzlich werden von den Schützen 182 bis 193 Kontroll-Lampen 194 bis 205 zur Anzeige des aktuell eingestellten Betriebsmodus geschaltet, die vom Niederspannungsnetzteil 182 versorgt werden.

Bezugszeichenliste

100 Vorrichtung
101 Modusauswahleinheit
102 Modusdekodiereinheit
103 Schaltereinheit
104 Kreuzpunktschalter einheit
105 Meßgruppe
106-109 Drucktaste
110 Stufenschalter
111 Netz anschlußleitungen
112 zu prüfendes Gerät
113 spannungsführendes Netz
114 Leitungen
115 Meßleitungen
116 Meßeinheit
117 Widerstandsmeßgerät
118-120 Set-Eingang
121-123 R-S-Flip-Flop
124, 125 Set-Eingang
126, 127 Ausgang
128 Reset-Eingang
129 Rücksetzeinheit
130 Monoflop
131 ODER-Gatter
132 Ausgang
133 Umkodierer
134 ODER-Gatter
135 Eingang
136 Leitungsbündel
137 Ausgang
138 Kodiertabelle
139 Ausgang
140, 141 Vier-Fach-Schalter
142, 143 Steuereingang
144 Leitung
145, 146 Steuereingang
147 Multiplexer
148, 149 Doppelschalter
150, 151 Steuereingang
152 Spannungsquelle
153 Strommeßgerät
154, 155 Pol
160 Sicherung
161 Notausschalter
162 Schutzschalter
163 Umschalter
164 Spannungsmeßgerät
165 Wendeschalter
166 Sicherungsautomat
167 Drehstromsteckdose
168 Steckdose
169 Sicherungsautomat
170 Strommeßgerät
171 Meßbereichsumschalter
172-174 Relais
175-177 Kontroll-Lampe
178-180 Schütz
181 Niederspannungsnetzteil
182-193 Schütz
194-205 Kontroll-Lampe
L₁, L₂, L₃ Phasen des zu prüfenden Geräts
N Null-Leiter des zu prüfenden Geräts
PE Schutzleiter des zu prüfenden Geräts
L₁′, L₂′, L₃′ Phasen zum spannungsführen den Netz
N′ Null-Leiter zum spannungs führenden Netz
PE′ Schutzleiter zum spannungs führenden Netz
L₁′′, L₂′′, L₃′′ Phasen zu den Kreuzpunkt schaltern
N′′ Null-Leiter zu den Kreuzpunktschaltern
L₁′′′, L₂′′′, L₃′′′ Phasen des spannungsführen den Netzes
N′′′ Null-Leiter des spannungsfüh renden Netzes
PE′′′ Schutzleiter des spannungs führenden Netzes

Claims

1. Vorrichtung zur Messung des Isolationswiderstandes zwischen zumindest einer Phase (L₁, L₂, L₃), einem Null-Leiter (N) und einen Schutzleiter (PE) umfassenden Netzanschlußleitungen (111) eines zu prüfenden elektrischen Geräts (112) mit einer Meßeinheit (116) bestehend aus einer Hochspannungsquelle (152) und einem zu die ser in Reihe geschalteten Strommeßgerät (153), wobei ein erster Pol (154) der Meßeinheit (116) zumindest mit einer Parallelschaltung der Phasen (L₁, L₂, L₃) und des Null-Leiters (N) und ein zweiter Pol (155) der Meßeinheit (116) mit dem Schutzleiter (PE) des zu prüfenden Geräts (112) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwi schen den Netzanschlußleitungen (111) des zu prüfenden Geräts (112) und der Meßeinheit (116) Kreuzpunktschalter (104) vorgesehen sind, die den ersten Pol (154) der Meßeinheit (116) wahlweise auch einzeln mit einer der Phasen (L₁, L₂, L₃) oder dem Null-Leiter (N) des zu prüfenden Geräts (112) verbinden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreuzpunktschal ter (104) den zweiten Pol (155) der Meßeinheit (116) wahlweise auch mit einer der Phasen (L₁, L₂, L₃) oder dem Null-Leiter (N) parallel zum Schutzleiter (PE) des zu prüfenden Geräts (112) verbinden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreuzpunktschalter (104) wahlweise auch eine vollständige elektrische Trennung der Meßeinheit (116) von den Netzanschlußleitungen (111) des zu prüfenden Geräts (112) ermöglichen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, daß zwischen den Kreuzpunktschaltern (104) und den Netzanschlußleitungen (111) des zu prüfenden Geräts (112) Schalter (141) vorgesehen sind, die wahlweise eine vollständige elektrische Trennung der Kreuzpunktschalter (104) von den Netzan schlußleitungen (111) des zu prüfenden Geräts (112) ermöglichen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Netzan schlußleitungen (111) des zu prüfenden Geräts (112) mit Schaltern (140) verbunden sind, die eine wahlweise Verbindung des zu prüfenden Geräts (112) mit einem span nungführenden Netz (113) ermöglichen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Stromkreis zwi schen dem spannungführenden Netz (113) und dem zu prüfenden Gerät (112) minde stens ein Leistungs- und/oder Strommeßgerät (170) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich net, daß zwischen den Kreuzpunktschaltern (104) und der Meßeinheit (116) ein Mul tiplexer (147) vorgesehen ist, der die Kreuzpunktschalter (104) wahlweise mit der Meßeinheit (116) oder mit einem Widerstandsmeßgerät (117) verbindet.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich net, daß eine die Kreuzpunktschalter (104), den Multiplexer (147) und/oder die Schalter (140, 141) ansteuernde Modusauswahleinheit (101) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Modusauswahlein heit (101) mindestens einen handbetätigbaren Stufenschalter (110) aufweist, der mit den Kreuzpunktschaltern (104), dem Multiplexer (147) und/oder den Schaltern (140, 141) in steuernder Wirkverbindung stehen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Modusauswahl einheit (101) mehrere Drucktasten (106, 107, 108, 109) aufweist, die mit Speicher elementen (121, 122, 123) in Wirkverbindung stehen, die in gegenseitig verriegelnder Weise verschaltet sind und ausgangsseitig mit den Kreuzpunktschaltern (104), dem Multiplexer (147) und/oder den Schaltern (140, 141) in steuernder Wirkverbindung stehen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kreuzpunktschalter (104), der Multiplexer (147) und/oder die Schalter (140, 141) von Schützen gebildet sind, deren Schaltkontakte vorzugsweise für eine Isolationsspannung von mindestens 6 kV ausgelegt sind.