DE2251784B2 - Isolationsüberwachungsgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Isolationsüberwachungsgerät für Wechselstromnetze mit einem von außen eine Meßgleichspannung zwischen Netz und Erde aufdrückenden oder einprägenden und auf beide Gleichstromrichtungen anspsprechenden Meßstromkreis.

Überwachungsgeräte der vorliegenden Art werden auch in Wechselstromnetzen eingesetzt, an die über Vollweg- oder Einweggleichrichter Gleichstromsysteme, wie z. B. Magnetventile oder Gleichstromantriebe nach Art der Leonard-Schaltung, angeschlossen sind. In solchen Netzen kehrt bei einem Erdschluß an demjenigen Pol hinter einem Gleichrichter, der der Meßgleichspannung entgegenwirkt, die aus der eingebrachten Meßgleichspannung im Meßstromkreis und aus der gegensinnig wirkenden eingeprägten Gleichrichterspannung sich zusammensetzende, den Gesamtgleichstrom durch den Meßstromkreis treibende Gesamtgleichspannung ihr Vorzeichen um, sobald die wirksame Gleichrichterspannung größer ist als die Meßgleichspannung im Überwachungsgerät.

Die bekannten Geräte dieser Art (DE-OS i5 88 082) arbeiten für alle vorkommenden Netzspannungen mit derselben Meßgleichspannung. Dabei besteht der Nachteil, daß die auslösende Spannung beim Erdschluß am gegensinnigen Pol eines Gleichrichters, abhängig von der Höhe der Netzspannung, an die Größe der Meßgleichspannung gebunden ist, was zur Folge hat, daß Erdschlüsse im reinen Wechselstromteil einen sehr stark unterschiedlichen Ansprechwert gegenüber Erdschlüssen hinter einem Gleichrichter haben. Dieser Unterschied ist um so größer, je kleiner die Meßgleichspannung gewählt wird. Gibt man aber der Meßgleichspannung einen höheren Wert, um den Unterschied im Ansprechwert zu verringern, so läßt sich für niedrige Netzspannungen bei Erdschlüssen am gegensinnigen Pol eines Gleichrichters, wie das bei den bekannten Geräten der Fall ist, keine Auslösung mehr erreichen. Außerdem besteht der Nachteil einer schlechten Anpassung des Gera teinnenWiderstandes an den Erdschlußwiderstand, bei welchem das Gerät anspricht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Überwachungsgerät zi. schaffen, bei dem die genannten Nachteile vermieden und in welchem insbesondere

Erschlösse im reinen Wechselstromteil keinen zu stark unterschiedlichen Ansprechwert gegenüber einem Erdschluß hinter einem Gleichrichter erhalten.

Bei der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von der Überlegung aus, daß die den Gesamtgleichstrom treibende Gesamtgleichspannung Uc mit der Meßgleichspannung U_n, und der im einzelnen Erdschlußfall hinter dem Gleichrichter wirksamen Gleichrichterspannung ± Ucidurch die Gleichung

Uc= U_m± Uci

verknüpft ist und daß ferner diese Gesamtgleichspannung Uc im Fall eines Erdschlusses am gegensinnigen Pol hinter einem Gleichrichter der Meßgleichspannung U_m entgegenwirkt und in der Lage sein muß, einen Meßstrom zu treiben. Da ferner bei Verwendung einer Umkehrstufe die Versorgungsspannung der Umkehrstufe niedriger sein muß als die Ansprechspannung, um zu verhindern, daß die Versorgungsspannung ihrerseits einen Auslösestrom hervorruft, ergeben sich bei der bekannten Verwendung einer fest gewählten Meßgleichspannung als Versorgungsspannung für die Geräteelektronik und insbesondere die Umkehrstufe Verhältnisse, die für die Schaffung eines brauchbaren Überwachungsgerätes dieser Art untauglich sind. Aus diesem Grunde hat man bisher auch meist vorgezogen, im überwachten Steuernetz Gleichrichter über Transformatoren mit getrennten Wicklungen anzuschließen. Will man auf eine solche Trennung verzichten und gleichwohl zu einer Überwachung mit brauchbaren Ansprechwerten in den verschiedenen Erdschlußfällen gelangen, so ist dies nur dadurch möglich, daß man die Meßgleichspannung I L//w| im Überwachungsgerät einerseits von der Ansprechspannung im Erdschlußfall am gegensinnigen Pol eines Gleichrichters unabhängig macht und außerdem der jeweiligen Netzspannung Un bzw. der daraus sich ergebenden Gleichrichterspannung Ud im Sinne einer Vergleichmäßigung des Ansprechwertes anpaßt.

Erfindungsgemäß läßt sich dies dadurch erreichen, daß — abhängig von der jeweiligen Netzspannung Un — die Meßgleichspannung \U„\ so bemessen ist, daß sie stets kleiner ist als die Gleichrichterspannung \Uc\, jedoch nicht kleiner als ¹A der Gleichrichterspannung, vorzugsweise gleich '/3 bis '/4 der Gleichrichterspannung. Eine optimale Anpassung kann man dadurch erreichen, daß man das Gerät für Netze mit verschiedener Spannung entsprechend unterschiedlich auslegt oder aber das Überwachungsgerät auf entsprechend unterschiedliche Werte umschaltbar macht bzw. so auslegt, daß diese unterschiedlichen Werte gleitend mit der Netzspannung erreicht werden.

Bei Verwendung eines einzigen, gemeinsamen Ansprechgliedes für die drei verschiedenen Erdschlußfälle ist es zweckmäßig, ein Spannungsschwellglied nj für die gegensinnige Stromrichtung in Reihe mii einem Hilfsmeßwiderstand /·//,„ parallel zur Meßgleichspannungsquelle Um vorzusehen, dessen Schwellwert i/sv/i höher, aber nur möglichst wenig höher liegt als die Meßgleichspannung U_nh derart, daß der Schwellwert bei einem Erdschluß mit gegensinniger Stromrichtung überschritten wird und daß der alsdann durch Stromfluß am Hilfsmeßwiderstand r»,,, auftretende Spannungsabfall zur Ansteuerung eines Schaltgliedes n*, dient. Dabei besteht gegenüber einer Meßschaltung mit Vollweggleichrichter als Umkehrstufe der Vorteil, daß man den Meßstrom am gegensinnigen Pol des Gleichrichters getrennt einstellen kann. Dabei kann man den Gesamtgleichstrom verstärkt auf den Meßwiderstand zur Wirkung bringen, indem der Spannungsabfall am Hilfsmeßwiderstand /■»,„ auf ein Schaltglied Π5 wirkt, das einen vom Erdschlußstromkreis ES- — in Fig.4 gestrichelt — unabhängigen Hillsstromkreis HS — durch Punktlinie gekennzeichnet — über den Meßwiderstand R_n, schließt. Um die Unabhängigkeit des Hilfsstromkreises vom Erdschlußstromkreis zu erzielen, iü kann der Hilfsstromkreis HS gegen den über das Spannungsschwellglied Λ3 führenden Teil des Fehlerstromkreises ES- für Fehler am Gegenpol des Gleichrichters Gl durch einen Gleichrichter /J₄, der in dem über den Meßwiderstand R_n, führenden Fehler- \^ri Stromkreis für Fehler am Wechselstromnetz oder am anderen Gleichrichterpol liegt, gesperrt sein.

Will man zwischen einem Erdschluß im reinen Wechselstromnetz und einem Erdschluß hinter dem Gleichrichter unterscheiden, so kann dies dadurch 2(i geschehen, daß zwei gegensinnig geschaltete richtungsempfindliche Ansprechglieder in Stromzweigen einer Stromweiche für gegensiinnige Stromrichtungen vorgesehen sind. Als Ansprechglieder können dabei elektromagnetische Relais oder elektronische Relais, z. ü .'"> Schmitt-Trigger, Anwendung finden. Man kann dabei auch noch eine Unterscheidung zwischen einem Erdr.chluß am positiven und einem Erdschluß am negativen Pol des Gleichrichters erreichen, indem der Meßstromzweig für die zur Meßgleichspannung gleich-S(I sinnige Stromrichtung zusätzlich zu einem ersten Ansprechglied, das für eine vorgegebene Schwelle eines Erdschlußfehlers im reinen Wechselstromnetz anspricht, mit einem zweiten, für einen solchen Fehler unterschwelligen Ansprechglied versehen ist, das erst r> für eine vorgegebene Schwelle eines Erdschlußfehlers hinter dem Gleichrichter mit der Summe aus der Meßgleichspannung und der wirksamen Gleichrichterspannung als treibender Spannung anspricht.

In der Zeichnung ist die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen veranschaulicht. Es zeigt

Fig. 1 den Erdschlußstromverlauf in einem Einphasen-Wechselstromnetz mit über einen Vollweggleichrichter abgezweigtem Gleichstromteil und Isolationsüberwachungsgerät nach der Erfindung bei einem 4"> Erdschluß am Wechselstromnetz,

F i g. 2 den Erdschlußstromverlauf in einem Netz nach Fig. 1 bei einem Erdschluß am Pluspol des Gleichrichters,

F i g. 3 den Erdschlußstromverlauf in einem Netz nach ">» Fig. T bei einem Erdschluß am Minuspol des Gleichrichters,

Fig.4 in einem Prinzipschaltbild eine Ausführungsform des Überwachungsgerätes nach der Erfindung, in der zur Erfassung des Erdschlußstromes bei einem V) Erdschluß am Minuspol des Gleichrichters ein Umkehrglied vorgesehen ist,

F i g. 5 eine Ausführungsform des Überwachungsgerätes nach der Erfindung, bei der zur Erfassung des Erdschlußstromes bei einem Erdschluß am Minuspol des w) Gleichrichters ein Doppelweggleichrichter vorgesehen ist,

F i g. ^ eine Ausführungsform des Überwachungsgerätes nach der Erfindung, bei der zur Erfassung gegensinnig fließender Erdschlußströme gegensinnig hi geschaltete elektromagnetische Ansprechglieder vorgesehen sind,

F i g. 7 eine Ausführungsform des Überwachungsgerätes nach der Erfindung, bei der zur Erfassung

gegensinniger Erdschlußströme gegensinnig geschaltete Schmitt-Trigger vorgesehen sind und

Fig.8 ein Anwendungsbeispiel des Überwachungsgerätes nach der Erfindung, bei dem ein Gleichrichter Gl an einer Teilspannung (Λ/des Wechselstromnetzes wliegt.

Die Isolationsüberwachungsgeräte nach der Erfindung lassen sich sowohl für reine Wechselstromnetze als auch für Wechselstromnetze, an die über Vollwegoder Einweggleichrichter Gleichstromsysteme angeschlossen sind, anwenden. Da nur in Wechselstrometzen mit Gleichrichterabzweigungen alle interessierenden Funktionen in Erscheinung treten, soll die Erfindung im folgenden an diesem Anwendungsbeispiel beschrieben werden.

F i g. 1 bis 3 zeigen die prinzipielle Wirkungsweise des Überwachungsgerätes am Beispiel eines Einphasen-Wechselstromnetzes w mit Steuernetztrafo m, Netzleitern R, S und einer Gleichstromabzweigung g über einen Vollweggleichrichter Gl.

Zur Erdschlußüberwachung wird durch das Überwachungsgerät dem Wechselstromnetz eine Meßgleichspannung U_n, aufgedrückt. Zu diesem Zweck ist das Überwachungsgerät L/mit einem Meßspannungserzeuger Um versehen, der mit seinem Minuspol über eine Klemme Ice unmittelbar mit Erde fund dessen Pluspol über eine Meßleitung M mit Verzweigung Mr und Ms über Klemmen Icr und ks mit den Netzleitern R und S des Wechselstromnetzes zu verbinden ist. In der Verzweigung Mr, Ms liegen Ankopplungswiderstände r« und rs. Um dem Überwachungsgerät eine möglichst hohe Impedanz für den Wechselstromfluß zu geben, sind LC-Glieder in üblicher Weise in den Strompfad des Überwachungsgerätes eingeschaltet.

F i g. 1 veranschaulicht den Weg des Erdschlußstromes bei einem Erdschluß ES_W am Wechselstromnetz w, beispielsweise am Netzleiter R des Wechselstromnetzes. Dieser Stromweg ist in F i g. 1 durch Punktlinien angezeigt. Er stellt einen Stromkreis dar, der sich vom Netzleiter R über den Erdschlußwiderstand REw nach Erde fund von dort über das Überwachungsgerät Ümit seiner Verzweigung Mr, Ms nach dem Netz w schließt. Bei diesem Erdschluß kann das ganze Wechselstromnetz w als eine zusammenhängende Schiene betrachtet werden, und die Ankopplungswiderstände r« und rs gehen in die Messung ein, als ob sie parallel geschaltet wären. Als treibende Spannung für den Erdschlußstrom ist in dem Stromkreis nur die aufgedrückte Meßgleichspannung U_m wirksam. Die Größe des Erdschlußstromes hängt im übrigen von der Größe des Erdschlußwiderstandes /?Bv und dem Innenwiderstand des Überwachungsgerätes Ü bei Erdschluß im Wechselstromnetz w ab, der sich aus dem resultierenden Widerstand der Verzweigung Mr, Ms mit den vorzugsweise gleich großen Ankopplungswiderständen r« und rs, dem Meßwiderstand R_m dem relativ kleinen Ohmschen Widerstand der Drossel L und dem Innenwiderstand des Meßspannungserzeugers Um zusammensetzt. Die Widerstände im Überwachungsgerät Ü werden so gewählt, daß am Meßwiderstand R_m der Teil des Stromkreises

U_M-L-R„,-rR ■ rs/(r_R + r_s)-Rew

darstellt, beim Unterschreiten einer vorgegebenen Schwelle des äußeren Erdschlußwiderstandes Rew von z. B. 5 Kiloohm durch Teilung der treibenden Gesamtgleichspannung Ua= U_m in dem Erdschlußstromkreis die Ansprechspannung für das mit dem Meßwiderstand

Rm verbundene Ansprechelement erreicht wird, so daß dieses Ansprechelement zur Anzeige des Erdschlußfehlers oder zur Abschaltung des Wechselstromnetzes in Tätigkeit treten kann. Die Stromrichtung im Erdschlußkreis wird beim Erdschluß am Wechselstromnetz nur durch die Polarität der Meßgleichspannung U_n, bestimmt und ist in Fig. 1 am Meßwiderstand R_n, als Plusrichtung gekennzeichnet.

Fig. 2 veranschaulicht den Stromfluß bei einem Erdschluß ES+ am Pluspol des Gleichrichters Gl. Als treibende Spannung für den Erdschlußstrom wirkt in diesem Fall nicht nur die Meßgleichspannung U_n, sondern zusätzlich, und zwar in gleichem Sinne, die aus der Netzspannung Un im Gleichrichter Gl abgeleitete Gleichspannung. Dabei ist die Gleichrichterspannung in den von den Netzleitern R und 5 zum Pluspol des Gleichrichters führenden Gleichrichterzweigen wirksam. Diese Spannung wird durch die nacheinander auftretenden positiven Halbwellen der Wechselspannung auf den Netzleitern R und S, die in F i g. 2 mit Ur₊ und Us+ bezeichnet sind, bestimmt. Es ergeben sich durch diesen Wechsel zwei verschiedene Stromkreise für den Erdschlußstrom, von denen der erste, durch die Gleichrichterspannung Ur+ bestimmte Stromkreis in Fig.2 punktiert und der zweite, durch die Gleichrichterspannung Us+ bestimmte Stromkreis durch Strichlinien bezeichnet ist. Der erste, zusätzlich zur Meßgleichspannung U,„ von der Gleichrichterspannung Ur₊, d. h. von der Gesamtgleichspannung

Uc= U_n,+ Ur₊

getriebene Erdschlußstrom fließt im punktierten Stromkreis, der vom Netzleiter R während einer dori anstehenden positiven Halbwelle zum Pluspol des Gleichrichters C/, von dort über den Erdschlußwiderstand R_E+ zum Überwachungsgerät Ü, über desser Meßleitung und Ankopplungswiderstand rs, den Netzleiter 5 und Steuernetztrafo m zum Gleichrichteran-Schluß am Netzleiter R führt. Die nächste positive Halbwelle schließt sich unmittelbar an, wird aber nichi am Netzleiter P, sondern am Netzleiter S als Us+ wirksam und treibt einen Erdschlußstrom über der gestrichelten Stromkreis, der vom Anschlußpunkt des Gleichrichters am Netzleiter S zum Pluspol des Gleichrichters, sodann über den Erschlußwiderstanc Re+ zum Überwachungsgerät Ü und über desser anderen Ankopplungswiderstand r« zum Netzleiter h und Steuernetztrafo m zurück zum Anschlußpunkt des Gleichrichters an dem Netzleiter S führt. Der von der Gleichrichterspannungen Ur+ und Us+ herrührende Anteil des Erdschlußstromes in den aufeinanderfolgenden Halbwellen fließt somit über verschiedene Strom kreise, und es ist für diesen Erdschlußstrom ein anderei Innenwiderstand wirksam als für den Erdschlußstrorr bei Erdschluß im Wechselstromnetz, bei dem beide Ankopplungswiderstände r_R und r_s parallel im Erd schlußstromkreis liegen. Es ergibt sich dadurch eine Erhöhung des Innenwiderstandes für Erdschlüsse hintei

bo dem Gleichrichter, so daß die Erhöhung der treibender Gesamtgleichspannung U_m+ Ur+ bzw. U_1n+ Us+ teil weise durch Erhöung des Innenwiderstandes kompen siert wird. Diese Erhöhung des Innenwiderstandei betrifft allerdings nur denjenigen Anteil des Erdschluß

b5 stromes, der auf die Gleichrichterspannungen ah treibende Spannung zurückzuführen ist, währenc derjenige Anteil des Erdschlußstromes, der auf die Meßgleichspannung U_n, als treibende Spannung zurück

geht, auch parallel über beide Ankopplungswiderstände /Vf und rs fließt.

Auch bei einem Erdschluß ES— am Minuspol des Gleichrichters Gl mit dem Erdschlußwiderstand R_E-ergeben sich, wie F i g. 3 veranschaulicht, für den aus den beiden Gleichrichterspannungen Ur- und Us- resultierenden Anteilen des Erdschlußstromes verschiedene, nur z.T. sich deckende Stromkreise. Der von der negativen Halbwelle auf dem Netzleiter R bestimmte Stromkreis ist wiederum punktiert und der von der ι ο negativen Halbwelle auf dem Netzleiter S bestimmte Stromkreis ist wiederum punktiert und der von der negativen Halbwelle auf dem Netzleiter 5 bestimmte Stromkreis mit Strichlinien angegeben. Die Gleichrichterspannungen Ur- und Us- können sich nur insoweit auf das Fließen eines Erdschlußstromes auswirken, als sie die entgegenwirkende positive Meßgleichspannung U_m überwinden. Wären somit beispielsweise diese gegensinnigen Spannungen gleich groß, so könnte in diesem Erdschlußabfall überhaupt kein Erdschlußstrom fließen. Damit ein solcher Erdschlußstrom fließt und im Überwachungsgerät die Ansprechspannung erreicht wird, ist es somit erforderlich, die Meßgleichspannung Um und die Ansprechspannung im Überwachungsgerät t/der jeweilig vorliegenden Netzspannung Un und der daraus sich ergebenden Größe der Gleichrichterspannungen so anzupassen, daß die Ansprechspannung bei einem vorgegebenen Erdschlußfehler R_E- erreicht wird. Dabei ist gleichzeitig das Überwachungsgerät durch Wahl der Meßgleichspannung U_m der Ansprechspannung und seines Innenwiderstandes unier Berücksichtigung der Verzweigung mit dier zweipoligen Ankopplung und unter Berücksichtigung seines übrigen Aufbaues so zu gestalten, daß sich für !Erdschlüsse im reinen Wechselstromteil und Erdschlüsse hinter dem Gleichrichter nicht zu stark unterschiedliche Ansprechwerte ergeben. Wie dies erreicht werden kann, soll nunmehr an verschiedenen Ausführungsbeispielen für das Überwachungsgerät erläutert werden.

Fig.4 zeigt eine Ausführungsform, in der das Ansprechglied über ein Umkehrglied U mit dem Fehlerstromkreis gekoppelt ist Dabei ist im Umkehrglied i/ein Spannungsschewellglied m für die gegensinnige Stromrichtung in Form einer Zenerdiode vorgesehen. !Das Spannungsschwellglied n₃ liegt in Reihe mit einem Hilfsmeßwiderstand rw_ra paralle zur Meßgleichspanmungsquelle Um- Sein Schwellwert Usch Hegt wenig höher als die Meßgleichspannung U_m\ wird er bei einem Erdschluß mit gegensinniger Stromrichtung überschritten, so tritt am Hilfsmeßwiderstand /·//«, durch Stromfluß ein Spannungsabfall auf, der zur Ansteuerung eines Schaltgliedes /15 in From eines Transistors dient, das einen vom Erdschlußstromkreis ESi- (gestrichelter Stromverlauf) unabhängigen Hilfsstromkreis HS (Punk tlinien-Stromverlauf) über den Meßwiderstand R_m schließt Dabei ist der Hilfsstromkreis HS gegen den über das Spannungsschwellglied m führenden Teil des Fehlerstromkreises ES- für Fehler am Gegenpol des Gleichrichters Gldurch einen Gleichrichter n_A gesperrt, der in dem über den Meßwiderstand R_n, führenden Fehlerstromkreis für Fehler am Wechselstromnetz oder am anderen Gleichrichterpol liegt

F i g. 5 zeigt eine Ausführungsform, in welcher durch einen in die Meßleitung des Überwachungsgerätes eingeschalteten Vollweggleichrichter Gl_m erreicht wird, daß der Meßwiderstand Rm vom Erdschlußstrom in allen drei Erdschlußfällen in gleichem Sinn durchflossen wird. Dabei ist zwangsläufig für alle Erdschlußfälle die gleiche Ansprechspannung wirksam.

Für die Versorgung des als Schmitt-Trigger ausgebildeten Ansprechgliedes A\ und des angeschlossenen Verstärkers Vi mit dem Arbeitsrelais d ist in diesem Ausführungsbeispiel ein getrennter Versorgungsspannungserzeuger vorgesehen.

F i g. 6 zeigt eine Ausführungsform des Überwachungsgerätes mit gegensinnig geschalteten richtungsempfindlichen Ansprechgliedern in den Zweigen W+, W— einer Stromweiche mit durch Sperrgleichrichter n\ und ih vorgeschriebenen getrennten Wegen für den in positiver und den in negativer Richtung fließenden Erdschlußstrom. In dieser Schaltung sind elektromagnetische Relais als Ansprechglieder A₂₊, A₃₊, und zwar im Pluszweig W+ mit dem Sperrgleichrichter n\ zwei auf die positive Stromrichtung bei Erdschluß am Wechselstromnetz und am Pluspol des Gleichrichternetzes ansprechende Relais /42+, A3+, und im Minuszweig W— der Stromweiche mit dem Sperrgleichrichter m ein auf die negative Stromrichtung ansprechendes Relais Aavorgesehen.

Die Ansprechspannung des Ansprechgliedes A₃₊ wird so eingestellt, daß es nicht schon bei einem Erdschlußstrom im Wechselstromnetz, sondern erst bei einem Erdschlußstrom anspricht, der vom positiven Pol des Gleichrichternetzes ausgeht. Dadurch ist es möglich, die beiden verschiedenen Erdschlußfälle am Plus- und am Minuspol des Gleichrichters getrennt zu erfassen.

In der Ausführungsform nach F i g. 7 sind anstelle der elektromangetischen Relais Schmitt-Trigger A₅₊, A₆₊ und Aj- vorgesehen.

Fig.8 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in dem ein Gleichstromnetz nicht an der vollen Netzspannung Un liegt, sondern der Gleichrichter Gl an einer Teilspannung U_n' des Wechselstromnetzes w liegt Um auch in diesem Fall bei Erdschlüssen am gegensinnigen Pol des Gleichrichters GL ein ordnungsgemäßes Arbeiten der Geräte zu gewährleisten, muß die Meßgleichspannung U_m entsprechend niedriger bemessen sein, da sie stets der Gleicherspannungs anzupassen ist.

Für die Brauchbarkeit der beschriebenen Geräte ist es wichtig, diese, wie schon oben ausgeführt worden ist, so auszulegen, daß einerseits auch beim Erdschluß am Minuspol eines Netzgleichrichters eine Auslösung erzielt wird und daß andererseits die Ansprechwerte für die verschiedenen Erdschlußarten nicht zu stark voneinander abweichen. Bekannte Überwachungsgeräte der vorliegenden Art, in denen für den Erdschluß am Minuspol des Gleichrichters eine Umkehrstufe vorgesehen ist, arbeiten bei allen Netzspannungen mit der gleichen Meßgleichspannung U_n, von z. B. 40 V. Dabei weichen die Ansprechwerte für die verschiedenen Erdschlüsse sehr stark voneinander ab, und es wird beim Erdschluß am Minuspol des Netzgleichrichters bei einer Netzspannung von z. B. 40 V überhaupt keine Auslösung mehr erfolgen. Ein solches Gerät ist daher schon aus letzterem Grunde für die Überwachung untauglich. Man könnte nun zwar erreichen, daß in allen Erdschlußfällen eine sichere Auslösung erzielt wird, müßte dann aber mit der einheitlichen Meßgleichspannung auf einen noch weiter herabgesetzten Wert von z.B. 12V heruntergehen und damit eine noch viel größere Abweichung der Ansprechwerte bei den verschiedenen Erdschlüssen in Kauf nehmen. In der folgenden Tabelle sind Werte für ein Gerät nach F i g. 4 wiedergegeben, wie sie sich aus einer der Erfindung entsprechenden Anpassung der Meßgleichspannung

Um, der Ansprechspannungen und des Innenwiderstandes in Verbindung mit einer mehrpoligen Ankopplung des Überwachungsgerätes ergeben.

Un	220 V-	110V-	42 V-
Un,	+ 66 V	+ 33 V	+ 12V
Ua	+ 195V	+ 98 V	+38V
Rew	5kQ	5kn	5kn
Re+	40 kn	40 kß	35 kCl
Re-	40 kSl	40kfi	35 Ω

Dabei werden für alle Netzspannungen gleiche oder nur wenig voneinander abweichende Ansprechwerte erzielt und außerdem wird erreicht, daß die Abweichung zwischen den Ansprechwerten für einen Erdschluß am Wechselstromnetz und für Erdschlüsse am Gleichstromnetz in brauchbaren Grenzen bleiben.

In den beschrieben Ausführungsbeispielen des Überwachungsgerätes, ausgenommen beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 5, ist es möglich, die Ansprechspannungen für den positiven und den negativen Erdschlußstrom unabhängig voneinander zu wählen und dadurch zu erreichen, daß die Ansprechwerte für den Erdschluß am Pluspol und am Minuspol des Gleichrichternetzes gleich groß oder in gewolltem Sinne verschieden groß werden. Bei den dreistufigen Ansprechkreisen nach F i g. 6 und 7 können ebenfalls voneinander unabhängige Anpassungen der Ansprechwerte durchgeführt werden.

Bezugszeichenliste

C Kondensator

A ι Ansprechglied für ES_W und ES₊ und ES_

A₂₊ Ansprechglied für ES_m ES₊, Relais

A₃₊ Ansprechglied für ES₊, Relais

Ai- Ansprechglied für ES- Relais

A₅₊ Ansprechglied für ES₊, ES_m Schmitt-Trigger

A₆₊ Ansprechglied für ES₊, Schmitt-Trigger

A₁ - Ansprechglied für ES-, Schmitt-Trigger

d Arbeitsrelais

E Erde

ES₊ Erdschluß am Pluspol des Gleichstromsystems

ES-

ES_W Gl

Gl_n,

g HS

k_E ίο k_R

ks

MrMs is m

Π\ /I₂

20 n₅ R

Re₊ Re-

Rew 25 r_R rs

ΓΗπι Rm

U_M U_n, Uc U_n

Ur₊

Us₊

Us-, Ur-

UsC

Uc₊

40 U_n'

Vi

W₊

W-

30

35

r₊)

s₊ J

45 W

10

Erdschluß am Minuspol des Gleichstromsystems

Erdschluß am Wechselstromnetz Vollweggleichrichter, der galvanisch an das Wechselstromnetz angeschlossen ist Vollweggleichrichter in der Meßleitung Gleichstromabzweigung Hilfsstromkreis
Klemme für Anschluß an Erde Klemme für Anschluß an R Klemme für Anschluß an S Drossel
Meßleitung
Verzweigung
Steuernetztrafo
Sperrgleichrichter
Sperrgleichrichter
Zenerdiode
Sperrgleichrichter
Schaltglied

Leiter des Wechselstromnetzes Erdschlußwiderstand am Minuspol Erdschlußwiederstand am Pluspol Erdschlußwiderstand am Wechselstromnetz Ankopplungswiderstand an R Ankopplungswiderstand an S Hilfsmeßwiderstand Meßwiderstand
Leiter des Wechselstromnetzes Umkehrglied
Meßspannungserzeuger Meßgleichspannung treibende Gesamtgleichspannung Netzspannung

positive Halbwellen der Wechselspannung

negative Halbwellen der Wechselspannung

Diodenschwellspannung(Zenerspannung)

positive Gleichrichterspannung Teilnetzspannung

Überwachungsgerät Verstärker

Pluszweig der Stromweiche Minuszweig der Stromweiche Wechselstromnetz

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Isolationsüberwachungsgerät für Wechsel-Stromnetze mit einem von außen eine Meßgleichspannung zwischen Netz und Erde aufdrückenden oder einprägenden und auf beide Gleichstromrichtungen ansprechenden Meßstromkreis, dadurch gekennzeichnet, daß — abhängig von der jeweiligen Netzspannung Un — die Meßgleichspannung I U_m\ so bemessen ist, daß sie stets kleiner ist als die Gleichrichterspannung | Uc\, jedoch nicht kleiner als Vs der Gleichrichterspannung, vorzugsweise gleich'/3bis 'AderGleichrichterspannung.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßstromkreis mit Verzweigungen über vorzugsweise gleich große Widerstände (γ& rs) mit jedem der Netzleiter (R, S) verbunden ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansprechglied über ein Umkehrglied (U) mit dem Fehlerstromkreis gekoppelt ist.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Umkehrglied (U) ein Vollweggleichrichter (GI_m) vorgesehen ist.

5. Gerät nach Ansuch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungsschwellglied (03) für die gegensinnige Stromrichtung in Reihe mit einem Hilfsmeßwiderstand (rn_m) parallel zur Meßgleichspannungs- jo quelle (Um) vorgesehen ist, dessen Schwellwert (Usch) höher, aber nur möglichst wenig höher liegt als die Meßgleichspannung (U_n,) derart, daß der Schwellwert bei einem Erdschluß mit gegensinniger Stromrichtung überschritten wird und daß der js alsdann durch Stromfluß am Hilfsmeßwiderstand (THm) auftretende Spannungsabfall zur Ansteuerung eines Schaltgliedes (ns) dient.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsabfall am Hilfsmeßwiderstand (γη,π) auf ein Schaltglied (ns) wirkt, das einen vom Erdschlußstromkreis (ES-) unabhängigen Hilfsstromkreis (HS) über den Meßwiderstand (R_n,) schließt (in F i g. 4 ES- gestrichelt, HS punktiert).

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsstromkreis (HS) gegen den über das Spannungsschwellglied (/73) führenden Teil des Fehlerstromkreises (ES-) für Fehler am Gegenpol des Gleichrichters (Gl) durch einen Gleichrichter (n*), der in dem über den Meßwiderstand (R_n,) führenden Fehlerstromkreis für Fehler am Wechselstromnetz oder am anderen Gleichrichterpol liegt, gesperrt ist.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Umkehrglied (U) 5> mit einer Zenerdiode als Spannungsschwellglied (ni) für die gegensinniger Stromrichtung versehen ist.

9. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gegensinnig geschaltete richtungsempfindliche Ansprechglieder (A2+, A₄ _ in m> Fig.6; As₊, Ai- in Fig.7) in Stromzweigen (W₊, W-) einer Stromweiche für gegensinnige Stromrichtungen angeordnet sind.

10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Ansprechglieder (A₂₊, At-jelektromagnetische Relais vorgesehen sind (F i g. 6).

11. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Ansprechglieder (A%₊, At-) elektronische Kippschaltungen, z. B. Schmitt-Trigger, vorgesehen sind (F i g. 7).

12. Gerät nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßstromzweig für die zur Meßgleichspannung (U_n,) gleichsinnige Stromrichtung zusätzlich zu einem ersten Ansprechglied, das für eine vorgegebene Schwelle (Rew) eines Erdschlußfehlers im reinen Wechselstromnetz anspricht, mit einem zweiten, für einen solchen Fehler unterschwelligen Ansprechglied ^3+ in F i g. 6 bzw. Ab₊ in Fig.7) versehen ist, das erst für eine vorgegebene Schwelle (Re₊) eines Erdschlußfehlers hinter dem Gleichrichter (Gl) mit der Summe U_m-\- Uoi₊ aus der Meßgleichspannung U_n, und der wirksamen Gleichrichterspannung (Ua₊) als treibender Spannung anspricht.