DE3035985A1 - Earth isolation monitoring circuit for AC supply network - uses diodes for coupling measuring bridge to AC power lines - Google Patents
Earth isolation monitoring circuit for AC supply network - uses diodes for coupling measuring bridge to AC power linesInfo
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Abstract
Description
Schaltungsanordnung zur Überwachung der Isolation unge-Circuit arrangement for monitoring the insulation un-
erdeter Wechselstromnetze und aus diesen gespeister Gleichstromkreise Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Überwachung der Isolation ungeerdeter ein- oder mehrphasiger Wechselstromnetze und aus diesen gespeister Gleichstromkreise mit einer Gleichspannungsquelle, die zwischen die Leiter des Wechselstromnetzes und einen Schutzleiter geschaltet ist, und mit einem Meßwiderstand, an den eine elektronische Schaltungseinheit mit einem nachgeordneten Signalgeber angeschlossen ist." Bei einer bekannten Schaltungsanordnung dieser Art (DE-OS 25 15 121) ist die Ankopplung an das Wechselstromnetz über eine Drosselspule vorgenommen, Diese Drosselspule muß so bemessen sein, daß sie auch bei einem Erdschluß in dem aus dem Wechselstromnetz gespeisten Gleichstromkreis der dann auftretenden Überlastung gewachsen ist, oder es müssen zusätzlich Bauelemente vorgesehen werden, die bei derartigen Erdschlüssen wirksam werden. Dies bedingt einen zusätzlichen Aufwand bei der Herstellungder bekannten Schaltungsanordnung.earthed alternating current networks and direct current circuits fed from them The invention relates to a circuit arrangement for monitoring the insulation Unearthed single or multi-phase alternating current networks and direct current circuits fed from them with a direct voltage source between the conductors of the alternating current network and a protective conductor is connected, and with a measuring resistor to which one electronic circuit unit connected to a downstream signal transmitter is. "In a known circuit arrangement of this type (DE-OS 25 15 121) is the Coupling to the alternating current network via a choke coil, This choke coil must be dimensioned in such a way that it can also be used in the event of a ground fault in the AC network fed DC circuit can cope with the overload that occurs, or it must also be provided components that with such earth faults be effective. This entails additional expenditure in the manufacture of the known ones Circuit arrangement.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur überwachung der Isolation ungeerdeter ein- oder mehrphasiger Wechselstromnetze und aus diesen gespeister Gleichstromkreise vorzuschlagen, die sich mit verhältnismäßig geringem Aufwand herstellen läßt und auch meßtechnische Vorteile bietet.The invention is therefore based on the object of a circuit arrangement for monitoring the insulation of ungrounded single or multi-phase AC networks and to propose from these fed DC circuits that deal with proportionately Can be produced with little effort and also offers metrological advantages.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Schaltungsanordnung der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß die Gleichspannungsquelle in einem Zweig einer Brückenschaltung aus ohmschen Widerständen angeordnet und dieser Zweig bestimmt zusammen mit einem weiteren Brückenzweig die Eingangsdiagonale, die einerseits über jeweils eine Diode mit jedem Leiter des Wechselstromnetzes und andererseits mit dem Schutzleiter verbunden ist; in der anderen Diagonale (Meßdiagonale) der Brückenschaltung liegt der Meßwiderstand.To solve this problem, in a circuit arrangement, the initially introduced specified type according to the invention the DC voltage source in a branch of a bridge circuit arranged from ohmic resistors and this branch is determined together with one Another branch of the bridge is the entrance diagonal, on the one hand each via a diode connected to each conductor of the alternating current network and, on the other hand, to the protective conductor is; The measuring resistor is located in the other diagonal (measuring diagonal) of the bridge circuit.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen' Schaltungsanordnung besteht darin, daß ihre Ankopplung an das Wechselstromnetz nicht über eine Drosselspule erfolgt, sondern über Dioden, die die Brückenschaltung mit jeweils einem Leiter des Wechselstromnetzes verbinden; dies führt zu einem geringerem Aufwand bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung im Vergleich zur bekannten.An advantage of the 'circuit arrangement according to the invention is that they are not connected to the alternating current network via a choke coil, but via diodes that connect the bridge circuit to a conductor of the alternating current network associate; this leads to less effort in the production of the invention Circuit arrangement compared to the known.
Durch die direkte Ankopplung an das Netz über die Dioden werden mit der anliegmden, gleichgerichteten Spannung des Wechselstromnetzes sämtliche vorhandenen Kontaktwiderstände ausgeschlossen. Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung den Vorteil auf, daß mit ihr ein ,rdSchlUß in album an das Wechselstromnetz angeschlossenen Gleichstromkreis mit großer Zuverlässigkeit erfaßt werden kann, wenn es sich um einen satten Erdschluß handelt.Due to the direct connection to the network via the diodes, the applied, rectified voltage of the alternating current network all existing Contact resistances excluded. In addition, the circuit arrangement according to the invention the advantage that with it a, round connection in album is connected to the alternating current network DC circuit can be detected with great reliability when it comes to is a full earth fault.
Ein zusätzlicher Vorteil ist bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung darin zu sehen, daß auch bei einem satten Erdschluß am Minuspol des angeschlossenen Gleichstromkreises nur ein verhältnismäßig kleiner Strom über die Schaltungsanordnung fließt, so daß zusätzliche Schutzmaßnahmen - wie sie bei der bekannten Schaltungsanordnung erforderlich sind - bei der Erfassung von Erdschlüssen entfallen können; dies führt zu einer weiteren Verringerung des Herstellungsaufwandes der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.An additional advantage is in the circuit arrangement according to the invention it can be seen that even with a full earth fault at the negative pole of the connected DC circuit only a relatively small current through the circuit arrangement flows, so that additional protective measures - as in the known circuit arrangement are required - can be omitted when detecting earth faults; this leads to to a further reduction in the cost of manufacturing the circuit arrangement according to the invention.
Die Widerstände der Brückenschaltung sind vorteilhafterweise so bemessen, daß das Verhältnis der Werte der Widerstände in den Brückenhälften beiderseits der Eingangsdiagonale gleich ist; dadurch ist nämlich erreicht, daß die vom Netz erzeugte Spannung in der Brückenschaltung kompensiert ist.The resistances of the bridge circuit are advantageously dimensioned so that that the ratio of the values of the resistances in the bridge halves on both sides of the Entrance diagonal is the same; in this way it is achieved that the network generated Voltage in the bridge circuit is compensated.
Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung treten beim Überwachen der Isolation am Meßwiderstand mehr oder weniger breite Nadelimpulse auf, wenn ein Erdschluß bei eingeschaltetem Netz aufgetreten ist. Deshalb enthält die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung vorteilhafterweise in der elektronischen Schaltungseinheit eine Einrichtung zur Mittelwertbildung.In the circuit arrangement according to the invention occur during monitoring the insulation at the measuring resistor more or less wide needle pulses, if a Earth fault has occurred with the mains switched on. Therefore contains the invention Circuit arrangement advantageously in the electronic circuit unit Device for averaging.
Ferner hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die elektronische Schaltungseinheit eingangsseitig einen Impedanzwandler enthält, der an dem Meßwiderstand mit seinem hochohmigen Eingang angeschlossen ist.+ In der elektronischen Schaltungseinrichtung ist vorteilhafterweise der Einrichtung zur Mittelwertbildung eine Schwellwertstufe nachgeordnet, an die der Signalgeber angeordnet ist. Durch diese Schwellwertstufe wird ein vorbestimmter Spannungsabfall am Meßwiderstand erfaßt u h in Steuersignal an den Signalgeber kenntlich gemacht, das ein Erdschluß vorliegt.It has also been found to be advantageous if the electronic Circuit unit contains an impedance converter on the input side, which is connected to the measuring resistor with its high-resistance input is connected. + In the electronic circuit device is advantageously the device for averaging a threshold level downstream to which the signal transmitter is arranged. Through this threshold level a predetermined voltage drop across the measuring resistor is detected in the control signal indicated on the signal transmitter that there is a ground fault.
Der Signalgeber kann unterschiedlich ausgebildet sein; er enthält zweckmäßigerweise ein Relais, mit dem das Wechselstromnetz im Falle eines Erdschlusses abgetrennt wird, und/oder einen Signalerzeuger, beispielsweise in Form einer Leuchtdiode.The signal transmitter can be designed differently; it contains expediently a relay with which the alternating current network in the event of a ground fault is separated, and / or a signal generator, for example in the form of a light emitting diode.
Zur Erläuterung der Erfindung ist in Fig. 1 schematisch ein zweiphasiges Wechselstromnetz mit einem hieraus über Gleichrichter gespeisten Gleichstromkreis und die hierbei möglichen Arten von Erdschlüssen und in Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung nach der Erfindung dargestellt.To explain the invention, a two-phase is shown schematically in FIG. 1 AC network with one fed from this via rectifier DC circuit and the possible types of earth faults and in Fig. 2 an embodiment of the circuit arrangement according to the invention is shown.
Wie Fig. 1 zeigt, ist ein zweiphasiges Wechselstromnetz U und V über einen Transformator 1 gespeist. Aus den Leitern U und V wird über Gleichrichter 2 ein Gleichstromkreis mit den Leitern P+ und P- gespeist. Als Bei~ spiele für an dieser Anordnung zu betreibende Verbraucher sind ein einphasiger Wechselstromverbraucher 3, z. B.As Fig. 1 shows, a two-phase AC network U and V is across a transformer 1 is fed. The conductors U and V are converted into rectifiers 2 a direct current circuit with the conductors P + and P- fed. As examples for an Consumers to be operated with this arrangement are single-phase alternating current consumers 3, e.g. B.
eine Beleuchtungsanlage, und ein Gleichstromverbraucher 4, z. B. ein regelbarer Gleichstrommotor, gezeigt. Das Netz ist in seiner ganzen Ausdehnung von einem Schutzleiter S begleitet, der geerdet ist.a lighting system, and a DC load 4, z. B. a adjustable DC motor shown. The network is in its full extent from accompanied by a protective conductor S, which is earthed.
Zwischen allen benannten Leitern und dem Schutzleiter, aber auch im Innern der Verbraucher 3 und 4 können leitende Verbindungen durch eine Beschädigung der Isolation entstehen. Als Beispiele sind Erdschlüsse a und b zwischen den Leitern U und V des Wechselstromnetzes und dem Schutzleiter S sowie ein Erdschluß c zwischen dem positiven Leiter P+ des Gleichstromkreises und ein Erdschluß d zwischen dem negativen Leiter P- und dem Schutzleiter gezeigt.Between all named conductors and the protective conductor, but also in the Inside the consumer 3 and 4 conductive connections can be caused by damage the isolation arise. Examples are earth faults a and b between the conductors U and V of the alternating current network and the protective conductor S and a ground fault c between the positive conductor P + of the direct current circuit and a ground fault d between the negative conductor P- and the protective conductor shown.
Zur Erfassung aller erwähnten Erdschlüsse dient die in Fig. 2 dargestellte Schaltungsanordnung. Diese enthält eine Brückenschaltung 5, die in einem Brückenzweig 6 in Reihe mit einem ohmschen Widerstand 7 eine Gleichspannungsquelle 8 enthält. In einem weiteren Brückenzweig 9 ist ein weiterer ohmscher Widerstand 10 angeordnet.The one shown in FIG. 2 is used to detect all of the earth faults mentioned Circuit arrangement. This contains a bridge circuit 5, which is in a bridge branch 6 contains a DC voltage source 8 in series with an ohmic resistor 7. A further ohmic resistor 10 is arranged in a further bridge branch 9.
Die Brückenzweige-o und 9 bestimmen eine Eingangsdiagonale 11-12 der Brückenschaltung 5. Die andere Hälfte der Brückenschaltung 5 ist von einem Brückenzweig 13 mit einem ohmschen Widerstand 14 und einem Brückenzweig 15 mit einem ohmschen Widerstand 16 gebildet. In einer von Schaltungspunkten 17 und 18 gebildeten anderen Diagonale (Meßdiagonale) der Brückenschaltung 5 ist ein Meßwiderstand 19 angeordnet.The bridge branches -o and 9 define an entrance diagonal 11-12 of the Bridge circuit 5. The other half of the bridge circuit 5 is from a bridge branch 13th with an ohmic resistor 14 and a bridge branch 15 with an ohmic resistor 16 is formed. In one of circuit points 17 and 18 The other diagonal formed (measuring diagonal) of the bridge circuit 5 is a measuring resistor 19 arranged.
Die Gleichspannungsquelle 8 der Brückenschaltung 5 ist über einen Transformator 20 beispielsweise aus einem 220 V-Netz gespeist und enthält in üblicher Weise einen Brückengleichrichter 21 mit nachgeordnetem Kondensator 22. An diesen ist eine Anordnung 23 zur Konstanthaltung der Gleichspannung angeschlossen.The DC voltage source 8 of the bridge circuit 5 is via a Transformer 20 is fed for example from a 220 V network and contains in the usual Way a bridge rectifier 21 with a downstream capacitor 22. At this an arrangement 23 for keeping the DC voltage constant is connected.
Die Brückenschaltung 5 ist über eine Diode 24 mit dem Leiter U des Wechselstromnetzes und über eine weitere Diode 25 mit dem Leiter V des Wechselstromnetzes verbunden, das in der aus der Fig. 1 ersichtlichen Weise mit einem nachgeordnetem Gleichstromkreis versehen sein kann.The bridge circuit 5 is connected to the conductor U des via a diode 24 AC network and via a further diode 25 to the conductor V of the AC network connected, which in the manner shown in FIG. 1 with a downstream DC circuit can be provided.
An dem Meßwiderstand 19 der Brückenschaltung 5 ist eine elektronische Schaltungseinheit 26 angeschlossen, die eingangsseitig einen Impedanzwandler 27 enthält. Dieser Impedanzwandler 27 ist mit seinem hochohmigen Eingang an dem Meßwiderstand 19 angeschlossen Mit dem Ausgang des Impedanzwandler 27 ist eine Einrichtung 28 zur Mittelwertbildung verbunden, die einen Widerstand 29 und einen Kondensator 30 enthält. Der Einrichtung 28 zur Mittelwertbildung ist eine Schwellwertstufe 31 nachgeordnet, die so eingestellt ist, daß sie bei einem einen Erdschluß im Wechselstromnetz oder im angeschlossenen Gleichstromkreis kennzeichnenden Spannungsabfall am Meßwaderstand 19 an ihrem Ausgang 32 ein Steuersignal abgibt. Mit diesem Steuersignal wird ein angeschlossener Signalgeber 33 beaufschlagt, der ein nicht dargestelltes Relais enthält.At the measuring resistor 19 of the bridge circuit 5 is an electronic Circuit unit 26 is connected, which has an impedance converter 27 on the input side contains. This impedance converter 27 is connected to the measuring resistor with its high-resistance input 19 connected to the output of the impedance converter 27 is a device 28 connected for averaging, a resistor 29 and a capacitor 30 contains. The device 28 for averaging is followed by a threshold level 31, which is set in such a way that in the event of a ground fault in the alternating current network or in the connected DC circuit characteristic voltage drop at the measuring resistor 19 emits a control signal at its output 32. With this control signal a connected signal transmitter 33 applied to a relay, not shown contains.
Zusätzlich zu dem Relais kann im Signalgeber 33 ein Signaler- erzeuger zur Abgabe eines optischen oder akustischen Signals, z. B. eine Leuchtdiode, vorhanden sein.In addition to the relay, a signal generator 33 can be installed in the signal generator 33 producer for emitting an optical or acoustic signal, e.g. B. a light emitting diode available be.
Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 wirkt in folgender Weise: Befindet sich das Wechselstromnetz und der nachgeordnete Gleichstromkreis in ungestörtem Zustand, dann fließen über die Dioden 24 und 25 sowie über die nachgeordnete Brückenschaltung 5 relativ schwache Ströme. Diese Ströme führen wegen übereinstimmender Widerstandsverhältnisse in den beiden Brückenhälften der Brückenschaltung 5 zu keinem Spannungsabfall am Meßwiderstand-19.The circuit arrangement according to FIG. 2 operates in the following way: Located the AC network and the downstream DC circuit in undisturbed State, then flow through the diodes 24 and 25 and through the downstream bridge circuit 5 relatively weak currents. These currents lead because of the same resistance ratios in the two bridge halves of the bridge circuit 5 to no voltage drop at Measuring resistor-19.
Von der elektronischen Schaltungseinheit 26 wird daher auch kein Erdschluß erfaßt, und der Signalgeber 33 bleibt unbeeinflu8t.The electronic circuit unit 26 therefore also has no earth fault detected, and the signal generator 33 remains unaffected.
Tritt ein Erdschluß im Wechselstromnetz, z. B. ein Erdschluß zwischen dem Leiter V und dem Schutzleiter S auf, dann treibt die Gleichspannungsquelle 8 einen Meßstrom über die Erdschlußstelle, der sich in der Brücken hälfte mit dem Brückenzweigen 6 und 9 dem Gleichstrom aus dem Wechselstromnetz überlagert. Dieser Meßstrom fließt nur im Nulldurchgangsbereich der Netzspannung, so daß sich jeweils im Nulldurchgangsbereich am Meßwiderstand 19 ein Spannungsimpuls bildet, der nadelförmig ist und eine vom Erdschlußwiderstand abhängige Breite aufweist.If a ground fault occurs in the AC network, e.g. B. a ground fault between the conductor V and the protective conductor S, then drives the DC voltage source 8 a measuring current across the earth fault, which is in the bridge half with the Bridge branches 6 and 9 superimposed on the direct current from the alternating current network. This Measurement current only flows in the zero crossing area of the mains voltage, so that each in the zero crossing area at the measuring resistor 19 forms a voltage pulse which is needle-shaped and has a width dependent on the earth fault resistance.
Die impulsförmige Spannung am Meßwiderstand 19 wird in der elektronischen Schaltungseinheit 26 in deren Einrichtung 28 zur Mittelwertbildung in eine Gleichgröße entsprechender Höhe umgewandelt, die bei einem Erdschluß die Schwellwertstufe 31 zum Ansprechen bringt.The pulse-shaped voltage at the measuring resistor 19 is in the electronic Circuit unit 26 in its device 28 for averaging into a constant variable converted to the corresponding height, which in the event of a ground fault, the threshold value stage 31 to respond.
Daraufhin wird der Signalgeber 33 betätigt; der Erdschluß ist damit angezeigt und durch das Relais die Abschaltung des Wechselstromnetzes vorgenommen.The signal generator 33 is then actuated; the earth fault is with it displayed and the relay switched off the AC network.
Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 wirkt in derselben Weise, wenn im angeschlossenen Gleichstromkreis ein satter Kurzschluß auftritt. In diesem Falle sind nämlich die Netzkapazitäten des mit dem satten Erdschluß behafteten Plus- oder Minuspoles nicht wirksam, so daß der über die Diode 24 oder 25 fließende Strom nicht geglättet ist und damit ausgeprägte Nullstellen aufweist. Damit ist der Nulldurchgangsbereich wie bei einem Erdschluß im Wechselstromnetz definiert, und es wird dann in diesem Nulldurchgangsbereich jeweils von der Gleichspannungsquelle ein definierter Meßstrom über die Erdschlußstelle getrieben, der - wie bei einem Erdschluß im Wechselstromnetz - eine Reihe nadelförmiger Spannungsimpulse am Meßwiderstand 19 bildet, die dann in der bereits beschriebenen Weise in der elektronischen Schaltungseinheit ausgewertet werden.The circuit arrangement of FIG. 2 acts in the same way when a full short circuit occurs in the connected DC circuit. In this case are namely the network capacities of the afflicted with the full earth fault plus or Negative poles not effective, so that the current flowing through the diode 24 or 25 does not is smoothed and thus has pronounced zeros. This is the zero crossing area as defined for an earth fault in the AC network, and it is then in this Zero crossing range a defined measuring current from the DC voltage source driven over the earth fault, the - as with an earth fault in the AC network - Forms a series of needle-shaped voltage pulses on the measuring resistor 19, which then evaluated in the manner already described in the electronic circuit unit will.
Nur bei nicht satten Kurzschlüssen im Gleichstromkreis ergeben sich bei der Erfassung von Erdschlüssen gewisse Ungenauigkeiten, weil bei derartigen Erdschlußfehlern die Netzkapazitäten zu einer Glättung des über die Dioden 24 oder 25 fließenden Stromes führen, wodurch der Nulldurchgangsbereich nicht mehr ganz eindeutig definiert ist. Diese Ungenauigkeit kann aber durchaus hingenommen werden, denn es erfolgt auch in diesem Falle eine Fehlermeldung.Only in the case of not full short circuits in the direct current circuit result certain inaccuracies in the detection of earth faults, because with such Earth fault faults the network capacitances to a smoothing of the diodes 24 or 25 lead flowing current, whereby the zero crossing area is no longer quite is clearly defined. However, this inaccuracy can be accepted, because in this case, too, an error message appears.
Nimmt man einmal an, daß es sich bei dem Wechselstromnetz um ein 220 V-Netz handelt und daß die Gleichspannungsquelle 8 eine Spannung von 24 V erzeugt, dann können bei einem Erdschluß auf der Wechselseite Ströme von maximal 1 mA Gleichstrom fließen. Bei sattem Erdschluß am Minuspol können maximal 2 mA durch die anstehenden 220 V über die Fehlerstelle fließen. Bei einem satten Erdschluß am Pluspol wirkt der maximale Erdschlußstrom allein durch die 24 V der Gleichspannungsquelle bestimmt, was zu einem Strom von 0,2 mA führt,. da zwischen dem Pluspol und dem Mittelpunkt der Dioden 24 und 25 keine Spannungsdifferenz besteht, wenn die Netzkapazitäten vernachlässigt werden.Assume that the AC network is a 220 V-Netz and that the DC voltage source 8 generates a voltage of 24 V, then in the event of an earth fault on the alternating side, currents of a maximum of 1 mA direct current can occur flow. In the event of a full earth fault at the negative pole, a maximum of 2 mA can be caused by the pending 220 V flow through the fault location. In the event of a full earth fault at the positive pole, it works the maximum earth fault current alone the 24 V of the DC voltage source determines what leads to a current of 0.2 mA. there between the positive pole and the At the center of the diodes 24 and 25 there is no voltage difference when the network capacitance be ignored.
Mit der Erfindung wird eine Schaltungsanordnung vorgeschlagen, die sich durch einen vergleichsweise ger-ingen Schaltungsaufwand und durch eine relativ hohe Meßgenauigkeit auszeichnet.With the invention a circuit arrangement is proposed which due to a comparatively small amount of circuitry and a relatively high measuring accuracy.
5 Ansprüche 2 Figuren5 claims 2 figures
Claims (5)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1981
- 1981-09-18 BE BE0/205997A patent/BE890408A/en not_active IP Right Cessation
- 1981-09-22 JP JP15051081A patent/JPS5785518A/en active Pending
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| BE890408A (en) | 1982-01-18 |
| JPS5785518A (en) | 1982-05-28 |
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