DE4418124C2 - Vorrichtung zum Erkennen einer Isolationsverschlechterung an Stromversorgungsleitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erkennen einer Isolationsverschlechterung in frühem Zustand der Verschlech­ terung in Stromversorgungssystemen, bei denen Lasten über jeweilige Stromkreise mit einem Bus verbunden sind.

Fig. 1 zeigt ein solches System in Verbindung mit einer er­ findungsgemäßen Vorrichtung. Dieses System unterscheidet sich, abgesehen von den Details der erfindungsgemäßen Vor­ richtung, nicht von bekannten Systemen, weswegen es zunächst zum Beschreiben des Standes der Technik verwendet wird. Es ist ein Spannungstransformator 1 vorhanden, an den über einen Trennschalter 2 ein Bus 3 angeschlossen ist. Mit dem Bus 3 ist eine Mehrzahl von Schaltkreisen jeweils über einen Schaltkreis-Trennschalter 5 verbunden. Jeder Schaltkreis verfügt über einen Stromtransformator CT und einen Nullpha­ se-Stromtransformator ZCT. Es hängt an ihm eine Last, die beim dargestellten System jeweils aus einem Kabel 8 und einem Motor 9 besteht.

An den Bus ist außerdem ein geerdeter Potentialtransformator GPT angeschlossen, der an einer Tertiärwicklung eine Null­ phase-Spannung E0 ausgibt.

Um eine fehlerhafte, mit Erde verbundene Leitung zu ermit­ teln, wird die Phase des sekundären Nullphase-Stroms I0 je­ des Nullphase-Stromtransformators ZCT mit der Phase dieser Nullphase-Spannung E0 verglichen.

Ferner ist in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 4-42726 (1992) eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbe­ griffs des Anspruchs 1 beschrieben. Diese bekannte Vorrich­ tung dient dazu, einen Leitungsanschluß gegen Erde und die Phase in einer Versorgungsleitung dadurch zu erkennen, daß die Phase einer Spannung mit der Phase des sekundären Null­ phase-Stroms des Nullphase-Stromtransformators ZCT in jeder Verteilungsleitung verglichen wird.

Jedoch werden die vorstehend genannten Vorrichtungen zum Er­ kennen eines Erdschlusses in Fällen verwendet, bei denen eine Isolationsverschlechterung weit fortgeschritten ist oder bei denen ein Erdschluß bereits vorliegt. Daher besteht Bedarf für eine Vorrichtung der genannten Art, mit der eine Isolationsverschlechterung im System bereits im Anfangs­ zustand erkannt werden kann. Das heißt, daß es erforderlich ist, die genannten Phasen mit hoher Genauigkeit miteinander zu vergleichen, wobei die Genauigkeit besser sein muß als die Schwankung der Phase der Nullphase-Spannung E0, wie sie in der Tertiärwicklung des geerdeten Potentialtransformators GPT im normalen Betriebszustand auftritt. Daher kann die eben genannte Spannung in der Praxis nicht zum Vergleich herangezogen werden.

Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß dann, wenn beim Spannungsversorgungssystem mit mehreren Versorgungslei­ tungen gemäß Fig. 1 ein Erdschluß in einer einzelnen Leitung auftritt, ein Nullphase-Strom über den Erdungswiderstand im geerdeten Potentialtransformator GPT fließt und es zu einem Ungleichgewicht der Kapazitätskomponenten hinsichtlich der fehlerfreien Leitungen kommt, was auch in diesen fehlerfrei­ en Leitungen zu Phasenveränderungen führt. Diese Phasenver­ änderungen sind insbesondere dann sehr groß, wenn Lasten mit großer Kapazität gegen Erde vorliegen wie z. B. beim Kabel 8 und beim Motor 9. Demgemäß kann dann, wenn die Phase einer Spannung mit der Phase des sekundären Nullphase-Stroms des Nullphase-Stromtransformators ZCT verglichen wird, wie in der japanischen Patentoffenlegung Nr. 4-42726 (1992) be­ schrieben, die fehlerbehaftete Leitung nicht zuverlässig von den fehlerfreien Leitungen unterschieden werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erkennen einer Isolationsverschlechterung zu schaffen, die eine Isolationsverschlechterung bereits in frühem Zu­ stand erkennt.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Sie zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß nicht nur ein Vergleich zwischen den Phasen einer Spannung und eines Stroms ausgeführt wird, sondern daß auch überprüft wird, ob der Effektivwert des sekundären Nullphase-Stroms des Null­ phase-Stromtransformators ZCT in jeder Versorgungsleitung einen vorgegebenen Wert überschreitet. Nur wenn die Phasen­ verschiebung so klein wird, daß sie in einem vorgegebenen Bereich liegt und zusätzlich der genannte Stromeffektivwert die gesetzte Schwelle überschreitet, wird hieraus eine Iso­ lationsverschlechterung erkannt.

Vorzugsweise ist eine Maximalwert-Vergleichsschaltung vor­ handen, die dann, wenn eine Isolationsverschlechterung in mehreren Schaltkreisen festgestellt wird, denjenigen Schalt­ kreis als den fehlerbehafteten beurteilt, für den der ge­ nannte Stromeffektivwert am größten ist.

Der genannte Phasenvergleich wird für alle Phasen der Netz­ spannung und für alle Schaltkreise ausgeführt. Wenn die obengenannten Bedingungen für eine der Phasen in einem der Schaltkreise erfüllt sind, wird die fehlerbehaftete Phase angezeigt.

Vorzugsweise wird überprüft, ob eine Isolationsverschlechte­ rung in mehr als einem Schaltkreis festgestellt wird. Ist dies der Fall, wird daraus geschlossen, daß eine Isolations­ verschlechterung im Bus vorliegt, an den die Kreise ange­ schlossen sind.

Ein technisch entscheidender Punkt der Erfindung ist es, daß sich die Phase der Sekundärspannung des geerdeten Potential­ transformators ändert, wenn sich der Nullpunkt der Spannung in diesem Transformator verändert. Die Leitungsspannung auf dem Bus ändert sich nicht, und es wird ihr Absolutwert ver­ wendet, mit einer Phasenverzögerung der Standardphase-Span­ nung E1 von 30°, d. h. von 1/√3. Die anderen Standardphase- Spannungen E2, E3 sind auf einen Phasenunterschied von 120° zur Standardphase-Spannung E1 eingestellt.

Andererseits fließt ein Leckstrom, der durch das Isolations­ material der Last gegen Erde fließt, nicht an der Oberfläche des Isolationsmaterials, und ein Ladestrom fließt gegen Er­ de, wenn die dielektrische Beanspruchung normal ist. Demge­ mäß hat der sekundäre Nullphase-Strom des Nullphase-Strom­ transformators eine Phasenvoreilung von nahezu 90° gegenüber jeder Standardphase-Spannung.

Wenn sich jedoch die dielektrische Beanspruchbarkeit ver­ schlechtert, steigt der Oberflächenleckstrom an, wodurch es zu einem Leckstrom gegen Erde kommt, und die Phase des ge­ nannten Stroms nähert sich der Phase der jeweiligen Stan­ dardphase-Spannung an.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen kann eine Isolations­ verschlechterung zuverlässig in frühem Stadium erkannt wer­ den.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines durch Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Stromversorgungssystem mit einer erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung zum Erkennen einer Isolationsver­ schlechterung.

Fig. 2 zeigt ein detailliertes Blockdiagramm der in Fig. 1 enthaltenen Vorrichtung zum Erkennen einer Isolationsver­ schlechterung.

Fig. 3 ist eine Skizze zur in Fig. 1 enthaltenen Last.

Fig. 4 ist ein Ersatzschaltbild der in Fig. 3 dargestellten Last.

Fig. 5a ist ein Zeigerdiagramm zum Erläutern der Phasenbe­ ziehungen zwischen einer Standardphase-Spannung und Verlust­ strömen an einem Kabel in einem Zustand ohne Isolationsver­ schlechterung.

Fig. 5b ist ein Zeigerdiagramm für die Phasenbeziehungen zwischen verschiedenen Standardphase-Spannungen und den zu­ gehörigen Lastströmen für den Zustand ohne Isolationsver­ schlechterung.

Fig. 6a und 6b sind Zeigerdiagramme, die denen von Fig. 5a bzw. Fig. 5b entsprechen, jedoch für einen Zustand mit Iso­ lationsverschlechterung.

Fig. 7a bis 7c zeigen jeweils die Phasenverschiebung zwi­ schen einer von drei Standardphase-Spannungen und dem zuge­ hörigen Laststrom.

Fig. 8 ist ein Zeigerdiagramm, das Phasenbedingungen und Effektivstromstärke-Bedingungen veranschaulicht, wie sie un­ tersucht werden, um zu beurteilen, ob eine Isolationsver­ schlechterung vorliegt.

Fig. 9a bis 9c sind Zeigerdiagramme entsprechend denen der Fig. 7a bis 7c, jedoch für eine Isolationsverschlechterung an der Busleitung statt an einem Lastkabel.

Fig. 10 ist ein Zeigerdiagramm entsprechend dem von Fig. 8, jedoch für den Fall einer Isolationsverschlechterung am Bus statt einem Lastkabel.

Die in Fig. 1 enthaltene Vorrichtung 6 zum Erkennen einer Isolationsverschlechterung befindet sich in einem elektri­ schen Stromversorgungssystem bekannter Art, wie es einlei­ tend beschrieben wurde. Diese Vorrichtung ist an den geerde­ ten Potentialtransformator GPT und an die Nullphase-Strom­ transformatoren ZCT der einzelnen Schaltkreise angeschlos­ sen. Von den letzteren wird jeweils die Stärke I0 des Last­ stroms ausgegeben. Der geerdete Phasentransformator GPT lie­ fert die Leitungsspannung E12, aus der durch eine Phasen­ spannung-Umsetzschaltung 11 eine Standardphase-Spannung E ermittelt wird, die aus drei um jeweils 120° gegeneinander phasenverschobenen Standardphase-Spannungen E1, E2 und E3 besteht. Die Standardphase-Spannung E wird in eine Phasen­ vergleichsschaltung 13 eingegeben.

Der genannte sekundäre Nullphase-Strom I0 des Nullphase- Stromtransformators ZCT in jedem Schaltkreis wird über ein Netzfrequenz-Bandfilter 12 ebenfalls in die Phasenver­ gleichsschaltung 13 wie auch in eine Effektivwert-Berech­ nungsschaltung 14 eingegeben. In der Phasenvergleichsschal­ tung 13 wird die Standardphase-Spannung E phasenmäßig mit dem Nullphase-Strom für jede Phase verglichen.

In der Effektivwert-Berechnungsschaltung 14 wird der Effek­ tivwert des Netzfrequenz-Nullphase-Stroms berechnet, und dieser Effektivwert wird mit einem vorgegebenen Schwellen­ wert Ior verglichen.

In eine Verschlechterungsbeurteilungsschaltung 15 werden zwei Signale eingegeben, nämlich eines von der Effektivwert- Berechnungsschaltung 14, das anzeigt, ob der Effektivwert des Netzfrequenz-Nullphase-Stroms den Schwellenwert Ior überschreitet, und das Ausgangssignal der Phasenvergleichs­ schaltung 13, das anzeigt, ob die genannte Phasendifferenz innerhalb eines vorgegebenen Bereichs Θ liegt, wobei dieses Signal für jede Phase ausgegeben wird. Wenn die Verschlech­ terungsbeurteilungsschaltung erkennt, daß der genannte Effektivwert den genannten Schwellenwert überschreitet und daß zusätzlich für mindestens eine Phase die Phasenverschie­ bung zwischen der genannten Spannung und dem genannten Strom innerhalb des Bereichs Θ liegt, gibt sie ein Signal aus, das anzeigt, daß sie eine Isolationsverschlechterung erkannt hat.

Dieses Signal wird unter anderem an eine Maximalwert-Ver­ gleichsschaltung 16 ausgegeben, die ein entsprechendes Si­ gnal für alle Schaltkreise erhält. Sie beinhaltet für jeden Schaltkreis einen eingebauten Schalter, der durch das Aus­ gangssignal der Verschlechterungsbeurteilungsschaltung 15 aktiviert wird, woraufhin sie von der Effektivwert-Ver­ gleichsschaltung 14 den Effektivwert des genannten Stroms für den jeweiligen Schaltkreis einliest. Wenn für mehrere Schaltkreise eine Isolationsverschlechterung festgestellt wurde, werden demgemäß mehrere Effektivwerte eingelesen, und es wird letztendlich derjenige Schaltkreis als derjenige mit Isolationsverschlechterung bewertet, für den der Effektiv­ wert am größten ist. Dieses Ergebnis wird auf einer Anzeige 19 dargestellt.

Wie bereits ausgeführt, beurteilt die Verschlechterungsbeur­ teilungsschaltung 15 für jede Phase des Drehstroms, ob die Phasenverschiebung zwischen der jeweiligen Spannungs- und Stromkomponente innerhalb des Bereichs Θ liegt; außerdem nimmt sie die genannte Prüfung dahingehend vor, ob der Stromeffektivwert den genannten Schwellenwert überschrei­ tet. Das Beurteilungsergebnis wird für alle Phasen und Schaltkreise in eine gemeinsame Ausgangsschaltung 17 einge­ geben. Diese gemeinsame Ausgangsschaltung 17 gibt an die An­ zeige 19 ein Signal aus, das die Phase kennzeichnet, die von einer Isolationsverschlechterung betroffen ist. Vorzugsweise berücksichtigt die gemeinsame Ausgangsschaltung 17 noch das Ausgangssignal der Maximalwert-Vergleichsschaltung 16, das anzeigt, welcher Schaltkreis von der Isolationsverschlechte­ rung betroffen ist, um nur die betroffene Phase des betrof­ fenen Schaltkreises für die Anzeige auf der Anzeigeeinrich­ tung 19 auszuwählen.

Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm der Vorrichtung 6 zum Erken­ nen einer Isolationsverschlechterung.

Die Phasenspannung-Umsetzschaltung 11 erhält vom geerdeten Potentialtransformator GPT am Bus 3 die Leitungsspannung E12 und ermittelt daraus eine Standardphase-Spannung E, die aus drei Standardphase-Spannungen E1, E2 und E3 besteht, wobei die Spannung E1 den Absolutwert 1/√3 mit einer Phasenverzö­ gerung von 30° aufweist, und die Spannungen E2 und E3 eine Phasenverschiebung von jeweils 120° zur Spannung E1 einhal­ ten. Die Spannungen E1, E2 und E3 werden jeweils in einen Block in der Phasenvergleichsschaltung 13 eingegeben.

Der sekundäre Nullphase-Strom I0 vom Nullphase-Stromtrans­ formator ZCT in einem Schaltkreis wird auf das Netzfrequenz- Bandfilter 12 gegeben, durch das nur der Anteil mit Netz­ frequenz an die Blöcke der Phasenvergleichsschaltung 13 und die Effektivwert-Berechnungsschaltung 14 durchgelassen wird.

In jedem Block der Phasenvergleichsschaltung 13 wird die Phase des sekundären Nullphase-Stroms mit der Phase der je­ weiligen Standardphase-Spannung E1, E2 oder E3 verglichen. Wenn für eine Phase die Phasenverschiebung im vorgegebenen Bereich Θ liegt, wird ein Signal, das das Erfülltsein dieser Bedingung anzeigt, an ein zur jeweiligen Phase gehörendes UND-Gatter 15a in der Verschlechterungsvergleichsschaltung 15 ausgegeben.

Die Effektivwert-Berechnungsschaltung 14 berechnet den Ef­ fektivwert des sekundären Netzfrequenz-Nullphase-Stroms, und sie vergleicht diesen Effektivwert mit dem vorgegebenen Wert Ior, und wenn der Effektivwert den vorgegebenen Wert über­ schreitet, gibt sie ein Signal, das dies anzeigt, an den jeweils zweiten Eingang der drei UND-Gatter 15a.

Das Ausgangssignal eines der UND-Gatter 15a erfährt also dann eine Pegeländerung, wenn einerseits die Effektivwert- Berechnungsschaltung 14 anzeigt, daß der genannte Effektiv­ wert den genannten Schwellenwert überschritten hat, und wenn andererseits der zugehörige Block in der Phasenvergleichs­ schaltung 13 anzeigt, daß Strom und Spannung innerhalb eines vorgegebenen Phasenbereichs liegen. Die Ausgänge der UND- Gatter 15a sind auf die Eingänge eines ODER-Gatters 15b ge­ führt.

Die Maximalwert-Vergleichsschaltung 16 erhält für jeden Schaltkreis das Ausgangssignal des zugehörigen ODER-Gatters 16b. Dadurch erfährt sie, für welchen Schaltkreis oder für welche Schaltkreise die genannten Bedingungen, die eine Iso­ lationsverschlechterung anzeigen, erfüllt sind. Für jeden Schaltkreis, für den die Bedingungen erfüllt sind, liest sie von der Effektivwert-Berechnungsschaltung 14 den zugehörigen Stromeffektivwert ein. Sie vergleicht die Werte miteinander und wählt denjenigen Schaltkreis als Schaltkreis mit Isola­ tionsverschlechterung aus, für den der größte Stromeffektiv­ wert erhalten wird. Dieser Schaltkreis wird auf der Anzeige 19 angezeigt.

Um die von einer Isolationsverschlechterung betroffene Phase anzuzeigen, wird das Ausgangssignal der Maximalwert-Ver­ gleichsschaltung 16 auf UND-Gatter 17a in der gemeinsamen Ausgangsschaltung 17 ausgegeben. Für jeden Schaltkreis lie­ gen drei UND-Gatter 17a vor, nämlich jeweils eines für jede Phase. An seinem zweiten Eingang erhält jedes UND-Gatter 17a das Ausgangssignal des zur selben Phase gehörenden UND-Gat­ ters 15a, welches Ausgangssignal anzeigt, ob beide genannten Bedingungen erfüllt sind, die eine Isolationsverschlechte­ rung anzeigen. Liegt eine Isolationsverschlechterung für eine bestimmte Phase vor und gibt die Maximalwert-Ver­ gleichsschaltung 16 ein Signal aus, erfährt das Ausgangs­ signal derjenigen UND-Gatter 17a, die beide Signale am Ein­ gang erhalten, eine Pegeländerung. Die gemeinsame Ausgangs­ schaltung 17 enthält ferner drei ODER-Gatter 17b, nämlich jeweils eines für jede Phase, die an ihrem Eingang die Si­ gnale für eine jeweilige Phase für alle Schaltkreise erhal­ ten. Sind also in irgendeinem der Schaltkreise die Bedingun­ gen erfüllt, die eine Isolationsverschlechterung anzeigen, wird mit Hilfe der gemeinsamen Ausgangsschaltung 17 die zu­ gehörige Phase erkannt, und diese wird auf der Anzeigeein­ richtung 19 dargestellt.

Die Maximalwert-Vergleichsschaltung 16 und die UND-Gatter 17a können auch weggelassen werden. Dann erfolgt die Ver­ schlechterungsbeurteilung nur über die UND-Gatter 15a. Die Ausgangssignale dieser UND-Gatter werden direkt auf die ODER-Gatter 17b gegeben, um die betroffene Phase oder die betroffenen Phasen anzuzeigen. Da jedoch die Möglichkeit be­ steht, daß gleichzeitig von mehreren Schaltkreisen eine Iso­ lationsverschlechterung angezeigt wird und daß dies darüber hinaus unter Umständen für mehrere Phasen erfolgt, wird die Zuverlässigkeit der Beurteilung erhöht, wenn die Maximal­ wert-Vergleichsschaltung 16 und die UND-Gatter 17a zusätz­ lich verwendet werden.

Nachfolgend wird der Aufbau der in Fig. 3 dargestellten Last erläutert, um die Funktion der Vorrichtung 6 zum Erkennen einer Isolationsverschlechterung verständlich zu machen.

Vom Spannungstransformator 1 wird elektrische Spannung über den Trennschalter 2, den Bus 3 und einen jeweiligen Schalt­ kreis-Trennschalter 5 in einen Schaltkreis mit dem Strom­ transformator CT, dem Nullphase-Stromtransformator ZCT und einer Last gegeben, die aus dem Kabel 8 und dem Motor 9 be­ steht. Das Kabel 8 verfügt über eine statische Kapazität Cc gegen Erde hinsichtlich des Isolators zwischen dem mittleren Leiter 7 und dem geerdeten Gehäuse. Auch der Motor 9 verfügt über eine statische Kapazität Cm gegen Erde hinsichtlich des Isolators zwischen dem Stator 10 in jeder Phase und dem ge­ erdeten Gehäuse. Wie in Fig. 4 dargestellt, fließt aufgrund der statischen Kapazitäten Cc gegen Erde ein Leckstrom I0f. Der Leckstrom I0f gegen Erde fließt durch den Nullphase- Stromtransformator ZCT und wird dem Kabel 8 und dem Motor 9 zugeführt.

Der Leckstrom Ioc im Kabel 8 besteht nicht nur aus einem Ladestrom Icc für die genannte statische Kapazität Cc, was das Kabel betrifft, sondern auch aus einem Oberflächenleck­ strom Isc. Entsprechend gilt für den Leckstrom für den Motor 9, daß dieser aus einem Ladestrom Iom für die statische Ka­ pazität Cm und einem Oberflächenleckstrom Ism besteht. Ohne Isolationsverschlechterung besteht der Leckstrom I0f nur aus den durch die statischen Kapazitäten bedingten Ladeströmen Ioc und Iom für das Kabel 8 bzw. den Motor 9. Bei der fol­ genden Erläuterung entspricht der Leckstrom I0f gegen Erde dem Netzfrequenz-Nullphase-Strom.

Die Fig. 5(a) und 5(b) zeigen Phasenbeziehungen zwischen Spannungen und Strömen in einem Zustand ohne Isolationsver­ schlechterung. Wie aus Fig. 5(a) erkennbar, weist der Kapa­ zitätsladestrom Icc(Icm), wie er durch die statische Kapa­ zität des Isolators gegen Erde hervorgerufen wird, eine vor­ eilende Phase von 90° zur Standardphase-Spannung E auf. Der Oberflächenleckstrom Isc(Ism), der entlang der Oberfläche des Isolators fließt, ist in Phase mit der Standardphase- Spannung, und er ist normalerweise sehr klein, weswegen die gesamten Leckströme I0f1, I0f2, I0f3 (wie in Fig. 5(b) dar­ gestellt) gegen Erde in jeder Versorgungsleitung für die drei Standardphase-Spannungen E1, E2, E3 nahezu um 90° vor­ eilen, wobei die Vektorsumme für die drei Phasen der elek­ trischen Ströme I0f1, I0f2, I0f3 immer Null ist.

Wenn dagegen die Isolierung am Kabel 8 und/oder am Motor 9 verschlechtert ist, steigt der Oberflächenleckstrom Isc(Ism) an, und der gesamte Leckstrom Ioc(Iom) gegen Erde nähert sich der Phase der Standardphase-Spannung E an, wie in Fig. 6(a) dargestellt. Der Leckstrom I0f der Versorgungsleitung gegen Erde besteht aus den kombinierten Leckströmen I0f1, I0f2 und I0f3. Beim in Fig. 6(b) dargestellten Beispiel ist der Oberflächenleckstrom α als Anteil des Leckstrom I0f1 stark angewachsen, wodurch dieser Leckstrom I0f1 nicht mehr eine Phasenverschiebung von beinahe 90° zur Standardphase- Spannung E1 aufweist, sondern eine sehr viel kleinere Pha­ senverschiebung.

Die Fig. 7(a) bis 7(c) zeigen die Phasenbeziehungen zwischen den gegen Erde fließenden Leckströmen I0f1, I0f2 und I0f3, wie sie in der Primärwicklung des Nullphasen-Stromtransfor­ mators ZCT in jedem Schaltkreis fließen, und den Standard­ phase-Spannungen E1, E2 bzw. E3. Dabei zeigt Fig. 7(a) den Fall für eine verschlechterte Phasenleitung in einem Schalt­ kreis, während die Fig. 7(b) und 7(c) den Zustand für die nicht verschlechterten Leitungen in diesem Kreis zeigen. Aus der Figur ist erkennbar, daß der gegen Erde fließende Leck­ strom I0f1, wie er durch die Verschlechterung des elektri­ schen Isolators in der ersten Phasenleitung des verschlech­ terten Schaltkreises fließt, einen Einfluß auf eine nicht verschlechterte Phasenleitung hat, so daß es zu gegen Erde fließenden Leckströmen I0f2, I0f3 kommt, die eine Phase nahe an der zweiten Phase aufweisen. Jedoch ist die elektrische Stromstärke der Leckströme I0f2 und I0f3 gegen Erde klein.

Nachfolgend wird die Funktion der Vorrichtung 6 zum Erkennen einer Isolationsverschlechterung auf Grundlage der vorste­ henden Untersuchungsergebnisse erläutert. Wenn sich die Nullpunktspannung des geerdeten Potentialtransformators GPT ändert und sich damit die Standardphase-Spannungen E1, E2 und E3 ändern, wie sie aus der Leitungsspannung E12 vom Bus 3 erhalten werden, besteht keine Gefahr, daß sich die sekun­ däre Phasenspannung des geerdeten Potentialtransformators GPT ändert, wie beim Stand der Technik, und die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Erfassung werden verbessert.

Die tertiäre Nullphase-Spannung E0 des geerdeten Potential­ transformators GPT wird nicht verwendet, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist, weswegen eine durch diese Nullphase-Spannung E0 hervorgerufene Fehlbeurteilung vermie­ den wird und es zu einer Erkennungsgenauigkeit kommt, die eine größere Genauigkeit aufweist, als es der Schwankung der Restspannung entspricht.

Wenn die in Fig. 1 dargestellte Phasenvergleichsschaltung 13 erkennt, daß die Phasendifferenz zwischen dem Leckstrom I0f1 gegen Erde und der Standardphase-Spannung E1 einer ver­ schlechterten Phasenleitung in einem vorab vorgegebenen Be­ reich Θ liegt, wie er in Fig. 8 dargestellt ist, wird ein Signal, das dieses anzeigt, in die Verschlechterungsbeurtei­ lungsschaltung 15 eingegeben. Wenn der Leckstrom 10f1 gegen Erde den Schwellenwert Ior überschreitet, wie dies ebenfalls in Fig. 8 veranschaulicht ist, wird ein entsprechendes Si­ gnal ebenfalls in die Verschlechterungsbeurteilungsschaltung 15 von der Effektivwert-Berechnungsschaltung 14 aus eingege­ ben, die dieses Signal auch an die Maximalwert-Vergleichs­ schaltung 16 ausgibt.

Von der Effektivwert-Berechnungsschaltung 14 wird kein Ef­ fektivwert für die Leckströme I0f2 und I0f3 für die anderen Phasenleitungen, die phasenmäßig nahe bei der Sekundärphase liegen, ausgegeben, da diese Effektivwerte kleiner als der Schwellenwert Ior sind.

Demgemäß wird erkannt, daß die erste Phase die Phase mit Verschlechterung ist und daß die Leitung, die diese Phase führt, die Leitung mit Verschlechterung ist.

Der Bereich Θ als Vorgabewert für die Phasendifferenz zwi­ schen dem Leckstrom I0f1 gegen Erde und der Standardphase- Spannung E1 sollte zumindest auf die voreilende Seite einge­ stellt sein, jedoch ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Bereich Θ zur voreilenden und nacheilenden Seite einge­ stellt, um den Schaltungsaufbau zu vereinfachen.

Nachfolgend wird ein Verfahren erläutert, wie ein Erdschluß einer Leitung des Busses 3 erkannt werden kann.

Wenn ein Erdschluß einer Leitung im Bus 3 auftritt, wirkt der durch die statische Kapazität des Isolators hervorgeru­ fene Ladestrom gegen Erde als Ungleichgewichtskomponente für die Tertiärphase auf die Primärseite des Nullphase-Strom­ transformators ZCT, und die Leckströme I0f1, I0f2 und I0f3 gegen Erde werden für jede Phasenleitung aufgrund der Pha­ senbeziehungen erkannt, wie sie in den Fig. 9(a) bis 9(c) dargestellt sind.

Sowohl die Phasen der Spannungen als auch die Phasen der elektrischen Ströme dieser Leckströme I0f1, I0f2 und I0f3 gegen Erde ändern sich stark abhängig vom Ausmaß des Masse­ schlusses, wie in Fig. 10 dargestellt, und es wird der Er­ kennungswert Ior überschritten. Auch kann die Phasendiffe­ renz zwischen der Phase mit Erdschluß und der davon ver­ schiedenen Spannungsphase im Vorgabebereich Θ liegen, und zwar abhängig vom Ausmaß des Leckstroms gegen Erde, wie durch die Ungleichgewichtskomponente der Ladeströme gegen Erde der Phasenleitungen hervorgerufen.

Wenn jedoch die Phasen der Leckströme I0f1, I0f2, I0f3 gegen Erde für jede Leitung zur Übereinstimmung kommen, wie in Fig. 10 dargestellt, wird dieser Fall als ein solcher beur­ teilt, bei dem ein Fehler auf der Busseite aufgetreten ist. Durch eine in Fig. 1 dargestellte Schaltung 8 für gleichzei­ tigen Phasenvergleich für mehrere Leitungen wird durch einen Block 18a, wie er für jede Phase vorliegt, berechnet, ob vom UND-Gatter 15a für die zugehörige Phase ein Verschlechte­ rungsbeurteilungssignal ausgegeben wird. Die Ausgangssignale der drei Blöcke 18a für die jeweiligen Phasen werden auf ein in Fig. 2 dargestelltes ODER-Gatter 18b gegeben, um auf der Anzeigeeinrichtung 19 eine Busverschlechterung anzuzeigen, wenn für mehr als zwei Schaltkreise eine Verschlechterung für dieselbe Phase angezeigt wird.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Leitungsspan­ nung vom Bus 3 über den mit dem Bus 3 verbundenen geerdeten Potentialtransformator GPT geliefert, jedoch kann mit dem Bus 3 auch ein Potentialtransformator verbunden sein, damit die Leitungsspannung des Busses 3 von diesem Potentialtrans­ formator ausgegeben wird.

Wie vorstehend erläutert, wird bei der Erfindung die Phase des sekundären Nullphase-Stroms vom Nullphase-Stromtransfor­ mator in einem Schaltkreis mit der Standardphase-Spannung verglichen, die aus der Leitungsspannung auf dem Bus gewon­ nen wurde. Dadurch kann durch Spannungsänderungen, die klei­ ner sind als die Änderungen der tertiären Nullphase-Spannung des geerdeten Potentialtransformators, wie sie bei dessen Betrieb auftreten, die Verschlechterung einer elektrischen Isolierung erkannt werden, und es kann der Einfluß der sich ändernden Phasenspannung unberücksichtigt bleiben, und eine Isolierungsverschlechterung kann mit hoher Empfindlichkeit und Genauigkeit bereits in frühem Verschlechterungszustand erkannt werden.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Erkennen einer Isolationsverschlechte­ rung mit einem mit einer Spannungsversorgung (1) verbundenen Bus (3), mehrere mit dem Bus verbundenen und jeweils Lasten (8, 9) aufweisenden Versorgungsleitungen und jeweils mit den Versorgungsleitungen verbundenen Nullphase-Stromtransforma­ toren (ZCT),
gekennzeichnet durch
eine Phasenspannung-Vergleichsschaltung (11) zum Berechnen einer Standardphase-Spannung (E; E1, E2, E3) aus einer Lei­ tungsspannung (E12) des Busses (3),
einer Ermittlungseinrichtung (13, 14) zum Ermitteln, ob die Phasendifferenz zwischen der Standardphase-Spannung (E; E1, E2, E3) und einem sekundären Nullphase-Strom (I₀) eines der Nullphase-Stromtransformatoren (ZCT) innerhalb eines vor­ gegebenen Bereichs (Θ) und ob der sekundäre Nullphase-Strom (I₀) über einem vorbestimmten Schwellenwert (I_0R) liegt, und
eine Beurteilungseinrichtung (15) zum Erkennen einer Verschlechterung der mit der den Nullphase-Stromtransformator (ZCT) aufweisenden Versorgungsleitung verbundenen Last, wenn ein Ermittlungssignal von der Ermittlungseinrichtung (13, 14) erhalten wird.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlungseinrichtung eine Phasenvergleichsschaltung (13), um für jede Phase (E1, E2, E3) der Standardphase-Span­ nung (E) zu ermitteln, ob der Phasenunterschied zwischen der Standardphase-Spannung und dem sekundären Nullphase-Strom (I₀) des Nullphase-Stromtransformators (ZCT) innerhalb eines vorgegebenen Bereichs (Θ) liegt, und
eine Effektivwert-Berechnungsschaltung (14) zum Berech­ nen des Effektivwerts des Nullphase-Stroms (I₀) des Nullphase Stromtransformators und zum Vergleichen desselben mit dem vorbestimmten Schwellenwert (I_0R) aufweist,
wobei die Beurteilungsschaltung (15), die die Ausgangs­ signale von der Phasenvergleichsschaltung (13) und der Effek­ tivwert-Berechnungsschaltung (14) erhält, um dann eine Isola­ tionsverschlechterung zu ermitteln, wenn der genannte Effek­ tivwert den Schwellenwert überschreitet und gleichzeitig für mindestens eine Phase der Phasenunterschied innerhalb des vorgegebenen Bereichs liegt.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Maximalwert-Vergleichsschaltung (16), die die Aus­ gangssignale der Beurteilungseinrichtung (15) und der Ermitt­ lungseinrichtung (13, 14) erhält, und die diejenige Versor­ gungsleitung als von einer Isolationsverschlechterung betrof­ fenen bestimmt, für die der höchste Stromeffektivwert unter den Versorgungsleitungen, für die die Beurteilungseinrichtung (15) eine Verschlechterung anzeigt, vorliegt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekenn­ zeichnet durch eine Vergleichsschaltung (18) zum gleichzeiti­ gen Untersuchen von Isolationsverschlechterungen in mehreren Versorgungsleitungen für jeweils dieselbe Phase, um dann eine Isolationsverschlechterung des Busses (3) zu ermitteln, wenn in mindestens zwei Versorgungsleitungen eine Isolationsver­ schlechterung für dieselbe Phase ermittelt wird.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Anzeigeeinrichtung (19) zum Anzeigen der Isolationsver­ schlechterung des Busses (3) auf der Grundlage des Ausgangssi­ gnals der Vergleichsschaltung (18).

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekenn­ zeichnet durch mehrere Potentialtransformatoren (GPT), die jeweils mit dem Bus (3) verbunden sind, um die Leitungsspan­ nung (E12) zuzuführen.