Bei einem bekannten Verfahren gemäß der US-PS 4 638 242 erfolgt eine ungeregel- te Netzeinspeisung von sinusförmigen Meßsignalen (vorzugsweise zwei). Der ohm- sche Isolationswiderstand wird unter Ausnutzung der Phasenbeziehung zwischen Meßsignalspannung und Meßsignalstrom bestimmt und durch phasenrichtige Gleich- richtung aus dem Meßsignalstrom ermittelt. Hierbei handelt es sich um eine sehr komplexe Methode, die zu großen Fehlern führen kann. Zum einen kann beim Ein- satz von realen Übertragern in der Praxis der Einfluss von Parametern wie Wick- lungswiderständen, Eisenverlusten, Wirbelstromverlusten, Streuinduktivitäten, Wick- lungskapazitäten usw. nicht vernachlässigt werden. Je nach Ableitung gegen Erde verändern sich sowohl die Amplitude als auch die Phase der eingespeisten Meßsig- nalspannung gegen Erde, und dies unterschiedlich für verschiedene Signalfrequen- zen. Bei schwankenden und zusätzlich recht großen Netzableitkapazitäten im Netz ist die Bestimmung von geringen ohmschen Ableitungen bei diesem Verfahren nur mit großen Fehlern möglich, da die tatsächlich im Netz vorhandene Meßsignalspannung von der eingespeisten Signalspannung deutlich abweichen kann.

In geerdeten Versorgungs-oder Steuernetzen werden die verschiedenen Bereiche der elektrischen Sicherheit überwiegend durch den Einsatz differenzstrommessender Einrichtungen abgedeckt. Unterschieden wird hierbei zwischen abschaltenden Feh- lerstrom-Schutzeinrichtungen (RCD) und nicht abschaltenden Differenzstromüberwa- chungsgeräten (RCM). Als funktional abzudeckende Bereiche können der Personen- schutz, der Anlagenschutz, der Brandschutz, die Sicherstellung der Stromversorgung und die vorbeugende Instandhaltung genannt werden. Mit dem Einsatz differenz- strommessender Einrichtungen für die oben beschriebenen Aufgaben sind die fol- genden Problemfälle technisch nicht oder unzureichend gelöst : 1. In Drehstromnetzen können bestimmte Kombinationen von ohmschen und kapazitiven Ableitungen (z. B. auch symmetrische ohmsche Ableitungen) dazu führen, daß der von der differenzstrommessenden Einrichtung erfaßbare Differenzstrom na- hezu Null wird, obwohl ein unzulässig hoher Fehlerstrom über die ohmsche Ableitung fließt. Je nach Fehlerfall liegt hier ein Problem im Personenschutz, Brandschutz oder im Anlagenschutz vor.

2. Der im"Gut-Zustand"des zu überwachenden Netzes vorhandene kapazitive Ableitstrom liegt bereits über dem zulässigen Grenzwert für den Fehlerstrom (ohm- sche Ableitung). Als Lösung wird an der differenzstrommessenden Einrichtung als Grenzwert ein Wert eingestellt, der der arithmetischen Summe aus vorhandenem Ableitstrom und Fehlerstromgrenzwert entspricht. Da sich kapazitive Ableitungen und ohmsche Ableitungen jedoch nicht arithmetisch, sondern geometrisch addieren, ist der daraus entstehende Fehler teilweise sehr groß. Diese Lösung ist unzureichend und nur akzeptabel, solange keine bessere Lösung existiert.

3. Immer häufiger kommen in den Versorgungsnetzen Verbraucher zum Einsatz, die hinter Gleichrichter-und/oder Wechselrichter-Schaltungen liegen. Beispiele hier- für sind Schaltnetzteile und Frequenzumrichter. Hinter dem Gleichrichter entstehende Ableitungen gegen Erde werden durch die differenzstrommessenden Einrichtungen, zwar fallabhängig, jedoch überwiegend mit sehr großen Fehlern erfaßt.

Die bisherige Praxis mit differenzstrommessenden Einrichtungen besteht darin, einen von der Netzspannung getriebenen Ableit-oder Fehlerstrom zu erfassen und bei Überschreiten eines Grenzwertes eine definierte Aktion (Abschaltung, Meldung) aus- zulösen. In der EP 0 990 292 B1 wird ein Verfahren zur selektiven Erfassung von Ableit-und Fehlerströmen beschrieben. In günstigen Netzkonstellationen ist hiermit eine Teillösung des unter 2 beschriebenen Problems möglich. Die unter 1 und 3 be- schriebenen Probleme werden hierdurch jedoch nicht gelöst.

Daher wird nach einer mit einer Signaleinspeisung arbeitenden besseren Methode gesucht, den ohmschen Isolationswiderstand gegen Erde zu bestimmen. Daraus können beispielsweise über die Netzspannungsamplitude andere Kenngrößen abge- leitet werden, wie z. B. der maximal zu erwartende Fehlerstrom oder die maximal zu erwartende Wirkleistung.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein mit einer Signal- einspeisung arbeitendes Verfahren der im Oberbegriff genannten Art so auszubilden, daß der ohmsche Isolationswiderstand sicher und genau ermittelt werden kann.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich ein Verfahren der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen dieses An- spruchs aufgeführten Merkmale aus, nämlich dadurch, daß an einer beliebigen Einspeisestelle des Wechselstromnetzes in alle Netzleiter desselben ein an der Einspeisestelle zumindest weitgehend auf Rechteckform gere- geltes Gleichtakt-Spannungssignal gegen Erde eingespeist wird, daß an einer beliebigen Meßstelle hinter der Einspeisestelle der Differenzstrom aller Netzleiter erfaßt wird, daß aus dem erfaßten Differenzstrom direkt oder indirekt der durch das eingespeiste Gleichtakt-Spannungssignal erzeugte Differenzstrom-Meßsignalanteil durch Filterung bestimmt wird, daß an der Meßstelle das dort an den Netzleitern anstehende Gleichtakt-Spannungs- signal gegen Erde erfaßt wird, daß aus dem so erfaßten Gleichtakt-Spannungssignal der auf dem eingespeisten Gleichtakt-Spannungssignal beruhende Gleichtakt-Spannungssignalanteil durch Filte- rung bestimmt wird und daß dann, wenn der Differenzstrom-Meßsignalanteil nach Erreichen des Einschwing- zustandes vom Umladevorgang der Ableitkapazitäten zwischen den Netzleitern und Erde auf das eingespeiste Gleichtakt-Spannungssignal im wesentlichen unverändert bleibt, der ohmsche Anteil des Isolationswiderstandes zwischen den Netzleitern und Erde durch Quotientenbildung zwischen dem momentanen Gleichtakt- Spannungssignalanteil an der Meßstelle und dem momentanen Differenzstrom- Meßsignalanteil an der Meßstelle bestimmt wird.

Ein solches Verfahren ermöglicht ein sehr zuverlässiges und genaues Bestimmen des ohmschen Isolationswiderstandes, weil der erfaßte Differenzstrom- Meßsignalanteil im eingeschwungenen Zustand nur hiervon abhängt, und zwar we- gen der dann vorhandenen Konstanz des Gleichtakt-Spannungssignalanteils. Dieses Verfahren arbeitet aufgrund der Differenzstrommessung richtungsselektiv und erfaßt nur Isolationsfehler hinter der Meßstelle. Dadurch ist eine gezielte Überwachung be- stimmter Netzabschnitte möglich. Das Verfahren arbeitet auch dann einwandfrei, wenn eine Gleichstromüberlagerung durch angeschlossene Verbraucher, wie Fre- quenzumrichter, erfolgt.

Das Verfahren ist grundsätzlich nicht nur auf geerdete Wechselstromnetze be- schränkt, sondern kann auch in geerdeten DC-Netzen oder in geerdeten DC-Netzen mit AC-Anteil eingesetzt werden.

Die Weiterbildung von Anspruch 2 ist bevorzugt, weil eine transformatorische Ein- speisung besonders einfach ist. Grundsätzlich könnten jedoch auch andere Lösun- gen eingesetzt werden.

Gemäß den Ansprüchen 3 und 4 ist eine vielseitige Einspeisung des Gleichtakt- Spannungssignals an verschiedenen Stellen des Wechselstromnetzes möglich.

Die weiteren Ausgestaltungen der Ansprüche 5 bis 7 ermöglichen eine wirksame Störunterdrückung durch Signalmittelung in einem geeigneten Zeitfenster. Dadurch können Meßfehler vermieden werden.

Nach Anspruch 8 können digitale Filtertechniken eingesetzt werden, die genau und störunanfällig arbeiten.

Gemäß den Ansprüchen 9 und 10 ist es in einfacher Weise möglich, ferner die durch den Isolationsfehler begründete Wirkleistung und den maximalen Fehlerstrom zu bestimmen.

In weiterer Ausgestaltung der Ansprüche 11 und 12 können auch komplizierte und verzweigte Wechselstromnetze bezüglich ihrer verschiedenen Bereiche gezielt über- wacht werden. Theoretisch wäre es auch möglich, mehrere Einspeisestellen mit ver- schiedenen Gleichtakt-Spannungssignalen einzusetzen, beispielsweise in verschie- denen Netzzweigen. Dann aber müßte an den Meßstellen zwischen den verschiede- nen Gleichtakt-Spannungssignalen unterschieden werden.

Nach den Ansprüchen 13 und 14 können zum Erfassen der Gleichtakt-Spannungs- signale an den Einspeise-und Meßstellen einfache Widerstandssternpunkte benutzt werden. Alternativ kann es gemäß Anspruch 15 bei Ausfall einer Netzphase oder bei einphasigen Netzen vorteilhaft sein, die Gleichtaktspannung zwischen dem N-Leiter und Erde zu verwenden.

Während die Maßnahme von Anspruch 16 erforderlich ist, um eine einwandfreie Sig- nalfilterung und-auswertung zu gewährleisten, haben sich die Merkmale von An- spruch 17 als besonders zweckmäßig erwiesen, um Offsetströme und Offsetspan- nungen zu unterdrücken.

Die Weiterbildungen der Ansprüche 18 und 19 haben sich im praktischen Betrieb bewährt.

Die Erfindung wird nachfolgend an zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 in einem vereinfachten Blockschaltbild eine zum Durchführen des Ver- fahrens dienende Isolationsüberwachungseinrichtung mit alternativen Einspeisungsmöglichkeiten direkt in alle Netzleiter oder indirekt über die Sternpunkterdung des zu überwachenden Wechselstromnetzes, Fig. 2 eine bezüglich des zu überwachenden Wechselstromnetzes detaillierte- re und bezüglich der Isolationsüberwachungseinrichtung aus Fig. 1 ver- einfachte Gesamtansicht mit einer Einspeisung direkt in alle Netzleiter des zu überwachenden Wechselstromnetzes, Fig. 3 eine schematische Gesamtansicht mit einer zentralen Einspeisung di- rekt in alle Netzleiter und mit dezentralen Meßstellen in verschiedenen Zweigen des zu überwachenden Wechselstromnetzes und Fig. 4 eine schematische Gesamtansicht mit einer zentralen Einspeisung über die Sternpunkterdung und mit dezentralen Meßstellen in verschiedenen Zweigen des zu überwachenden Wechselstromnetzes.

Gemäß den Figuren 1 bis 4 ist ein über eine Netzeinspeisung 12 spannungsversorgtes Drehstromnetz 10 mit den Netzleitern L1 (Phase), L2 (Phase), L3 (Phase), N (Nulleiter) über eine Sternpunkterdung 11 mit Erde (PE) verbunden. Das Drehstromnetz 10 hat gemäß den Fig. 1 und 2 beispielhaft nur einen Netzzweig und gemäß den Fig. 3 und 4 beispielhaft zwei Netzzweige. An jeden Netzzweig ist im vorliegenden Fall eine Last 14 angeschlossen.

Das Drehstromnetz 10 hat prinzipiell eine gemischt kapazitive und ohmsche Netzablei- tung zwischen den Netzphasen L1, L2, L3 und Erde PE. Die Netzableitung ist zeichne- risch beispielhaft wie folgt vereinfacht symbolisiert : In Fig. 1 durch CA und RF-in Fig.

2 durch CA1, CA2, CA3 für die einzelnen Netzphasen L1, L2, L3 und durch RF für die Netzphase L1-in den Fig. 3 und 4 durch RF1 sowie RF2 für jeweils eine Netzphase der beiden Netzzweige.

Ein in den Fig. 1 und 2 allgemein mit 38 bezeichnetes Isolationsüberwachungsgerät arbeitet in der Weise, daß auch im Betrieb des geerdeten Wechselstromnetzes 10 eine sichere und genaue Bestimmung des ohmschen Isolationswiderstandes RF möglich ist.

Eine Einspeisestelle 16 für ein von dem Isolationsüberwachungsgerät 38 einzuspei- sendes rechteckförmiges Gleichtakt-Spannungssignal gegen Erde PE kann an beliebi- ger Stelle des Wechselstromnetzes 10 liegen, wie in dessen Sternpunkterdung 11 (Fig.

1 und 4)-also direkt am Netzanfang-oder hinter dessen Netzeinspeisung 12 (Fig. 1, 2,3). Die Einspeisestelle 16 kann sich auch direkt an der Netzeinspeisung 12 befin- den.

Gemäß Fig. 1 kann die Einspeisung des Gleichtakt-Spannungssignals beispielsweise transformatorisch erfolgen. Hierbei ist für den Fall einer Einspeisung in der Sternpunkt- erdung 11 nur eine Einspeisewicklung 22 erforderlich, während in allen anderen Ein- speisefällen jeweils vier Einspeisewicklungen 22 für alle Netzleiter einschließlich Nullei- ter, also für L1, L2, L3 und N, benötigt werden.

Ein Generator 20 erzeugt ein über die Einspeisewicklung bzw.-wicklungen 22 einzu- speisendes Gleichtakt-Spannungssignal gegen Erde PE und sorgt durch geeignete Regelungsvorgänge dafür, daß das an der Einspeisestelle 16 am Wechselstromnetz 10 anstehende Gleichtakt-Spannungssignal gegen Erde PE im wesentlichen rechteck- förmig ist. Hierunter wird ein Signal verstanden, daß zumindest zwischen seinen Flan- kenbereichen weitgehend konstant ist. Zu diesem Zweck wird dem Generator 20 über einen Spannungs-oder Netzleiterabgriff 24, wie einen Widerstandssternpunkt, ein Ein- gangssignal zugeführt, das dem an der Einspeisestelle 16 an den Netzleitem L1, L2, L3 und N anstehenden eingespeisten Gleichtakt-Spannungssignal gegen Erde PE ent- spricht. Falls dieses Eingangssignal von der Rechteckform abweicht, erfolgt durch den Generator 20 eine entsprechende Nachregelung der Einspeisung.

An einer hinter der Einspeisestelle 16 liegenden Meßstelle 18 des Wechselstromnet- zes 10 wird der Differenzstrom Al aller Netzleiter L1, L2, L3 und N durch einen Diffe- renzstrommesser 28 erfaßt. In einem mit digitalen Filtertechniken arbeitenden Bewer- ter 34 für den erfaßten Differenzstrom werden aus diesem alle nicht zum eingespeisten Gleichtakt-Spannungssignal gehörigen Komponenten ausgefiltert. Der Bewerter 34 sorgt somit dafür, daß auf direktem oder indirektem Wege der durch das eingespeiste Gleichtakt-Spannungssignal erzeugte Differenzstrom-Meßsignalanteil durch Filterung bestimmt wird.

An der Meßstelle 18 wird an den Netzleitern über einen Spannungs-oder Netzleiter- abgriff 30, wie einen Widerstandssternpunkt, ein Eingangssignal abgegriffen, das dem an der Meßstelle 18 an den Netzleitem tatsächlich anstehenden Gleichtakt- Spannungssignal gegen Erde PE entspricht und einem Bewerter 32 zugeführt wird.

Gemäß Fig. 1 kann bei unmittelbar benachbarten oder zusammenfallenden Einspeise- und Auswertestellen 16,18 ein gemeinsamer Spannungs-oder Netzleiterabgriff 24/ 30, wie Widerstandssternpunkt, benutzt werden. Es ist jedoch im Unterschied zu der Ausführungsform aus Fig. 1 auch möglich, beispielsweise bei weiter auseinanderlie- genden Einspeise-und Auswertestellen 16,18 an diesen völlig getrennte, mit separa- ten Spannungs-oder Netzleiterabgriffen 24/30 arbeitende Geräteteile vorzusehen, die keine verbindenden Steuerleitungen benötigen.

In dem im vorliegenden Fall ebenfalls mit digitalen Filtertechniken arbeitenden Bewer- ter 32 für das erfaßte Gleichtakt-Spannungssignal an der Meßstelle 18 werden aus diesem Signal alle nicht zum eingespeisten Gleichtakt-Spannungssignal gehörigen Komponenten ausgefiltert. Der Bewerter 32 sorgt somit dafür, daß auf direktem oder indirektem Wege der auf dem eingespeisten Gleichtakt-Spannungssignal gegen Erde PE beruhende Gleichtakt-Spannungssignalanteil gegen Erde PE durch Filterung be- stimmt wird.

In einem an die Bewerter 32,34 angeschlossenen Widerstandsauswerteglied 36 wird aus dessen Eingangssignalen der ohmsche Isolationswiderstand RF bestimmt. Hierzu wird vorzugsweise jeweils ein Zeitfenster bestimmt, in dem der Differenzstrom- Meßsignalanteil nach Erreichen des Einschwingzustandes vom Umladevorgang der Ableitkapazitäten CA zwischen den Netzleitern und Erde auf das eingespeiste Gleich- takt-Spannungssignal im wesentlichen unverändert bleibt. Das Bestimmen dieses Zeit- fensters kann durch Auswertung des Verlaufs des Ausgangsignals vom Bewerter 34, also des Differenzstrom-Meßsignalanteils, direkt erfolgen. Das Zeitfenster kann statt- dessen auch indirekt in einfacher Weise dadurch bestimmt werden, daß unter Zugrun- delegung des zeitlichen Verlaufs des Ausgangsignals vom Bewerter 32 für das Gleich- takt-Spannungssignal die Flankenbereiche durch vorgegebene feste Zeitdifferenzen ausgespart werden.

Innerhalb des Zeitfensters werden die Ausgangssignale des Bewerters 34, alternativ auch des Bewerters 32, gemittelt, um Störgrößen auszuschalten. Die Größe des gege- benenfalls gemittelten Ausgangssignals des Bewerters 32 wird dann durch die Größe des gemittelten Ausgangssignals des Bewerters 34 dividiert, um als Ergebnis den ohmschen Isolationswiderstand RF zu erhalten.

Mit Hilfe des so ermittelten ohmschen Isolationswiderstandes RF können die durch den Isolationsfehler und die Netzspannungskomponenten begründeten Größen der Wirk- leistung und des maximalen Fehlerstroms bestimmt werden.

Die von der Netzfrequenz abweichende Frequenz des eingespeisten rechteckförmigen Gleichtakt-Spannungssignals darf mit Rücksicht auf die erforderlichen Filterungen nicht mit Oberwellen der Netzfrequenz übereinstimmen. Ferner sollte sie mit Rücksicht auf eine wirksame Störunterdrückung möglichst klein sein, damit längere Zeitfenster ent- stehen, während derer der Differenzstrom-Meßsignalanteil im wesentlichen konstant ist. Andererseits kann die Frequenz insbesondere im Falle einer transformatorischen Einspeisung auch nicht zu klein gewählt werden. In der Praxis hat sich bei einer Netz- frequenz von 50 Hz für das einzuspeisende Gleichtakt-Spannungssignal eine Fre- quenz von 175 Hz bewährt.

Die Größe des einzuspeisenden rechteckförmigen Gleichtakt-Spannungssignals ge- genüber Erde PE kann weitgehend beliebig gewählt werden. Grundsätzlich hat es sich als zweckmäßig erwiesen, ein gegen Erde abwechselnd positives und negatives Gleichtakt-Spannungssignal einzuspeisen. Bei der auswertenden Quotientenbildung können dann als momentaner Gleichtakt-Spannungssignalanteil an der Meßstelle des- sen Spitzen-Spitzen-Amplitude und als momentaner Differenzstrom-Meßsignalanteil an der Meßstelle dessen Spitzen-Spitzen-Amplitude benutzt werden. Die bei der Quotien- tenbildung berücksichtigten Spitzen-Spitzen-Amplituden können wie zuvor beschrieben gemittelt sein, um Störsignale zu unterdrücken. In der Praxis hat sich eine Spannung von + und-10 V gegenüber Erde bewährt.

Es wird nochmals darauf verwiesen, daß das geschilderte Verfahren grundsätzlich nicht nur auf geerdete Wechselstromnetze beschränkt ist, sondern auch in geerdeten DC-Netzen oder in geerdeten DC-Netzen mit AC-Anteil eingesetzt werden kann.