TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erfassen eines Isolationswiderstands einer an einen geteilten Zwischenkreis angeschlossenen Gleichspannungsquelle und auf eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens. Genauer bezieht sich die Erfindung auf ein Ver- fahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 und auf eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 14.

Der Zwischenkreis kann insbesondere ein Zwischenkreis am Eingang eines Wechselrichters sein, über den die Gleichspannungsquelle an ein Wechselstromnetz angeschlossen ist. Die Gleichspannungsquelle kann eine Batterie sein, die über einen bidirektionalen Wechselrichter an das Wechselstromnetz angeschlossen ist. Über den bidirektionalen Wechselrichter kann dann sowohl Strom aus der Batterie in das Wechselstromnetz als auch Strom aus dem Wechselstromnetz in die Batterie fließen. Die Gleichspannungsquelle kann ebenso ein Photovoltaik- generator sein, um unidirektional Strom in das Wechselstromnetz einzuspeisen.

Bei jeder an ein Stromnetz angeschlossenen Gleichspannungsquelle ist es zur Funktions- und Sicherheitsüberwachung wichtig, den Isolationswiderstand der Gleichspannungsquelle regelmäßig zu erfassen. Von besonderem Interesse sind dabei Verfahren, die dieses Erfassen im Netzparallelbetrieb ermöglichen, d. h. ohne notwendige Unterbrechung des Stromflusses zwischen der Gleichspannungsquelle und dem Stromnetz. Dies gilt in besonderem Maße dann, wenn ein Wechselrichter, über den die Gleichspannungsquelle an ein Wechselstromnetz ange- schlossen ist, als Netzbildner für das Wechselstromnetz vorgesehen ist. STAND DER TECHNIK

Aus der DE 10 2012 104752 B3 sind ein Verfahren zur Messung eines Isolationswiderstands für einen Wechselrichter und ein Wechselrichter mit einer Vorrichtung zum Messen eines Isolationswiderstands bekannt. Bei dem Verfahren und der Vorrichtung wird ein zwischen den Schalt- elementen einer Halbbrücke des Wechselrichters liegender Mittelpunkt durch Schließen eines Erdschalters mit einem Erdungspunkt verbunden. Der mit dem Erdungspunkt verbundene Mittelpunkt wird mittels der Schaltelemente der Halbbrücke nacheinander mit den beiden ungeerdeten Polen einer an der Halbbrücke anliegenden Zwischenkreisspannung des Wechselrichters verbunden, und der über diese Verbindung zu dem Erdungspunkt fließende Strom wird gemessen. Das bekannte Verfahren und die Vorrichtung des bekannten Wechselrichters sind nicht zum Messen des Isolationswiderstands im Netzparallelbetrieb des Wechselrichters geeignet, weil sie von den Schaltelementen der Halbbrücke des Wechselrichters in einer von deren Verwendung im Netzparallelbetrieb abweichenden Weise Gebrauch machen.

Aus der DE 102018 126235 A1 ist eine Isolationswiderstandsmessung in einem Wechselrichter bekannt, der einen Gleichspannungszwischenkreis und eine an den Gleichspannungszwischen- kreis angeschlossene Brückenschaltung zum Treiben eines Wechselstroms über einen Brückenmittelpunkt aufweist. Der Brückenmittelpunkt wird mit einem Erdungspunkt verbunden, und der mit dem Erdungspunkt verbundene Brückenmittelpunkt wird mittels der Brückenschaltung nacheinander mit zwei spannungsverschiedenen Punkten des ungeerdeten Gleichspannungs- zwischenkreises verbunden. Dabei wird ein von den beiden spannungsverschiedenen Punkten zu dem Erdungspunkt fliegender Strom gemessen. Die beiden spannungsverschiedenen Punkte des ungeerdeten Gleichspannungszwischenkreises werden derart aus einer Gruppe von Punkten ausgewählt, dass die zwischen den beiden spannungsverschiedenen Punkten und Erde anliegenden elektrischen Spannungen einen vorgegebenen Grenzwert nicht überschreiten. Die Gruppe der Punkte, aus der diese Auswahl erfolgt, umfasst neben den beiden Endpunkten mindestens einen Zwischenspannungspunkt des ungeerdeten Gleichspannungszwischenkreises. Auf diese Weise wird eine sichere Isolationswiderstandsmessung auch dann ermöglicht, wenn der Gleichspannungszwischenkreis auf eine Zwischenkreisspannung aufgeladen ist, die eine nominelle Spannungsfestigkeit von Schaltelementen der Brückenschaltung des Wechselrichters und insbesondere von Hardware-Komponenten der Messschaltung deutlich überschreitet. Im laufenden Betrieb des Wechselrichters, insbesondere in seinem Netzparallelbetrieb ist aber auch diese bekannte Isolationswiderstandsmessung nicht möglich. Aus der der vorliegenden Erfindung nächstkommenden WO 2014/079775 A1 ist ein Verfahren zur Messung des Isolationswiderstands eines Gleichspannungseingangs eines laufenden transformatorlosen Wechselrichters, der an einem Wechselspannungsausgang mit vorgegebenem Erdbezug einen Wechselstrom ausgibt, und von an den Gleichspannungseingang angeschlos- senen Gleichspannungsquellen gegenüber Erde bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird ein periodisches Prüfspannungssignal mit einer geringeren Frequenz als derjenigen des Wechselstroms so gegenüber dem vorgegebenen Erdbezug des Wechselspannungsausgangs generiert, dass es bei dem laufenden Wechselrichter auf die Spannung am Gleichspannungseingang aufmoduliert wird. Ein durch das Prüfspannungssignal hervorgerufener Erdstrom wird erfasst. Das periodische Prüfspannungssignal wird entweder mit einer gesonderten Spannungsquelle zwischen dem Wechselspannungsausgang des Wechselrichters und seinem Erdbezug oder mit dem Wechselrichter selbst gegenüber dem Erdbezug seines Wechselspannungsausgangs generiert. Im letzteren Fall wird das Prüfspannungssignal durch Modifikation von Ansteuersignalen für eine Wechselrichterbrücke des Wechselrichters erzeugt. In jedem Fall weist das Prüfspannungs- Signal eine Frequenz auf, die mindestens um einen Faktor 5 und häufig um einen Faktor 10 kleiner ist als diejenige des Wechselstroms, die der laufende Wechselrichter an seinem Wechselspannungsausgang ausgibt. Der durch das Prüfspannungssignal hervorgerufene Erdstrom wird an dem Wechselspannungsausgang des Wechselrichters als Teil einer Stromsumme über dem Wechselspannungsausgang erfasst. Die Stromsumme wird mit einem Summenstromwandler oder durch Messen der Ströme durch einzelne Leitungen und Aufsummieren dieser Ströme erfasst. Durch zusätzliche Messung einer an dem Gleichspannungseingang gegenüber Erde anliegenden Gesamtspannung kann der Isolationswiderstand aus dem Prüfspannungssignal und der Stromsumme bestimmt werden. Dieses bekannte Verfahren ist zwar grundsätzlich im Netzparallelbetrieb durchführbar, greift aber dennoch unmittelbar in den Betrieb des Wechselrichters ein, was zumindest bei einer gleichzeitigen Netzbildung mit dem Wechselrichter störend ist.

AUFGABE DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erfassen eines Isolationswiderstands einer an einen geteilten Zwischenkreis angeschlossenen Gleichspannungsquelle und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens aufzuzeigen, die einen soweit ungestörten Stromfluss von der Gleichspannungsquelle ermöglichen, dass ein eingangsseitig an den Zwischenkreis angeschlossener Wechselrichter zur ununterbrochenen Netzbildung eines an seinen Ausgang angeschlossenen Wechselstromnetzes einsetzbar ist. LOSUNG

Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den abhän gigen Patentansprüchen definiert.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erfassen eines Isolationswiderstands einer an einen geteilten Zwischenkreis angeschlossenen Gleichspannungsquelle wird ein Mittelpunkt- potential der Gleichspannungsquelle durch unterschiedlichen Betrieb von zwei Spannungs stellern, über die die Gleichspannungsquelle jeweils an einen von zwei Teilen des geteilten Zwischenkreises angeschlossen ist, gegenüber einem Spannungsmittelpunkt des geteilten Zwischenkreises zwischen seinen zwei Teilen verschoben. Dabei wird eine aus der Verschiebung des Mittelpunktpotentials resultierende Änderung eines Differenzstroms über alle Leitungen erfasst, die einen über den Zwischenkreis fließenden Strom von der Gleichspannungsquelle führen.

Mit dem Mittelpunktpotential verschiebt sich auch jedes andere elektrische Potential der Gleich spannungsquelle gegenüber dem Spannungsmittelpunkt des Zwischenkreises und damit auch gegenüber Erde. Ein fester Erdbezug des Zwischenkreises hat dabei zwar Einfluss auf die Ver- Schiebung der elektrischen Potentiale gegenüber Erde, ein fester Erdbezug des Zwischenkreises ist aber keine Voraussetzung dafür, dass diese Verschiebung überhaupt auftritt. Hingegen dürfen die beiden Pole der Gleichspannungsquelle bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens keinen direkten Erdbezug aufweisen.

Insbesondere wenn eine Topologie mit zwei Spannungsstellern, über die die Gleichspannungs- quelle jeweils an einen von zwei Teilen eines geteilten Zwischenkreises angeschlossen ist, bereits vorhanden ist, kann das erfindungsgemäße Verfahren ohne oder mit nur mit geringem apparativen Aufwand durchgeführt werden. Ohne weitere Maßnahmen kann das erfindungsgemäße Verfahren zwar zu einer Asymmetrie bei der Aufladung der beiden Teile des geteilten Zwischenkreises führen; diese Asymmetrie stellt aber eine netzbildende Funktion eines eingangsseitig an den Zwischenkreis angeschlossenen Wechselrichters nicht grundsätzlich in Frage. Außerdem kommt es für das erfindungsgemäße Verfahren nicht darauf an, dass die beiden Teile des geteilten Zwischenkreises unterschiedlich aufgeladen werden. Ganz im Gegenteil kann der Zwischenkreis auch während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens fortlaufend symmetriert werden. Dazu können Unterschiede zwischen Teilspannungen, die über den beiden Teilen des geteilten Zwischenkreises abfallen, auch während des unterschiedlichen Betriebs der beiden Spannungssteller aktiv fortlaufend ausgeglichen werden.

Die aus dem unterschiedlichen Betrieb der beiden Spannungssteller resultierende Potentialverschiebung des Mittelpunktpotentials gegenüber dem Spannungsmittelpunkt des Zwischenkreises geht bei festem Erdbezug des Spannungsmittelpunkts mit einer gleich großen Potentialverschiebung gegenüber Erde einher. Die Potentialverschiebung entspricht dann unmittelbar einer Spannungsdifferenz, die mit der Änderung des Differenzstroms über den Isolationswiderstand verknüpft ist und so dessen Erfassung ermöglicht. Aber auch ohne festen Erdbezug geht mit der Potentialverschiebung gegenüber dem Spannungsmittelpunkt des Zwischenkreises eine Potentialverschiebung des Mittelpunktpotentials gegenüber Erde einher.

Die resultierende Änderung des Differenzstroms kann an verschiedenen Stellen über alle Leitun- gen erfasst werden, die den über den Zwischenkreis fließenden Strom von der Gleichspannungsquelle führen. Dabei ist mit "allen Leitungen" ein vollständiger Satz von Leitungen gemeint, die den über den Zwischenkreis fließenden Strom von der Gleichspannungsquelle führen. Insbesondere kann es sich dabei um alle Ausgangsleitungen der Gleichspannungsquelle selbst oder alle Ausgangsleitungen des Zwischenkreises oder alle Ausgangsleitungen eines eingangsseitig an den Zwischenkreis angeschlossenen Wechselrichters oder auch alle Leitungen an einer dazwischen oder danach liegenden Stelle handeln.

Um die Spannung des Mittelpunktpotentials der Gleichspannungsquelle gegenüber dem Spannungsmittelpunkt des Zwischenkreises zu erfassen, können Spannungen zwischen beiden Polen der Spannungsquelle und dem Spannungsmittelpunkt gemessen werden. Die halbe Differenz von Beträgen der beiden Spannungen ist die Spannung zwischen dem Mittelpunktpotential und dem Spannungsmittelpunkt des Zwischenkreises. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die aus dem unterschiedlichen Betrieb der beiden Spannungssteller resultierende Potentialverschiebung des Mittelpunktpotentials von Interesse. Diese kann als Änderung der halben Differenz der Beträge der beiden Spannungen erfasst werden.

Bei festem Erdbezug des Zwischenkreises, und damit insbesondere bei geerdetem Spannungs- mittelpunkt des Zwischenkreises, kann der Isolationswiderstand als Quotient der Potentialverschiebung und der resultierenden Änderung des Differenzstroms berechnet werden. Bei einem Zwischenkreis in einem IT-Netz ohne festen Erdbezug ergibt sich hingegen als Quotient der Potentialverschiebung und der resultierenden Änderung des Differenzstroms eine Isolationswiderstandssumme, wie weiter unten noch näher erläutert werden wird. Um Einflüsse von Blindwiderstandsanteilen des Isolationswiderstands auszuschließen, kann der Isolationswiderstand bzw. die Isolationswiderstandssumme auch als Quotient eines Integrals eines Quadrats eines Momentanwerts der Potentialverschiebung über einen Zeitraum, über den das Mittelpunktpotential der Gleichspannungsquelle verschoben wird, und eines Integrals eines Produkts des Momentanwerts der Potentialverschiebung und eines Momentanwerts der resultie- renden Änderung des Differenzstroms über denselben Zeitraum berechnet werden. Dies entspricht in Formelform mit dem Isolationswiderstand Riso, dem Momentanwert der Potentialverschiebung u(t), dem Momentanwert der resultierenden Änderung des Differenzstroms i(t) und dem Zeitraum T: R _iso = mit U ² = ^/ ₍ ^tn+r u ² (t)dt und P = ^ ^n+T u(t i(t ) dt. Gegenüber der verbalen Beschreibung ist der sich herauskürzende Faktor 1/T mit der Dauer T des Zeitraums, über den das Mittelpunktpotential der Gleichspannungsquelle verschoben wird, hinzugekommen. Damit entspricht U dem Effektivwert der Potentialverschiebung und P einer Wirkleistung des aus der Potentialverschiebung resultierenden Erdstroms.

Alternativ kann der Isolationswiderstand bzw. die Isolationswiderstandssumme als Quotient eines Integrals eines Produkts des Momentanwerts der Potentialverschiebung und eines Momentan- werts der resultierenden Änderung des Differenzstroms über einen Zeitraum, über den das Mittelpunktpotential der Gleichspannungsquelle verschoben wird, und eines Integrals eines Quadrats des Momentanwerts der resultierenden Änderung des Differenzstroms über denselben Zeitraum berechnet werden. In Formelform entspricht dies R _iso = mit P · i(t) dt und I ² = - f ^tn+r i ² (t)dt. Hier ist I somit der Effektivwert der resultierenden Änderung des Differenzstroms.

T t _n Bei dem Zwischenkreis in einem IT-Netz kann zusätzlich eine aus dem Verschieben des Mittelpunktpotentials der Gleichspannungsquelle resultierende Spannungsänderung einer Erdspannung zwischen dem Spannungsmittelpunkt des Zwischenkreises und Erde erfasst werden, wozu diese Erdspannung vor und während des Verschiebens des Mittelpunktpotentials zu messen ist. Der Isolationswiderstand und ein IT-Netzisolationswiderstand, deren Summe die Isolationswiderstandssumme ist, können dann aus der Beziehung

IT-Netzisolationswiderstand / Isolationswiderstandssumme = Spannungsänderung / Potentialverschiebung bestimmt werden. Auch hier werden vorzugsweise Effektivwerte der Spannungsänderung bzw. Potentialverschiebung oder entsprechende Integrale von Momentanwerten der Spannungsänderung und der Potentialverschiebung über denselben Zeitraum, über den das Mittelpunktpotential der Gleichspannungsquelle verschoben wird, als die Spannungsänderung und die Potentialverschiebung verwendet.

Bei dem Zwischenkreis in einem IT-Netz können die Potentialverschiebung und die aus dem Verschieben des Mittelpunktpotentials der Gleichspannungsquelle resultierende Spannungsänderung der Erdspannung zwischen dem Spannungsmittelpunkt des Zwischenkreises und Erde auch jeweils zweimal gemessen werden, und zwar einmal, wenn einem IT-Netzisolationswider- stand ein Referenzwiderstand bekannter Größe parallelgeschaltet ist, und einmal, wenn dem IT- Netzisolationswiderstand der Referenzwiderstand nicht parallelgeschaltet ist. Dann lassen sich der IT-Netzisolationswiderstand und der besonders interessierende Isolationswiderstand unter Verwendung der bekannten Größe des Referenzwiderstands aus der Isolationswiderstandssumme ermitteln.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Mittelpunktpotential zum Erfassen des Isolationswiderstands um einen konstanten Wert gegenüber dem Spannungsmittelpunkt des Zwischenkreises verschoben werden. Das Mittelpunktpotential kann aber auch periodisch und insbesondere sinusförmig verschoben werden. Wenn ein Wechselrichter eingangsseitig an den Zwischenkreis angeschlossen ist, ist es dann bevorzugt, dass das Mittelpunktpotential periodisch mit einer Periodenlänge verschoben wird, die mindestens 10-mal und vorzugsweise mindestens 100-mal so lang ist wie eine Periodenlänge eines von dem Wechselrichter ausgegebenen Wechselstroms. Einflüsse des Wechselstroms auf die Bestimmung des Isolationswiderstands werden damit ebenso vermieden wie nicht kompensierbare Einflüsse des erfindungsgemäßen Verfahrens auf den Betrieb des Wechselrichters.

Bereits angesprochen wurde, dass der Isolationswiderstand mit dem erfindungsgemäßen Verfahren im Netzparallelbetrieb, insbesondere im Netzparallelbetrieb eines einen Wechselstrom in ein Wechselstromnetz ausgebenden Wechselrichters erfasst werden kann. Dabei kann das Wechselstromnetz, an das der Wechselrichter ausgangsseitig angeschlossen ist, mit dem Wechselrichter gestellt werden. Eine Umkehrung der Energieflussrichtung von der Wechselspannungsquelle über den Wechselrichter ist ebenfalls möglich. Selbst bei einer solchen umgekehrten Energieflussrichtung ist das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar. Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem geteilten Zwischenkreis, der zwei Teile und einen Spannungsmittelpunkt zwischen den zwei Teilen aufweist, mit zwei Eingangsanschlüssen für zwei Pole einer Gleichspannungsquelle, mit zwei Spannungsstellern, die jeweils eingangsseitig an einen der beiden Eingangsanschlüsse und ausgangsseitig an einen der beiden Teile des Zwischenkreises angeschlossen sind, mit einer Steuereinrichtung für die beiden Spannungssteller und mit einer Differenzstromerfassungseinrichtung zum Erfassen eines Differenzstroms über alle Leitungen, die einen über den Zwischenkreis fließenden Strom von der Gleichspannungsquelle führen, ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, in einem Isolationswiderstandsmessmodus ein Mittelpunktpotential einer an die Eingangsanschlüsse angeschlossenen Gleichspannungsquelle durch unterschiedlichen Betrieb der beiden Spannungssteller gegenüber dem Spannungsmittelpunkt des Zwischenkreises zu verschieben, und ist die Differenzstromerfassungseinrichtung dazu ausgebildet, eine aus dem Verschieben des Mittelpunktpotentials der Gleichspannungsquelle resultierende Änderung des Differenzstroms zu erfassen. An die beiden Teile des geteilten Zwischenkreises können auch mehrere Gleichspannungsquellen über jeweils zwei separate Spannungssteller angeschlossen sein. Dann kann für jede dieser Gleichspannungsquellen das erfindungsgemäße Verfahren mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung separat durchgeführt werden.

Die Differenzstromerfassungseinrichtung kann dazu ausgebildet und angeschlossen sein, den Differenzstrom über alle Leitungen zwischen den Eingangsanschlüssen und dem Zwischenkreis und/oder alle Ausgangsleitungen des Zwischenkreises und/oder alle Ausgangsleitungen eines eingangsseitig an den Zwischenkreis angeschlossenen Wechselrichters zu erfassen. Dabei kann die Differenzstromerfassungseinrichtung einen Summenstromwandler aufweisen. Alternativ kann die Differenzstromerfassungseinrichtung die einzelnen Ströme durch die einzelnen Leitungen erfassen und aufaddieren.

Die Spannungsmesseinrichtungen können dazu ausgebildet und angeschlossen sein, Spannun- gen zwischen beiden Eingangsanschlüssen und dem Spannungsmittelpunkt des Zwischen kreises zu messen.

Ein Zwischenkreissymmetrierer der Vorrichtung kann dazu ausgebildet und angeschlossen sein, Unterschiede zwischen zwei Teilspannungen, die über den beiden Teilen des geteilten Zwischen kreises abfallen, auszugleichen. Der Spannungsmittelpunkt des Zwischenkreises kann geerdet sein, um einen festen Erdbezug des Zwischenkreises zu bewirken.

Ohne festen Erdbezug des Zwischenkreises kann eine zweite Spannungsmesseinrichtung dazu ausgebildet und angeschlossen sind, eine Erdspannung zwischen dem Spannungsmittelpunkt des Zwischenkreises und Erde zu messen. Weiterhin können ein Schalter und ein Referenzwider- stand bekannter Größe zwischen einer der spannungsführenden Ausgangsleitungen, insbeson dere einer der spannungsführenden Ausgangsleitungen eines eingangsseitig an den Zwischen kreis angeschlossenen Wechselrichters, und einem Erdanschluss in Reihe geschaltet sein.

Ein Wechselrichter der Vorrichtung kann eingangsseitig an den Zwischenkreis angeschlossen sein. Dieser Wechselrichter kann dazu ausgebildet sein, ein ausgangsseitig an ihn angeschlos- senes Wechselstromnetz zu stellen. Ein eingangsseitig an den Zwischenkreis angeschlossener Wechselrichter kann auch ein bidirektionaler Stromrichter sein. Damit kann die Vorrichtung zum Anschließen einer Batterie an ein Wechselstromnetz ausgebildet sein.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Be schreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Hinsichtlich des Offenbarungsgehalts - nicht des Schutzbereichs - der ursprünglichen Anmel dungsunterlagen und des Patents gilt Folgendes: Weitere Merkmale sind den Zeichnungen - insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung - zu entnehmen. Die Kombina- tion von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehun gen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausfüh rungsformen der Erfindung entfallen, was aber nicht für die unabhängigen Patentansprüche des erteilten Patents gilt.

Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs "mindestens" bedarf. Wenn also beispielsweise von einer Gleichspannungsquelle die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau eine Gleichspannungsquelle, zwei Gleichspannungsquellen oder mehr Gleichspannungsquellen vorhanden sind. Die in den Patentansprüchen angeführten Merkmale können durch weitere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, die das jeweili- ge Verfahren oder die jeweilige Vorrichtung aufweist.

Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Um fangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungs beispiele weiter erläutert und beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße, einen Wechselrichter umfassende Vorrichtung angeschlossen an ein externes Wechselstromnetz mit geerdetem Nullleiter. Fig.2 zeigt eine erfindungsgemäße, einen Wechselrichter umfassende Vorrichtung angeschlossen an ein IT-Netz.

Fig.3 ist ein erstes Ersatzschaltbild der Vorrichtung gemäß Fig. 2 zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig.4 zeigt ein Detail von Fig. 3, wobei ein nach Erde führender Schalter der Vorrichtung geöffnet ist.

Fig.5 zeigt das Detail gemäß Fig. 4 mit geschlossenem Schalter.

FIGURENBESCHREIBUNG

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung 1 weist einen geteilten Zwischenkreis 2 mit zwei Teilen 3 und 4 und einem Spannungsmittelpunkt 5 auf. Die zwei Teile 3 und 4 des Zwischenkreises 2 weisen jeweils eine vorzugsweise gleiche Kapazität auf, die durch jeweils mindestens einen Kondensator 6 bereitgestellt wird. An den Zwischenkreis 2 ist eine Gleichspannungsquelle 7 angeschlossen, bei der es sich hier um eine Batterie 8 handelt. Konkret ist jeder der beiden ungleichnamigen Pole 9 und 10 der Gleichspannungsquelle 7 über einen Spannungssteller 11 bzw. 12 an einen der beiden Teile 3 bzw. 4 des Zwischenkreises 2 angeschlossen. Dabei sind die Spannungssteller 11 und 12 jeweils auch an den Spannungsmittelpunkt 5 angeschlossen. Weiterhin ist für den Zwischenkreis 2 ein Zwischenkreissymmetrierer 13 vorgesehen, der eine gleiche Aufladung der Teile 3 und 4 und damit gleiche Spannungen über den Teilen 3 und 4 des Zwischenkreises 2 fortlaufend sicherstellt. Ein Wechselrichter 14 ist eingangsseitig an den Zwischenkreis 2 ange- schlossen. Ausgangsseitig ist der Wechselrichter 14 über einen Netzschalter 15 an ein Wechsel stromnetz 16 angeschlossen. Dabei ist der Spannungsmittelpunkt 5 über einen Nullleiter N des Wechselstromnetzes 16 mit Erde 17 verbunden. Um einen Isolationswiderstand Riso der Gleich spannungsquelle 7 gegenüber Erde 17 zu erfassen, wird in einem Isolationswiderstandsmess modus einer Steuereinrichtung 34 der Vorrichtung 1 durch unterschiedlichen Betrieb der beiden Spannungssteller 11 und 12 ein Mittelpunktpotential eines Potentialmittelpunkts 18 der Gleichspannungsquelle 7 gegenüber dem Spannungsmittelpunkt 5 des Zwischenkreises 2 und damit gegenüber Erde 17 verschoben. Eine mit dieser Potentialverschiebung U_delta einhergehende Änderung l_delta eines Differenzstroms über alle Leitungen, die einen über den Zwischenkreis 2 fließenden Strom von der Gleichspannungsquelle 7 führen, wird erfasst. Der Isolationswiderstand Riso ergibt sich dann als Quotient aus U_delta und l_delta. Auch wenn der Isolationswiderstand Riso in Fig. 2 und den folgenden Figuren exemplarisch an dem Potentialmittelpunkt 18 der Gleichspannungsquelle 7 eingezeichnet ist, können ein Isolationsfehler und ein resultierender Fehlerstrom über einen endlichen Isolationswiderstand Riso gegen Erde an jedem Punkt zwischen den beiden Polen 9 und 10 der Gleichspannungsquelle 7 auftreten. Unabhängig vom Ort ihres Auftretens wird der Isolationsfehler bzw. der resultierende Fehlerstrom bei Anwendung der vorliegenden Erfindung registriert. Da das Potential aller Punkte der Gleichspannungsquelle 7 in dem Isolationswiderstandsmessmodus der Steuereinrichtung 34 in gleichem Maße gegenüber dem Spannungsmittelpunkt 5 des Zwischenkreises 2 und damit gegenüber Erde 17 verschoben wird, hat der tatsächliche räumliche Ort auf den ermittelten Isolationswiderstand Riso keinen Einfluss. Insbesondere können Isolationsfehler an mehreren verschiedenen Stellen der Gleichspannungsquelle 7 auftreten, oder ein Isolationsfehler kann über einen Bereich der Gleichspannungsquelle 7 räumlich verteilt sein. Beides kann aber durch einen räumlich konzentrierten äquivalenten Insolationswiderstand Riso beschrieben werden kann, der dann wie in den Figuren dargestellt am Potentialmittelpunkt 18 der Gleichspannungsquelle angenommen werden kann. Die vorliegende Erfindung ist daher in keiner Weise auf die Messung des Isolationswiderstands Riso am Ort des Potentialmittelpunkts 18 der Gleichspannungsquelle beschränkt.

Um die Potentialverschiebung U_delta zu bestimmen, werden mit Spannungsmesseinrichtungen in Form von zwei Voltmetern 19 und 20 Spannungen zwischen Eingangsanschlüssen 21 und 22 der Vorrichtung 1 , an die die Pole 9 und 10 der Gleichspannungsquelle angeschlossen sind, und dem Spannungsmittelpunkt 5 gemessen. Die aus dem unterschiedlichen Betrieb der beiden Spannungssteller 11 und 12 resultierende Potentialverschiebung U_delta ergibt sich dann als Änderung einer halben Differenz von Beträgen der beiden gemessenen Spannungen. Zur Erfas- sung des Differenzstroms bzw. der aus der Potentialverschiebung U_delta resultierenden Änderung des Differenzstroms sind zwei Möglichkeiten in Fig. 1 angedeutet. Einmal sind Amperemeter 23 und 24 vorgesehen, die die Ströme durch Leitungen 25 und 26 zwischen den Eingangsanschlüssen 21 und 22 und den Spannungswandlern 11 und 12 messen, die zu den Teilen 3 und 4 des Zwischenkreises 2 führen. Der Differenzstrom ist die Abweichung der Summe dieser Ströme oder der Differenz der Beträge dieser Ströme von null. Weiterhin zeigt Fig. 1 einen Summenstromwandler 27, der eine Stromsumme über alle Ausgangsleitungen 28 und 29 des Wechselrichters 14, über die der Wechselrichter 14 an das Wechselstromnetz 16 angeschlossen ist, erfasst. Der Summenstromwandler 27 gibt direkt den Differenzstrom aus, dessen Änderung l_delta aus der Potentialverschiebung U_delta resultiert.

Vorzugsweise wird der Isolationswiderstand Riso wie folgt aus einem Quotienten eines Quadrats des Effektivwerts von U_delta und der Wirkleistung des über den Isolationswiderstand Riso fließenden Stroms l_delta oder dieser Wirkleistung und einem Quadrat des Effektivwerts des Stroms l_delta bestimmt, wobei ein Zeitraum T von einem Vielfachen der Periodenlänge des von dem Wechselrichter 14 ausgegebenen Wechselstroms zugrunde gelegt wird und wobei u(t) und i(t) die Momentanwerte von U_delta und l_delta sind:

1 f tn+T

P = - u(t) i(t) dt 1 ^J t _n U ² = -

T ^J tn ^n+T u ² {t)dt oder I ² = - T ^J ft ^t n ^n+r i ² (t)dt

Die Potentialverschiebung U_delta muss nicht auf einen festen Wert führen, sondern kann auch einen niederfrequenten Sinusverlauf aufweisen. Die Periodenlänge dieses Sinusverlaufs ist vorzugsweise um ein Vielfaches größer als die Periodenlänge des von dem Wechselrichter 14 ausgegebenen Wechselstroms.

Der unterschiedliche Betrieb der Spannungswandler 11 und 12, um die Potentialverschiebung U_delta hervorzurufen, würde grundsätzlich eine asymmetrische Aufladung des Zwischenkreises 2 über seine beiden Teile 3 und 4 bewirken. Dies kann jedoch durch den Zwischenkreissym- metrierer 13 verhindert werden, so dass der Betrieb des Wechselrichters 14 durch die Messung des Isolationswiderstands Riso unter Hervorrufen der Potentialverschiebung U_delta nicht beeinträchtigt wird. Insbesondere ist ein unterbrechungsfreier Netzparallelbetrieb des Wechselrichters 14 möglich, einschließlich eines unterbrechungsfreien Stehens des Wechselstromnetzes 16 durch den Wechselrichter 14.

Bei der Vorrichtung gemäß Fig. 1 weist der Zwischenkreis 2 bei geschlossenem Netzschalter 15 einen festen Erdbezug auf, indem der Spannungsmittelpunkt 5 des Zwischenkreises 2 geerdet ist. Hierdurch erfolgt die Potentialverschiebung U_delta gegenüber Erde. Bei einem Zwischenkreis 2 in einem IT-Netz ohne Erdbezug, wie in Fig. 2 gezeigt, führt die Potentialverschiebung U_delta auch zu einer Verschiebung des Potentials des Spannungsmittelpunkts 5 gegenüber Erde 17. Diese Verschiebung wird gemäß Fig. 2 erfasst, indem eine Erdspannung zwischen dem Spannungsmittelpunkt 5 des Zwischenkreises 2 und Erde 17 mit einem Voltmeter 30 gemessen wird. Ansonsten unterscheidet sich die Vorrichtung 1 gemäß Fig. 2, die zum Anschluss an ein IT-Netz 31 , d. h. an ein Wechselstromnetz 16 ohne festen Erdbezug vorgesehen ist, durch eine Reihenschaltung eines Referenzwiderstands Rs bekannter Größe und eines Schalters 32 zwischen einer der spannungsführenden Ausgangsleitungen 28 des Wechselrichters 14 und Erde 17. Ein in Fig. 2 weiterhin dargestelltes Voltmeter 33 ist optional. Die Potentialverschiebung U_delta ergibt sich auch bei der Vorrichtung 1 gemäß Fig. 2 aus der halben Differenz der Beträge der mit den Voltmetern 19 und 20 gemessenen Spannungen. Bei offenem Schalter 32 entspricht der Quotient von U_delta und der hieraus resultierenden Änderung des mit den Amperemetern 23 und 24 oder dem Differenzstromwandler 27 erfassten Differenzstroms, wobei dieser Quotient wie oben unter Verwendung von Effektivwerten bzw. der Wirk- leistung bestimmt werden kann, hier einer Isolationswiderstandssumme aus dem Isolationswiderstand Riso und einem IT-Netzisolationswiderstand Riso_AC. Dies ist anhand von Fig. 3 nachzuvollziehen, in der der Zwischenkreis 2, die Spannungswandler 11 und 12 mit der Steuereinrichtung 35, der Zwischenkreissymmetrierer 13 und die Voltmeter 19 und 20 der Vorrichtung 1 in einer Einheit 35 zusammengefasst sind und in der der Wechselrichter 14 im zeitlichen Mittel als Kurzschluss betrachtet wird. Die Potentialverschiebung U_delta von hier angenommen 220 V fällt dann abhängig von der Größe des Isolationswiderstands Riso von hier angenommen 100 kQ und des Netzisolationswiderstands Riso_AC von hier angenommen 300 kQ in den angegebenen Anteilen von 55 V und 165 V über dem Isolationswiderstand Riso und dem IT-Netzisolations- widerstand Riso_AC ab. Wie aus der Darstellung gemäß Fig. 4 deutlich wird, kann durch die Messung der Erdspannung mit dem Voltmeter 30 bei offenem Schalter 32 der Spannungsabfall über dem IT-Netzisolations- widerstand Riso_AC gemessen und damit aus der Isolationswiderstandssumme auch der Isolationswiderstand Riso bestimmt werden. Bei geerdeten Netzen gibt es keinen Netzisolationswiderstand, oder anders gesagt ist Riso_AC sehr klein und entsprechend fällt hierüber nur sehr wenig Spannung ab. Entsprechend ist hier die Isolationswiderstandssumme im Wesentlichen gleich dem Isolationswiderstand der Gleichspannungsquelle Riso. Umgekehrt kann bei sehr hohem IT-Netzisolationswiderstand Riso_AC und entsprechend hohem Spannungsabfall über Riso_AC eine genaue Bestimmung von Riso allein aufgrund der mit dem Voltmeter 30 gemes senen Erdspannung ungenau sein. Dann kann der Schalter 32 gemäß Fig.5 geschlossen werden, wodurch dem Netzisolationswiderstand Riso_AC der Referenzwiderstand Rs mit bekannter Größe von hier 200 kQ parallelgeschaltet wird. Damit steigt der Spannungsabfall über Riso hier auf 100 V und entsprechend der Anteil des Isolationswiderstands an der Isolations widerstandssumme an. So kann unter Verwendung des bekannten Referenzwiderstands Rs der Isolationswiderstand der Gleichspannungsquelle 7 Riso auch bei einem IT-Netz 31 mit hohem Netzisolationswiderstand Riso_AC bestimmt werden, ohne das IT-Netz 31 hart zu erden.

BEZUGSZEICHENLISTE

Vorrichtung

Zwischenkreis

Teil des Zwischenkreises 2

Teil des Zwischenkreises 2

Spannungsmittelpunkt des Zwischenkreises 2

Kondensator

Gleichspannungsquelle

Batterie

Pol der Gleichspannungsquelle 7

Pol der Gleichspannungsquelle 7

Spannungswandler

Spannungswandler

Zwischenkreissymmetrierer

Wechselrichter

Netzschalter

Wechselstromnetz

Erde

Potentialmittelpunkt

Voltmeter

Voltmeter

Eingangsanschluss

Eingangsanschluss

Amperemeter

Amperemeter

Leitung

Leitung

Summenstromwandler

Ausgangsleitung

Ausgangsleitung

Voltmeter

IT-Netz

Schalter

Voltmeter

Steuereinrichtung

Einheit