WOLFF, Gerhard (Hardenkamp 7, Extertal, 32699, DE)
| Patentansprüche 1. Verfahren zur Fremdstromdetektion in einem Stromversorgungssystem (10), das mindestens ein elektrisches Gerät (16), ein Stromnetz (14) mit Leitungspfaden (18, 20) zur Versorgung des Geräts (16) und eine zentrale elekt¬ rische Einspeisevorrichtung (12) zum Einspeisen elektrischer Leistung in das Stromnetz (14) aufweist, wobei die Einspeisevorrichtung (12) an einem ersten der Leitungspfade (18) angeschlossen ist, an dem ein Bezugspotential (cpl) anliegt und an mindestens einem zweiten der Leitungspfade (20) angeschlossen ist, an dem ein Potential (cp2) zum Generieren eines Betriebsstroms durch das Gerät (16) anliegt, wobei der erste Leitungs¬ pfad (18) mittels eines definierten Erdungsabzweigs (22) eines unmittelbar an die Einspeisevorrichtung (12) angeschlossenen und sonst unverzweigten Anschlussabschnitts (26) des ersten Leitungspfads (18) geerdet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Fremdstrom durch einen Vergleich des Betriebsstroms mit einem den Erdungsabzweig (22) durchfließenden Erdungsschlussstrom ermittelt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Ermittlung des Betriebsstroms durch Strommessung an mindestens einem unmittelbar an der Einspeisevorrichtung (12) angeschlossenen und sonst unverzweigten weiteren Anschlussabschnitts (44) des zweiten Leitungspfads (20) erfolgt. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei für den Vergleich eine zum Erdungsschlussstrom proportionale erste Größe und eine zum ermittelten Betriebsstrom proportionale zweite Größe bestimmt wird und der Vergleich durch Differenzbildung dieser beiden Größen erfolgt. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Vergleich mittels einer Komparatorschaltung (48) mit einem Komparator (52) erfolgt. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein einen Schwellenwert überschreitendes Ver¬ gleichsergebnis des Vergleichs eine Signalausgabe und/oder eine Sicherheitsmaßnahme des Stromversorgungs¬ systems (10) auslöst. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Stromversorgungssystem (10) ein Gleichspannungssystem ist, bei dem die Potentialdifferenz zwischen dem Potential zum Generieren des Stromflusses (cp2) und dem Bezugspotential (cpl) im Wesentlichen kon¬ stant ist. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Stromversorgungssystem (10) ein Wechselspannungssystem ist, bei dem das Bezugspotential ein Neut¬ ralleiterpotential und das mindestens eine Potential zum Generieren des Stromflusses ein um das Bezugspotential periodisch variierendes Phasenpotential ist. 8. Vorrichtung (40) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch, - einen Allstrom-sensitiven Sensor (42) zur Bestimmung des den Erdungsabzweig (22) durchfließenden ErdungsschlusStroms , - eine Einrichtung (46) zur Strommessung an dem mindestens einen weiteren Anschlussabschnitt (44) des zweiten Leitungspfads (20) und zur Ermittlung des Betriebs¬ stroms daraus und - eine Komparatorschaltung (48) mit einer Einrichtung (50) zur Bestimmung der zum Erdungsschlussstrom proportionalen ersten Größe und der zum ermittelten Betriebsstrom proportionalen zweiten Größe und mit einem Kompa- rator (52) zum Vergleichen der beiden Größen. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Einrichtung (50) zwei Spannungsteiler (54, 56) aufweist, deren Ausgänge mit Eingängen des Komparators (52) signaltechnisch verbunden sind. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei diese eine Auswerteeinheit (58) zur Auswertung der Vergleichsgröße durch Vergleich mit einem vorgebbaren Schwellenwert (S) aufweist . Vorrichtung einem der nach Ansprüche 8 bis 10, wobei die Vorrichtung (40) zur Detektion in einem Dynamik- Bereich von 0 Hz bis mindestens 2 kHz geeignet ist. Vorrichtung einem der nach Ansprüche 8 bis 11, wobei die Vorrichtung (40) eingerichtet ist, das Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 12 durchzu¬ führen . Einspeise- und Fremdstromdetektionsvorrichtung, die die Einspeisevorrichtung (12) und die Vorrichtung (40) zur Fremdstromdetektion nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 12 aufweist. |
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fremdstromdetekti ¬ on in einem Stromversorgungssystem, das mindestens ein elektrisches Gerät, ein Stromnetz mit Leitungspfaden zur Versorgung des Geräts und eine zentrale elektrische
Einspeisevorrichtung zum Einspeisen elektrischer Leistung in das Stromnetz aufweist, wobei die Einspeisevorrichtung an einem ersten der Leitungspfade angeschlossen ist, an dem ein Bezugspotential anliegt und an mindestens einem zweiten der Leitungspfade angeschlossen ist, an dem ein Potential zum Generieren eines Betriebsstroms durch das Gerät an ¬ liegt, wobei der erste Leitungspfad mittels eines definier ¬ ten ersten Erdungsabzweigs eines unmittelbar an die
Einspeisevorrichtung angeschlossenen und sonst
unverzweigten Anschlussabschnitts des ersten Leitungspfads geerdet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrich ¬ tung zur Durchführung des Verfahrens. In unterschiedlichen Anwendungsbereichen werden Stromversorgungssysteme eingesetzt, deren Bezugspotential einmal mit Erde verbunden ist. So sind z. B. 24 Volt DC-Systeme mit positivem Potential zum Generieren eines Betriebsstroms und geerdetem negativem Potential als Bezugspotential weit verbreitet. Weiterhin sind beispielsweise auch 230 Volt AC- Systeme bekannt, bei denen das am Neutralleiter anliegende Bezugspotential (Neutralleiterpotential) an mindestens ei ¬ ner Stelle geerdet ist (TN- oder TT-Systeme) . In Anwendungen von Gleichspannungsversorgungen beliebiger Art, die mit geerdetem Bezugspotential (z. B. negativem Po ¬ tential) betrieben werden, ist festgestellt worden, dass Mehrfacherdungen des Bezugspotentials Ursache für unzuläs ¬ sige Beeinflussungen und Betriebsstörungen bis hin zur Zer- Störung von an diesen Systemen angeschlossenen Geräten beziehungsweise der Einspeisevorrichtung auftreten können. In Folge dieser Mehrfacherdungen können systemfremde Gleichströme oder Wechselströme beliebiger Frequenz (kurz: Fremd- ströme) leitungsgeführt (galvanisch) in das Stromversorgungssystem eindringen und sich den Betriebsgrößen überlagern. Stromversorgungssysteme dieser Art verfügen nicht ge ¬ nerell über Überwachungsmechanismen, die kritische Mehrfacherdungen im Moment des Entstehens offenbaren. Multiple Erdungen des Bezugspotentials bleiben so in den meisten Fällen zunächst unentdeckt.
Bisher sind zur Detektion von Fremdströmen Systemlösungen bekannt, die den definierten Erdungsabzweig des ersten Lei- tungspfades auf einen Stromfluss des Erdungsschlussstroms hin überwachen. Diese Überwachungseinrichtungen erfassen im Idealfall Allstrom-sensitiv Gleich- und/oder Wechselströme.
Fließen aufgrund vorhandener zusätzlicher Erdverbindungen des über den Erdungsabzweig bereits geerdeten Bezugspotentials Ströme durch die Erdverbindungen und den ersten Leitungspfad oder auch überlagert durch das nicht geerdete Po ¬ tential zur Betriebsstromgenerierung, hervorgerufen z. B. durch Potentialdifferenzen im geerdeten Potentialaus- gleichssystem der Anlage oder durch Inbetriebnahme der Einspeisevorrichtung selbst, erfasst die zuvor genannte Überwachungseinrichtung diesen Strom. Sobald ein fest eingestellter Schwellenwert überschritten wird, erfolgt eine Signalisierung .
Dieses Detektionsverfahren hat jedoch den Nachteil, dass in der Praxis auftretende unvermeidbare überlagerte Wechsel ¬ ströme, hervorgerufen z. B. durch EMV-Filter sowie durch die natürliche Eigenkapazität von Leitungssystemen und Ein- richtungen, wie dem elektrischen Gerät und der Einspeisevorrichtung, zu Fehlsignalisierungen führen können. Auch ein Erdschluss des betriebsmäßig nicht geerdeten Potentials zum Generieren des Betriebsstroms führt in die- sem Fall zu einer möglichen Fehlsignalisierung .
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Fremdstromdetektion und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens bereitzustellen, die durch über- lagerte Wechselströme hervorgerufene Signale von Fremdströ ¬ men (systemfremden Strömen) unterscheiden kann.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 8. Vorteilhafte Ausgestaltun- gen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Fremdstromdetektion im Stromversorgungssystem wird der Fremdstrom (systemfremder Strom) durch einen Vergleich des Betriebsstroms mit ei- nem den Erdungsabzweig durchfließenden Erdungsschlussstrom ermittelt. Dazu wird der den Erdungszweig durchfließende Erdungsschlussstrom bestimmt und der Betriebsstrom im zweiten Leitungspfad durch Strommessung ermittelt. Diese Be ¬ stimmung und diese Ermittlung erfolgen dynamisch, also als kontinuierliche oder quasi-kontinuierliche Bestim ¬ mung/Ermittlung. Die Dynamik ist bevorzugt durch einen Frequenzbereich von 0 Hz bis etwa 1 kHz gekennzeichnet.
Das Verfahren ermöglicht eine praxisgerechte Lösung, die in das Bezugspotential des Stromversorgungssystems kapazitiv ein- oder ausgekoppelte ( Fremd- ) Ströme „ausblendet" und in Abhängigkeit vom momentanen Wert des Betriebsstroms des Versorgungssystems eine dynamische Führungsgröße für einen Vergleich mit dem den Erdungsabzweig durchfließenden Er- dungsschlussstrom, also in der Leitung zwischen Bezugspotential und Erde, bildet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ermittlung des Betriebsstroms (Last ¬ stroms) des Stromversorgungssystems durch Strommessung an mindestens einem unmittelbar an der Einspeisevorrichtung angeschlossenen und sonst unverzweigten Anschlussabschnitts des zweiten Leitungspfads erfolgt. Durch diese Maßnahme ist es sichergestellt, dass der vollständige Betriebsstrom, al ¬ so ein sämtliche elektrische Geräte durchfließender Strom, gemessen wird, da die Einspeisevorrichtung eine zentrale Einspeisevorrichtung des Stromnetzes ist. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass für den Vergleich eine zum Erdungsschlussstrom proportionale erste Größe und eine zum ermittelten Betriebsstrom proportionale zweite Größe be ¬ stimmt wird und der Vergleich durch Differenzbildung dieser beiden Größen erfolgt. Insbesondere ist vorgesehen, dass die beiden Größen Spannungsgrößen sind. Dabei ist die Ausgangsgröße eines Sensors zur Bestimmung des den Erdungsab ¬ zweig durchfließenden Erdungsschlussstroms ein zum Be ¬ triebsstrom-Istwert proportionaler Spannungswert und die Ausgangsgröße einer Vorrichtung zur Ermittlung des Betriebsstroms ein zum Betriebsstrom proportionaler Spannungswert. Beide Spannungswerte werden insbesondere mittels zugeordneter Spannungsteiler in miteinander vergleichbare Größen überführt.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Vergleich mittels ei ¬ ner Komparatorschaltung mit einem Komparator erfolgt. Die Komparatorschaltung weist bevorzugt auch die Spannungstei ¬ ler auf. Die Ausgänge der beiden Spannungsteiler werden auf die Eingänge des Komparators geführt. Der Komparator be ¬ stimmt zur Fremdstromdetektion die Differenz der entsprechenden Größen. Dabei ist der zum Betriebsstrom proportionale Spannungswert eine dynamische Führungsgröße und der zum Erdungsschlussstrom proportionale Spannungswert ein Wert, der mit dieser dynamischen Führungsgröße verglichen wird .
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein einen Schwellenwert überschreitendes Vergleichsergebnis eine Signalausgabe und/oder eine Sicher ¬ heitsmaßnahme des Stromversorgungssystems auslöst. Dabei sind insbesondere mehrere Schwellenwerte vorgesehen. Zum Beispiel wird bei einem ersten Schwellenwert, bei dem die Abweichung (Differenz) gering ist, ein Signal : "Wartung angeraten" ausgegeben. Gründe für eine derartige Abweichung sind z. B. zu hohe Ableitströme und/oder schleichende
Niederohmigkeit . Wird ein weiterer höherer Schwellenwert überschritten, so wird die Meldung: „Wartung erforderlich" ausgegeben. Bei einem Überschreiten eines derartigen weiteren Schwellenwerts ist eine Mehrfacherdung anzunehmen. Ein Überschreiten noch höherer Schwellenwerte kann zum Beispiel zu einer Abschaltung oder Teilabschaltung des Systems führen. Gründe dafür können z. B. ein Kurzschluss (hoher DC- Anteil) oder ein zu großer Fremdstromanteil sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Stromversorgungssystem ein Gleichspannungssystem ist, bei dem die Potentialdifferenz zwischen dem Potential zum Generieren des Stromflusses und seinem Bezugspotential im Wesentlichen konstant ist. Die Formulierung „im Wesentlichen konstant" lässt lastbedingte Spannungsschwankungen, die bei solchen Systemen immer vorkommen können, zu. Insbesondere ist bei dem Gleichspan- nungssystem vorgesehen, dass die Einspeisevorrichtung ein Umrichter ist oder einen Umrichter aufweist.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Stromversorgungssystem ein Wechselspannungssystem ist, bei dem das Bezugspotential ein Neut ¬ ralleiterpotential, insbesondere ein geerdetes Neutrallei ¬ terpotential (TN- oder TT-System) , und das mindestens eine Potential zum Generieren des Stromflusses ein um das Be- zugspotential periodisch variierendes Phasenpotential ist. Das Wechselspannungssystem kann dabei ein Einphasen- Wechselspannungssystem oder ein Mehrphasen- Wechselspannungssystem sein. Ein typisches Mehrphasen- Wechselspannungssystem ist ein Drehstromsystem. Insbesonde- re ist bei Wechselspannungssystemen vorgesehen, dass die Einspeisevorrichtung ein Transformator ist oder einen
Transformator aufweist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des vor- stehend genannten Verfahrens umfasst: (a) einen Allstrom- sensitiven Sensor zur Bestimmung des den Erdungsabzweig durchfließenden Erdungsschlussstroms, (b) eine Einrichtung zur Strommessung an dem mindestens einen Anschlussabschnitt des zweiten Leitungspfads und zur Ermittlung des Betriebs- stroms daraus, und (c) eine Komparatorschaltung mit einer
Einrichtung zur Bestimmung der zum Erdungsschlussstrom proportionalen ersten Größe und der zum ermittelten Betriebsstrom proportionalen zweiten Größe und mit einem Komparator zum Vergleichen der beiden Größen. Die Strom-Ist-Wert- Erfassung des Sensors und/oder der Einrichtung zur Strommessung ist Allstrom-sensitiv, also sensitiv auf Gleich- und Wechselstromanteile. Die Komparatorschaltung ist bevor ¬ zugt in einem MikroController (μθ) realisiert, der weiter- hin Module zur Signalaufbereitung und Signalauswertung aufweist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Einrichtung zwei Spannungsteiler aufweist, deren Ausgänge mit Eingängen des Komparators signal ¬ technisch verbunden sind. Die Komparatorschaltung weist somit zwei dem Komparator vorgeschaltete Spannungsteiler auf, die vorzugsweise elektronisch programmierbar sind. Optional sind diese mittels eines Potentiometers/ (DIP) -Schalters re ¬ alisiert .
Bei mehr als einem zweiten Leitungspfad sind jeweils weite re Spannungsteiler erforderlich. Deren Signale sind - je nach Art des Systems - geeignet aufzubereiten und danach dem Komparator zuzuführen.
Gemäß einer bevorzugten Aus führungs form der Erfindung weist die Vorrichtung eine Auswerteeinheit zur Auswertung der Vergleichsgröße durch Vergleich mit einem vorgebbaren
Schwellenwert auf. Die Auswerteeinheit gibt - zum Beispiel an eine Signalausgabeeinrichtung - ein Signal aus, wenn die Vergleichsgröße den Schwellenwert überschreitet. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zur Detektion in einem Dynamik-Bereich von 0 Hz bis mindestens 2 kHz, bevorzugt von 0 Hz bis mindestens 20 kHz geeignet ist. Durch die kapazitiven Erdungen entstehen Fremdströme typischerweise in diesem Frequenzspektrum.
Schließlich ist die Vorrichtung nicht nur generell geeig ¬ net, sondern vorteilhafterweise auch konkret eingerichtet, das vorstehend genannte Verfahren durchzuführen. Der Allstrom-sensitive Sensor ist zur Bestimmung des den Erdungsabzweig durchfließenden Erdungsschlusstroms eingerich ¬ tet. Die Einrichtung zur Strommessung ist zur Strommessung an dem mindestens einen weiteren Anschlussabschnitt des zweiten Leitungspfads und zur Ermittlung des Betriebsstroms daraus eingerichtet. Die Einrichtung der
Komparatorschaltung ist zur Bestimmung der zum Erdungsschlussstrom proportionalen ersten Größe und der zum ermittelten Betriebsstrom proportionalen zweiten Größe einge- richtet und der Komparator der Komparatorschaltung ist zum Vergleichen der beiden Größen eingerichtet.
Die Erfindung betrifft schließlich auch eine Einspeise- und Fremdstromdetektionsvorrichtung, die die Einspeisevor- richtung und die vorstehend genannte Vorrichtung zur Durchführung des besagten Verfahrens zur Fremdstromdetektion aufweist. Einspeisevorrichtung und Vorrichtung zur Fremdstromdetektion sind insbesondere in einem gemeinsamen Gehäuse der Einspeise- und Fremdstromdetektionsvorrichtung angeordnet.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die an ¬ liegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Aus führungs formen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Stromversorgungssystem mit einer elektrischen
Einspeisevorrichtung zur Leistungseinspeisung und mit einem einen ersten und einen zweiten Leitungspfad aufweisenden Stromnetz, wobei am ersten Leitungspfad ein Bezugspotential anliegt, das ge ¬ erdet ist, Fig. 2 das Stromversorgungssystem der Fig. 1 mit einem mehrfach kapazitiv geerdeten Bezugspotential und
Fig. 3 das Stromversorgungssystem der Fig. 1 mit einer
Vorrichtung zur Fremdstromdetektion im Stromversorgungssystem.
Die Figur 1 zeigt ein Stromversorgungssystem 10 mit einer zentralen elektrischen Einspeisevorrichtung 12 zum Einspeisen elektrischer Leistung in ein Stromnetz 14 des Stromversorgungssystems 10. Im Stromnetz 14 sind mehrere elektri ¬ sche Geräte 16 verschaltet, die durch die
Einspeisevorrichtung 12 mit Strom versorgt werden. Das Stromnetz 14 ist als DC-Stromnetz 14 ausgebildet und weist zwei Leitungspfade 18, 20 auf. Am ersten Leitungspfad 18 liegt ein als negatives Potential („Minus-Potential") aus ¬ gebildetes Bezugspotential cpl an und an dem zweiten Lei ¬ tungspfad 20 liegt ein gegenüber dem Bezugspotential cpl hö ¬ heres Potential cp2 („Plus-Potential" ) zum Generieren eines Betriebsstroms durch das Stromnetz 14 an. Die Potentialdif ¬ ferenz (Δφ = φ2 - cpl) zwischen den beiden Potentialen cpl, cp2 ist konstant. Das Stromnetz 14 ist somit ein von einer konstanten Spannung versorgtes Stromnetz. Der das Bezugspotential cpl aufweisende erste Leitungspfad 18 ist mittels eines definierten Erdungsabzweigs 22 an einer Stelle 24 mit Erdpotential verbunden. Der Erdungsabzweig 22 ist Teil ei ¬ nes sonst unverzweigten Anschlussabschnitts 26 des ersten Leitungspfades 18.
Die Fig. 2 zeigt das Stromversorgungssystem 10 in einem Bereich von der Einspeisevorrichtung 12 bis zu einem ersten Gerät. Dabei ist der erste Leitungspfad 18 mit dem Bezugs ¬ potential cpl nicht nur über den definierten Erdungsabzweig 22, sondern auch kapazitiv über eine Leitungskapazität 28 mit Erdpotential an einer anderen Stelle 24 λ und über eine Gerätekapazität 30 mit Erdpotential an einer weiteren Stel ¬ le 24 λ λ verbunden. Die unterschiedlichen Stellen des Erdpotentials 24, 24 24 λ λ sind ihrerseits über (spezifische) Erdwiderstände 32 einander elektrisch verbunden, so dass drei Fremdstrom-Stromkreise 34, 36, 38, sogenannte Erdungs ¬ schleifen, entstehen. Jeder dieser Fremdstrom-Stromkreise 34, 36, 38 passiert dabei den Erdungsabzweig 22. Somit kann durch Bestimmung des den Erdungsabzweig 22 durchfließenden Erdungsschlussstroms der Gesamtstrom der Fremdstrom- Stromkreise 34, 36, 38 bestimmt werden. Dazu weist eine in Fig. 3 gezeigte Vorrichtung 40 zur Fremdstromdetektion einen entsprechenden Sensor 42 auf. Die Fig. 3 zeigt nun den gleichen Abschnitt des Stromversorgungssystems 10, wie die Fig. 2, wobei nun statt der Fremdstrom-Stromkreise 34, 36, 38 die Vorrichtung 40 zur Fremdstromdetektion abgebildet ist. Neben dem Sensor 42 zur Bestimmung des den Erdungsabzweig 22 durchfließenden Er- dungsschlussstroms zeigt die Vorrichtung 40 an einem weite ¬ ren unverzweigten Anschlussabschnitt 44 eine Einrichtung zur Strommessung und Ermittlung des Betriebsstroms 46. Die Vorrichtung 40 weist weiterhin eine Komparatorschaltung 48 mit einer Einrichtung 50 zur Bestimmung einer zum Erdungs- schlussstrom proportionalen ersten Größe VI und einer zum
Betriebsstrom proportionalen zweiten Größe V2 und mit einem Komparator 52 auf. Die Größen sind im Beispiel Spannungs ¬ größen. Die Einrichtung 50 weist zur Anpassung der beiden Größen zwei Spannungsteiler 54, 56 auf.
Mittels der Vorrichtung 40 wird nun der Fremdstrom durch einen dynamischen Vergleich des Betriebsstroms mit einem den Erdungsabzweig 22 durchfließenden Erdungsschlussstrom ermittelt. Dazu wird die zum Erdungsschlussstrom proportio- nale erste Größe VI mittels des Sensors 42 bestimmt und die zum ermittelten Betriebsstrom proportionale zweite Größe V2 mittels der Einrichtung zur Strommessung 46 bestimmt, beide Größen VI, V2 mittels der Einrichtung 50 aneinander ange- passt und mittels des Komparators 52 durch Differenzbildung miteinander verglichen. Die Einrichtung 50 umfasst dabei zwei Spannungsteiler 54, 56 zur Anpassung der als Spannungsgrößen ausgebildeten Größen VI, V2. Anschließend wird das Vergleichsergebnis seinerseits mit einem Schwellenwert S mittels einer Auswerteeinheit 58 verglichen. Diese ist mit einer Signalausgabe 60 verbunden und so mit dieser verschaltet, dass diese bei einem den Schwellenwert S über ¬ schreitenden Vergleichsergebnis ein Signal ausgibt. Dieses Signal gibt z. B. an, dass Mehrfacherdungen innerhalb des Stromversorgungssystems 10 anzunehmen sind.
Es ergeben sich folgende Vorteile: Das erfindungsgemäße Verfahren beschreibt eine praxisgerechte Lösung, die in die Leitung des Stromversorgungssystems 10 mit dem Bezugspoten- tial cp2 kapazitiv ein- oder ausgekoppelten Ströme „auszublenden" . Dazu wird in Abhängigkeit vom momentanen Wert des Betriebsstroms (Betriebsstrom-Istwert) eine dynamische Füh ¬ rungsgröße für die Auswerteeinheit 58 der Stromdetektion in dem Erdungsabzweig gebildet. Diese Führungsgröße wird in der Auswerteeinheit 58 mit individuell vorgebbaren relati ¬ ven Schwellenwerten verglichen. Beim Erreichen und/oder Überschreiten dieser Schwellenwerte werden Signalisierungen mittels der Signalausgabe 60 ausgelöst. Optional können Erdschlussströme ausgeblendet oder zusätzlich detektiert werden. Mit einer solchen Lösung ist es möglich, in nicht fehlerbehaftetem ordnungsgemäßen Betriebszustand des Stromversorgungssystems 10 zulässige Ableitströme aufgrund von in diesem Stromversorgungssystem 10 systembedingt vorhandenen Kapazitäten 28, 30 zum Erdpotential hin zuzulassen, je- doch von diesem Wert nach oben abweichende kapazitive Strö ¬ me zu erkennen und bei Erreichen oder Überschreiten von Schwellenwerten entsprechende Signalisierungen auszulösen. Auf diese Weise werden einerseits ohmsche Beläge zwischen Systemmasse (Bezugspotential cp2 ) und Erdpotential erkannt, andererseits auch systemlaststromabhängige kapazitive Feh ¬ lerströme. Diese Kombination führt zum Erkennen von Mehrfacherdungen oder schleichender Isolationswiderstandsver- ringerung, ohne dass systembedingte kapazitive Ableitströme eine unbeabsichtigte Signalisierung auslösen.
Die im Starkstrombereich bekannte maximal als zulässige Größe von durch EMV-Filter verursachten Ableitströmen be- trägt 1 mA pro kW. Üblicherweise wird von Praktikern der Anlagen-EMV ein in Summe auftretender Ableitstrom mit 0,5 bis 1 % des Betriebstromes als noch zu vertreten angenom ¬ men . Wenn der momentane Betriebsstrom eines Stromversorgungssys ¬ tems 10 als Grundwert genommen wird und davon abgeleitet ein relativer Schwellenwert, z. B. 1 % oder 2 %, gewählt wird, erfolgt eine dem Betriebsstrom folgende dynamische Anpassung dieses Schwellenwertes. Somit werden auch komple- xe Rückwirkungen von Laständerungen bezüglich ihrer Auswirkungen auf Ableitströme „gleitend" erfasst. Nur wirkliche Veränderungen des Isolationszustandes bilden die Basis für eine Signalausgabe. Somit werden filterbedingte Ableitströ ¬ me ausgeblendet. Nur über Isolationsreduzierung fließende Ströme werden für diesen Zweck ausgewertet.
Anders als im Starkstrombereich, sind nicht vorbeugender Brandschutz (300 mA) oder Schutz gegen elektrischen Schlag (30 mA) die signifikanten Kriterien, sondern das Risiko ei- ner betriebsmäßig unerkannten Gefährdung durch Auswirkungen von eingekoppelten Fremdströmen im Frequenzbereich von DC bis in den unteren MHz-Bereich hinein (Zerstörung von Hardware und Signalverfälschung durch überlagerte Spannungen, die zu Fehlverhalten führen können) .
Das Verfahren kann sowohl bei bereits bestehenden Anlagen als auch bei neuen Anlagen angewendet werden. Bei einer Anwendung in Bestandsanlagen ist die Vorrichtung 40 in die Systemverschaltung des Stromversorgungssystems 10 einzu ¬ bringen, die Auswerteeinheit 54 kann separat davon angeord ¬ net sein. Gleiches gilt bei Anwendung in Neuanlagen.
Bezugs zeichenliste
Stromversorgungssystem 10
Einspeisevorrichtung 12 Stromnetz 14
Elektrisches Gerät 16
Erster Leitungspfad 18
Zweiter Leitungspfad 20
Erdungsabzweig 22 Stelle mit Erdpotential 24, 24 24 λ λ
Anschlussabschnitt 26
Leitungskapazität 28
Gerätekapazität 30
Erdwiderstand 32 Fremdstrom-Stromkreis 34
Fremdstrom-Stromkreis 36
Fremdstrom-Stromkreis 38
Vorrichtung zur Fremdstromdetektion 40
Sensor 42 Weiterer Anschlussabschnitt 44
Einrichtung 46
Komparatorschaltung 48
Einrichtung 50
Komparator 52 Spannungsteiler 54
Spannungsteiler 56
Auswerteeinheit 58
Signalausgabe 60