Orten eines Erdschlusses in einem Gleichstromnetz

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Orten eines Erd schlusses in einem Gleichstromnetz, dem mehrere Lastzonen zu- schaltbar sind.

Ein gegenüber einem Erdpotential isoliertes oder über eine hohe Impedanz geerdetes Gleichstromnetz kann bei einem Erd schluss eines Gleichspannungspotentials weiter betrieben wer den. Der Erdschluss selbst kann während des Betriebs durch die Messung und Auswertung der Spannungen zwischen den

Gleichspannungspotentialen des Gleichstromnetzes und einem Erdpotential leicht detektiert werden. Allerdings ist es schwierig, diejenige an dem Gleichstromnetz angeschlossene Lastzone zu identifizieren, in der der Erdschluss aufgetreten ist. Die Identifizierung derjenigen Lastzone, in der der Erd schluss aufgetreten ist, ist jedoch wichtig, um die fehler hafte Lastzone abzuschalten und den Erdschluss zu beseitigen. Um die fehlerhafte Lastzone zu identifizieren, könnte bei spielsweise an einer Verbindungsstelle jeder Lastzone mit dem Gleichstromnetz, beispielsweise am Eingang eines Schalt schranks, ein so genannter Common-Mode-Strom, das heißt ein Fehlerstrom, der die Summe der Ströme in den beiden An schlussleitungen der Lastzone zu den Hauptleitungen des

Gleichstromnetzes ist, gemessen werden. Wenn einer der Com- mon-Mode-Ströme von Null verschieden ist, weist dies darauf hin, dass der Erdschluss in der zugehörigen Lastzone aufge treten ist. Die Messungen der Common-Mode-Ströme könnten bei spielsweise permanent oder manuell durch Wartungspersonal durchgeführt werden. Jedoch sind derartige Messungen in jedem Fall aufwändig.

Aus der DE 10 2017 108822 Al ist ein Verfahren zur Lokalisie rung eines Erdschlusses eines Brandschutzsystems bekannt, bei dem bei oder nach einem Erkennen eines Erdschlusses durch das Erdschlusserkennungsmodul die Anschlussleitungen eines, meh- rerer oder aller Anschlusspunkte durch Öffnen von Schaltele menten getrennt werden, bis zumindest kein Erdschluss durch das Erdschlusserkennungsmodul erkannt wird. Anschließend wer den die Anschlussleitungen sukzessiv je Anschlusspunkt durch Schließen eines jeweiligen Schaltelements verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Orten eines Erdschlusses in einem Gleichstrom netz anzugeben, dem mehrere Lastzonen zuschaltbar sind.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Gleichstromnetz mit den Merk malen des Anspruchs 14 und ein Gleichstromnetz mit den Merk malen des Anspruchs 15 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Orten eines Erd schlusses in einem Gleichstromnetz, dem mehrere Lastzonen zu schaltbar sind, wird ein Zeitfenster vorgegeben und nach ei nem Detektieren des Erdschlusses wird der Erdschluss einer Lastzone zugeordnet, die dem Gleichstromnetz innerhalb des Zeitfensters vor dem Detektieren des Erdschlusses zugeschal tet wurde. Mit anderen Worten wird der Erdschluss einer Last zone zugeordnet, die dem Gleichstromnetz vor der Erd- schlussdetektierung in einem zeitlichen Abstand zu der Erd- schlussdetektierung, der kleiner oder gleich dem vorgegebenen Zeitfenster ist, zugeschaltet wurde. Es wird hier und im Fol genden stets angenommen, dass das Gleichstromnetz gegenüber einem Erdpotential isoliert oder über eine hohe Impedanz ge erdet ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren korreliert also das Detektie ren eines Erdschlusses in einem Gleichstromnetz mit dem Zu schalten einer Lastzone zu dem Gleichstromnetz, um die Last zone zu orten, in der der Erdschluss aufgetreten ist. Dem Verfahren liegt die Überlegung zugrunde, dass, wenn unmittel- bar nach dem Zuschalten einer Lastzone ein Erdschluss in dem Gleichstromnetz detektiert wird, es naheliegt, dass bereits vor dem Zuschalten in dieser Lastzone ein Erdschluss vorlag. Um diese Lastzone zu bestimmen, sieht das Verfahren die Vor gabe eines Zeitfensters vor, um das Detektieren eines Erd schlusses mit dem Zuschalten einer Lastzone zu korrelieren. Ein Erdschluss wird einer Lastzone zugeordnet, die dem

Gleichstromnetz innerhalb des vorgegebenen Zeitfensters vor dem Detektieren des Erdschlusses zugeschaltet wurde. Wenn dem Gleichstromnetz innerhalb des vorgegebenen Zeitfensters vor dem Detektieren des Erdschlusses keine Lastzone zugeschaltet wurde, wird der Erdschluss keiner Lastzone zugeordnet bezie hungsweise muss auf andere Weise geortet werden. Als Zeit fenster wird beispielsweise eine Zeitdauer von einigen Milli sekunden vorgegeben. Das Verfahren ist sehr einfach und auf wandsarm und somit auch kostengünstig realisierbar, da nur die Zeitpunkte des Detektierens eines Erdschlusses und des Zuschaltens der Lastzonen ausgewertet werden müssen. Zum De tektieren des Erdschlusses brauchen dabei die Spannungen zwi schen einem Erdpotential und Gleichspannungspotentialen des Gleichstromnetzes nur an einer einzigen Stelle des Gleich stromnetzes gemessen werden.

Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens wird, wenn dem Gleich stromnetz innerhalb des Zeitfensters vor dem Detektieren des Erdschlusses mehrere Lastzonen zugeschaltet wurden, der Erd schluss derjenigen dieser Lastzonen zugeordnet, die dem

Gleichstromnetz innerhalb des Zeitfensters am spätesten zuge schaltet wurde. Diese Ausgestaltung des Verfahrens ermöglicht eine Ortung des Erdschlusses auch in dem Fall, dass dem

Gleichstromnetz zwei oder mehr Lastzonen kurz nacheinander innerhalb des vorgegebenen Zeitfensters vor dem Detektieren eines Erdschlusses zugeschaltet wurden.

Bei einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird die Lastzone, der der Erdschluss zugeordnet wird, von dem Gleich stromnetz getrennt. Ferner kann vorgesehen sein, dass nach dem Trennen der Lastzone von dem Gleichstromnetz geprüft wird, ob weiterhin ein Erdschluss in dem Gleichstromnetz vor liegt, und dass die Zuordnung des Erdschlusses zu der Lastzo ne aufgehoben wird und die Lastzone dem Gleichstromnetz wie der zugeschaltet wird, wenn nach dem Trennen der Lastzone von dem Gleichstromnetz weiterhin ein Erdschluss vorliegt. Diese Ausgestaltung des Verfahrens ermöglicht insbesondere eine Überprüfung einer vorgenommenen Zuordnung eines Erdschlusses zu einer Lastzone. Wenn nämlich nach dem Trennen dieser Last zone von dem Gleichstromnetz der Erdschluss in dem Gleich stromnetz immer noch vorliegt, liegt es nahe, dass der Erd schluss nicht in dieser Lastzone sondern an einer anderen Stelle des Gleichstromnetzes liegt, so dass die Zuordnung des Erdschlusses zu der Lastzone wahrscheinlich falsch ist.

Bei einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens werden von einer Auswerteeinheit ein Detektionszeitpunkt des Detektie rens des Erdschlusses, das Zeitfenster sowie für jedes Zu schalten einer Lastzone ein ZuschaltZeitpunkt des Zuschaltens und eine ZuschaltZuordnung des ZuschaltZeitpunkts zu der zu geschalteten Lastzone gespeichert und anhand dieser gespei cherten Daten wird der Erdschluss von der Auswerteeinheit ei ner Lastzone zugeordnet. Dabei kann die Auswerteeinheit sepa rat ausgeführt oder eine Steuereinheit, von der das Zuschal ten von Lastzonen gesteuert wird, oder eine Erdschlussüberwa chungseinheit, die zum Detektieren eines Erdschlusses einge richtet ist, sein. Wenn die Auswerteeinheit separat ausge führt oder die Erdschlussüberwachungseinheit ist, wird der Auswerteeinheit beispielsweise jeder ZuschaltZeitpunkt und dessen ZuschaltZuordnung von einer Steuereinheit, von der das Zuschalten von Lastzonen gesteuert wird, gemeldet. Wenn die Auswerteeinheit separat ausgeführt oder die Steuereinheit ist, wird der Erdschluss beispielsweise von einer Erdschluss überwachungseinheit detektiert und der Auswerteeinheit gemel det .

Bei den vorgenannten Ausgestaltungen des Verfahrens werden die Zeitpunkte des Detektierens eines Erdschlusses und des Zuschaltens von Lastzonen also von einer Auswerteeinheit ge- speichert und ausgewertet. Dabei kann die Auswerteeinheit vorteilhaft als eine Steuereinheit, von der das Zuschalten von Lastzonen gesteuert wird, oder als eine Erdschlussüberwa chungseinheit, die zum Detektieren eines Erdschlusses einge richtet ist, ausgeführt sein, insbesondere wenn derartige Einheiten ohnehin in dem Gleichstromnetz vorgesehen sind.

Bei einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens weist das Gleichstromnetz für jede Lastzone eine der Lastzone zugeord nete Zuschalteinheit auf, durch die die Lastzone dem Gleich stromnetz zuschaltbar ist, und von jeder Zuschalteinheit wird das Zeitfenster gespeichert und für jedes Zuschalten der Lastzone, der die Zuschalteinheit zugeordnet ist, ermittelt, ob das Zuschalten innerhalb des Zeitfensters vor dem Detek tieren des Erdschlusses erfolgte. Der Erdschluss wird bei spielsweise von einer Erdschlussüberwachungseinheit detek- tiert und jeder Zuschalteinheit gemeldet, oder jede Zuschalt einheit ist dazu eingerichtet, einen Erdschluss selbständig zu detektieren.

Die vorgenannten Ausgestaltungen des Verfahrens sehen also statt einer Auswerteeinheit, die die Zeitpunkte des Zuschal tens aller Lastzonen auswertet, vor, dass diese Zeitpunkte für jede Lastzone separat von einer Zuschalteinheit der je weiligen Lastzone ausgewertet werden. Zusätzlich kann vorge sehen sein, dass die Zuschalteinheiten auch einen Erdschluss in dem Gleichstromnetz selbständig detektieren.

Bei einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens werden nach dem Detektieren eines Erdschlusses zunächst alle Lastzonen von dem Gleichstromnetz getrennt. Danach werden dem Gleich stromnetz Lastzonen nacheinander zu voneinander verschiedenen ZuschaltZeitpunkten jeweils für eine Zuschaltdauer, die grö ßer als das Zeitfenster ist und nicht mit der Zuschaltdauer einer anderen Lastzone überlappt, zugeschaltet und für jedes Zuschalten einer Lastzone wird geprüft, ob innerhalb des Zeitfensters nach dem Zuschalten ein Erdschluss auftritt. Diese Ausgestaltung des Verfahrens ermöglicht eine systemati- sehe Suche derjenigen Lastzone, in der ein Erdschluss aufge treten ist.

Ein erstes erfindungsgemäßes Gleichstromnetz, dem mehrere Lastzonen zuschaltbar sind, weist entsprechend einer oben ge nannten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Auswerteeinheit auf, die dazu eingerichtet ist, einen Detek tionszeitpunkt des Detektierens eines Erdschlusses, ein vor- gebbares Zeitfenster sowie für jedes Zuschalten einer Lastzo ne einen ZuschaltZeitpunkt des Zuschaltens und eine Zuschalt zuordnung des ZuschaltZeitpunkts zu der zugeschalteten Last zone zu speichern und den Erdschluss einer Lastzone zuzuord nen, die dem Gleichstromnetz innerhalb des Zeitfensters vor dem Detektieren des Erdschlusses zugeschaltet wurde.

Ein zweites erfindungsgemäßes Gleichstromnetz, dem mehrere Lastzonen zuschaltbar sind, weist entsprechend einer eben falls oben genannten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ver fahrens für jede Lastzone eine der Lastzone zugeordnete Zu- schalteinheit auf, durch die die Lastzone dem Gleichstromnetz zuschaltbar ist und die dazu eingerichtet ist, ein vorgebba- res Zeitfenster zu speichern und für jedes Zuschalten der Lastzone, der sie zugeordnet ist, zu ermitteln, ob das Zu schalten innerhalb des Zeitfensters vor dem Detektieren des Erdschlusses erfolgte.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam menhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbei spielen, die im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläu tert werden.

Dabei zeigt die einzige Figur schematisch ein Gleichstrom netz 1, dem mehrere Lastzonen 3, 4, 5 zuschaltbar sind. Das Gleichstromnetz 1 ist gegenüber einem Erdpotential isoliert oder über eine hohe Impedanz geerdet. Das Gleichstromnetz 1 weist zwei elektrische Hauptleitun gen 7, 9, mehrere Zuschalteinheiten 10 bis 12, eine Steuer einheit 13, eine Erdschlussüberwachungseinheit 15 und eine Auswerteeinheit 17 auf.

In der Figur sind beispielhaft drei Lastzonen 3, 4, 5 darge stellt. Eine erste Lastzone 3 und eine zweite Lastzone 4 wei sen jeweils einen Stromrichter 19, 20 und eine elektrische Maschine 21, 22 auf. Eine dritte Lastzone 5 weist einen

Stromrichter 23, eine Schalt- und Schutzeinheit 25 für Wech selstrom und ein Wechselstromnetz 27 auf, wobei die Schalt- und Schutzeinheit 25 zwischen das Wechselstromnetz 27 und den Stromrichter 23 geschaltet ist. Jeder Stromrichter 19, 20, 23 ist mit einer Zuschalteinheit 10, 11, 12 verbunden.

Eine erste Hauptleitung 7 liegt auf einem ersten Gleichspan nungspotential des Gleichstromnetzes 1. Die zweite Hauptlei tung 9 liegt auf einem zweiten Gleichspannungspotential des Gleichstromnetzes 1.

Jede Zuschalteinheit 10, 11, 12 ist einer Lastzone 3, 4, 5 zugeordnet, die dem Gleichstromnetz 1 durch die Zuschalt- schalteinheit 10, 11, 12 zuschaltbar ist.

Von der Steuereinheit 13 wird das Zuschalten der Lastzonen 3, 4, 5 gesteuert. Dazu sind die Zuschalteinheiten 10, 11, 12 von der Steuereinheit 13 ansteuerbar. Ferner ist die Steuer einheit 13 dazu ausgebildet, der Auswerteeinheit 17 für jedes Zuschalten einer Lastzone 3, 4, 5 einen ZuschaltZeitpunkt des Zuschaltens und eine ZuschaltZuordnung des ZuschaltZeitpunkts zu der zugeschalteten Lastzone 3, 4, 5 zu melden.

Die Erdschlussüberwachungseinheit 15 ist dazu eingerichtet, einen Erdschluss eines Gleichspannungspotentials des Gleich stromnetzes 1 zu detektieren. Dazu ist die Erdschlussüberwa chungseinheit 15 mit jeder Hauptleitung 7, 9 verbunden und dazu eingerichtet, die Spannungen zwischen einem Erdpotential und den Gleichspannungspotentialen, auf denen die Hauptlei- tungen 7, 9 liegen, zu messen. Ferner ist die Erdschlussüber wachungseinheit 15 dazu eingerichtet, der Auswerteeinheit 17 einen detektierten Erdschluss zu melden.

Die Auswerteeinheit 17 ist dazu eingerichtet, den Detektions zeitpunkt des Detektierens eines Erdschlusses, ein vorgebba- res Zeitfenster sowie die ihr von der Steuereinheit 13 gemel deten ZuschaltZeitpunkte und ZuschaltZuordnungen zu speichern und anhand dieser gespeicherten Daten den Erdschluss einer Lastzone zuzuordnen. Der Erdschluss wird dabei einer Lastzo ne 3, 4, 5 zugeordnet, die dem Gleichstromnetz 1 innerhalb des Zeitfensters vor dem Detektieren des Erdschlusses zuge schaltet wurde. Wenn dem Gleichstromnetz 1 innerhalb des Zeitfensters vor dem Detektieren des Erdschlusses keine Last zone 3, 4, 5 zugeschaltet wurde, wird der Erdschluss von der Auswerteeinheit 17 keiner Lastzone 3, 4, 5 zugeordnet. Wenn dem Gleichstromnetz 1 innerhalb des Zeitfensters vor dem De tektieren des Erdschlusses mehrere Lastzonen 3, 4, 5 zuge schaltet wurden, wird der Erdschluss von der Auswerteein heit 17 derjenigen dieser Lastzonen 3, 4, 5 zugeordnet, die dem Gleichstromnetz 1 innerhalb des Zeitfensters am spätesten zugeschaltet wurde. Als Zeitfenster wird beispielsweise eine Zeitdauer von einigen Millisekunden vorgegeben und von der Auswerteeinheit 17 gespeichert.

Die anhand der Figur beschriebenen Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Gleichstromnetzes 1 und des erfindungsgemä ßen Verfahrens können auf verschiedene Weisen zu weiteren Ausführungsbeispielen abgewandelt werden.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Auswerteein heit 17 die ZuschaltZeitpunkte und ZuschaltZuordnungen der Lastzonen 3, 4, 5 nicht von der Steuereinheit 13, sondern von den Zuschalteinheiten 10, 11, 12 gemeldet werden.

Ferner kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Lastzo ne 3, 4, 5, der der Erdschluss zugeordnet wird, durch die ihr zugeordnete Zuschalteinheit 10, 11, 12 von dem Gleichstrom- netz 1 getrennt wird, und dass nach dem Trennen der Lastzo ne 3, 4, 5 von dem Gleichstromnetz 1 geprüft wird, ob weiter hin ein Erdschluss vorliegt. Wenn nach dem Trennen der Last zone 3, 4, 5 von dem Gleichstromnetz 1 weiterhin ein Erd schluss vorliegt, wird die Zuordnung des Erdschlusses zu der Lastzone 3, 4, 5 aufgehoben und die Lastzone 3, 4, 5 wird dem Gleichstromnetz wieder zugeschaltet.

Des Weiteren kann bei einem Erdschluss vorgesehen sein, dass nach dem Erdschluss zunächst alle Lastzonen 3, 4, 5 durch ih re Zuschalteinheiten 10, 11, 12 von dem Gleichstromnetz 1 ge trennt werden. Danach wird systematisch nach der fehlerhaften Lastzone 3, 4, 5 gesucht, indem dem Gleichstromnetz 1 Lastzo nen 3, 4, 5 nacheinander zu voneinander verschiedenen Zu schaltZeitpunkten jeweils für eine Zuschaltdauer, die größer als das Zeitfenster ist und nicht mit der Zuschaltdauer einer anderen Lastzone 3, 4, 5 überlappt, zugeschaltet werden und für jedes Zuschalten einer Lastzone 3, 4, 5 geprüft wird, ob innerhalb des Zeitfensters nach dem Zuschalten ein Erdschluss auftritt .

Des Weiteren kann statt einer separaten Auswerteeinheit 17 vorgesehen sein, dass die Steuereinheit 13 oder die Erd schlussüberwachungseinheit 15 als die Auswerteeinheit 17 aus gebildet ist. Im Fall, dass die Steuereinheit 13 als die Aus werteeinheit 17 ausgebildet ist, wird der Steuereinheit 13 ein Erdschluss von der Erdschlussüberwachungseinheit 15 ge meldet und die Steuereinheit 13 ist dazu eingerichtet, bei einem Erdschluss zu prüfen, ob dem Gleichstromnetz 1 inner halb des Zeitfensters vor dem Detektieren des Erdschlusses eine Lastzone 3, 4, 5 zugeschaltet wurde. Im Fall, dass die Erdschlussüberwachungseinheit 15 als die Auswerteeinheit 17 ausgebildet ist, werden der Erdschlussüberwachungseinheit 15 die ZuschaltZeitpunkte und ZuschaltZuordnungen der Lastzo nen 3, 4, 5 von der Steuereinheit 13 oder den Zuschalteinhei ten 10, 11, 12 gemeldet und die Erdschlussüberwachungsein heit 15 ist dazu eingerichtet, bei einem Erdschluss zu prü fen, ob dem Gleichstromnetz 1 innerhalb des Zeitfensters vor dem Detektieren des Erdschlusses eine Lastzone 3, 4, 5 zuge schaltet wurde.

Ferner kann statt einer Auswerteeinheit 17 vorgesehen sein, dass bei einem Erdschluss von jeder Zuschalteinheit 10, 11,

12 selbständig ermittelt wird, ob ein Zuschalten der Lastzo ne 3, 4, 5, der die Zuschalteinheit 10, 11, 12 zugeordnet ist, innerhalb des Zeitfensters vor dem Detektieren des Erd schlusses erfolgte. Dabei ist jede Zuschalteinheit 10, 11, 12 dazu eingerichtet, das Zeitfenster und die ZuschaltZeitpunkte der Lastzone 3, 4, 5, der die Zuschalteinheit 10, 11, 12 zu geordnet ist, zu speichern und im Falle eines Erdschlusses zu prüfen, ob ein ZuschaltZeitpunkt innerhalb des Zeitfensters vor dem Detektieren des Erdschlusses liegt. Der Erdschluss wird entweder von der Erdschlussüberwachungseinheit 15 allen Zuschalteinheiten 10, 11, 12 gemeldet oder jede Zuschaltein heit 10, 11, 12 ist dazu ausgebildet, einen Erdschluss selb ständig zu detektieren.

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungs beispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.