DE102014204038A1

DE102014204038A1 - Verfahren und Vorrichtungen zur selektiven Isolationsüberwachung in ungeerdeten IT-Stromversorgungssystemen

Info

Publication number: DE102014204038A1
Application number: DE102014204038.8A
Authority: DE
Inventors: Oliver Schäfer; Dieter Hackl
Original assignee: Bender GmbH and Co KG
Current assignee: Bender GmbH and Co KG
Priority date: 2014-03-05
Filing date: 2014-03-05
Publication date: 2015-09-10
Also published as: CN113097977A; CN104901283A; US10784674B2; US20150255976A1; US20200303917A1; US11456589B2

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Isolationsüberwachung eines ungeerdeten IT-Stromversorgungssystems mit mindestens zwei Phasenleitern. In einem ersten Verfahren und einer das erste Verfahren umsetzenden Vorrichtung erfolgt eine separate Bestimmung des Isolationswiderstandes für jeden Phasenleiter mit einem separaten Ansprechwert. In einem zweiten Verfahren und einer das zweite Verfahren umsetzenden Vorrichtung erfolgt eine separate Bestimmung des Isolationswiderstandes für jeden Phasenleiter sowie eine Berechnung relevanter Strom- und Spannungsverteilungen. In einem dritten Verfahren und einer das dritte Verfahren umsetzenden Vorrichtung erfolgt eine Bestimmung des Gesamtisolationswiderstands mit der Festlegung eines Änderungszeitfensters, innerhalb dessen ein zweiter Ansprechwert aktiviert wird. In einem vierten Verfahren und einer das vierte Verfahren umsetzenden Vorrichtung erfolgt eine Bestimmung des Gesamtisolationswiderstands, mit einer Auswahlmöglichkeit zur Abschaltung/Weiterbetrieb des IT-Stromversorgungssystems.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Isolationsüberwachung eines ungeerdeten IT-Stromversorgungssystems mit mindestens zwei Phasenleitern sowie ein derartiges Verfahren mit einer Bestimmung eines Isolationswiderstands des IT-Stromversorgungssystems und mit der Festlegung eines ersten Ansprechwertes.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Isolationsüberwachung eines ungeerdeten IT-Stromversorgungssystems mit mindestens zwei Phasenleitern sowie eine derartige Vorrichtung mit einer Erfassungseinrichtung zur Bestimmung eines Isolationswiderstands des Stromversorgungssystems, wobei zur Erkennung eines ersten Fehlers die Erfassungseinrichtung eine Erstfehler-Erkennungseinrichtung mit einem einstellbaren ersten Ansprechwert für den Isolationswiderstand aufweist.
Für die Versorgung von elektrischen Betriebsmitteln kommt bei erhöhten Anforderungen an die Betriebs-, Brand und Berührungssicherheit die Netzform eines IT-Stromversorgungssystems (isoliertes Stromversorgungsnetz) zum Einsatz. Bei dieser Art des Stromversorgungsnetzes sind die aktiven Teile der elektrischen Anlage von dem Erdpotential getrennt.
Der Vorteil dieser Netze liegt darin, dass bei einem ersten Isolationsfehler (Erdschluss oder Körperschluss) die Funktion der elektrischen Betriebsmittel nicht beeinträchtigt wird, da sich wegen des im Idealfall unendlich großen Impedanzwertes zwischen Leiter und Erde in diesem ersten Fehlerfall kein geschlossener Stromkreis ausbilden kann.
Durch die inhärente Sicherheit des IT-Stromversorgungssystems kann somit eine kontinuierliche Stromversorgung der von dem IT-Stromversorgungssystem gespeisten Verbraucher, d. h. der an das IT-Stromversorgungssystem angeschlossenen Betriebsmittel, auch dann gewährleistet werden, wenn ein erster Isolationsfehler auftritt.
Aus dieser Betrachtung geht hervor, dass der Widerstand in dem zu überwachenden Netz gegen Erde (Isolationswiderstand – im Fehlerfall auch Isolationsfehlerwiderstand oder Fehlerwiderstand) ständig überwacht werden muss, da durch einen möglichen weiteren Fehler an einem anderen aktiven Leiter (zweiter Fehler) eine Fehlerschleife entstünde und der dabei fließende Fehlerstrom in Verbindung mit einer Überstrom-Schutzeinrichtung eine Abschaltung der Anlage mit Betriebsstillstand zur Folge hätte
Unter der Voraussetzung, dass der Isolationszustand des IT-Stromversorgungssystems kontinuierlich von einem Isolationsüberwachungsgerät überwacht wird, kann somit das IT-Stromversorgungssystem auch bei einem ersten Fehler ohne vorgeschriebene Zeitlimitierung weiterbetrieben werden. Dies wird unter anderem in der DIN VDE 0100-410 bzw. in der IEC 60364-4-41 im Teil 411 beschrieben. Im Fall des zweiten Fehlers wird, sofern keine zusätzlichen Schutzvorkehrungen vorhanden sind, die Schutzmaßnahme ”Automatische Abschaltung” gefordert.
Allerdings stellt die sichere Erkennung eines zweiten, insbesondere hochohmigen, Fehlers ein bisher nicht zufriedenstellend gelöstes Problem dar. Ein nicht erkannter hochohmiger zweiter Fehler kann zur Folge haben, dass eine Überstromauslösung nicht sicher erfolgt, jedoch eine Gefährdung durch elektrischen Schlag und/oder eine Brandgefährdung sehr wahrscheinlich ist.
In den oben genannten Normen werden die Verwendung von Überstromschutzschaltern und die Verwendung von Differenzstromschutzschaltern (Fehlerstromschutzeinrichtungen – RCD) als weitere Schutzmaßnahmen benannt. In IT-Stromversorgungssystemen eignen sich jedoch diese beiden Schutzeinrichtungen nicht, um zuverlässig eine Gefährdung durch elektrischen Schlag und/oder die Entstehung von Bränden zu verhindern, da sich die Auslöseschwelle eines Überstromschutzschalters an Kurzschlussströmen bzw. an der Stromtragfähigkeit von Leitungen orientiert und somit um ein Vielfaches über den Fehlerstromwerten liegt, die bei einer Durchströmung von Mensch oder Tier als kritisch angesehen werden.
Auch der für den Brandschutz aktuell verwendete Fehlerstromgrenzwert von 300 mA wird die Auslösung eines Überstromschutzschalters nicht bewirken können.
Ob ein auftretender zweiter Fehler in einem IT-Stromversorgungssystem eine Fehlerstromschutzeinrichtung zum Auslösen bringt, ist abhängig von der Lage des ersten Fehlers, der Lage des zweiten Fehlers, der Lage der Fehlerstromschutzeinrichtung und von weiteren gegen Erde vorhandenen Ableitimpedanzen der elektrischen Anlage.
Anders als in TN-Stromversorgungssystemen existiert in IT-Stromversorgungssystemen keine niederohmige Verbindung des Neutralleiters und/oder eines Sternpunkts mit Erde vor dem Differenzstromwandler der Fehlerstromschutzeinrichtung, so dass ein außerhalb des Stromwandlers fließender Differenzstrom die Auslösung der Fehlerstromschutzeinrichtung bewirken könnte.
Dass der zweite Fehler in einem IT-Stromversorgungssystem zur Auslösung der Fehlerstromschutzeinrichtung führt, ist daher als unwahrscheinlich anzunehmen.
Mit aktuell auf dem Markt verfügbaren Isolationsüberwachungsgeräten ist eine Erkennung eines zweiten Fehlers oder eine gezielte Abschaltung des zu überwachenden IT-Stromversorgungssystems bei Erreichen eines kritischen Zustandes nicht möglich, da ausschließlich die Parallelschaltung der in dem IT-Netz von den jeweiligen Phasenleitern ausgehenden Isolationswiderstände betrachtet wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, die eine zuverlässige Erkennung des zweiten Fehlers in einem IT-Stromversorgungssystem gewährleisten oder dazu verhelfen, das Auftreten eines zweiten Fehlers zu vermeiden. Eine Erkennung des zweiten Fehlers soll dazu dienen, das IT-Stromversorgungssystem abzuschalten, wenn von einem Systemzustand mit einer hohen Gefährdung durch elektrischen Schlag und/oder einem Zustand des Stromversorgungssystems mit einer unvertretbar hohen Brandgefährdung ausgegangen werden muss.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, welches die folgenden Verfahrensschritte umfasst: Bestimmen eines Isolationswiderstands zwischen jedem Phasenleiter und Erde, Festlegen eines unabhängigen Ansprechwertes für jeden ermittelten Isolationswiderstand, Prüfen jedes Ansprechwertes auf Unterschreitung durch den zugehörigen Isolationswiderstand und Erzeugen eines Abschaltsignals zum Abschalten des IT-Stromversorgungssystems, falls mindestens zwei unabhängige Ansprechwerte unterschritten werden.
In dieser ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird zunächst selektiv für jeden einzelnen Phasenleiter der Isolationswiderstand durch Bildung eines für diesen Phasenleiter eigenen Ankoppel- und Messpfades bestimmt. Den so ermittelten Isolationswiderständen wird ein von den jeweils anderen ermittelten Isolationswiderständen unabhängiger Ansprechwert zugeordnet, wobei Netzparameter wie beispielsweise Ableitimpedanzen des betreffenden Messpfades berücksichtigt werden können. Die voreingestellten Ansprechwerte werden daraufhin geprüft, ob der zugehörige, aktuell bestimmte Isolationswiderstand den jeweiligen Ansprechwert unterschreitet. Das Erzeugen eines Abschaltsignals zum Abschalten des IT-Stromversorgungssystems erfolgt dann, falls mindestens zwei unabhängige Ansprechwerte unterschritten werden. Durch diese Prüfung auf das Vorliegen eines Mehrfach-Isolationsfehlers ist sichergestellt, dass ein zweiter Fehler auf einem anderen Phasenleiter erkannt wird und somit ein gefährdender Systemzustand vorliegt, der eine Abschaltung des IT-Stromversorgungssystems erforderlich macht.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird bei Unterschreitung des Ansprechwertes ein dem jeweiligen Phasenleiter zugeordnetes Alarmsignal ausgelöst. Die Unterschreitung eines Ansprechwertes auf einem dem jeweiligen Phasenleiter betreffenden Messpfad entspricht einer selektiven Auslösung eines Alarmsignals. Durch diese dem einzelnen Phasenleiter zugeordneten Alarmsignale sind stehen Phasenleiter-bezogene Informationen über vorliegende Isolationsfehler zur Weiterverarbeitung und insbesondere zur Beurteilung des Systemzustands, zur Verfügung.
Mit Vorteil erfolgt das Erzeugen des Abschaltsignals durch eine logische Verknüpfung der Alarmsignale. Die selektiv bereitgestellten Alarmsignale erlauben eine logische Verknüpfung in der Weise, dass das Vorliegen einer Unterschreitung des Ansprechwertes auf mindestens zwei Messpfaden, also ein Mehrfach-Isolationsfehler, festgestellt werden kann.
In einer alternativen, zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren die Verfahrensschritte: Bestimmen eines Isolationswiderstands zwischen jedem Phasenleiter und Erde, Ermitteln einer Systemspannung zwischen den Phasenleitern und Erde, Berechnen von relevanten Strömen und Spannungen in dem IT-Stromversorgungssystem und an daran angeschlossenen Betriebsmitteln aus den bestimmten Isolationswiderständen und den ermittelten Systemspannungen unter Einbeziehung weiterer elektrischer Kenngrößen des IT-Stromversorgungssystems, Bewerten, ob die ermittelten Ströme und die ermittelten Spannungen einen gefährdenden Systemzustand repräsentieren und Erzeugen eines Abschaltsignals zum Abschalten des IT-Stromversorgungssystems, falls ein gefährdender Systemzustand erkannt wird.
In dieser Ausführungsform erfolgt neben der selektiven Bestimmung der Isolationswiderstände auch eine Ermittlung der Systemspannung zwischen den Phasenleitern und Erde. Aus diesen Größen können unter Anwendung elektrotechnischer Grundregeln zur Berechnung linearer Netze und unter Einbeziehung weiterer elektrischer Kenngrößen des IT-Stromversorgungssystems, wie beispielsweise Schutzleiterwiderstand oder Erdungswiderstand, Ströme und Spannungen, insbesondere Fehlerströme und Berührspannungen, für relevante Teile des IT-Stromversorgungssystems berechnet werden. In einer Bewertung wird festgestellt, ob ein gefährdender Systemzustand besteht, beispielsweise ob auf Grund einer Überschreitung zuvor festgelegter Grenzwerte für maximal zulässige Ströme und Spannungen in bestimmten Anlagenabschnitten oder an angeschlossenen Betriebsmitteln eine Gefährdung im Hinblick Schutz gegen elektrischen Schlag oder Brandschutz eingetreten ist. Wird ein derartig gefährdender Systemzustand erkannt, so erfolgt eine Abschaltung des IT-Stromversorgungssystems.
Vorzugsweise erfolgt das Bewerten der ermittelten Ströme und der ermittelten Spannungen zur Erkennung eines gefährdenden Systemzustands durch Bewertungsalgorithmen. In diese Bewertungsalgorithmen können Normenvorgaben und Erfahrungswerte miteinfließen, um einen gefährdenden Systemzustand zuverlässig erfassen zu können.
Mit den zuvor beschrieben Verfahren ist der Fehlerfall, dass ein zweiter Fehler an dem gleichen Phasenleiter gegen Erde wie bei dem ersten Fehler auftritt, nicht abgedeckt. Daher wird im Folgenden ein weiteres, drittes erfindungsgemäßes Verfahren beschrieben, mit dem dieser Fehlerfall erfasst werden kann.
In diesem weiteren Verfahren wird die Aufgabe in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 6 dadurch gelöst, dass nach Unterschreiten des ersten Ansprechwertes ein Start eines Änderungszeitfensters erfolgt, innerhalb dessen ein festgelegter zweiter Ansprechwert aktiviert wird und dass ein automatisiertes Abschalten des IT-Stromversorgungssystems erfolgt, falls innerhalb des Änderungszeitfensters der zweite Ansprechwert.
Nach der Erkennung eines ersten Fehlers, also nach dem Unterschreiten des ersten Ansprechwertes durch den aktuell bestimmten Isolationswiderstand wird ein Änderungszeitfenster gestartet, innerhalb dessen ein zweiter Ansprechwert als weiterer, unterhalb des ersten Ansprechwertes liegender Grenzwert für den Isolationswiderstand aktiviert wird. Wird dieser zweite Ansprechwert innerhalb des Änderungszeitfensters unterschritten, so deutet dies auf einen gefährdenden Systemzustand – möglicherweise durch einen zweiten Isolationsfehler – hin und es erfolgt ein automatisiertes Abschalten des IT-Stromversorgungssystems.
In weiterer Ausgestaltung wird die Dauer des Änderungszeitfensters sowie die Höhe des zweiten Ansprechwertes in Abhängigkeit von mindestens einem der folgenden Netzparameter bestimmt: aktueller Wert des Isolationswiderstands, Netzableitkapazität, Systemspannung und Verlagerungsspannung zwischen den Phasenleitern.
Um im Sinne einer gesteigerten Betriebssicherheit die Zuverlässigkeit der Erkennung des zweiten Fehlers zu erhöhen und Fehlalarme auszuschließen, können die Dauer des Änderungszeitfensters sowie die Höhe des zweiten Ansprechwertes für den Isolationswiderstand an die Kenngrößen/Netzparameter des IT-Stromversorgungssystems angepasst werden. Die zeitliche Variabilität des Änderungsfensters und die Höhe des zweiten Ansprechwertes berücksichtigen somit zum einen die besonderen elektrischen Eigenschaften des betrachteten IT-Stromversorgungssystems. Zum anderen können verschiedenen Schutzziele wie der Schutz vor elektrischem Schlag und die Brandgefahr priorisiert werden. Darüber hinaus können auch weitere Kenngrößen des IT-Stromversorgungssystems wie der Schutzleiterwiderstand, der Widerstand der aktiven Leiter (Phasenleiter) oder der Erdungswiderstand bei der Festlegung der Dauer des Änderungszeitfensters sowie der Höhe des zweiten Ansprechwertes Berücksichtigung finden.
Bei dem vorstehend genannten dritten Verfahren kann ein zweiter Fehler innerhalb des Änderungszeitfensters nur zuverlässig erkannt werden, wenn der erste Fehler so hochohmig ist, dass ein weiteres Absinken des Isolationswiderstandes durch einen zweiten Fehler noch hinreichend genau erkannt werden kann. Für den Fall eines niederohmigen ersten Fehlers erweist sich dieses Verfahren als weniger geeignet. Daher wird für diesen Fall das folgende Verfahren beschrieben.
Alternativ zu der automatisierten Abschaltung innerhalb eines Änderungszeitfensters wird die Aufgabe in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 9 durch ein viertes erfindungsgemäßes Verfahren gelöst, bei dem im Falle eines ersten Fehlers mit einem niederohmigem Isolationsfehlerwiderstand dem Benutzer eine Auswahlmöglichkeit geboten wird, das IT-Stromversorgungssystem manuell abzuschalten oder weiter zu betreiben.
Ist der bei dem ersten Fehler auftretende Isolationsfehlerwiderstand niederohmig, so hat der Benutzer die Möglichkeit, das IT-Stromversorgungssystem weiter zu betreiben oder abzuschalten. Wenngleich der Weiterbetrieb der eigentliche Zweck des IT-Stromversorgungssystems ist, so hat der Benutzer im Hinblick auf die Vermeidung einer möglichen Gefährdung dennoch die Möglichkeit, das IT-Stromversorgungssystem manuell abzuschalten.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Schwellwert voreinstellbar, unterhalb dessen der Isolationsfehlerwiderstand als niederohmig erkannt wird.
Ab welchem Widerstandswert der bestimmte Isolationswiderstand als niederohmig gilt, kann in Abhängigkeit der elektrischen Kenngrößen des IT-Stromversorgungssystems vorgegeben werden.
Bezogen auf eine das erste erfindungsgemäße Verfahren umsetzende Vorrichtung wird die Aufgabe gelöst durch eine für jeden Phasenleiter separat ausgeführte Ankoppelschaltung zur Messung eines Isolationswiderstands zwischen dem Phasenleiter und Erde und durch eine Auswertungseinrichtung zur Festlegung eines unabhängigen Ansprechwertes für jeden ermittelten Isolationswiderstand, zur Prüfung jedes Ansprechwertes auf Unterschreitung durch den zugehörigen Isolationswiderstand und zur Erzeugung eines Abschaltsignals zum Abschalten des IT-Stromversorgungssystems, falls mindestens zwei unabhängige Ansprechwerte unterschritten werden.
Mit der separat ausgeführten Ankoppelschaltung entsteht für jeden Phasenleiter ein eigener Ankoppel- und Messpfad, dessen Isolationswiderstand gemessen werden kann. Diese selektive Bestimmung des Isolationswiderstands ermöglicht die Erkennung eines zweiten Fehlers auf einem anderen Phasenleiter durch Prüfung der einzelnen Ansprechwerte auf Unterschreitung. Wird ein Mehrfach-Isolationsfehler festgestellt, so erfolgt die Erzeugung eines Abschaltsignals zum Abschalten des IT-Stromversorgungssystems.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung weist die Auswertungseinrichtung für jeden Phasenleiter einen Alarmausgang auf, an dem ein Alarmsignal zur Meldung der Unterschreitung des jeweiligen Ansprechwertes abgreifbar ist.
Indem jeder Phasenleiter einen eigenen Alarmausgang aufweist, kann sofort erkannt und signalisiert werden, an welchem Phasenleiter ein Isolationsfehler aufgetreten ist. Damit steht für jeden Phasenleiter ein Alarmsignal zur Verfügung, das selektiv Auskunft über das Isolationsniveau des IT-Stromversorgungssystems gibt. Vorteilhafterweise wird das Alarmsignal zur weiteren Auswertung des Systemzustands herangezogen.
Mit Vorteil weist die Auswertungseinrichtung eine logische Grundschaltung zur Verknüpfung der Alarmsignale auf.
Die selektiv an den Alarmausgängen zur Verfügung stehenden Alarmsignale erlauben, dass durch eine einfache logische Verknüpfung der Alarmsignale ein Mehrfach-Isolationsfehler festgestellt werden kann.
Bezogen auf eine das zweite erfindungsgemäße Verfahren umsetzende Vorrichtung wird die Aufgabe gelöst durch eine für jeden Phasenleiter separat ausgeführte Ankoppelschaltung zur Messung eines Isolationswiderstands zwischen dem jeweiligen Phasenleiter und Erde und zur Messung der Systemspannung zwischen dem jeweiligen Phasenleiter und Erde, eine Berechnungseinrichtung zur Berechnung von relevanten Strömen und Spannungen in dem IT-Stromversorgungssystem und an daran angeschlossenen Betriebsmitteln, eine Bewertungseinheit, die Bewertungsalgorithmen zur Erkennung eines gefährdenden Systemzustands ausführt und die bei Vorliegen eines gefährdenden Systemzustands ein Abschaltsignal zum Abschalten des IT-Stromversorgungssystems erzeugt.
Die für jeden Phasenleiter separat vorhandene Ankoppelschaltung ermöglicht neben der selektiven Bestimmung des für jeden Phasenleiter vorherrschenden Isolationswiderstands auch gleichzeitig die Messung der jeweiligen Systemspannung zwischen dem jeweiligen Phasenleiter und Erde. In der Berechnungseinrichtung werden unter Einbeziehung weiterer elektrischer Kenngrößen des IT-Stromversorgungssystems Ströme und Spannungen für gefährdete Bereiche oder eine Gefährdung darstellende Teile der elektrischen Anlage bestimmt und damit Systemzustände mit unterschiedlichem Gefährdungspotential erfasst. In der Bewertungseinheit sind Bewertungs-(Rechen)-Vorschriften implementiert, die als Bewertungsergebnis den elektrischen Zustand der relevanten Anlagenteile beschreiben. Liegt ein Gefährdungszustand vor, beispielsweise durch einen unterhalb eines Grenzwertes gesunkenen Isolationswiderstand oder durch einen zu hohen Ableitstrom, so führt ein Abschaltsignal zum Abschalten des IT-Stromversorgungssystems.
Eine schaltungstechnische Realisierung des dritten erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 15 dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung eines zweiten Fehlers die Erfassungseinrichtung eine Zweitfehler-Erkennungseinrichtung aufweist, mit einer Einstelleinrichtung zur Festlegung eines zweiten Ansprechwertes für den Isolationswiderstand, mit einer Zeitschaltung zum Aufspannen eines Änderungszeitfensters und mit einer Schaltsignaleinheit, die ein Abschaltsignal zur automatisierten Abschaltung des IT-Stromversorgungssystems erzeugt, falls innerhalb des Änderungszeitfensters der zweite Ansprechwert unterschritten wird.
Die Erfassungseinrichtung weist neben einer aus dem Stand der Technik bekannten Erstfehler-Erkennungseinrichtung eine Zweitfehler-Erkennungseinrichtung auf. Die Zweitfehler-Erkennungseinrichtung umfasst eine Einstelleinrichtung zur Festlegung eines zweiten Ansprechwertes für den Isolationswiderstand, eine Zeitschaltung und eine Schaltsignaleinheit. Wird nach Unterschreiten des ersten Ansprechwertes und während des von der Zeitschaltung aufgespannten Änderungszeitfensters der zweite Ansprechwert von dem aktuell gemessenen Isolationswiderstand unterschritten, so generiert die Schaltsignaleinheit ein Abschaltsignal zur automatisierten Abschaltung des IT-Stromversorgungssystems.
Eine dem vierten erfindungsgemäßen Verfahren entsprechende Vorrichtung zur Lösung der Aufgabe ist in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 16 dadurch gekennzeichnet, dass diese Vorrichtung einen Schwellwertdetektor zur Prüfung aufweist, ob der bestimmte Isolationswiderstand einen Widerstandswert unterhalb eines voreingestellten Schwellwertes besitzt sowie durch eine Entscheidungseinrichtung, die dem Benutzer eine Auswahlmöglichkeit bietet, das IT-Stromversorgungssystem manuell abzuschalten oder weiter zu betreiben.
Im Falle eines als niederohmig bewerteten ersten Isolationsfehlers wird dem Benutzer somit die Möglichkeit gegeben, entgegen der Zielsetzung eines IT-Stromversorgungssystems dieses System dennoch abzuschalten.
Die nachfolgende Zeichnung verdeutlicht beispielhaft den Einsatzzweck der vorliegenden Erfindung. Es zeigt die
Fig. ein IT-Stromversorgungssystem mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Isolationsüberwachung.
In der Fig. ist ein IT-Stromversorgungssystem 2 mit zwei Phasenleitern L1 und L2 dargestellt, welches als Wechsel- oder Gleichspannungssystem ausgeführt sein kann. Die erfindungsgemäßen Verfahren sowie die erfindungsgemäßen Vorrichtungen sind gleichermaßen in Wechsel- wie in Gleichspannungs-IT-Stromversorgungssystemen anwendbar. Der Isolationswiderstand des IT-Stromversorgungssystems 2 wird von einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 4 überwacht, die zwischen die jeweiligen Phasenleiter L1, L2 und Erde geschaltet ist und im vorliegenden Beispiel für die beiden Phasenleiter L1, L2 gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform jeweils eine separate Ankoppelschaltung 6, 8 aufweist. Zusätzlich sind für jeden Phasenleiter L1, L2 Überstromschutzeinrichtungen F1, F2 vorgesehen.
Im fehlerfreien Fall ist das IT-Stromversorgungssystem 2 durch einen komplexwertigen Isolationswiderstand/komplexwertige Ableitimpedanz als Netzparameter oder elektrische Kenngröße charakterisiert, der/die im Wesentlichen aus der Parallelschaltung der von den beiden Phasenleitern L1 und L2 abgehenden ohmschen Anteilen R_E1 und R_E2 sowie den Ableitkapazitäten C_E1 und C_E2 bestimmt wird.
An das IT-Stromversorgungsnetz 2 sind ein erstes und ein zweites Betriebsmittel 10, 12 angeschlossen. An dem ersten Betriebsmittel 10 ist vorliegend ein erster Fehler 14 und an dem zweiten Betriebsmittel 12 ein zweiter Fehler 16 aufgetreten, wobei beide Fehler 14, 16 als direkte Körperschlüsse dargestellt sind. Infolge des ersten Fehlers 14 ist aus dem IT-Stromversorgungsnetz 2 ein einem geerdeten Netz vergleichbares Netz entstanden, so dass der zweite Fehler 16 zu einem geschlossenen Fehlerstromkreis führt. Sofern die Körperschlüsse eine vernachlässigbare Impedanz aufweisen und demzufolge ein hinreichend hoher Kurzschlussstrom fließt, werden die Überstromschutzeinrichtungen F1, F2 auslösen. Im Falle Impedanz behafteter Fehler jedoch ist die Auslösung der Überstromschutzeinrichtungen F1, F2 nicht sichergestellt, so dass unterhalb der Auslöseschwelle bereits gefährdende Ströme fließen können.
Da dem Stand der Technik entsprechend ein Isolationsüberwachungsgerät nur den Isolationswiderstand auswertet, der sich aus der Parallelschaltung der von den Phasenleitern L1, L2 abgehenden Ableitimpedanzen ergibt, kann nur ein Absinken des gesamten Isolationswiderstandes festgestellt werden, nicht jedoch ein Fehlerstromkreis, der sich auf Grund zweier Fehler 14, 16 an verschiedenen Phasenleitern L1, L2 ergibt.
Indem die beispielhaft dargestellte, erfindungsgemäße Vorrichtung 4 über zwei separate Ankoppelschaltungen 6, 8 verfügt, kann ein Absinken des auf einen bestimmten Phasenleiter L1, L2 bezogenen Isolationswiderstands festgestellt und somit ein zweiter Fehler 16 detektiert werden. Mit der Erkennung des ersten und des zweiten Fehlers 16 sind die Phasenleiter-bezogenen Isolationswiderstände bekannt und es können Strom- und Spannungsverteilungen an relevanten Abschnitten in dem IT-Stromversorgungsnetz berechnet werden, aus denen wiederum mit geeigneten Bewertungsalgorithmen eine Aussage über den Systemzustand abgeleitet werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN VDE 0100-410 [0007]
IEC 60364-4-41 im Teil 411 [0007]

Claims

Verfahren zur Isolationsüberwachung eines ungeerdeten IT-Stromversorgungssystems (2) mit mindestens zwei Phasenleitern (L1, L2), umfassend die Verfahrensschritte: – Bestimmen eines Isolationswiderstands zwischen jedem Phasenleiter (L1, L2) und Erde, – Festlegen eines unabhängigen Ansprechwertes für jeden ermittelten Isolationswiderstand, – Prüfen jedes Ansprechwertes auf Unterschreitung durch den zugehörigen Isolationswiderstand, – Erzeugen eines Abschaltsignals zum Abschalten des IT-Stromversorgungssystems (2), falls mindestens zwei unabhängige Ansprechwerte unterschritten werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreitung des Ansprechwertes ein dem jeweiligen Phasenleiter (L1, L2) zugeordnetes Alarmsignal ausgelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen des Abschaltsignals durch eine logische Verknüpfung der Alarmsignale erfolgt.
Verfahren zur Isolationsüberwachung eines ungeerdeten IT-Stromversorgungssystems (2) mit mindestens zwei Phasenleitern (L1, L2), umfassend die Verfahrensschritte: – Bestimmen eines Isolationswiderstands zwischen jedem Phasenleiter (L1, L2) und Erde, – Ermitteln einer Systemspannung zwischen den Phasenleitern (L1, L2) und Erde, – Berechnen von relevanten Strömen und Spannungen in dem IT-Stromversorgungssystem (2) und an daran angeschlossenen Betriebsmitteln (10, 12) aus den bestimmten Isolationswiderständen und den ermittelten Systemspannungen unter Einbeziehung weiterer elektrischer Kenngrößen des IT-Stromversorgungssystems (2), – Bewerten, ob die ermittelten Ströme und die ermittelten Spannungen einen gefährdenden Systemzustand repräsentieren, – Erzeugen eines Abschaltsignals zum Abschalten des IT-Stromversorgungssystems (2), falls ein gefährdender Systemzustand erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewerten der ermittelten Ströme und der ermittelten Spannungen zur Erkennung eines gefährdenden Systemzustands durch Bewertungsalgorithmen erfolgt.
Verfahren zur Isolationsüberwachung eines ungeerdeten IT-Stromversorgungssystems (2) mit mindestens zwei Phasenleitern (L1, L2), umfassend die Verfahrensschritte: – Bestimmen eines Isolationswiderstands des IT-Stromversorgungssystems (2) und Festlegen eines ersten Ansprechwertes, dadurch gekennzeichnet, dass nach Unterschreiten des ersten Ansprechwertes ein Start eines Änderungszeitfensters erfolgt, innerhalb dessen ein festgelegter zweiter Ansprechwert aktiviert wird, und – dass ein automatisiertes Abschalten des IT-Stromversorgungssystems (2) erfolgt, falls innerhalb des Änderungszeitfensters der zweite Ansprechwert unterschritten wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dauer des Änderungszeitfensters in Abhängigkeit von mindestens einem der folgenden Netzparameter bestimmt wird: aktueller Wert des Isolationswiderstands, Netzableitkapazität, Systemspannung und Verlagerungsspannung zwischen den Phasenleitern (L1, L2).
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Höhe des zweiten Ansprechwertes in Abhängigkeit von mindestens einem der folgenden Netzparameter bestimmt wird: aktueller Wert des Isolationswiderstands, Netzableitkapazität, Systemspannung und Verlagerungsspannung zwischen den Phasenleitern (L1, L2).
Verfahren zur Isolationsüberwachung eines ungeerdeten IT-Stromversorgungssystems (2) mit mindestens zwei Phasenleitern (L1, L2), umfassend die Verfahrensschritte: – Bestimmen eines Isolationswiderstands des IT-Stromversorgungssystems (2) und Festlegen eines ersten Ansprechwertes, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem ersten Fehler (14) mit einem niederohmigen Isolationsfehlerwiderstand dem Benutzer eine Auswahlmöglichkeit geboten wird, das IT-Stromversorgungssystem (2) manuell abzuschalten oder weiter zu betreiben.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwellwert voreinstellbar ist, unterhalb dessen der Isolationsfehlerwiderstand als niederohmig erkannt wird.
Vorrichtung zur Isolationsüberwachung (4) eines ungeerdeten IT-Stromversorgungssystems (2) mit mindestens zwei Phasenleitern (L1, L2), gekennzeichnet durch eine für jeden Phasenleiter (L1, L2) separat ausgeführte Ankoppelschaltung (6, 8) zur Messung eines Isolationswiderstands zwischen dem jeweiligen Phasenleiter (L1, L2) und Erde und durch eine Auswertungseinrichtung zur Festlegung eines unabhängigen Ansprechwertes für jeden ermittelten Isolationswiderstand, zur Prüfung jedes Ansprechwertes auf Unterschreitung durch den zugehörigen Isolationswiderstand und zur Erzeugung eines Abschaltsignals zum Abschalten des IT-Stromversorgungssystems (2), falls mindestens zwei unabhängige Ansprechwerte unterschritten werden.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung für jeden Phasenleiter (L1, L2) einen Alarmausgang aufweist, an dem ein Alarmsignal zur Meldung der Unterschreitung des jeweiligen Ansprechwertes abgreifbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung eine logische Grundschaltung zur Verknüpfung der Alarmsignale aufweist.
Vorrichtung zur Isolationsüberwachung (4) eines ungeerdeten IT-Stromversorgungssystems (2) mit mindestens zwei Phasenleitern (L1, L2), gekennzeichnet durch eine für jeden Phasenleiter (L1, L2) separat ausgeführte Ankoppelschaltung (6, 8) zur Messung eines Isolationswiderstands zwischen dem jeweiligen Phasenleiter (L1, L2) und Erde und zur Messung der Systemspannung zwischen dem jeweiligen Phasenleiter (L1, L2) und Erde, eine Berechnungseinrichtung zur Berechnung von relevanten Strömen und Spannungen in dem IT-Stromversorgungssystem (2) und an daran angeschlossenen Betriebsmitteln (10, 12), eine Bewertungseinheit, die Bewertungsalgorithmen zur Erkennung eines gefährdenden Systemzustands ausführt und die bei Vorliegen eines gefährdenden Systemzustands ein Abschaltsignal zum Abschalten des IT-Stromversorgungssystems (2) erzeugt.
Vorrichtung zur Isolationsüberwachung eines ungeerdeten IT-Stromversorgungssystems (2) mit mindestens zwei Phasenleitern (L1, L2), mit einer Erfassungseinrichtung zur Bestimmung eines Isolationswiderstands des Stromversorgungssystems (2), wobei zur Erkennung eines ersten Fehlers (14) die Erfassungseinrichtung eine Erstfehler-Erkennungseinrichtung mit einem einstellbaren ersten Ansprechwert für den Isolationswiderstand aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung eines zweiten Fehlers (16) die Erfassungseinrichtung eine Zweitfehler-Erkennungseinrichtung aufweist, mit einer Einstelleinrichtung zur Festlegung eines zweiten Ansprechwertes für den Isolationswiderstand, mit einer Zeitschaltung zum Aufspannen eines Änderungszeitfensters und mit einer Schaltsignaleinheit, die ein Abschaltsignal zur automatisierten Abschaltung des IT-Stromversorgungsystems erzeugt, falls innerhalb des Änderungszeitfensters der zweite Ansprechwert unterschritten wird.
Vorrichtung zur Isolationsüberwachung eines ungeerdeten IT-Stromversorgungssystems (2) mit mindestens zwei Phasenleitern (L1, L2), mit einer Erfassungseinrichtung zur Bestimmung eines Isolationswiderstands des IT-Stromversorgungssystems (2), wobei zur Erkennung eines ersten Fehlers (14) die Erfassungseinrichtung eine Erstfehler-Erkennungseinrichtung mit einem einstellbaren ersten Ansprechwert für den Isolationswiderstand aufweist, gekennzeichnet durch, einen Schwellwertdetektor zur Prüfung, ob der bestimmte Isolationswiderstand einen Widerstandswert unterhalb eines voreingestellten Schwellwertes besitzt und durch eine Entscheidungseinrichtung, die dem Benutzer eine Auswahlmöglichkeit bietet, das IT-Stromversorgungssystem (2) manuell abzuschalten oder weiter zu betreiben.