DE102022128496B3

DE102022128496B3 - Circuit arrangement and method for monitoring an insulation resistance and/or a switching capability of an electrical network isolating device

Info

Publication number: DE102022128496B3
Application number: DE102022128496.4A
Authority: DE
Inventors: Jens Friebe; Tobias Scholl
Original assignee: Leibniz Universitaet Hannover
Current assignee: Leibniz Universitaet Hannover
Priority date: 2022-10-27
Filing date: 2022-10-27
Publication date: 2024-02-15
Anticipated expiration: 2042-10-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Überwachung eines Isolationswiderstandes (R5, R6) und/oder einer Schaltfähigkeit einer elektrischen Netztrenneinrichtung, mit einer Energieversorgungseinheit, zwei in Reihe geschaltete Trenneinrichtungen (S1, S2, S3, S4) und einem Widerstandsnetzwerk mit Spannungsteilerwiderständen (R1, R2, R3). Eine Spannungsmesseinheit (Vm) ist zur Messung einer über den dritten Spannungsteilerwiderstand (R3) abfallenden Spannung (Um) eingerichtet. Eine Auswerteeinheit ist zur Ermittlung des Isolationswiderstandes (R5, R6) und/oder der Schaltfähigkeit der Trenneinrichtungen (S1, S2, S3, S4) aus den Änderungen der gemessenen Spannung (Um) eingerichtet, die durch Öffnen oder Schließen der Trenneinrichtungen (S1, S2, S3, S4) bewirkt werden.The invention relates to a circuit arrangement and a method for monitoring an insulation resistance (R5, R6) and/or a switching capability of an electrical network isolating device, with a power supply unit, two series-connected isolating devices (S1, S2, S3, S4) and a resistance network with voltage divider resistors ( R1, R2, R3). A voltage measuring unit (Vm) is set up to measure a voltage (Um) dropped across the third voltage divider resistor (R3). An evaluation unit is set up to determine the insulation resistance (R5, R6) and/or the switching capability of the isolating devices (S1, S2, S3, S4) from the changes in the measured voltage (Um), which are caused by opening or closing the isolating devices (S1, S2 , S3, S4).

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Überwachung eines Isolationswiderstands und/oder einer Schaltfähigkeit einer elektrischen Netztrenneinrichtung.The invention relates to a circuit arrangement for monitoring an insulation resistance and/or a switching capability of an electrical network isolating device.

Eine solche gattungsgemäße Schaltungsanordnung kann beispielsweise aufweisen:

- eine Energieversorgungseinheit mit einem positiven Spannungspotenzial und einem negativen Spannungspotenzial, umfassend ein negatives Spannungspotenzial von Null Volt bei Erdpotenzial der Energieversorgungseinheit, einer Versorgungsspannung,
- eine erste an die Energieversorgungseinheit angeschlossene Trenneinrichtung und
- eine zweite Trenneinrichtung, die elektrisch in Reihe mit der ersten Trenneinrichtung unter Bildung eines Trenneinrichtungs-Verbindungsknotenpunktes verbunden ist und an dem nicht mit der ersten Trenneinrichtung verbundenen Anschluss der zweiten Trenneinrichtung einen Anschluss einer Netzanschlussstelle bildet.

Such a generic circuit arrangement can have, for example:

- a power supply unit with a positive voltage potential and a negative voltage potential, comprising a negative voltage potential of zero volts at ground potential of the power supply unit, a supply voltage,
- a first separating device connected to the energy supply unit and
- a second isolating device, which is electrically connected in series with the first isolating device to form a isolating device connection node and forms a connection of a network connection point at the connection of the second isolating device that is not connected to the first isolating device.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Überwachung eines Isolationswiderstands und/oder einer Schaltfähigkeit einer Netztrenneinrichtung mit einer solchen Schaltungsanordnung.The invention further relates to a method for monitoring an insulation resistance and/or a switching capability of a network isolating device with such a circuit arrangement.

Netztrenneinrichtungen werden bei der elektrischen Energieversorgung in vielfältigen Anwendungen, wie beispielsweise für Photovoltaik-Wechselrichter, der batteriegestützten stationären oder mobilen Energieversorgung sowie anderen leistungselektronischen Anwendungen, wie Motorumrichter etc. eingesetzt. Dabei besteht ein Bedarf, den Isolationswert zwischen geräteinternen Schaltkreisen und dem Gehäuse bzw. Massepotenzial (PE) zu überwachen. Damit kann die elektrische Sicherheit der elektrischen Anlage sichergestellt werden (Berührschutz etc.).Grid isolation devices are used in electrical energy supply in a variety of applications, such as photovoltaic inverters, battery-supported stationary or mobile energy supply and other power electronic applications such as motor converters, etc. There is a need to monitor the insulation value between device-internal circuits and the housing or ground potential (PE). This ensures the electrical safety of the electrical system (protection against contact, etc.).

Zudem ist als weitere sicherheitsrelevante Funktion auch noch die Funktionsfähigkeit der Netztrennstelle bzw. des Kuppelschalters einer Leistungselektronikeinheit von Interesse, die überwacht werden muss.In addition, another safety-relevant function of interest is the functionality of the mains disconnection point or the tie switch of a power electronics unit, which must be monitored.

DE 10 2015 122 636 B4 beschreibt einen Wechselrichter mit einer Netztrennstelle und einer Isolationswiderstandsmessung. Hierzu werden die an einem Brückenschaltungs-Knotenpunkt, den Verbindungspunkten zwischen zwei in Serie geschaltete Trenneinrichtungen und zum PE-Anschluss anliegenden Spannungen gemessen, wobei ein Widerstand elektrisch parallel zu einer der Trenneinrichtungen geschaltet ist. Eine Spannungs- oder Strommessung mit Bezug auf den Erd- oder Schutzleiter wird zur Ermittlung des Isolationswiderstands des Wechselrichters nicht benötigt. Durch den parallel zu einer Trenneinrichtung geschalteten Messwiderstand kann eine Spannungsmessung mit Bezug auf einen Phasenleiter oder einen Nullleiter des Wechselspannungsnetzes durchgeführt werden. DE 10 2015 122 636 B4 describes an inverter with a mains disconnection point and an insulation resistance measurement. For this purpose, the voltages present at a bridge circuit node, the connection points between two series-connected isolating devices and the PE connection are measured, with a resistor being electrically connected in parallel to one of the isolating devices. A voltage or current measurement with reference to the earth or protective conductor is not required to determine the insulation resistance of the inverter. By means of the measuring resistor connected in parallel to a separating device, a voltage measurement can be carried out with reference to a phase conductor or a neutral conductor of the AC voltage network.

DE 10 2006 022 686 B4 offenbart eine Messanordnung zur Ermittlung des Isolationswiderstands einer elektrischen Vorrichtung, bei der eine Strommesseinrichtung zwischen dem nicht mit dem Erdungspunkt verbundenen Anschluss einer von zwei in Reihe geschalteten Trenneinrichtungen und einem der beiden Pole eingefügt ist. Unter Verwendung einer Konstantstromquelle wird der Isolationswiderstand aus der Differenz des gemessenen Stroms bei geschlossener erster Trenneinrichtung und bei geöffneter zweiter Trenneinrichtung bestimmt. DE 10 2006 022 686 B4 discloses a measuring arrangement for determining the insulation resistance of an electrical device, in which a current measuring device is inserted between the terminal of one of two series-connected isolating devices and one of the two poles, which is not connected to the grounding point. Using a constant current source, the insulation resistance is determined from the difference in the measured current when the first isolating device is closed and when the second isolating device is open.

DE 10 2012 104 752 B3 offenbart ein Verfahren zur Messung eines Isolationswiderstands für einen Wechselrichter, bei dem der Mittelpunkt einer Halbbrücke durch Schließen eines Erdschalters mit dem Erdungspunkt verbunden wird. Dieser mit dem Erdungspunkt verbundene Mittelpunkt wird dann mittels Schalten der Schaltelemente der Halbbrücke nacheinander mit den beiden ungeerdeten Polen einer an der Halbbrücke anliegenden Zwischenkreisspannung des Wechselrichters verbunden und der über die mit dem Erdungspunkt hergestellte Verbindung fließende Strom gemessen.
WO 2021/ 180 747 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung des Isolationswiderstands einer Photovoltaik-Anlage gegen Erde. Hierzu wird die für die Messung erforderliche Spannung in Form der Zwischenkreisspannung vom Zwischenkreis des Photovoltaik-Wechselrichters zur Verfügung gestellt und die Messspannungen bei geöffnetem AC-Trenner erfasst, während der DC-Eingang mit einem Eingangskurzschlussschalter kurzgeschlossen wird. Hierdurch wird die Zwischenkreisspannung in umgekehrter Richtung an den DC-Eingang angelegt. Der Isolationswiderstand wird dann mit Hilfe der Messspannung bei geöffnetem und geschlossenem Schalter des Spannungsteilers bestimmt. Der Spannungsteiler enthält zumindest zwei Widerstände, wobei ein Schalter zum Zuschalten eines Widerstands des Spannungsteilers vorgesehen ist. Der Spannungsteiler ist an einen Boost-Schalter eines DC/DC-Wandlers angeschlossen. Bei geschlossenem Eingangskurzschlussschalter (Boost-Schalter) wird jeweils eine erste Messspannung bei geöffnetem Schalter des Spannungsteilers und eine zweite Messspannung bei geschlossenem Schalter des Spannungsteilers erfasst. Aus den Messwerten der beiden erfassten Messspannungen bzw. dem zeitlichen Verlauf kann die Anlagenkapazität und der Isolationswiderstand ermittelt werden. DE 10 2012 104 752 B3 discloses a method for measuring insulation resistance for an inverter, in which the midpoint of a half bridge is connected to the ground point by closing a ground switch. This center point connected to the grounding point is then connected one after the other to the two ungrounded poles of an intermediate circuit voltage of the inverter present at the half bridge by switching the switching elements of the half bridge and the current flowing via the connection established to the grounding point is measured.
WO 2021/ 180 747 A1 describes a method for determining the insulation resistance of a photovoltaic system to earth. For this purpose, the voltage required for the measurement is provided in the form of the intermediate circuit voltage from the intermediate circuit of the photovoltaic inverter and the measurement voltages are recorded with the AC isolator open, while the DC input is short-circuited with an input short-circuit switch. This causes the DC link voltage to be applied to the DC input in the opposite direction. The insulation resistance is then determined using the measuring voltage with the voltage divider switch open and closed. The voltage divider contains at least two resistors, with a switch for switching on a resistor of the voltage divider being provided. The voltage divider is connected to a boost switch of a DC/DC converter. When the input short-circuit switch (boost switch) is closed, a first measuring voltage is recorded when the voltage divider switch is open and a second measuring voltage is recorded when the voltage divider switch is closed. The system capacity and the insulation resistance can be determined from the measured values of the two measured voltages recorded or the time course.

DE 10 2011 018 229 A1 offenbart eine Schaltungsanordnung zur Potentialtrennung wenigstens eines elektrischen Geräts, insbesondere eines Wechselrichters einer Energieerzeugungsanlage, von einem Netz, mit wenigstens einer Leitung mit einem netzseitigen Anschluss und einem geräteseitigen Anschluss und einer Reihenschaltung aus wenigstens zwei steuerbaren Schaltelementen zwischen dem netzseitigen Anschluss und dem geräteseitigen Anschluss in zumindest einer dieser wenigstens einen Leitung. Ein Mittelkontakt zwischen zwei Schaltelementen einer Reihenschaltung weist im offenen Schaltzustand der beiden Schaltelemente ein definiertes Potential auf. Wenigstens eine Messeinrichtung ist zum Erfassen eines Potentials oder einer Potentialverschiebung an dem Mittelkontakt zwischen den zwei Schaltelementen der Reihenschaltung vorgesehen. DE 10 2011 018 229 A1 discloses a circuit arrangement for electrical isolation of at least one electrical device, in particular an inverter of a power generation system, from a network, with at least one line with a network-side connection and a device-side connection and a series connection of at least two controllable switching elements between the network-side connection and the device-side connection in at least one of these at least one line. A center contact between two switching elements of a series circuit has a defined potential when the two switching elements are in the open switching state. At least one measuring device is provided for detecting a potential or a potential shift at the center contact between the two switching elements of the series circuit.

DE 10 2014 117 417 A1 offenbart ein Batterieverwaltungssystem für eine Hochvoltbatterie das eine Schalteinrichtung mit steuerbaren Schaltelementen zum Herstellen und Trennen der elektrischen Verbindung zwischen den Polen der Hochvoltbatterie und den Anschlussstellen für ein Verbrauchernetz, und eine Einrichtung zur Isolationsüberwachung aufweist. Die Pole der Hochvoltbatterie und die Anschlussstellen für das Verbrauchernetz sind über jeweils einen Spannungsteiler gegen ein Bezugspotential zur Isolationsmessung geschaltet. Das Batterieverwaltungssystem weist ferner eine Einrichtung zum Überprüfen des Schaltzustands der steuerbaren Schaltelemente mittels Messeinrichtungen zum Bestimmen der elektrischen Spannung auf. Die Messeinrichtungen sind solcherart angeordnet, dass sie die Spannung zwischen dem Ausgang des jeweiligen Spannungsteilers und dem Bezugspotential messen. Die Einrichtung weist zum Überprüfen des Schaltzustands der steuerbaren Schaltelemente eine Einrichtung zum Vergleichen der gemessenen Spannungswerte jener jeweils zwei Messeinrichtungen auf, zwischen deren zugeordneten Spannungsteilern jeweils ein steuerbares Schaltelement geschaltet ist. DE 10 2014 117 417 A1 discloses a battery management system for a high-voltage battery that has a switching device with controllable switching elements for establishing and disconnecting the electrical connection between the poles of the high-voltage battery and the connection points for a consumer network, and a device for insulation monitoring. The poles of the high-voltage battery and the connection points for the consumer network are each connected to a reference potential for insulation measurement via a voltage divider. The battery management system also has a device for checking the switching state of the controllable switching elements using measuring devices for determining the electrical voltage. The measuring devices are arranged in such a way that they measure the voltage between the output of the respective voltage divider and the reference potential. To check the switching state of the controllable switching elements, the device has a device for comparing the measured voltage values of those two measuring devices, between whose associated voltage dividers a controllable switching element is connected.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Schaltungsanordnung und Verfahren zur Überwachung eines Isolationswiderstands und/oder einer Schaltfähigkeit einer elektrischen Netztrenneinrichtung zu schaffen.Based on this, it is the object of the present invention to create an improved circuit arrangement and method for monitoring an insulation resistance and/or a switching capability of an electrical network isolating device.

Die Aufgabe wird mit der Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.The task is solved with the circuit arrangement with the features of claim 1 and by the method with the features of claim 10. Advantageous embodiments are described in the subclaims.

Es wird vorgeschlagen, dass
die Schaltungsanordnung ferner ein Widerstandsnetzwerk umfasst;
wobei ein erster Spannungsteilerwiderstand des Widerstandsnetzwerks mit der Netzanschlussstelle verbunden ist und entweder parallel zu der zweiten Trenneinrichtung oder parallel zu einer aus der ersten Trenneinrichtung und der zweiten Trenneinrichtung gebildeten Reihenschaltung geschaltet ist;
wobei ein zweiter Spannungsteilerwiderstand des Widerstandsnetzwerks mit dem Trenneinrichtungs-Verbindungsknotenpunkt verbunden ist und parallel zu der ersten Trenneinrichtung geschaltet ist;
wobei ein dritter Spannungsteilerwiderstand des Widerstandsnetzwerkes über den zweiten Spannungsteilerwiderstand mit dem Trenneinrichtungs-Verbindungsknotenpunkt verbunden ist;
wobei die Schaltungsanordnung ferner eine Spannungsmesseinheit umfasst, die zur Messung einer über den dritten Spannungsteilerwiderstand abfallenden Spannung eingerichtet ist; und wobei eine Auswerteeinheit mit der Spannungsmesseinheit verbunden ist oder diese umfasst und eingerichtet ist, aus den Änderungen der gemessenen Spannung, die durch Öffnen oder Schließen der Trenneinrichtungen bewirkt werden, den Isolationswiderstand und/oder die Schaltfähigkeit der Trenneinrichtungen zu ermitteln.It is suggested that
the circuit arrangement further comprises a resistor network;
wherein a first voltage divider resistor of the resistance network is connected to the mains connection point and is connected either in parallel to the second isolating device or in parallel to a series circuit formed from the first isolating device and the second isolating device;
wherein a second voltage divider resistor of the resistor network is connected to the isolator connection node and connected in parallel with the first isolator;
wherein a third voltage divider resistor of the resistor network is connected to the isolator connection node via the second voltage divider resistor;
wherein the circuit arrangement further comprises a voltage measuring unit which is set up to measure a voltage dropped across the third voltage divider resistor; and wherein an evaluation unit is connected to the voltage measuring unit or includes it and is set up to determine the insulation resistance and / or the switching capability of the isolating devices from the changes in the measured voltage caused by opening or closing the isolating devices.

Mit anderen Worten wird somit vorgeschlagen, dass:

- an einem Anschluss der Netzanschlussstelle der zweiten Trenneinrichtung ein Widerstandsnetzwerk angeschlossen ist, der drei Spannungsteilerwiderstände aufweist, wobei
- ein erster Spannungsteilerwiderstand des Widerstandsnetzwerkes mit dem Anschluss der Netzanschlussstelle verbunden ist und entweder parallel zu der zweiten Trenneinrichtung oder parallel zu der Reihenschaltung der ersten und zweiten Trenneinrichtung geschaltet ist,
- ein zweiter Spannungsteilerwiderstand des Widerstandsnetzwerkes mit dem Trenneinrichtungs-Verbindungsknotenpunkt der beiden miteinander in Reihe geschalteten Trenneinrichtungen verbunden ist und parallel zu der ersten Trenneinrichtung geschaltet ist,
- ein dritter Spannungsteilerwiderstand des Widerstandsnetzwerkes mit dem anderen Anschluss des zweiten Spannungsteilerwiderstands verbunden ist, und
- der andere, nicht direkt mit dem zweiten Spannungsteilerwiderstand verbundene Anschluss des dritten Spannungsteilerwiderstands einen Messanschluss bildet,
- wobei eine Spannungsmesseinheit zur Messung einer über den dritten Spannungsteilerwiderstand abfallenden Messspannung vorhanden ist und

wobei eine Auswerteeinheit mit der Spannungsmesseinheit verbunden ist oder diese umfasst und zur Ermittlung des Isolationswiderstands und/oder der Schaltfähigkeit aus den durch Änderung der Schaltzustände der Trenneinrichtungen bewirkten Änderungen der gemessenen Messspannung eingerichtet ist.In other words, it is thus proposed that:

- A resistance network which has three voltage divider resistors is connected to a connection of the mains connection point of the second isolating device, wherein
- a first voltage divider resistor of the resistance network is connected to the connection of the mains connection point and is connected either in parallel to the second isolating device or in parallel to the series connection of the first and second isolating devices,
- a second voltage divider resistor of the resistance network is connected to the isolating device connection node of the two isolating devices connected in series and is connected in parallel to the first isolating device,
- a third voltage divider resistor of the resistance network is connected to the other connection of the second voltage divider resistor, and
- the other connection of the third voltage divider resistor, which is not directly connected to the second voltage divider resistor, forms a measuring connection,
- wherein a voltage measuring unit is present for measuring a measuring voltage dropping across the third voltage divider resistor and

wherein an evaluation unit is connected to the voltage measuring unit or includes it and is set up to determine the insulation resistance and / or the switching capability from the changes in the measured measuring voltage caused by changing the switching states of the isolating devices.

Damit ist auf einfache Weise ohne aufwendige Bauelemente lediglich mit einem mindestens drei Spannungsteilerwiderstände aufweisenden Widerstandsnetzwerk, das als mehrfacher Spannungsteiler wirkt, und einer Spannungsmesseinheit zur Ermittlung der Messspannung über den dritten Spannungsteilerwiderstand der in Serie geschalteten Spannungsteilerwiderstände möglich, die Einhaltung des Isolationswiderstands und die Funktionsfähigkeit der Schaltelemente der Netztrenneinrichtung zu überwachen. Die Schaltungsanordnung ist damit kostengünstig, zuverlässig und platzsparend.This means that compliance with the insulation resistance and the functionality of the switching elements are possible in a simple manner without complex components using only a resistance network having at least three voltage divider resistors, which acts as a multiple voltage divider, and a voltage measuring unit for determining the measuring voltage via the third voltage divider resistor of the voltage divider resistors connected in series of the mains disconnection device. The circuit arrangement is therefore cost-effective, reliable and space-saving.

Die Energieversorgungseinheit kann unidirektional entweder als energieversorgende Quelle oder als energieaufnehmende Senke ausgebildet sein. Sie kann aber auch eine bedarfsweise als Quelle oder Senke arbeitende bidirektionale Energieversorgungseinheit sein.The energy supply unit can be designed unidirectionally either as an energy-supplying source or as an energy-absorbing sink. However, it can also be a bidirectional energy supply unit that works as a source or sink if necessary.

Die Energieversorgungseinheit kann für eine Gleichspannung-Versorgungsspannung ausgelegt sein. Sie kann aber auch für eine Wechselspannung als Versorgungsspannung ausgelegt sein, so dass der auf die Versorgungsspannung bezogene Begriff nicht auf ein positives Gleichspannungspotenzial eingeschränkt ist, sondern auch das an einer Phase anliegende Wechselspannungspotenzial umfasst. Entsprechend ist der Begriff „negatives Spannungspotenzial“ im Sinne des anderen Pols der Gleich- oder Wechsel-Versorgungsspannung nicht auf eine negative Gleichspannung eingeschränkt, sondern umfasst insbesondere auch das Massepotenzial einer Gleichspannungsquelle/-senke oder das Potenzial des Nullleiters einer Wechselspannungsquelle/-senke.The power supply unit can be designed for a DC supply voltage. However, it can also be designed for an alternating voltage as a supply voltage, so that the term relating to the supply voltage is not limited to a positive direct voltage potential, but also includes the alternating voltage potential applied to a phase. Accordingly, the term “negative voltage potential” in the sense of the other pole of the DC or AC supply voltage is not limited to a negative DC voltage, but also includes in particular the ground potential of a DC voltage source/sink or the potential of the neutral conductor of an AC voltage source/sink.

Der Anschluss der ersten Trenneinrichtung an die Energieversorgungseinheit kann direkt oder indirekt über eine zwischengeschaltete Schalteinheit, wie beispielsweise eine Brückenschaltung erfolgen.The first isolating device can be connected to the energy supply unit directly or indirectly via an intermediate switching unit, such as a bridge circuit.

Die Überwachung des Isolationswiderstands und/oder der Funktionsfähigkeit (Schaltfähigkeit) der Brückenschaltung und der Trenneinrichtungen gelingt durch die Verfahrensschritte:

a) Messen der Ruhe-Messspannung, die über dem dritten Spannungsteilerwiderstand des Widerstandsnetzwerkes abfällt, wenn die Energieversorgungseinheit von der ersten Trenneinrichtung getrennt ist, bspw. indem eine Brückenschaltung geöffnet ist, und alle Trenneinrichtungen geöffnet sind;
b) Messen der Überbrückungs-Messspannung, die über dem dritten Spannungsteilerwiderstand des Widerstandsnetzwerkes abfällt, wenn die Energieversorgungseinheit von der ersten Trenneinrichtung getrennt ist, bspw. indem eine Brückenschaltung geöffnet ist, und eine Trenneinrichtung geschlossen ist, sodass der erste oder zweite Spannungsteilerwiderstand des Widerstandsnetzwerkes überbrückt wird;
c1) Erkennen eines Unterschreitens eines zulässigen Isolationswiderstands, wenn der Betrag der Differenz zwischen der im Schritt a) gemessenen Ruhe-Messspannung und der im Schritt b) gemessenen Überbrückungs-Messspannung einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet, und/oder
c2) Erkennen der Funktionsunfähigkeit einer ausgewählten Trenneinrichtung, wenn sich bei Ansteuerung der ausgewählten Trenneinrichtung bei getrennter Verbindung zwischen der Energieversorgungseinheit und der ersten Trenneinrichtung die Differenz zwischen der im Schritt a) gemessenen Ruhe-Messspannung und der im Schritt b) beim Schließen der ausgewählten Trenneinrichtung gemessenen Überbrückungs-Messspannung nicht ändert.

The monitoring of the insulation resistance and/or the functionality (switching capability) of the bridge circuit and the isolating devices is achieved through the following process steps:

a) measuring the quiescent measurement voltage that drops across the third voltage divider resistor of the resistance network when the power supply unit is separated from the first isolating device, for example by opening a bridge circuit and all isolating devices are open;
b) measuring the bridging measurement voltage that drops across the third voltage divider resistor of the resistance network when the power supply unit is separated from the first isolating device, for example by a bridge circuit being opened and a isolating device being closed, so that the first or second voltage divider resistor of the resistor network bridges becomes;
c1) Detecting a fall below a permissible insulation resistance if the magnitude of the difference between the resting measuring voltage measured in step a) and the bridging measuring voltage measured in step b) falls below a predetermined limit value, and / or
c2) Detecting the inoperability of a selected isolating device if, when the selected isolating device is activated and the connection between the energy supply unit and the first isolating device is disconnected, the difference between the quiescent measuring voltage measured in step a) and that measured in step b) when the selected isolating device is closed Bridging measuring voltage does not change.

Die Schaltungsanordnung kann zur Überwachung des Isolationswiderstands und/oder der Schaltfähigkeit durch Erkennen eines Anstiegs der Messspannung eingerichtet sein, wenn durch Schließen einer Trennstelle ein Spannungsteilerwiderstand des Widerstandsnetzwerkes überbrückt wird. Damit wird ausgenutzt, dass sich die Charakteristik des Spannungsteilers an dem nicht überbrückten dritten Spannungsteilerwiderstand, in dem die Messspannung abgegriffen wird, durch die Überbrückung eines der anderen Spannungsteilerwiderstände ändert. Wenn sich bei Ansteuern einer Trenneinrichtung keine Änderung der Messspannung ergibt, ist dies ein Hinweis darauf, dass die Trenneinrichtung nicht funktionsfähig ist.The circuit arrangement can be set up to monitor the insulation resistance and/or the switching capability by detecting an increase in the measuring voltage when a voltage divider resistor of the resistance network is bridged by closing a separation point. This takes advantage of the fact that the characteristic of the voltage divider at the unbridged third voltage divider resistor, in which the measuring voltage is tapped, changes by bridging one of the other voltage divider resistors. If there is no change in the measuring voltage when an isolating device is activated, this is an indication that the isolating device is not functional.

Die Energieversorgungseinheit kann mit einer Brückenschaltung verbunden sein, wobei die Brückenschaltung Schaltelemente hat und zur Bereitstellung eines durch den Schaltzustand der Brückenschaltung vorgegebenen Spannungspotenzials an einem Brückenschaltungs-Knotenpunkt ausgebildet ist. Die erste Trenneinrichtung ist hierbei zum indirekten Anschluss an die Energieversorgungseinheit mit dem Brückenschaltungs-Knotenpunkt verbunden. Die Brückenschaltung kann beispielsweise eine Halbbrücke, eine doppelte Halbbrücke, eine dreifache Halbbrücke und dergleichen sein, um eine gewünschte Anzahl an Anschlüssen eines Netzanschlussknotens (z.B. DC+ eines Gleichstromnetzes, P und N eines Wechselspannungsnetzes, 3xP eines Drehstromnetzes) mit der Energieversorgungseinheit zu verbinden.The power supply unit can be connected to a bridge circuit, wherein the bridge circuit has switching elements and is designed to provide a voltage potential predetermined by the switching state of the bridge circuit at a bridge circuit node. The first separating device is connected to the bridge circuit node for an indirect connection to the energy supply unit. The bridge circuit can be, for example, a half bridge, a double half bridge, a triple half bridge and the like in order to provide a desired number of connections of a network connection node (e.g. DC+ one DC network, P and N of an AC network, 3xP of a three-phase network) to be connected to the power supply unit.

Die Schaltungsanordnung kann zur Überwachung des Isolationswiderstands und/oder der Schaltfähigkeit durch Erkennen eines Abfalls der Messspannung auf das negative Spannungspotenzial der Energieversorgungseinheit, insbesondere Null Volt bei Erdpotenzial der Energieversorgungseinheit als negatives Spannungspotenzial, eingerichtet sein, wenn ein die Verbindung mit dem negativen Spannungspotenzial der Energieversorgungseinheit bewirkendes Schaltelement der Brückenschaltung geschlossen wird. Damit kann ein charakteristischer Abfall einer gemessenen Ruhe-Messspannung auf Null Volt als Hinweis auf die Funktionsfähigkeit des Schaltelements der Brückenschaltung genutzt werden. Die Energieversorgungseinheit kann mit einer Brückenschaltung verbunden sein, um die Schaltungsanordnung bzw. den damit bereitgestellten Netzanschluss mit Energie zu versorgen. Im Falle einer Batterie als Energieversorgungseinheit kann diese zudem über die mit der Schaltungsanordnung bereitgestellte Verbindung wieder aufgeladen werden.The circuit arrangement can be set up to monitor the insulation resistance and/or the switching capability by detecting a drop in the measuring voltage to the negative voltage potential of the energy supply unit, in particular zero volts at ground potential of the energy supply unit as a negative voltage potential, if a connection to the negative voltage potential of the energy supply unit is effected Switching element of the bridge circuit is closed. This means that a characteristic drop in a measured resting measuring voltage to zero volts can be used as an indication of the functionality of the switching element of the bridge circuit. The energy supply unit can be connected to a bridge circuit in order to supply the circuit arrangement or the network connection provided with it with energy. In the case of a battery as an energy supply unit, it can also be recharged via the connection provided with the circuit arrangement.

Die Schaltungsanordnung kann zur Überwachung der Schaltfähigkeit durch Erkennen eines Anstiegs der Messspannung auf die Versorgungsspannung der Quelle eingerichtet sein, wenn ein die Verbindung mit dem positiven Spannungspotenzial der Quelle bewirkendes Schaltelement der Brückenschaltung geschlossen wird. Damit wird ein Anstieg der Messspannung auf das positive Spannungspotenzial der Quelle als Hinweis auf die Funktionsfähigkeit des angesteuerten Schaltelements der Brückenschaltung genutzt.The circuit arrangement can be set up to monitor the switching capability by detecting an increase in the measuring voltage to the supply voltage of the source when a switching element of the bridge circuit that creates the connection to the positive voltage potential of the source is closed. This means that an increase in the measuring voltage to the positive voltage potential of the source is used as an indication of the functionality of the controlled switching element of the bridge circuit.

Eine Überwachung des Isolationswiderstands kann im geöffneten Zustand der Trenneinrichtungen erfolgen. In dem normalen Betriebszustand, in dem Leistung durch Schließen aller Trenneinrichtungen übertragen wird, wird dann keine Isolationsüberwachung vorgenommen.The insulation resistance can be monitored when the separating devices are open. In the normal operating state, in which power is transferred by closing all isolating devices, no insulation monitoring is carried out.

Die Überwachung des Isolationswiderstands erfolgt dann im geöffneten Zustand der Trenneinrichtungen dadurch, dass eine ausgewählte Trenneinrichtung geschlossen und ein zugeordneter Spannungsteilerwiderstand überbrückt wird, sodass eine Spannungsdifferenz zwischen der dann gemessenen Messspannung und der davor im vollständig geöffneten Zustand aller Trenneinrichtungen gemessenen Messspannung ermittelt wird.The insulation resistance is then monitored in the open state of the isolating devices by closing a selected isolating device and bridging an associated voltage divider resistor, so that a voltage difference between the then measured measuring voltage and the previously measured measuring voltage in the fully open state of all isolating devices is determined.

Die Schaltungsanordnung kann zur Erkennung eines Unterschreitens eines vorgegebenen zulässigen Isolationswiderstands eingerichtet sein, wenn der Betrag der Spannungsdifferenz zwischen der bei vollständig geöffneter Brückenschaltung und vollständig geöffneten Trenneinrichtungen gemessenen Ruhe-Messspannung und der bei vollständig geöffneter Brückenschaltung und nur einer geschlossenen Trenneinrichtung gemessenen Überbrückungs-Messspannung einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet.The circuit arrangement can be set up to detect a fall below a predetermined permissible insulation resistance if the amount of the voltage difference between the quiescent measuring voltage measured with the bridge circuit fully open and the isolating devices fully open and the bridging measuring voltage measured with the bridge circuit fully open and only one isolating device closed is a predetermined one Limit value falls below.

Damit lässt sich auf einfache Weise durch Betätigung einer ausgewählten Trenneinrichtung und Bestimmung einer Differenzspannung (Differenz zwischen der vor und nach dem Betätigen der Trenneinrichtung erfassten Messspannung) ein Vergleich mit einem vorgegebenen Grenzwert beispielsweise mit Hilfe eines Mikrocontrollers vornehmen. Bei Unterschreiten dieses vorgegebenen Grenzwertes wird dann erkannt, dass der zulässige Isolationswiderstand unterschritten ist. Dies kann für die Überwachung des Isolationswiderstands zwischen dem negativen Anschluss der Energieversorgungseinheit und der Schutzerde sowie zur Überwachung des Isolationswiderstands zwischen dem positiven Anschluss der Energieversorgungseinheit und der Schutzerde angewendet werden.This makes it easy to carry out a comparison with a predetermined limit value, for example with the aid of a microcontroller, by actuating a selected separating device and determining a differential voltage (difference between the measuring voltage recorded before and after actuating the separating device). If the value falls below this specified limit, it is then recognized that the permissible insulation resistance has not been reached. This can be applied to monitoring the insulation resistance between the negative terminal of the power supply unit and the protective earth, as well as monitoring the insulation resistance between the positive terminal of the power supply unit and the protective earth.

Die Schaltungsanordnung kann zur Erkennung der Funktionsuntüchtigkeit einer Trenneinrichtung eingerichtet sein, wenn sich bei Aktivierung der Trenneinrichtung die Messspannung nicht ändert. Durch das Betätigen einer Trenneinrichtung wird ein zugehöriger Spannungsteilerwiderstand kurzgeschlossen, sodass sich bei funktionsfähiger Trenneinrichtung die am dritten Spannungsteilerwiderstand anliegende Messspannung ändert.The circuit arrangement can be set up to detect the inoperability of a isolating device if the measuring voltage does not change when the isolating device is activated. By activating a separating device, an associated voltage divider resistor is short-circuited, so that when the separating device is functional, the measuring voltage applied to the third voltage divider resistor changes.

Die Schaltungsanordnung kann zur Erkennung der Funktionsuntüchtigkeit einer Trenneinrichtung eingerichtet sein, wenn bei Umschalten der ausgewählten Trenneinrichtung die Spannungsdifferenz zwischen der Ruhe-Messspannung und der Überbrückungs-Messspannung Null Volt ist, d.h. dass sich die Messspannung nicht wesentlich ändert.The circuit arrangement can be set up to detect the inoperability of a separating device if, when the selected separating device is switched, the voltage difference between the quiescent measuring voltage and the bridging measuring voltage is zero volts, i.e. that the measuring voltage does not change significantly.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

1 a) - Schaltplan einer elektrischen Netztrenneinrichtung mit Blockdiagramm einer Schaltungsanordnung zur Überwachung des Isolationswiderstands und/oder der Schaltfähigkeit mit vollständig in Reihe geschaltetem Widerstandsnetzwerk;
1 a) - Schaltplan einer elektrischen Netztrenneinrichtung mit Blockdiagramm einer Schaltungsanordnung zur Überwachung des Isolationswiderstands und/oder der Schaltfähigkeit mit teilweise parallel geschaltetem Widerstandsnetzwerk;
2 - Diagramm der Ansteuersignale über die Zeit;
3 - Diagramm der Messspannung über die Zeit in Abhängigkeit von den Ansteuersignalen nach 2;
4 - Diagramm der Spannungsdifferenz über die Zeit in Abhängigkeit von den Ansteuersignalen nach 2 und dem jeweiligen Isolationswiderstand.

The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment with the accompanying drawings. Show it

1a) - Circuit diagram of an electrical network isolating device with a block diagram of a circuit arrangement for monitoring the insulation resistance and/or the switching capability with a resistance network completely connected in series;
1a) - Circuit diagram of an electrical network isolating device with a block diagram of a circuit arrangement for monitoring the insulation resistance and/or the switching capability with a resistance network partially connected in parallel;
2 - Diagram of control signals over time;
3 - Diagram of the measuring voltage over time depending on the control signals 2 ;
4 - Diagram of the voltage difference over time depending on the control signals 2 and the respective insulation resistance.

1 a) zeigt ein Schaltungsdiagramm einer Netztrenneinrichtung, die eine Energieversorgungseinheit QS hat. Diese kann eine unidirektionale energieversorgende Quelle Q (z.B. eine Photovoltaikanlage), eine unidirektionale energieaufnehmende Senke (z.B. ein Verbraucher) oder eine bidirektionale Quelle und Senke (z.B. eine Pufferakkumulator oder eine als Motor und Generator regelbare elektrische Maschine) sein. Die Energieversorgungseinheit QS hat eine Versorgungsspannung in Form einer Wechselspannung oder, wie dargestellt bevorzugt als Gleichspannung. Die Versorgungsspannung am Anschlusspunkt der Energieversorgungs-Quelle Q kann beispielsweise eine konstante Spannung von 40 Volt betragen. Die Versorgungsspannung der Energieversorgungs-Quelle Q liegt über dem Versorgungsanschluss mit den positivem Spannungspotenzial DC+ und dem negativen Spannungspotenzial DC- an. 1a) shows a circuit diagram of a network isolating device that has a power supply unit QS. This can be a unidirectional energy-supplying source Q (e.g. a photovoltaic system), a unidirectional energy-absorbing sink (e.g. a consumer) or a bidirectional source and sink (e.g. a buffer accumulator or an electrical machine that can be controlled as a motor and generator). The energy supply unit QS has a supply voltage in the form of an alternating voltage or, as shown, preferably as a direct voltage. The supply voltage at the connection point of the energy supply source Q can, for example, be a constant voltage of 40 volts. The supply voltage of the energy supply source Q is present across the supply connection with the positive voltage potential DC+ and the negative voltage potential DC-.

Eine (optionale) Brückenschaltung MFB mit vier Schaltelementen T1, T2, T3, T4 ist an das positive und negative Spannungspotenzial DC+, DC- angeschlossen. Ein erstes Paar bestehend aus zwei in Reihe geschalteten Schaltelementen T1 und T2 ist einerseits mit dem positiven Spannungspotenzial DC+ und andererseits mit dem negativen Spannungspotenzial DC- verbunden, sodass die Versorgungsspannung U_Q von z.B. 40 Volt an der Reihenschaltung anliegt. Der Verbindungspunkt der beiden Schaltelemente T1 und T2 bildet einen ersten Brückenschaltungs-Knotenpunkt der Netztrenneinrichtung. Ein zweites Paar von Schaltelementen T3, T4 ist ebenfalls in Reihe mit dem positiven und negativen Spannungspotenzial DC+, DCverbunden. Die Verbindung zwischen den beiden Schaltelementen T3, T4 bildet einen zweiten Brückenschaltungs-Knotenpunkt.An (optional) bridge circuit MFB with four switching elements T1, T2, T3, T4 is connected to the positive and negative voltage potential DC+, DC-. A first pair consisting of two switching elements T1 and T2 connected in series is connected on the one hand to the positive voltage potential DC+ and on the other hand to the negative voltage potential DC-, so that the supply voltage U _Q of, for example, 40 volts is present in the series connection. The connection point of the two switching elements T1 and T2 forms a first bridge circuit node of the network isolating device. A second pair of switching elements T3, T4 are also connected in series to the positive and negative voltage potential DC+, DC. The connection between the two switching elements T3, T4 forms a second bridge circuit node.

Die Schaltelemente T1 bis T4 werden durch die Schaltsignale H1 für das erste Schaltelement T1, das Schaltsignal H2 für das zweite Schaltelement T2, das Schaltsignal H3 für das dritte Schaltelement T3 und das Schaltsignal H4 für das vierte Schaltelement T4 angesteuert.The switching elements T1 to T4 are controlled by the switching signals H1 for the first switching element T1, the switching signal H2 for the second switching element T2, the switching signal H3 for the third switching element T3 and the switching signal H4 for the fourth switching element T4.

Die Schaltelemente T1, T2, T3, T4 können beispielsweise Leistungstransistoren (z.B. Feldeffekttransistoren FET) sein. Sie können jeweils eine parallel geschaltete Sperrdiode D1, D2, D3, D4 haben, um einen Strom-Rückfluss zu verhindern.The switching elements T1, T2, T3, T4 can be, for example, power transistors (e.g. field effect transistors FET). They can each have a blocking diode D1, D2, D3, D4 connected in parallel to prevent current backflow.

Zwischen dem positiven Spannungspotenzial DC+ und der Schutzerde PE sowie zwischen dem negativen Spannungspotenzial DC- und der Schutzerde PE befindet sich jeweils ein Isolationswiderstand R5, R6. Hierbei handelt es sich um die Hauptisolationswiderstände, die mit der Schaltungsanordnung und dem Verfahren überwacht werden sollen.There is an insulation resistance R5, R6 between the positive voltage potential DC+ and the protective earth PE as well as between the negative voltage potential DC- and the protective earth PE. These are the main insulation resistances that are to be monitored with the circuit arrangement and the method.

Weiterhin können parasitäre Effekte zwischen der Versorgungsspannung DC+, DC- und der Schutzerde PE auftreten, die beispielhaft durch die Reihenschaltung der Kapazitäten C1, C2 mit den jeweiligen Widerständen R7, R8 im Schaltungsdiagramm nachgebildet werden. Diese können beispielsweise durch Isolationsmaterial, Feuchtigkeit und Luftstrecken bewirkt werden.Furthermore, parasitic effects can occur between the supply voltage DC+, DC- and the protective earth PE, which are simulated in the circuit diagram by connecting the capacitances C1, C2 in series with the respective resistors R7, R8. These can be caused, for example, by insulation material, moisture and air gaps.

Diese Schaltungsgruppen R5, C1, R7 bzw. R6, R8 und C2 stellen jeweils das Isolationsnetzwerk zwischen der Netztrenneinrichtung, insbesondere der Energieversorgungseinheit QS gegenüber der Schutzerde (PE, Haus-/Anlageninstallation) dar.These circuit groups R5, C1, R7 or R6, R8 and C2 each represent the isolation network between the network isolating device, in particular the energy supply unit QS, compared to the protective earth (PE, house/system installation).

Die Gleichspannungs-Energieversorgungseinheit QS bildet den Energie-Quellen-/Senkenanschluss. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein Photovoltaik-Modul, einen Photovoltaik-Generator, ein Akkumulator-Pufferspeicher und dergleichen handeln.The DC power supply unit QS forms the energy source/sink connection. This can be, for example, a photovoltaic module, a photovoltaic generator, an accumulator buffer storage and the like.

Der erste und zweite Brückenschaltungs-Knotenpunkt bilden jeweils einen Mittelpunkt der leistungselektronischen Brücke.The first and second bridge circuit nodes each form a center point of the power electronic bridge.

Hieran ist eine Netztrennstelle oder ein Kuppelschalter der Netztrenneinrichtung angeschlossen. Diese wird aus jeweils zwei in Reihe geschalteten Trenneinrichtungen S1, S3 für den ersten Brückenschaltungs-Knotenpunkt und Trenneinrichtungen S2, S4 für den zweiten Brückenschaltungs-Knotenpunkt gebildet.A mains isolating point or a tie switch of the mains isolating device is connected to this. This is formed from two series-connected isolating devices S1, S3 for the first bridge connection node and isolating devices S2, S4 for the second bridge connection node.

Jeweils ein mit dem ersten und zweiten Brückenschaltungs-Knotenpunkt verbundenes Paar von Trenneinrichtungen S3, S4 bilden eine erste Trennstelle Ga.A pair of isolating devices S3, S4 each connected to the first and second bridge circuit nodes form a first isolating point Ga.

Das folgende Paar von Trenneinrichtungen S1, S2 bilden eine zweite Trennstelle Gb. Die Enden dieser Trennstelle Gb bilden den Netzknoten für den Netzanschluss. An diesem Netzknoten kann beispielsweise eine konstante Gleichspannung oder eine Wechselspannung anliegen. Diese kann beispielsweise 230 Volt einer europäischen Niederspannung sein. Dieses Versorgungsnetz kann durch die Ansteuerung der Brückenschaltung MFB mit Strom aus der Gleichspannungs-Versorgungsquelle Q gespeist werden.The following pair of separation devices S1, S2 form a second separation point Gb. The ends of this separation point Gb form the network node for the network connection. For example, a constant direct voltage or an alternating voltage can be present at this network node. This can be, for example, 230 volts of a European low voltage. This supply network can be controlled by the bridge circuit MFB be fed with electricity from the DC voltage supply source Q.

Die Trenneinrichtungen S1, S2, S3, S4 werden in einem solchen normalen Betriebszustand, in dem Leistung übertragen wird, angesteuert und einzeln oder in Gruppen temporär geschlossen. Hierzu sind das Steuersignal G1 für die erste Trenneinrichtung S1, das Steuersignal G2 für die zweite Trenneinrichtung S2, das Steuersignal G3 für die dritte Trenneinrichtung S3 und das Steuersignal G4 für die vierte Trenneinrichtung S4 vorgesehen.The isolating devices S1, S2, S3, S4 are activated in such a normal operating state in which power is transmitted and are temporarily closed individually or in groups. For this purpose, the control signal G1 for the first separating device S1, the control signal G2 for the second separating device S2, the control signal G3 for the third separating device S3 and the control signal G4 for the fourth separating device S4 are provided.

Der Nullleiter N des Netzknotens ist über eine niederohmige Schutzverbindung, die mit dem Widerstand R4 zwischen N und PE gebildet wird, mit Massepotenzial PE (Schutzerde / Protective Earth) verbunden.The neutral conductor N of the network node is connected to ground potential PE (Protective Earth) via a low-resistance protective connection, which is formed with the resistor R4 between N and PE.

Weiterhin ist ein als mehrfacher Spannungsteiler wirkendes Widerstandsnetzwerk an eine Klemme des Netzknotens, hier vorzugsweise an den Nullleiter N angeschlossen. Dieser hat einen ersten Spannungsteilerwiderstand R1, der einerseits mit einem zugeordneten Anschluss des Netzknotens und andererseits mit der Verbindung der beiden in Reihe geschalteten Trenneinrichtungen S2, S4, die zu dem zugeordneten Anschluss des Netzknotens gehören, verbunden ist. Somit ist der Spannungsteilerwiderstand R1 parallel zu der direkt an den zugeordneten Anschluss des Netzknotens angeschlossenen Trenneinrichtung S2 geschaltet. Er wird somit von einer geschlossenen Trennstelle Gb überbrückt.Furthermore, a resistance network acting as a multiple voltage divider is connected to a terminal of the network node, here preferably to the neutral conductor N. This has a first voltage divider resistor R1, which is connected on the one hand to an assigned connection of the network node and on the other hand to the connection of the two series-connected isolating devices S2, S4, which belong to the assigned connection of the network node. The voltage divider resistor R1 is therefore connected in parallel to the isolating device S2, which is connected directly to the associated connection of the network node. It is therefore bridged by a closed separation point Gb.

Hieran schließt sich ein zweiter Spannungsteilerwiderstand R2 an, der in Reihe zu dem ersten Spannungsteilerwiderstand R1 geschaltet ist und dessen anderes Ende mit dem Brückenschaltungs-Knotenpunkt verbunden ist, der zu dem zugeordneten Spannungspotenzial P oder N des Netzknotens gehört, an den der Spannungsteilerwiderstand R1 angeschlossen ist. Hier handelt es sich beispielsweise um den zweiten Brückenschaltungs-Knotenpunkt wie dargestellt.This is followed by a second voltage divider resistor R2, which is connected in series with the first voltage divider resistor R1 and whose other end is connected to the bridge circuit node which belongs to the assigned voltage potential P or N of the network node to which the voltage divider resistor R1 is connected . For example, this is the second bridge circuit node as shown.

An den zweiten Spannungsteilerwiderstand R2 schließt sich ein in Reihe geschalteter dritter Spannungsteilerwiderstand R3 an, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit dem negativen Spannungspotenzial DC- der Energieversorgungseinheit QS verbunden ist. Dieser dritte Spannungsteilerwiderstand R3 bildet einen Messwiderstand. Mit einer Spannungsmesseinheit V_M wird die über den dritten Spannungsteilerwiderstand R3 abfallende Messspannung U_m erfasst. Diese bildet die für die Überwachung der Netztrenneinrichtung genutzte Messgröße.The second voltage divider resistor R2 is followed by a series-connected third voltage divider resistor R3, which in the illustrated embodiment is connected to the negative voltage potential DC- of the power supply unit QS. This third voltage divider resistor R3 forms a measuring resistor. The measuring voltage U _m falling across the third voltage divider resistor R3 is recorded with a voltage measuring unit V _M. This forms the measurement variable used to monitor the network isolating device.

In gleicher Weise kann auch ein solches aus drei in Reihe geschalteten Widerständen R1, R2, R3 gebildetes Widerstandsnetzwerk (doppelter Spannungsteiler) an die obere Klemme des Netzknotens angeschlossen werden, an dem die Phase P als Spannungspotenzial der Wechsel-Netzspannung anliegt. Der erste Spannungsteilerwiderstand R1 ist dann an die Verbindung zwischen den beiden Trenneinrichtungen S1, S3 in diesem ersten Netzspannungspfad verbunden. Der zweite Spannungsteilerwiderstand R2 ist dann mit dem ersten Brückenschaltungs-Knotenpunkt und der dritte Spannungsteilerwiderstand R3 mit dem positiven Spannungspotenzial DC+ verbunden.In the same way, a resistance network (double voltage divider) formed from three series-connected resistors R1, R2, R3 can be connected to the upper terminal of the network node to which phase P is applied as the voltage potential of the alternating network voltage. The first voltage divider resistor R1 is then connected to the connection between the two isolating devices S1, S3 in this first mains voltage path. The second voltage divider resistor R2 is then connected to the first bridge circuit node and the third voltage divider resistor R3 is connected to the positive voltage potential DC+.

Auch dann wird die Messspannung U_m über den dritten Spannungsteilerwiderstand R3 gemessen, über den die Spannung zwischen dem ersten Brückenschaltungs-Knotenpunkt und dem positiven Spannungspotenzial DC+ der Versorgungsspannung abfällt.Even then, the measurement voltage U _m is measured via the third voltage divider resistor R3, via which the voltage drops between the first bridge circuit node and the positive voltage potential DC+ of the supply voltage.

Das Widerstandsnetzwerk wird aus einer bevorzugt hochohmigen Widerstandskette mit Widerstandswerten im Bereich von 1 MOhm gebildet, um die Spannungspotenziale am Brückenschaltungs-Knotenpunkt, der ersten Trennstelle Ga, der zweiten Trennstelle Gb und dem Netzknoten P, N mit der Überwachungsmessstelle V_M zu verbinden. Damit kann in Abhängigkeit der Schaltzustände der leistungselektronischen Brücke MFB am Brückenschaltungs-Knotenpunkt und der Netztrennstelle bzw. des Kuppelschalters der Netztrenneinrichtung sowohl eine Isolationsänderung, als auch die Schaltfähigkeit der Netztrennstelle bzw. des Kuppelschalters, d.h. der Trenneinrichtungen S1, S2, S3, S4 sowie der Schaltelemente der Brückenschaltung MFB überwacht werden.The resistance network is formed from a preferably high-resistance resistor chain with resistance values in the range of 1 MOhm in order to connect the voltage potentials at the bridge circuit node, the first separation point Ga, the second separation point Gb and the network node P, N with the monitoring measuring point V _M. This means that, depending on the switching states of the power electronic bridge MFB at the bridge circuit node and the mains disconnection point or the tie switch of the mains isolating device, both an insulation change and the switching capability of the mains isolating point or the tie switch, ie the isolating devices S1, S2, S3, S4 as well as the Switching elements of the MFB bridge circuit are monitored.

1 b) zeigt eine Variante der oben beschriebenen Schaltungsanordnung, bei der das aus den drei Spannungsteilerwiderständen R1, R2, R3 gebildete Widerstandsnetzwerk teilweise parallel geschaltete Spannungsteilerwiderstände R1, R2 hat. 1b) shows a variant of the circuit arrangement described above, in which the resistance network formed from the three voltage divider resistors R1, R2, R3 has voltage divider resistors R1, R2 partially connected in parallel.

Im ersten Ausführungsbeispiel aus 1 a) ist der erste Spannungsteilerwiderstand R1 parallel zu der zweiten Trennstelle Gb geschaltet, d.h. parallel zu der Trenneinrichtung S2 der Reihenschaltung aus zwei Trenneinrichtungen S4, S2 für ein Spannungspotenzial (z.B. N-Anschluss des Netzknotens oder S3 und S1 für den P-Anschluss des Netzknotens), und wird beim Schließen der damit verbundenen zweiten Trenneinrichtung S2 überbrückt. Entsprechend ist der zweite Spannungsteilerwiderstand R2 parallel zu der ersten Trennstelle Ga geschaltet und wird beim Schließen der damit verbundenen ersten Trenneinrichtung S4 bzw. S3 überbrückt.In the first exemplary embodiment 1a) the first voltage divider resistor R1 is connected in parallel to the second isolating point Gb, ie parallel to the isolating device S2 of the series connection of two isolating devices S4, S2 for a voltage potential (e.g. N connection of the network node or S3 and S1 for the P connection of the network node), and is bridged when the second separating device S2 connected to it closes. Accordingly, the second voltage divider resistor R2 is connected in parallel to the first isolating point Ga and is bridged when the first isolating device S4 or S3 connected to it is closed.

In dem zweiten Ausführungsbeispiel aus 1 b) ist der erste Spannungsteilerwiderstand R1 hingegen parallel zu der Reihenschaltung der zugeordneten Trenneinrichtungen S4, S2 (bzw. beim Anklemmen an den P-Anschluss des Netzknotens S3, S1) geschaltet und wird beim Schließen beider Trenneinrichtungen S4 und S2 (bzw. für die nicht dargestellte Verschaltung an den P-Anschluss beim Schließen beider Trenneinrichtungen S3 und S2) überbrückt.In the second embodiment 1b) is the first voltage divider resistor R1, on the other hand, is connected in parallel to the series connection of the assigned isolating devices S4, S2 (or when connected to the P connection of the network node S3, S1) and is connected to the P when both isolating devices S4 and S2 are closed (or for the connection not shown). Connection bridged when both separating devices S3 and S2) are closed.

Die beiden Spannungsteilerwiderstände R1, R2 sind damit quasi parallel zueinander geschaltet und beide mit dem in Reihe damit geschalteten Spannungsteilerwiderstand R3 verbunden, über den die Messspannung U_m abgegriffen wird.The two voltage divider resistors R1, R2 are thus connected in parallel to one another and are both connected to the voltage divider resistor R3, which is connected in series, via which the measuring voltage U _m is tapped.

2 zeigt ein Diagramm eines beispielhaften Schalt- bzw. Kombinationsmusters zur Durchführung des Verfahrens zur Überwachung des Isolationswiderstands und/oder der Schaltfähigkeit einer elektrischen Netzeinrichtung, wie sie beispielsweise in 1 a) und b) gezeigt ist. 2 shows a diagram of an exemplary switching or combination pattern for carrying out the method for monitoring the insulation resistance and/or the switching capability of an electrical network device, as shown, for example, in 1a) and b) is shown.

Beim Wert für die Schalt-/Steuersignale CTR (Ansteuersignale) von 0 Volt sind die jeweiligen Schaltorgane offen, die zu den Schaltsignalen H1, H2, H3, H4 und Steuersignalen G1, G2, G3, G4 gehören. Bei dem Wert für die Ansteuersignale CTR von 1,0 Volt sind die entsprechenden Schaltorgane geschlossen. Auf der horizontalen Achse des Diagramms ist die Zeit t in Sekunden [s] aufgetragen.If the value for the switching/control signals CTR (control signals) is 0 volts, the respective switching elements that belong to the switching signals H1, H2, H3, H4 and control signals G1, G2, G3, G4 are open. At the value for the control signals CTR of 1.0 volts, the corresponding switching elements are closed. The time t in seconds [s] is plotted on the horizontal axis of the diagram.

3 zeigt den durch die Schaltzustände in 2 bewirkten zeitlichen Spannungsverlauf der über den dritten Spannungsteilerwiderstand R3 abfallenden Messspannung U_m an der Überwachungsmessstelle V_m in Abhängigkeit von dem Isolationswiderstand R_ISO zwischen dem negativen Anschluss der Gleichspannungsquelle und der Schutzerde PE. 3 shows the switching states in 2 caused voltage curve over time of the measuring voltage U _m falling across the third voltage divider resistor R3 at the monitoring measuring point V _m depending on the insulation resistance R _ISO between the negative connection of the DC voltage source and the protective earth PE.

In dem dargestellten Beispiel sind fünf vorteilhafte Schaltkombinationen A) bis E) sowie die Ausgangssituation F) dargestellt.In the example shown, five advantageous switching combinations A) to E) and the initial situation F) are shown.

Im Zeitbereich von t = 0 bis 2 Sekunden befindet sich die Netztrenneinrichtung in dem Ausgangszustand F) bei dem alle Schaltorgane geöffnet sind.

A) Durch Aktivierung des Schaltsignals H4 ist das zugehörige Schaltelement T4 der Brückenschaltung MFB geschlossen. Dadurch wird die Überwachungsmessstelle V_m von der Ausgangslage im Zustand F) von CTR = Null Volt verschoben. Im Ausgangszustand F) sind alle Schaltorgane, d.h. alle Schaltelemente T1-T4 der Brückenschaltung HFB und alle Trenneinrichtungen S1-S4 der Netztrennstelle bzw. des Kuppelschalters geöffnet. In diesem Zustand F) ist das System vom Netz getrennt und befindet sich dementsprechend in einem Start-, Standby- oder ähnlichem Betriebszustand, in dem (noch) keine Leistung übertragen wird und übertragen werden kann.
B) Nur das Schaltsignal „H3“ ist aktiviert, sodass das zugehörige Schaltelement T3 der Brückenschaltung MFB geschlossen ist. Die Überwachungsmessstelle V_M wird von der Ausgangslage (Zustand F) auf die Versorgungsspannung der Energieversorgungseinheit QS, d.h. bspw. auf die Gleichspannung DC verschoben. Dies ist in der 3 zu erkennen. In dem dargestellten Beispiel beträgt die Gleichspannung 40 Volt durch die Energieversorgungseinheit QS.
C) Das Steuersignal G4 ist aktiviert, sodass die Trenneinrichtung S4 geschlossen ist. Zudem wird das Schaltelement T4 der Brückenschaltung MFB in zwei Schritten a) und b) variiert.
1. a) In einem ersten Schritt ist nur das Steuersignal G4 zum Schließen der Trenneinrichtung S4 aktiviert. Damit wird der zweite Spannungsteilerwiderstand R2 des Widerstandsnetzwerkes überbrückt. Die an der Überwachungsmessstelle V_M gemessene Messspannung U_m wird hierdurch von der Ausgangsspannung im Zustand F) auf ein höheres Potenzial verschoben. Dies ist bedingt durch die Änderung der Charakteristik des Spannungsteilers.
2. b) In einem zweiten Schritt wird nun das Schaltelement T4 durch Aktivieren des Schaltsignals H4 geschlossen. Damit wird das Potenzial am zweiten Brückenspannungs-Knotenpunkt, das zwischen dem zweiten und dritten Spannungsteilerwiderstand R2, R3 anliegt, auf die Versorgungsspannung der Energieversorgungseinheit QS verschoben, die dort am negativen Gleichspannungspotenzial DC- anliegt. Hier handelt es sich in der Regel um das Spannungspotenzial von Null Volt.
D) Das Steuersignal G4 ist aktiviert, so dass die zugehörige Trenneinrichtung S4 geschlossen ist. Zudem wird das Schaltelement T3 der Brückenschaltung MFB in zwei Schritten a) und b) variiert, indem eine Deaktivierung/Aktivierung des Schaltsignals H3 erfolgt.
1. a) In dem ersten Schritt ist nur das Steuersignal G4 aktiviert, um die Trenneinrichtung S4 zu schließen. Hierdurch wird der zweite Spannungsteilerwiderstand R2 des Widerstandsnetzwerkes überbrückt. Die an der Überwachungsmessstelle V_M über den dritten Spannungsteilerwiderstand R3 abgegriffene Messspannung U_m wird von der Ausgangsspannung im Zustand F) auf ein höheres Potenzial verschoben.
2. b) In einem zweiten Schritt wird das Schaltsignal H3 aktiviert, um das Schaltelement T3 der Brückenschaltung MFB zu schließen. Hierdurch wird das Potenzial an dem zweiten Brückenschaltungs-Knotenpunkt auf das positive Spannungspotenzial DC+ der Energieversorgungseinheit QS verschoben. In dem dargestellten Beispiel liegt dann die Gleichspannung von 40 Volt an.
E) Nur das Steuersignal G2 zum Schließen der Trenneinrichtung S2 wird aktiviert. Das Schaltsignal H3 bleibt aktiv und das Schaltelement T3 der Brückenschaltung MFB geschlossen.
1. a) Wenn nur das Steuersignal G2 zum Schließen der Trenneinrichtung S2 aktiviert ist, wird der erste Spannungsteilerwiderstand R1 des Widerstandsnetzwerkes überbrückt. Die an der Überwachungsmessstelle V_M über den dritten Spannungsteilerwiderstand R3 abgegriffene Messspannung U_m wird hierdurch von der Ausgangsspannung im Zustand F) auf ein höheres Spannungspotenzial verschoben.

In the time range from t = 0 to 2 seconds, the mains isolating device is in the initial state F) in which all switching elements are open.

A) By activating the switching signal H4, the associated switching element T4 of the bridge circuit MFB is closed. As a result, the monitoring measuring point V _m is shifted from the initial position in state F) of CTR = zero volts. In the initial state F), all switching elements, ie all switching elements T1-T4 of the bridge circuit HFB and all isolating devices S1-S4 of the mains isolating point or the tie switch are open. In this state F) the system is disconnected from the network and is therefore in a start, standby or similar operating state in which no power is (yet) transmitted and cannot be transmitted.
B) Only the switching signal “H3” is activated, so that the associated switching element T3 of the bridge circuit MFB is closed. The monitoring measuring point V _M is shifted from the initial position (state F) to the supply voltage of the energy supply unit QS, ie, for example, to the direct voltage DC. This is in the 3 to recognize. In the example shown, the direct voltage is 40 volts through the power supply unit QS.
C) The control signal G4 is activated so that the separating device S4 is closed. In addition, the switching element T4 of the bridge circuit MFB is varied in two steps a) and b).
1. a) In a first step, only the control signal G4 is activated to close the separating device S4. This bridges the second voltage divider resistor R2 of the resistance network. The measuring voltage U _m measured at the monitoring measuring point V _M is thereby shifted from the output voltage in state F) to a higher potential. This is due to the change in the characteristics of the voltage divider.
2. b) In a second step, the switching element T4 is now closed by activating the switching signal H4. This means that the potential at the second bridge voltage node, which is present between the second and third voltage divider resistors R2, R3, is shifted to the supply voltage of the energy supply unit QS, which is present there at the negative direct voltage potential DC-. This is usually a voltage potential of zero volts.
D) The control signal G4 is activated so that the associated separating device S4 is closed. In addition, the switching element T3 of the bridge circuit MFB is varied in two steps a) and b) by deactivating/activating the switching signal H3.
1. a) In the first step, only the control signal G4 is activated in order to close the separating device S4. This bridges the second voltage divider resistor R2 of the resistance network. The measuring voltage U _m tapped at the monitoring measuring point V _M via the third voltage divider resistor R3 is shifted from the output voltage in state F) to a higher potential.
2. b) In a second step, the switching signal H3 is activated to switch the switching element T3 of the bridge to close the MFB. This shifts the potential at the second bridge circuit node to the positive voltage potential DC+ of the power supply unit QS. In the example shown, the direct voltage is 40 volts.
E) Only the control signal G2 for closing the separating device S2 is activated. The switching signal H3 remains active and the switching element T3 of the bridge circuit MFB is closed.
1. a) If only the control signal G2 is activated to close the isolating device S2, the first voltage divider resistor R1 of the resistance network is bridged. The measuring voltage U _m tapped at the monitoring measuring point V _M via the third voltage divider resistor R3 is thereby shifted from the output voltage in state F) to a higher voltage potential.

In einem normalen Betriebszustand, in dem Leistung übertragen wird, sind mindestens die Trenneinrichtung S1, ..., S4, d.h. die Trennstellen Ga, Gb geschlossen. In diesem Zustand kann die Isolationsüberwachung nicht erfolgen.In a normal operating state in which power is transmitted, at least the isolating device S1, ..., S4, i.e. the isolating points Ga, Gb, are closed. In this state, insulation monitoring cannot take place.

Aus der 3 wird deutlich, dass sich die Netztrenneinrichtung im Zeitbereich von 0 bis 2 Sekunden in dem Ausgangszustand F) befindet, in dem alle Schaltorgane geöffnet sind.From the 3 It becomes clear that the mains isolating device is in the initial state F) in the time range of 0 to 2 seconds, in which all switching elements are open.

Nun kann von diesem Ausgangszustand oder einem anderen, wählbaren Zustand über die Spannungsdifferenz zwischen den oben beschriebenen Zuständen A) bis F) auf den aktuellen Isolationswiderstand des Systems geschlossen werden.The current insulation resistance of the system can now be deduced from this initial state or another selectable state via the voltage difference between the states A) to F) described above.

Es wird deutlich, dass bei einem sehr geringen Isolationswiderstand von 10 Ohm durch das Aktivieren des Schaltsignals H3 zum Schließen des Schaltelementes T3 der Brückenschaltung MFB die Messspannung U_m auf die Versorgungsspannung DC+ von 40 Volt ansteigt. In den übrigen Schaltzuständen bleibt die Messspannung U_m auf dem niedrigen Spannungspotenzial DC- im Bereich von Null Volt.It becomes clear that with a very low insulation resistance of 10 ohms, by activating the switching signal H3 to close the switching element T3 of the bridge circuit MFB, the measuring voltage U _m increases to the supply voltage DC+ of 40 volts. In the remaining switching states, the measuring voltage U _m remains at the low voltage potential DC- in the range of zero volts.

Mit ansteigendem Isolationswiderstand R_ISO ist beim Wechsel in den Schritten a) und b) durch Schließen entweder des Schaltelementes T4 oder T3 eine Potenzialverschiebung der Messspannung U_m messbar, deren Höhe von der Isolationsspannung abhängt. Diese Spannungsdifferenz ΔU ist eine Kenngröße, die auf die Größe des Isolationswiderstands und entsprechend auf die Funktionsfähigkeit der angesteuerten Schaltorgane, insbesondere der Trenneinrichtungen S1, S2, S3, S4 hinweist.With increasing insulation resistance R _ISO, when changing in steps a) and b) by closing either the switching element T4 or T3, a potential shift in the measuring voltage U _m can be measured, the level of which depends on the insulation voltage. This voltage difference ΔU is a parameter that indicates the size of the insulation resistance and, accordingly, the functionality of the controlled switching elements, in particular the isolating devices S1, S2, S3, S4.

Die Schaltungsanordnung hat eine Auswerteinheit µc, wie beispielsweise einen geeignet programmierten Mikrocontroller oder Mikroprozessor oder einen Komparator. Die Auswerteeinheit ist zum Vergleich der erfassten Spannungsdifferenz ΔU mit einem Grenzwert U_grenz eingerichtet. Der Grenzwert repräsentiert einen Wert für den mindestens zulässigen Isolationswiderstand.The circuit arrangement has an evaluation unit μc, such as a suitably programmed microcontroller or microprocessor or a comparator. The evaluation unit is set up to compare the detected voltage difference ΔU with a limit value U _limit . The limit value represents a value for the minimum permissible insulation resistance.

Zusätzlich kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, zu erfassen, ob bei der Aktivierung von Schaltsignalen H1, H2, H3, H4 die zugehörigen charakteristischen Potenzialverschiebungen auftreten. Dies gilt nicht nur für die dargestellte Spannungsdifferenz ΔU, sondern auch für die Potenzialveränderungen beim Aktivieren der Schaltsignale H1 bis H4 für die Schaltelemente T1 bisT4 der Brückenschaltung MFB.In addition, the evaluation unit can be set up to detect whether the associated characteristic potential shifts occur when switching signals H1, H2, H3, H4 are activated. This applies not only to the voltage difference ΔU shown, but also to the potential changes when activating the switching signals H1 to H4 for the switching elements T1 to T4 of the bridge circuit MFB.

4 zeigt einen Ausschnitt des Spannungsdiagramms für einen beispielhaften Isolationswiderstand von 100 kOhm und 14 kOhm. 4 shows a section of the voltage diagram for an exemplary insulation resistance of 100 kOhm and 14 kOhm.

Bei einem Isolationswert von 100 kOhm kann eine Spannungsdifferenz von beispielsweise 1,75 Volt im ersten Schritt a) und 1,18 Volt im zweiten Schritt b) festgestellt werden. Hier handelt es sich um die Schritte a) und b) in den vorher beschriebenen Zuständen C) und D). Aber auch bei den Wechseln zwischen den Zuständen A) bis F) sind solche charakteristischen Potenzialänderungen zu beobachten. Diese führen zu einer Spannungsdifferenz ΔU von 0,56 Volt.With an insulation value of 100 kOhm, a voltage difference of, for example, 1.75 volts in the first step a) and 1.18 volts in the second step b) can be determined. These are steps a) and b) in the previously described states C) and D). But such characteristic potential changes can also be observed when changing between states A) to F). These lead to a voltage difference ΔU of 0.56 volts.

Bei einem Isolationswert des Isolationswiderstands von 14 kOhm kann beispielsweise eine Spannungsdifferenz von 0,27 Volt im Schritt a) und im unteren Messpunkt 0,18 Volt im Schritt b) festgestellt werden. Dies führt zu einer Spannungsdifferenz ΔU von 0,09 Volt.With an insulation resistance value of 14 kOhm, for example, a voltage difference of 0.27 volts can be determined in step a) and 0.18 volts in step b) at the lower measuring point. This leads to a voltage difference ΔU of 0.09 volts.

In Abhängigkeit der anzuwendenden Gesetze, Normen und Auslegungen kann ein Spannungsdifferenzwert für die (minimal) zulässige Isolation des Systems festgelegt und überwacht werden.Depending on the applicable laws, standards and designs, a voltage difference value for the (minimum) permissible insulation of the system can be set and monitored.

In dem skizzierten Ausführungsbeispiel könnte bei einem minimal zulässigen Isolationswert von 100 kOhm der Spannungsdifferenzwert von 0,56 Volt an der Überwachungsmessstelle V_M als unterster zulässiger Grenzwert festgelegt werden. Dementsprechend wäre eine Spannungsdifferenz ΔU von < 0,56 Volt, wie bei dem zweiten Beispiel mit dem Isolationswert von 14 kOhm mit ΔU = 0,27 Volt, nicht mehr zulässig. Die Auswerteeinheit könnte eine sichere Sperrung der Netztrenneinrichtung durch die Schaltungsanordnung bewirken.In the exemplary embodiment outlined, with a minimum permissible insulation value of 100 kOhm, the voltage difference value of 0.56 volts at the monitoring measuring point V _M could be set as the lowest permissible limit value. Accordingly, a voltage difference ΔU of <0.56 volts, as in the second example with the insulation value of 14 kOhm with ΔU = 0.27 volts, would no longer be permissible. The evaluation unit could ensure a secure blocking of the mains isolating device by the circuit arrangement.

Durch die Prüfung der Spannungsdifferenz ΔU auf einen Minimalwert in Abhängigkeit der Schaltzustände kann auch die Schaltfähigkeit des Kuppelschalters mit den Trenneinrichtungen S1, S2, S3, S4 und den zugeordneten Trennstellen Ga, Gb überprüft werden. Hierfür werden in dem Testlauf die Trenneinrichtungen S1, ..., S4 jeweils mit aktiviert und deaktiviert.By testing the voltage difference ΔU to a minimum value depending on the switching states, the switching capability of the tie switch can also be checked with the isolating devices S1, S2, S3, S4 and the associated isolating points Ga, Gb. For this purpose, the separating devices S1, ..., S4 are each activated and deactivated in the test run.

Schalten die Schaltorgane jeweils korrekt, wird jeweils einer der beiden Spannungsteilerwiderstände R1 oder R2 des Widerstandsnetzwerkes überbrückt und es wird eine messbare Spannungsänderung ΔU in Abhängigkeit der Schaltzustände überprüfbar.If the switching elements switch correctly, one of the two voltage divider resistors R1 or R2 of the resistance network is bridged and a measurable voltage change ΔU can be checked depending on the switching states.

Sollten die Schaltorgane nicht bestimmungsgemäß schalten, würde sich die Spannung an der Messstelle nicht ändern und die Spannungsdifferenz ΔU würde Null Volt ergeben. Dies kann von der Schaltungsanordnung und insbesondere der Auswerteeinheit genutzt werden, um eine sichere Sperrung bzw. Nicht-Zuschaltung der Netztrenneinrichtung zu veranlassen.If the switching elements do not switch as intended, the voltage at the measuring point would not change and the voltage difference ΔU would result in zero volts. This can be used by the circuit arrangement and in particular the evaluation unit to ensure that the mains isolating device is blocked or not switched on.

Die dargestellte Verschaltung des Widerstandsnetzwerkes mit dem zugehörigen Verfahren kann analog auch für die Überwachung des Isolationswiderstands R5 zwischen dem positiven Spannungspotenzial DC+ der Energieversorgungseinheit QS und der Schutzerde PE eingesetzt werden. Hierzu kann ein weiteres Widerstandsnetzwerk an der anderen Anschlussklemme P des Netzknotens angeschlossen und mit dem ersten Brückenschaltungs-Knotenpunkt sowie dem positiven Spannungspotenzial DC+ verbunden werden. Entsprechend ist damit auch eine Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Schaltelemente T1, T2 der Brückenschaltung MFB und der Trenneinrichtungen S1, S3 für diesen Spannungspotenzialpfad möglich.The illustrated connection of the resistance network with the associated method can also be used analogously for monitoring the insulation resistance R5 between the positive voltage potential DC+ of the power supply unit QS and the protective earth PE. For this purpose, another resistance network can be connected to the other connection terminal P of the network node and connected to the first bridge circuit node and the positive voltage potential DC+. Accordingly, it is also possible to check the functionality of the switching elements T1, T2 of the bridge circuit MFB and the isolating devices S1, S3 for this voltage potential path.

Für den nicht dargestellten Fall eines weitere Anschlüsse aufweisenden Netzknotens, beispielsweise eines Dreiphasen-Wechselspannungsnetzes, kann für jeden Anschluss (d.h. für jede Phase) eine Reihenschaltung von Trennelementen vorhanden sein, die jeweils durch ein Widerstandsnetzwerk der oben beschriebenen Art überwacht werden können. Dabei kann auch ein einziges Widerstandsnetzwerk vorgestehen sein, dass wahlweise an den zu überwachenden Potenzialpfad angeschlossen wird.For the case, not shown, of a network node having further connections, for example a three-phase AC network, there can be a series connection of separating elements for each connection (i.e. for each phase), each of which can be monitored by a resistance network of the type described above. A single resistance network can also be provided, which is optionally connected to the potential path to be monitored.

Für ein Gleichspannungsnetz würde eine Reihenschaltung aus Trennelementen für das positive Spannungspotenzial ausreichen. Für ein Gleichspannungsnetz kann (optional) eine Halbbrücke zur Verbindung mit einer Energieversorgungseinheit vorhanden sein.For a DC voltage network, a series connection of separating elements for the positive voltage potential would be sufficient. For a DC voltage network, a half bridge can (optionally) be available for connection to a power supply unit.

Für das dargestellte einphasige Wechselspannungsnetz können die zwei Reihenschaltungen aus Trennelementen und (optional) die zwei Halbbrücken einer Brückenschaltung MFB zur Verbindung mit einer Energieversorgungseinheit vorhanden sein.For the single-phase alternating voltage network shown, the two series circuits of separating elements and (optionally) the two half-bridges of a bridge circuit MFB can be present for connection to a power supply unit.

Für ein dreiphasiges Wechselspannungsnetz kann für jede der Phasen jeweils eine Reihenschaltung aus Trennelementen und (optional) drei Halbbrücken einer Brückenschaltung MFB zur Verbindung mit einer Energieversorgungseinheit vorhanden sein.For a three-phase alternating voltage network, there can be a series connection of separating elements and (optionally) three half-bridges of a bridge circuit MFB for each of the phases for connection to a power supply unit.

Claims

Circuit arrangement for monitoring an insulation resistance (R5, R6) and/or a switching capability of an electrical network isolating device, comprising: a power supply unit; and two series-connected separators (S1, S2, S3, S4); wherein a first isolating device (S3, S4) of the two series-connected isolating devices (S1, S2, S3, S4) is connected to the power supply unit; wherein a second isolator (S1, S2) of the two series-connected isolators (S1, S2, S3, S4) is connected to the first isolator (S3, S4) via an isolator connection node; and wherein the isolator connection node is connected via the second isolator (S1, S2) to a network connection point (P, N) of the circuit arrangement, characterized in that the circuit arrangement further comprises a resistance network; wherein a first voltage divider resistor (R1) of the resistance network is connected to the network connection point (P, N) and either parallel to the second isolating device (S1, S2) or parallel to one of the first isolating device (S3, S4) and the second isolating device (S1 , S2) formed series circuit is connected; wherein a second voltage divider resistor (R2) of the resistor network is connected to the isolator connection node and connected in parallel with the first isolator (S3, S4); wherein a third voltage divider resistor (R3) of the resistor network is connected to the isolator connection node via the second voltage divider resistor (R2); wherein the circuit arrangement further comprises a voltage measuring unit (V _m ), which is set up to measure a voltage (U _m ) dropped across the third voltage divider resistor (R3); and wherein an evaluation unit is connected to the voltage measuring unit (V _m ) or includes it and is set up from the changes in the measured voltage (U _m ) resulting from opening or closing the isolating devices (S1, S2, S3, S4) to determine the insulation resistance (R5, R6) and/or the switching capability of the isolating devices (S1, S2, S3, S4).

Circuit arrangement according to Claim 1 , characterized in that the circuit arrangement is set up to monitor the insulation resistance (R5, R6) and/or the switching capability by detecting an increase in the measured voltage (U _m ) when the first isolating device (S3, S4) and/or the second separating device (S1, S2) one or more of the voltage divider resistors (R1, R2, R3) of the resistance network are bridged.

Circuit arrangement according to Claim 1 or 2 , characterized in that the energy supply unit is connected to a bridge circuit (MFB), the bridge circuit (MFB) having switching elements (T1, T2, T3, T4) and for providing a potential predetermined by the switching state of the bridge circuit (MFB) on a bridge circuit -Node point is formed, and the first separating device (S3, S4) is connected to the bridge circuit node point.

Circuit arrangement according to Claim 3 , characterized in that the circuit arrangement for monitoring the insulation resistance (R5, R6) and/or the switching capability is set up to detect whether the measured voltage (U _m ) drops to a potential difference between a potential of a negative pole of the power supply unit and a reference potential when a switching element (T1, T2, T3, T4) of the switching elements (T1, T2, T3, T4) which causes the connection of the bridge circuit node to the negative pole of the power supply unit (QS) is closed.

Circuit arrangement according to one of the Claims 3 or 4 , characterized in that the circuit arrangement for monitoring the insulation resistance (R5, R6) and / or the switching capability is set up to detect whether the measured voltage (U _m ) increases to the supply voltage of the power supply unit when the connection of the bridge circuit node with a positive pole of the power supply unit effecting switching element (T1, T2, T3, T4) of the switching elements (T1, T2, T3, T4) is closed.

Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the insulation resistance (R5, R6) is monitored in the open state of at least one of the isolating devices (S1, S2, S3, S4).

Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit arrangement is set up to detect a fall below a predetermined permissible insulation resistance (R5, R6) when the amount of the voltage difference (ΔU) between the when the isolating devices (S1, S2, S3, S1, S2, S3, S4) measured voltage (U _m ) and the voltage (U _m ) measured with only one closed isolating device (S1, S2, S3, S4) falls below a predetermined limit value (U _limit ).

Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit arrangement is set up to detect the inoperability of one of the isolating devices (S1, S2, S3, S4) if the measured one is activated when said isolating device (S1, S2, S3, S4). Voltage (U _m ) does not change.

Circuit arrangement according to Claim 7 , characterized in that the circuit arrangement is set up to detect a malfunction of a selected isolating device (S1, S2, S3, S4) of the isolating devices (S1, S2, S3, S4) if when the selected isolating device (S1, S2, S3, S4) the amount of the voltage difference (ΔU) between the voltage (U _m ) measured when the isolating devices (S1, S2, S3, S4) are fully open and that when the bridge circuit (MFB) is fully open and only one isolating device is closed (S1, S2 , S3, S4) measured voltage (U _m ) is zero volts.

Method for monitoring the insulation resistance (R5, R6) and/or the switching capability of an electrical mains isolating device with a circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized by the steps: a) measuring the voltage (U _m ) across the third voltage divider resistor (R3) the resistance network drops when the power supply unit is separated from the first isolating device (S3, S4) and all isolating devices (S1, S2, S3, S4) are open; b) measuring the voltage (U _m ) that drops across the third voltage divider resistor (R3) of the resistance network when the power supply unit is separated from the first separating device (S3, S4), and a separating device (S1, S2, S3, S4). Isolation devices (S1, S2, S3, S4) is closed, so that the first voltage divider resistor (R1) or the second voltage divider resistor (R2) of the resistance network is bridged; c1) Detecting a fall below a permissible insulation resistance (R5, R6) if the Amount of the difference between the voltage (U _m ) measured in step a) and the voltage (U _m ) measured in step b) falls below a predetermined limit value (U _limit ), and / or c2) detecting the inoperability of a selected separating device (S1, S2, S3, S4) of the separating devices (S1, S2, S3, S4) if the voltage measured in step a) and the voltage measured in step b) are the same.

Procedure according to Claim 10 , characterized by recognizing the functionality of a selected separating device (S1, S2, S3, S4) of the separating devices (S1, S2, S3, S4), if as a result of the selected separating device (S1, S2, S3, S4) closing and the associated caused by bridging a corresponding voltage divider resistor (R1, R2, R3) of the resistance network, an increase in the voltage (U _m ) is measured.

Procedure according to Claim 10 or 11 , characterized by activating a switching element (T1, T2, T3, T4) of a/the bridge circuit (MFB) for connecting a/the bridge circuit node to the positive pole of the power supply unit or the negative pole of the power supply unit to check the functionality of the switching elements (T1 , T2, T3, T4) of the bridge circuit (MFB), where functionality is present when the measured voltage (U _m ) corresponds to a difference between the potential of the positive pole and a reference potential or a difference between the potential of the negative pole and the reference potential .

Procedure according to Claim 12 , characterized in that the closing and opening of the switching elements (T1, T2, T3, T4) of the bridge circuit (MFB) takes place between steps a) and b).