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Einrichtung zum Messen von Erdungswiderständen.
Es ist eine Schaltung vorgeschlagen worden, die es ermöglicht, mit einer einzigen Messung einen
Erdungs-oder Ausbreitungswiderstand zu bestimmen. Es werden in dieser Schaltung verglichen einer- seits der Spannungsabfall zwischen einer in der Erde befindlichen Prüfplatte und einer in die Erde ge- stecken Sonde od. dgl. beim Durchgang eines Messwechselstromes und anderseits der Spannungsabfall in einem dazu parallel geschalteten, regelbaren Widerstand bekannter Grösse. Der Spannungsabfall in dem regelbaren Widerstand wird zweckmässig erzeugt durch einen von dem Messstrom aus induzierten, vorzugsweise dem Messstrom gleichen Strom. Als Anzeigevorrichtung dient ein Telephon, und die
Regelung geschieht auf ein Minimum der Tonstärke im Telephon.
Indessen lässt das Telephon einerseits nicht erkennen, nach welcher Seite die Regelung des Widerstandes erfolgen muss und anderseits ist auch die Genauigkeit der Einstellung auf ein Minimum der Tonstärke bekanntlich nicht sehr gross.
Gemäss der Erfindung werden diese Unzuträglichkeiten dadurch vermieden, dass als Anzeige- gerät eine an sich bekannte Verbindung eines Gleichstromanzeigers mit einer Vorrichtung zum Gleich- richten des Wechselstromes verwendet und die Phase im Gleichrichter derart eingestellt wird, dass er infolge des Phasenfehlers des induzierenden Schaltteiles bei Gleichheit der Vergleichswiderstände in der
Anzeigevorrichtung verbleibende Strom keine Wirkung auf den Anschlag des Stromzeigers ausübt.
Weiter wird bei der neuen Einrichtung zweckmässig noch durch zusätzliche Schaltmittel die Anzeige- vorrichtung gegen Störungsströme weitgehend gesichert, wodurch die Genauigkeit des Messergebnisses weiter verbessert werden kann.
In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Fig. l und Fig. 2 stellen Diagramme dar zur Erläuterung der Wirkungsweise der neuen Einrichtung.
Fig. 3 veranschaulicht eine Ausführungsform der neuen Einrichtung mit zusätzlichen Konden- satoren.
Fig. 4 stellt eine Ausführungsform dar, bei der die Anzeigevorrichtung mittels eines Transformators, der primär einpolig geerdet ist, angeschlossen ist.
Fig. 5 zeigt die Verwendung eines besonderen Transformatois für den Anschluss der Anzeige- vorrichtung und einer zusätzlichen Hilfsschaltung.
Fig. 6 erläutert die Anordnung eines in bestimmter Weise abgestimmten Nebenschlusses zum Schutz der Anzeigevorrichtung.
Nach dem bisher üblichen Verfahren, ein Telephon durch ein Gleichstromgerät mit Gleichrichter zu ersetzen, würde man bei Anwendung eines Galvanometers als Anzeigegerät in der vorliegenden Schaltung die Gleichrichtung so eingestellt haben, dass die Ein-und Ausschaltung in den Zeitpunkten geschehen wäre, in denen der von der Stromquelle, vorzugsweise einem Induktor gelieferte Messstrom seine Richtung umkehrte. Dabei zeigt es sich aber, dass in dem vorliegenden Fall das Anzeigegerät niemals auf Null geregelt werden kann.
Die Erfindung besteht nun darin, dass eine Einrichtung geschaffen wird. bei der die Anwendung einer Nullmethode möglich ist durch geeignete Einstellung des Gleichrichters, nachdem die Ursache des genannten Übelstandes festgestellt wurde. Diese beruht darauf, dass bei der Erzeugung des Stromes
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in dem regelbaren Widerstand mit Hilfe eines an den Messstromkreis angeschlossenen Stromwandlers eine nicht besichtigte Phasenverschiebung des Sekundärstromes, oder genauer gesagt, des negativ genommenen Sekundärstromes gegen den Primärstrom entsteht.
Infolge dieser Phasenverschiebung haben auch die zu vergleichenden Spannungsabfälle in der Erde und in dem Regelwiderstand nicht die gleiche Phase, und die Folge davon ist, dass die an der Anzeigevorrichtung auftretende Spannungsdifferenz, die man auf Null zu regeln wünscht, niemals gleich Null werden kann. Fig. 1 veranschaulicht diese Ver-
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mit Regelwiderstand, dem die Spannung am Regelwidelstand phasengleich ist. Bei Gleichheit des Regelwiderstandes und des Erdungswiderstandes sollte der Spannungsabfall an der Anzeigevorrichtung gleich Null werden. Er ist aber proportional dem Strom -, kann also nie gleich Null werden, da und i2 nicht phasengleich werden können. Man bekommt also nur ein Minimum des Stromes in der Anzeigevorrichtung.
Um diesen Strom wirkungslos zu machen, wird erfindungsgemäss die Vorrichtung zum Gleichrichten, z. B. ein Druckkontakt, der den Kreis des Wechselstromes für je eine halbe Periode unterbricht, so eingestellt, dass die Umschaltung in dem Augenblick erfolgt, in dem der Strom i1-i2 sein positives und negatives Maximum hat. In Fig. 2 ist in bekannter Weise der Strom -i, veran- schaulicht. Die Zeitmomente, die durch die Linien 1 und 11 dargestellt sind, werden zur Umschaltung benutzt, so dass während der Einschaltung des Stromes dieser immer zur Hälfte der Zeit positiv und zur Hälfte negativ gerichtet ist, so dass die Wirkungen im Galvanometer sich aufheben. Die schraffierte Fläche in Fig. 2 zeigt die Änderung der Stromstärke während der Einschaltung.
Eine Abweichung des
Spannungsabfalles im Regelwiderstand von dem im Erdungswiderstand kommt dagegen im Galvanometer noch gut zur Wirkung, da die Spannungsabfälle mit den Strömen und i2 in Phase sind und diese gegen den Strom -i2 um den grösseren Teil eines rechten Winkels versetzt sind, so dass die Halbperiode der Ein-und Ausschaltung bei ihnen sich mit grosser Annäherung mit der Halbperiode positiver und negativer Richtung deckt.
Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand der Fig. 3-7 erläutert werden. Eine Wechselstromquelle 1, vorzugsweise ein Induktor, liefert den Messstrom , der durch den Prüfwiderstand, beispielsweise den Ausbreitungswiderstand einer Erdplatte 2 geschickt wird. Der Messstrom fliesst von der Erdplatte 2 über eine Sonde 3, die zum Anschluss der Anzeigevorrichtung 4 dient, nach einer Hilfserde 5 und von dort zurück zur Stromquelle 1. In dem äusseren Schluss des Stromkreises liegt die Primärspule 6a eines Stromwandlers 6, dessen Sekundärspule 6b durch einen Regelwiderstand'/geschlossen ist. Der aus 6b und 7 gebildete Kreis wird von dem Strom i2 durchflossen. Mit dem einen Pol ist der Regelwiderstand mit der Leitung der Erdplatte 2 verbunden. An dem Regelwiderstand befindet sich ein Schleifkontakt 8.
Zwischen dem Schleifkontakt 8 und der Sonde 3 befindet sich die Anzeigevorrichtung 4, die aus einem Galvanometer 4a und einer mit diesem verbundenen Gleichriehtervorrichtung, vorzugweise einem Unterbrecher 4b, der eine Halbpenode des zwischen dem Kontakt 8 und der Sonde 3 fliessenden Wechselstromes ausschaltet. Der Unterbrecher wird in an sich bekannter Weise angetrieben von einer Welle, die mit dem Stromerzeuger 1 derartig gekuppelt ist, dass die Unterbrechung mit der Frequenz des Stromerzeugers geschieht. Die Welle ist durch die punktierte Linie 9 angedeutet. Auf der Welle befindet sich ein Exzenter 10, durch dessen Verdrehung gegen die Achse 9 die Phase der Unterbrechung geregelt werden kann.
Weiter kann im Kreise des Messstromes i1 noch ein Umschalter 11 angeordnet sein, der gestattet, denMessstrom statt durch die ganze Primärwicklung 6 des Stromwandlers 6 mittels des verschiebbaren Anschlusses 12 nur durch einen Teil derselben zu schicken. Hiedurch soll eine irgendwie mit bekannten Mitteln zu bewirkende Umschaltungsmoglichkeit für den Stromwandler zur Änderung seines Übersetzungsverhältnisses angedeutet sein. In dem umgekehrten Verhältnis, in dem
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In der bisher beschriebenen Schaltung kann noch eine Beeinflussung der Anzeigevorrichtung durch eine gleichstromerzeugende Fehlerquelle, nämlich durch die elektromotorische Kraft im Erdboden verhindert werden. Dies geschieht durch die Anordnung zusätzlicher, an sich bekannter Mittel zur Unterbindung von Gleichstrom an geeigneten Stellen der Schaltung. Fig. 3 zeigt z. B. die Anordnung von Kondensatoren 13a und 13b zwischen dem Erdboden und der Eintritts-und Austrittsstelle der Messstromleitung. Diese Kondensatoren können gleichzeitig benutzt werden, um die induktive Komponente des Widerstandes im Kreise des Messstromes < i zu kompensieren. Allerdings wird dann die Abhängigkeit der Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung von der Änderung der Frequenz verhältnismässig gross.
Den letztgenannten Mangel vermeidet die Schaltung nach Fig. 4, bei welcher die Anzeigevorrichtung 4 nicht unmittelbar zwischen Sonde 3 und Schleifkontakt 8 eingeschaltet ist, sondern über einen-Isoliertransformator 14, der mit seiner Primärwicklung an Sonde und Schleifkontakt liegt. Der von der elektromotorischen Kraft im Erdboden erzeugte Gleichstrom in der Primärwicklung von 14
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übt auf die Sekundärwicklung keine Wirkung aus. Die Änderung der Magnetisierung des Transformators durch den Gleichstrom ist unschädlich, da sie die Nulleinstellung nicht beeinflusst.
Die Anordnung eines Isoliertransformators kann gemäss der Schaltung nach Fig. 5 gleichzeitig benutzt werden, um eine etwaige Beeinflussung des Anzeigeinstrumentes durch Fehlerströme, die z. B. infolge mangelhafter Isolation aus einer fremden Stromquelle, vorzugsweise dem Netz, durch die Schaltung fliessen, zu vermeiden. Der die Isolation durchbrechende Strom soll beispielsweise in die Leitung zur Erdung an einem Punkte 20 eintreten. Der Strom teilt sich dann und der eine Teil des Stromes wird auch übe. L' die Anzeigevorrichtung durch die Sonde zur Erde fliessen.
Dieser Fehler kann nun dadurch vermieden werden, dass man auf die Anzeigevorrichtung 4 gleichzeitig einen weiteren Strom wirken lässt, derdem dieAnzeige beeinflussendenFehIerstrom an Grösseund Phasegleieh und entgegengesetztgeriehtetist.
Dies wird mit dem obengenannten Isoliertransformator 14 dadurch erreicht, dass man diesem Transformator zwei Primärwicklungen 14a, 14e gibt, die in bezug auf den Stromkreis des Fehlerstromes in symmetrischer Anordnung parallel geschaltet sind, so dass sie vom Fehlerstrom in zwei gleichen Hälften durchflossen werden. In bezug auf die Sekundärwicklung 14b wiJrden ie entgegengesetzt geschaltet, so dass die Wirkung des Fehlerstromes auf diese gleich Null ist.
Der Loliertransformator 14 ist also als Differentialtransformator ausgebildet und enthält die einander entgegengesetzt parallel geschalteten Primärwicklungen 14a und 14c. Der oben erwähnte Teil des Fehlerstromes fliesst von 20 über die Sehaltungsteile 6b, 7, 8 in die Primärwicklung 14a des Isoliertransformators, die von dem Messstrom durchflossen wird. Damit die andere Hälfte des Fehlerstromes, die durch die zweite Primärwicklung 14e fliesst, der ersten gleich wird, ist aus dem Ohmschen Widerstand 15 mit dem Schleifkontakt 16 und dem induktiven Widerstand 17 eine Schaltung geschaffen, die der aus dem Regelwiderstand 7 mit dem Schleifkontakte und der Sekundärwicklung 6b des Transformators 6 elektrisch gleich ist.
Die Widerstände 7 und 15 sind gleich gross. und ebenso die Induktivitäten, die die Ströme in den einander entsprechenden Teilen 6b und 17 finden, so dass der Fehlerstrom zwischen 20 und der Sonde in zwei gleiche Hälften zerfällt, die beide die Sekundärwicklung 14b im entgegengesetzten Sinne induzieren, so dass ihre Gesamtwirkung also gleich Null ist.
In Fig. 6 ist eine Weiterbildung der Anordnung nach Fig. 4 dargestellt. Um die Anzeigevor-
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Primärwicklung des Isoliertransformators 14 ein Nebenschluss angeschlossen, der aus einem Kondensator 18 und einer Drosselspule 19 besteht. Dieser Nebenschluss ist auf die Netzfrequenz abgestimmt. Gegebenenfalls kann der Transformator 14 in dieser Schaltung auch wegfallen und der Nebenschluss dann in Parallelschaltung zu der Anzeigevorrichtung angeordnet sein.
Der in Fig. 6 dargestellte Schutz für den Gleichstromzeiger 4a verhindert, dass die zwischen der Netzfrequenz und der Frequenz der Messstromquelle auftretenden Schwebungen in den Bereich der mechanischen Resonanz des beweglichen
Systems im Gleichstromanzeiger geraten, wobei sonst sehr starke und infolge der Ungleichmässigkeiten der Frequenz der Messstromquelle, z. B. eines Induktors, sehr unregelmässige Ausschläge erfolgen.
Für die Ausführung des Messverfahrens ist, zunächst die Einstellung des Exzenters 10, vgl. z. B. Fig. 3, erforderlich. Diese geschieht, indem man an Stelle des unbekannten Widerstandes zwischen der Erdung 2 und der Sonde 3 sowie des Widerstandes zwischen Sonde 3 und Erdung 5 geeignete künstliche Widerstände einschaltet. Der Schleifkontakt wird so eingestellt, dass der Widerstand 7 in dem bekannten Widerstand, dei als Ersatz des Erdungswiderstandes zwischen Platte 2 und Sonde 3 dient, gleich ist. Man erhält dann nur den Fehlerstrom'4-i2, der auf den Phasenfehler des Transformators 6 zurückzuführen ist. Jetzt verstellt man den Exzenter 10 so lange, bis die Anzeige des Fehlerstromes im Galvanometer verschwindet ; damit ist der Gerätesatz für die Messung vorbereitet.
Falls ein Oszillograph zur Hand ist, kann man auch, statt das Galvanometer auf Null zu bringen, den Strom im Galvanometerzweige mittels dieses Gerätes prüfen und an der vom Oszillographen gezeichneten Kurve erkennen, ob tatsächlich wie gewünscht nach Fig. 2 der Fehlerstrom im positiven und negativen Maximum durch das Exzenter 10 an-und ausgeschaltet wird. Die Messung geschieht in der bekannten Weise. Der Gerätesatz wird an die zu prüfende Erdung 2, die Sonde 3 und eine Hilfserde 5, die in geeigneter Entfernung eingesteckt werden, z. B. nach dem Schema Fig. 3 angeschlossen und der Schleifkontakt 8 solange verschoben, bis das Galvanometer 4a auf Null steht. Dann ist der gesuchte Erdungswiderstand gleich dem vom Schleifkontakt begrenzten linken Teil des Widerstandes 7.
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