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Verfahren zur genauen Bestimmung der Fehlerstelle bei Bleimantelkabem durch einfache
Messungen aussen am Kabel
Dieses Verfahren ist vornehmlich für Starkstrom-Bleikabel geeignet, sofern wenigstens eine der Adern an der Fehlerstelle einen Isolationsfehler gegen den Bleimantel aufweist oder nachträglich zum Bleimantel durchgeschlagen werden kann, und ermöglicht, die Fehlerstelle ohne Spezialmesseinrichtungen rasch und systematisch durch einfache Messungen aussen am Kabel auf einige Zentimeter genau zu bestimmen. Die im Vergleich zu den üblichen Methoden wesentlich grössere Genauigkeit gestattet, das Kabel, auch wenn der Fehler aussen nicht erkenntlich ist, ganz genau an der Fehlerstelle anzuschneiden, so dass die Instandsetzung meist durch eine einfache Deckmuffe, oft sogar ohne Durchschneiden der Kabeladern ausgeführt werden kann.
Da man sich überdies, besonders bei längeren Kabelstre : ken oder schwierigen Fehlern, durch mehrmalige Anwendung des Verfahrens der Fehlerstelle schrittweise beliebig nähern kann, entfällt das planlose Suchen und die Grabarbeiten vermindern sich auf c in Minimum, auch brauchen Kabelmuffen und Endverschlüsse nicht mehr aufgerissen zu werden.
Das gegenständliche Verfahren kann auch noch bei komplizierten Kabelfehlern mit Erfolg angewendet werden, wenn die üblichen Methoden versagen, wie z. B. bei Unterbrechung und gegenseitigem Schluss mehrerer oder aller Adern, ferner wenn die Querschnitte und Leitwerte der Kabeladern sowie die Länge des Kabels, das auch aus einigen verschiedenen Stücken bestehen kann, unbekannt sind. Erdströme und der Erdübergangswiderstand des Kabels beeinträchtigen das Verfahren ebensowenig wie die elektrischen Verhältnisse an der Fehlerstelle und ein mit der Kabellänge veränderlicher Querschnitt des Bleimantels.
Das Wesen des Verfahrens besteht darin, dass zuerst nach einer der üblichen Methoden der ungefähre Ort des Fehlers im Kabelstück I, II ermittelt wird, an dieser Stelle werden dann direkt am Bleimantel zwei Punkte E und A (Messpunkte) etwa l m voneinander entfernt gewählt (Fig. 1 und 2), wobei E näher dem Kabelende II und A näher dem Kabelanfang I liegt, dazu kommt noch als dritter Messpunkt jene
Stelle F des Bleimantels, an welcher eine kranke oder nachträglich durchgeschlagene Kabelader mit dem Bleimantel einen Schluss hat. Es wird nun das Verhältnis der Widerstände von den zwei kurzen Bleimantelstücken AF und EF zueinander unter Berücksichtigung einer meist an der Fehlerstelle bestehenden elektrolytischen Spannung v bestimmt.
Aus diesem Verhältnis und aus dem genau messbaren Abstand d = a-e der beiden Messpunkte voneinander können nun einfach die Entfernungen a bzw. e des Fehlers F von A bzw. E berechnet werden. Die absolute Genauigkeit dieser Werte a und e wird bereits bei der ersten Anwendung dieses Verfahrens etwa 50mal so gross wie bei den üblichen Methoden, da sich hier die perzentuellen Ungenauigkeiten nur auf die im Vergleich zur ganzen Kabellänge wesentlich kleineren Längen a und e auswirken, ausserdem fallen alle Fehlerquellen infolge ungenauer Angaben über Kabellängen (Krümmungen und Schleifen im verlegten Kabel), Querschnitte usw. fort, weil diese für das Verfahren nicht benötigt werden.
Zur Bestimmung des Verhältnisses der Widerstände von AF zu EF wird nach Fig. 4 aus dem Bleimantel M als Hinleitung und aus einer beliebigen Rückleitung R eine Schleife (Batterieschleife) gebildet, als Rückleitung kommt hiefür in erster Linie eine gesunde Kabelader in Frage, die dann nach Fig. l durch einen Bügel Q am Kabelende II mit dem Bleimantel (Kabelendverschluss) verbunden wird. Ist eine solche nicht vorhanden, wird als Rückleitung nach Fig. 2 eine kranke Kabelader R genommen, so dass sich die Schleife über den Fehler F schliesst. Sodann wird vom Kabelanfang I mittels einer Batterie B über einen Widerstand W in die Batterieschleife ein Gleichstrom von etwa 1-10 Amp. geschickt, zuerst in der gezeichneten Richtung +g und dann mit gleicher Stärke, aber in entgegengesetzter Richtung-7.
Aus den Spannungen p, die für beide Stromrichtungen + und- zur Kompensation aller im Messkreis UGLFA für A und im Messkreis UGLFE für E wirkenden elektromotorischen Kräfte erforderlich sind, werden dann die Spannungsabfälle durch J in AF und EF berechnet, die sich so verhalten wie die Widerstände diese ! Bleimantelstücke.
Die Spannung p rührt vom Kompensator K her und wird vom Millivoltmeter V angezeigt, durch sie wird bewirkt, dass der Messkreis stromlos
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bleibt, so dass sich die elektrischen Verhältnisse an der Fehlerstelle während der Messung nicht ändern. Die Stromlosigke ; t (i = o) wird durch ein eingebautes, empfindliches Amperemeter (Mikroamperemeter) G festgestellt.
Bei der praktischen Durchführung der Messungen ist jedoch ein Kompensator, wie später gezeigt wird, nicht nötig, es genügt, an Stelle der zur Kompensation erforderlichen Spannungen p die ohne Kompensation im Messkreis fliessenden Ströme i, die das Mikroamperemeter anzeigt, zu nehmen.
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der Fehlerstelle herrschenden elektromotorischen Kraft v (verschiedene Metalle, verkohlte Isolation, Feuchtigkeit usw. ) auszuschalten ; bei Schaltung nach Fig. 2 hingegen genügt die Messung bei einer Stromrichtung, da hier das Potential von F durch metallische Berührung abgenommen wird, so dass v = o ist.
Das Potential von F wird in Fig. 1 durch eine Kabelader L, die bei ; ; gegen den Bleimantel einen Isolationsfehler
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während es in Fig. 2 durch eine Sonde an einem beliebigen Punkt L vom stromlosen Bleimantel ausserhalb der Batterieschleife abgenommen werden kann. Die Potentiale von A und E werden ebene-ales durch Sonden direkt vom Bleimantel abgegriffen.
Wie in Fig. 3 ersichtlich, können die vorerwähnten Sonden S sehr einfach in einigen Minuten angelegt werden, es ist hiezu nur nötig, die äussere Bandeisenarmierung des Kabels quer über die halbe Breite des Bandeisens leicht einzuritzen und eine Ecke aufzubiegen, worauf der Weg für die Sonde zum Bleimantel frei ist.
Nach der Messung wird die Ecke wieder zurückgebogen und die Stelle, die nur 0-5 CM2 gross ist, durch eine Bandage aus Eisendraht oder Blech in Ordnung gebracht. Bei Messungen an Kabelmuffen oder Endverschlüssen kann die
Sonde einfach aussen angehalten werden.
Bezugnehmend auf Fig. 4 wird nun nachfolgend die Ableitung der Formeln, welche zur Berechnung der Fehlerentfemung a und e dienen, gegeben.
Der in der Batterieschleife BMAEFQRW fliessende Strom J erzeugt im Bleimantel M, welcher nächst der Fehlerstelle F einen Widerstand von ru Ohm je Meter haben möge, in dem Stück AF von der Länge a einen Spannungs-
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Spannungsabfall J. e. r, u im Kabelstück EF.
Weiters herrscht im Messkreis an der Fehlerstelle noch eine unbekannte elektromotorische Kraft v. Durch einen einfachen Kompensator K, bestehend aus einem Potentiometer mit einer kleinen Batterie, wird nun der Strom i im Messkreis U (Umschalter), G, L, F und E bzw. A zum Verschwinden gebracht, so dass also G Null zeigt, hiezu sei eine gegenelektromotorische Kraft p erforderlich, die der Kompensator hergeben muss und die für die beiden Punkte A und E und für beide Stromrichtungen g und-y bestimmt wird. Aus den vier so ermittelten Messwerten und aus der bekannten Entfernung d werden nun die Entfernungen a und e des Fehlers F von den beiden gewählten Punkten A und E aus den folgenden Formeln berechnet.
Hiebei ist besonders zu beachten, dass a die Entfernung des Fehlers F von A, e die Entfernung des Fehlers F von E und d die Entfernung e von A ist, wobei alle Entfernungen immer in der Richtung vom Kabelanfang I zum Kabelende II positiv gerechnet werden.
Wenn nun nach vorigem bei stromlosem
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Hiezu kommt noch, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, als fünfte Gleichung die Beziehung
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Durch Addition von Gleichung l und 2 erhält man
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und analog aus Gleichung 3 und 4
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Durch Elimination der unbekannten elektromotorischen Kraft v folgen die Beziehungen
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oder umgeformt
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Weiters erhält man durch Subtraktion der Gleichung 2 von l
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und analog aus Gleichung 4 und 3
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Wenn man nun die letzte Gleichung von der vorletzten abzieht,
ergibt sich
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oder umgeformt unter Verwendung von Gleichung 5
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und mit Hilfe der Beziehung II
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Durch Division der letzten Gleichung durch die vorletzte erhält man
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und daraus
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und analog
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Bei den praktisch vorkommenden Kabelfehlermessungen kann ohne Kompensator gearbeitet werden ;
da wegen der geringen Längen von a und e der Strom im Messkreis nur von der Grössenordnung 0-01 mA ist, ändern sich die Werte ü und v an der Fehlerstelle während der kurzen Messdauer, wie man aus der Konstanz der Messwerte ersehen kann, nicht wesentlich, so dass man an Stelle der Kompensatorspannungen p. t+, PA-, und und ;- die in gleicher Weise bezeichneten Messströme iA+, iA-, iE+ und iE-, welche das Mikroamperemeter anzeigt, in die Formeln V und VI setzen kann. Dies ist zulässig, weil sich die p-und i-Werte nur durch den Faktor (rc+M) unterscheiden, der sich aber im Bruch weghebt, ra ist hiebei der Widerstand des Mikroamperemeters.
Die Formeln V und VI gehen damit über in
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Für die vorbeschriebenen Messungen, die am besten bei den Punkten A und E rasch hintereinander durch Betätigung des Umschalters U vorgenommen werden, braucht man eine dünne Messleitung von etwa 1 mm2 Kupfer, die vom Kabelanfang I zur Messstelle bei den Punkten A und E ähnlich wie eine Feldtelephonleitung leicht ausgelegt werden kann, im Falle die Batterieschleife nach Fig. l gebildet wurde.
Bei Verlauf der Batterieschleife nach Fig. 2 wird die Messleitung nur sehr kurz, ausserdem ist hier v = o, d. h.
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Endformen VII und VIII übergehen in
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Die Messleitung führt den Messstrom i und verbindet den Punkt L, der das Potential des Bleimantels an der Fehlerstelle F hat, über G und Umschalter U wahlweise mit der Sonde bei A oder bei E und schliesst so den Messkreis.
Da der Erdübergangswiderstand des Kabels grössenordnungsmässig etwa 1000mal so gross ist als die Widerstände der kurzen Bleimantel- stücke AF bzw. EF, beeinflussen Erdströme das Verfahren praktisch nicht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur genauen Bestimmung der Fehlerstelle bei Bleimantelkabeln durch einfache Messungen aussen am Kabel in der Nähe der vermuteten Fehlerstelle, wenn die ungefähre Lage derselben nach einer der üblichen Methoden ermittelt wurde und wenigstens eine der Kabeladern einen Isolationsfehler gegen den Bleimantel aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass statt der Fehlerstelle an einer Kabelader die Schlussstelle des überall leicht zugänglichen Bleimantels mit den Kabeladern bestimmt wird, indem durch den Bleimantel über eine Schleife mittels einer Batterie ein Gleichstrom einmal in einer und hierauf mit gleicher Stärke in entgegengesetzter Richtung geschickt wird und hiebei mit Hilfe zweier Sonden, die in der Nähe der Fehlerstelle an zwei Punkten des Bleimantels (Messpunkte) aussen an diesen angelegt werden,
die Potentialdifferenzen von diesen beiden Messpunkten gegen die Schlussstelle des Bleimantels mit den Kabeladern an der Fehlerstelle bei stromlosem Messkreis bestimmt werden, woraus sich das Verhältnis der Widerstände der beiden Bleimantelstücke von den zwei Messpunkten (Sonden) zur Schlussstelle des Bleimantels (Fehlerstelle) ergibt, so dass dann aus diesem und dem bekannten Abstand der beiden Messpunkte voneinander als Messbasis die Entfernung der Fehlerstelle von den beiden Messpunkten in an sich bekannter Weise durch Rechnung ermittelt werden kann.