Fehlerortsmessverfahren für mehradrige, durch Nebenschluss gestörte Kabel. Wenn in einem Kabel alle Adern durch Nebenschluss gestört sind, so ist es ohne fehlerfreie Hilfsader mit den bisher bekannt ge%vordenen Messverfahren schwierig, den Feh lerort mit hinreichender Genauigkeit zu be stimmen.
Die verschiedenen Methoden liefern meistens nur unter bestimmten Voraussetzun gen befriedigende Ergebnisse und sind daher <B>nur</B> beschränkt verwendbar. Man kann sie im wesentlichen unterscheiden in Methoden, die auf Widerstandsmessung und solche, die auf Spannungsabfallrnessung beruhen.
Zu den Widerstandsmethoden gehört zum Beispiel das Verfahren nach Blavier; bei dem der Widerstand einer Doppelader zuerst bei isolierten und sodann bei kurzgeschlossenen Enden gemessen und aus beiden Werten die Fehlerlage berechnet wird. Der Fehlerwider stand geht in beide Messwerte ein und darf sich daher während der Messungen nicht merklich ändern, auch darf er aus hier nicht zu erörternden Gründen weder zu hoch noch zu niedrig sein.
Bei den Spannungsabfallmethoden ermit telt man den Fehlerort aus dein Spannungs- abfall, den ein konstant zu haltender Stroui in der fehlerhaften Ader und in einem mit ihr in Reihe liegenden bekannten Widerstand verursacht. Der Fehlerwiderstand muss also auch hierbei grosse Beständigkeit haben; ausser dem darf er nicht zu hoch sein, damit eine genügende Stromstärke zustande kommt.
Alle diese Beschränkungen bestehen nicht bei dem neuen, den Gegenstand der Erfindung bildenden Messverfahren, das man als Strom- verzweigungsmethode bezeichnen kann, und das auf folgender Grundlage beruht.
In Abb. l ist ein vieradriges Kabel mit den Adern la, 1b, 2a und 2b dargestellt. An der mit S bezeichneten Stelle sind die vier Adern durch Nebenschluss miteinander verbunden. Legt man an eine der Adern, zum Beispiel la, den einen Pol einer Span nungsquelle, erdet den andern Pol und erdet ausserdem die beiden Enden einer andern Ader, zum Beispiel 2a, so wird der geerdeten Ader an der Fehlerstelle eine Spannungs- differenz aufgedrückt, durch die die Ströme nach beiden Richtungen im umgekehrten Ver hältnis der Widerstände hervorgerufen werden.
Schaltet man beispielsweise an beiden Enden dieser Ader, die im folgenden als Messader bezeichnet werden soll, ein Messinstrument ein, so ist es möglich, aus der Stromverzwei gung den Widerstand der Messaderabschnitte und somit die Fehlerlage zu berechnen.
Auf dieser Grundlage lässt sich eine Reihe von Messschaltungen entwickeln, die eine ein fache und zuverlässige Fehlerortsbestimmung gestatten. Einige Beispiele sind in folgendem näher erläutert. Bemerkt sei zunächst, dass es zweckmässig ist, die Schaltungen in Dop pelleitung auszuführen, wie in Abb. 2 bis 6 dargestellt, da beim Messen über Einzellei tung und Erde das Ergebnis durch den Erd- leitungswiderstand verfälscht werden könnte.
EMI0002.0011
Die Ablesung muss an beiden Instrumen ten gleichzeitig geschehen, weil der Strom infolge Polarisation zuweilen etwas schwankt.
Die Gleichzeitigkeit der Ablesung erreicht man durch Verständigung mittelst Fernspre chers über die Batterieadern oder eine dritte Doppelader. Falls bei sehr starkem Neben schluss eine Sprechverständigung nicht mebr möglich sein sollte, verständigt man sich durch Summer und Fernhörer oder durch andere Signale, zum Beispiel dadurch, dass der Batteriestrom kurzzeitig geschwächt wird, was sich an beiden Messinstrumenten gleich zeitig durch Zurückgehen des Zeigers be merkbar macht. Aus mehreren voneinander abweichenden Ablesungen kann man für jedes der beiden Instrumente das Mittel nehmen.
Wenn bei Nebenschlüssen mit hohem Widerstand der in die Messadern eindringende Strom so schwach ist, dass die Galvanorneter- ausschläge für eine brauchbare Messung zu klein sind, kann man zur Erzielung grösserer Ausschläge folgenden Kunstgriff anwenden.
Man lässt die Batterie einige Minuten auf den Fehler einwirken, bis der Strom einiger- Ferner empfiehlt es sich für den Batterie stromkreis möglichst solche Adern zu ver wenden, die im Kabel weit auseinander liegen und zum Messen zwei den Batterieadern be nachbarte Adern zu benutzen; um möglichst grosse hIessströme zu erzielen.
In Abb. 2 sind die beiden Messadern 1a und 2b an den Enden mit empfindlichen Strommessern 171r von gleichem ohmschen Widerstand und gleicher Empfindlichkeit ver bunden.
Der von B ausgehende Strom nimmt den durch Pfeilspitzen gekennzeichneten Ver lauf. Bezeichnet man mit x den Widerstand der Doppelader bis zur Fehlerstelle, mit 2c, den Gesamtwiderstand der Doppelader, mit M den Widerstand jeden Messinstrumentes und sind il und i2 die Zeigerausschläge der beiden Messinstrumente, so ist, da sich die Teilströme umgekehrt wie die Widerstände verhalten, massen konstant geworden ist und polt dann mittelst eines eingeschalteten Stromwenders die Batterie um.
Durch die hierbei an der Fehlerstelle einsetzende Depolarisation steigt der Strom einen Augenblick an, um danach wieder abzufallen. Dies macht sich in den an beiden Kabelenden eingeschalteten Mess- instrumenten folgendermassen bemerkbar: Beim Umpolen schlägt der Zeiger ziemlich lebhaft nach der andern Seite von Null aus, wandert erst schnell, dann langsamer auf der Skale weiter, bleibt einen Augenblick stehen und geht schliesslich wieder zurück. Da der Stromanstieg und -abfall in beiden Stromwegen völlig synchron verläuft, geben die Umkehrpunkte beider Strommesser, die man bequem ablesen kann, das Verhältnis der Stromverzweigung zuverlässig an.
Man erzielt auf diese Weise das Vielfache der Dauerausschläge und hat ausserdem noch den Vorteil, keine Signale für gleichzeitige Ab lesung der Instrumente zu benötigen.
Eine Abwandlung der Messschaltung nach Abb. 2 zeigt Abb. 3. Der Aufbau ist wie in Abb. 2, die Messinstrumente M können jedoch durch die Tasten Ti und T2 kurzgeschlossen werden. Bei der Messung geschieht dies abwechselnd, wobei immer der Ausschlag des nicht kurzgeschlossenen Instru- inentes vermerkt wird.
Das Verhältnis der Zeigerausschläge der beiden Instrumente er gibt dann das umgekehrte Verhältnis der durch den Fehlerort gebildeten Kabelabschnitte. Setzt man nämlich
EMI0003.0010
Strom <SEP> in <SEP> H <SEP> links <SEP> = <SEP> ii <SEP> -Il <SEP> wenn <SEP> T2 <SEP> gedrückt <SEP> ist
<tb> <I> <SEP> <SEP> T2</I>
<tb> " <SEP> " <SEP> Mrechts <SEP> = <SEP> i2
<tb> Ti <SEP> =I2 <SEP> } <SEP> wenn <SEP> Ti <SEP> gedrückt <SEP> ist,
<tb> " <SEP> "
<tb> so <SEP> ist
EMI0003.0011
<B><I><U>f</U></I></B> <SEP> i2
<tb> (1) <SEP> und <SEP> 12 <SEP> <I>-- <SEP> 1- <SEP> <U>f+NI</U> <SEP> (2).</I>
<tb> <I>h <SEP> f <SEP> .+ <SEP> M</I>
<tb> Aus <SEP> (1) <SEP> folgt:
<tb> <I><U>ü</U></I><U> <SEP> h</U> <SEP> __ <SEP> <U>Z <SEP> -f- <SEP> <I>M</I></U> <SEP> oder <SEP> ii <SEP> + <SEP> Zi. <SEP> = <SEP> il <SEP> . <SEP> <U>Z <SEP> + <SEP> #'</U> <SEP> ,
<tb> <I>ü <SEP> l- <SEP> f <SEP> L- <SEP> f</I>
<tb> aus <SEP> (2) <SEP> folgt <SEP> ebenso <SEP> <I>i2 <SEP> -[- <SEP> 12 <SEP> = <SEP> i2 <SEP> . <SEP> <U>Z,M</U> <SEP> .</I>
EMI0003.0012
Der Vorzug dieses Verfahrens besteht darin, dass man bequem und sicher auf glei che Zeigerausschläge abgleichen kann, die riran nicht aufzuschreiben braucht, weil man sie für die Auswertung nicht benötigt.
Abb. 5 zeigt eine ähnliche Messschaltung, jedoch mit dem Unterschied, dass der verän derliche Widerstand dem einen Strommesser nicht vor- sondern parallelgeschaltet wird. Er wird so eingestellt, dass beide Instrumente gleichen 75eigerausscblag zeigen.
Wendet man die in der Abb. 5 angegebenen Zeichen all, so ist
EMI0003.0018
ü <SEP> _ <SEP> R'
<tb> - <SEP> woraus <SEP> folgt,
<tb> <I>i <SEP> m <SEP> '</I>
<tb> <U>il <SEP> - <SEP> S <SEP> - <SEP> i2 <SEP> <B><I>+</I></B><I> <SEP> 111</I></U>
<tb> oder <SEP> da <SEP> <I>J <SEP> = <SEP> il <SEP> + <SEP> i2,</I>
<tb> <I>il <SEP> R.</I>
<tb> <I>J <SEP> - <SEP> <U>ü <SEP> (R' <SEP> + <SEP> 1u)</U> <SEP> (1)</I>
<tb> R' Nimmt man nun an, dass der Gesamt strom in den Messadern unverändert bleibt, welche Taste auch gedrückt ist - eine An- nabme, die in der Praxis stets finit ausrei chender Annäherung erfüllt ist,
da der Feh lerwiderstand infolge elektrolytischer Vor gänge im Verhältnis zum Widerstand der Messadern hoch ist -, so ist
EMI0003.0025
Da in diesem Ausdruck au15er f und G keine ohmschen Werte vorkommen, kann man für fauch die Länge bis zur Fehlerstelle und für d die Gesamtlänge des Kabels setzen.
Bei diesem Verfahren braucht man dem nach den ohmschen Widerstand der Messader nicht zu kennen.
Eine weitere Ausführungsform ist in Abb. 4 dargestellt. Hier wird an der Seite, wo das Messinstrument zunächst den grössten Aus schlag zeigt, so viel Widerstand R hinzu geschaltet, bis beide Instrumente gleichen Ausschlag haben. Darin ist Ferner ist
EMI0003.0034
Ersetzt man i3 durch den gleichen Wert ii, und J durch den Wert aus Gleichung (1).
so erhält man
EMI0003.0037
<I><U>R'+M</U> <SEP> _ <SEP> <U>112-x+M</U></I>
<tb> oraus <SEP> folgt
<tb> <I>,</I>
<tb> <I>x <SEP> #_<U>M.</U> <SEP> g,</I>
<tb> <I>R'</I>
<tb> <I>M <SEP> -\- <SEP> R'</I>
<tb> <I>x=rv</I> <SEP> <U>R'</U>
<tb> <I>M <SEP> 2R <SEP> (?)</I> Wird in dieser Gleichung für tv nicht der ohmsche Widerstand sondern die Länge des Kabels eingesetzt, so ergibt x unmittelbar die Kabellänge bis zum Fehlerort.
Um die Ausrechnung von x möglichst zu vereinfachen, benutzt man zweckmässig für den Parallelwiderstand einen Schleifdraht, einen Schiebewiderstand oder eine ähnliche Einrichtung und eicht sie nach der Funktion
EMI0004.0001
Nach der Abgleichung braucht man dann nur den am Widerstand abgelesenen Faktor k mit der Kabellänge zu vervielfältigen, um die Entfernung bis zur Fehlerstelle zu ermitteln.
Wenn weder die Länge noch der Wider stand des ganzen Kabels zu ermitteln sind, so kann man trotzdem den Widerstand von x finden, indem man ausser der vorstehenden Messung noch eine Messung nach Abb. 4 ausführt und die Werte R' und R in die Gleichung
EMI0004.0005
einsetzt. Dies Gleichung erhält man, wenn man aus der Gleichung
EMI0004.0006
zu Abb. 4 den Wert für 2.v ausrechnet und in Gleichung (2) einsetzt.
Bei den Schaltwegen nach Abb. 4 und 5 kann man den zu Abb. 2 erläuterten Kunst griff der Umpolung benutzen, um nach been deter Grobabgleichung noch eine Feinabglei- chung mit grössern Ausschlägen vorzunehmen.
Die folgende Schaltung ist für den Fall bestimmt, dass nur ein Instrument zur Ver fügung steht, oder dass keine Hilfskraft zur Bedienung des zweiten Instrumentes vorhan den ist.
Da man bei dieser Schaltung von den beiden Zweigströmen in der hIessschleife nur den einen mit einem D1essiustrumeiit erfasst, sind zwei aufeinanderfolgende Messungen er forderlich, bei denen die Stromverzweigung in einer der Rechnung zugänglichen Weise geändert wird, so dass man aus den beiden Ausschlägen des einen Instrumentes den Fehlerort berechnen kann. Hierbei gilt die bereits erörterte Voraussetzung, dalli der Ge- sauitstrom in der Messschleife bei den Schalt vorgängen unverändert bleibt.
Nach Abb. 6 wird die Messader an einen Ende durch die Taste T abwechselnd ge schlossen und geöffnet, während am andern Ende die Zeigerausschläge des Messinstru- inentes M abgelesen werden. Der bei offener Taste durch M fliessende Strom sei J.
Wird die Taste geschlossen, so tritt eine Stoin- verzweigung ein: der eine Teil der i benannt sei, geht über x und 11l, der andere Teil, ii benannt, fliesst über den rechtsseitigen Kabel abschnitt und T.
Es besteht die Beziehung
EMI0004.0038
Da aus den zu Abb. 3 erörterten Gründen der Nebenschlusswider- stand im Verhältnis zum Widerstand der Kabeladern sehr hoch ist, tritt durch die Schliessung der Teiste keine merkliche Än derung der Gesamtstromstärke in den Messadern ein.
Daher ist<I>.T - i</I> -i- ii oder ii <I>= J -</I> i. Setzt man diesen Wert in die vorstehende Gleichung ein, so erhält man
EMI0004.0050
woraus sich ergibt
EMI0004.0051
Bemerkt sei noeh, dass man bei allen Schaltungen die Messungen auch mit etwa vorhandenem Aussenstrom (zum Beispiel bei Fernsprechkabeln Strom aus einer fremden Batterie) oder dein durch Elektrolyse ini Fehler selbst etwa entstehenden Polarisations strom ausführen kann.
Zur Ausführung der Messungen benutzt man zweckmässig eine Messeinrichtung, die die für die einzelnen Schaltungen erforder lichen Schaltelemente in passender Anordnung enthält. Abb. 7 zeigt als Beispiel eine Ein richtung, mit der sämtliche Schaltungen leicht ausgeführt werden können.
Der Schalter Ui mit den Widerständen 2ai 102<B>USW.</B> dient dazu, die Empfindlichkeit des Strommessers in kleinen Stufen, z. B. auf '/2, i/4, 1/g usw. herabzusetzen, je nach der in den Messadern vorhandenen Strom stärke. Die Taste Ti dient für die Messung nach Abb. 3. Uz und Us sind Stromwender.
T2 ist für die Messungen nach Abb. 6 (R = x) bestimmt. R dient als veränderlicher Wider stand für die Messung nach Abb. 4 und 5. Die Batterieadern werden an die Klemmen K4 .Ks angeschlossen.
Die Messadern sind folgendermassen anzu schliessen bei Schaltung nach Abb. 3 all K, und X bei Schaltung nach Abb. 4 an Ki und K2 bei Schaltung nach Abb. 5 an Ki und Iss bei Schaltung nach Abb. 6 eine Ader an die beiden miteinander verbundenen Klemmen Ki und I'2, die andere Ader an Ida.