Anordnung zur Bestimmung von Summen oder Differenzen von für das Betriebsverhalten von elektrischen Systemen massgebenden elektrischen Teitgrossen, wie Teilleitwerten, Teilableitungen, Kapazitäten und dergL, beispielsweise für die Prüfung von mehradrigen liabeln, Freileitungen, Werkstoffproben.
Um die das Betriebsverhalten eines Label- adernpaares kennzeichnenden elektrischen Teilgrössen, also zum Beispiel im Falle des Isolationswiderstandes die Isolationswerte zu messen, wurde bisher in der Weise vorgegangen, dal3 man drei voneinander unabhängige Messungen vornahm, aus denen die drei kennzeichnenden Isolationswerte (W1e = Ader 1 gegen Erde, W2e = Ader 2 gegen Erde, W12 = Ader 1 gegen Ader 2) ermittelt werden. Die Messwerte sind dabei je nach der im einzelnen gewählten Messmethode entweder Einzelisolationswerte oder Summen von je zwei Isolationswerten, aus denen die Einzelisolationswerte dann rechnerisch ermittelt werden.
Bei der Prüfung des Betriebsverhaltens als solchen von elektrischen Systemen wurde es, insbesondere bei Reihenmessungen vieler einzelner, unter sich ähnlich gearteter Gebilde, aber als ein fühlbarer Nachteil empfunden, dass diese Prüfung nicht in einfacher und raseher Weise durchführbar war, weil nach den vorgenannten Methoden zur Überprüfung eines solchen Gebildes mehrere Messungen und Berechnungen erforderlich sind. Es ist daher die einfache Doppeladermessung vorgeschlagen worden, deren Ergebnis zwar alle TeilgröBen, die für das Betriebsverhalten massgebend sind, erfasst, die aber das Ergebnis in der Form
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W12 W1e + W2e darstellt. Wie sich hieraus ergibt, ist das chen. Insbesondere entsprechen die Adern 1 und 2 den Prüfelektroden, die Erde dem iiblichen Schutzring.
Die Erfindung bezieht sich demgemäss auf eine Anordnung zur Bestimmung von Summen oder Differenzen von für das Betriebsverhalten von elektrischen Systemen massgebenden elektrischen Teilgrössen, wie Teilleitwerten (Durchgangs-oder/und Ober fldchenleitwerte), Teilableitungen, Kapazitäten und dergleichen, beispielsweise für die Prüfung von mehradrigen Kabeln, Freilei tungen, Werkstoffproben.
Erfindungsgemäss wird eine solche rasche, alle interessierenden Grössen erfassende Bestimmung dadurch ermöglicht, dass entsprechend der Zahl der für das Betriebsverhalten des elektrischen Systems massgebenden Teilgrössen Strompfade vorgesehen sind, und zwar so, da¯ die Ströme der Strompfade auf ein gemeinsames Messgerät derart einwirken, dass dessen Anzeige dem algebraischen Betrag der den Messströmen entsprechenden Teilgr¯¯en unter Berücksichtigung des Vorzeichens entsprechend der Summen-oder Differenzbildung proportional ist.
Fig. I stellt schematisch das Grundprinzip der Erfindung dar, wobei zur besseren fibersicht die zu messenden Widerstände oder Leitwerte Wt, W2... Wl in Sternschal- tung angeordnet sind, so dass sich in einfacher Weise für jeden zu messenden Wert ein Messstrompfad ergibt. In jedem dieser Messstrompfade wird eine Messstromquelle u,, u2... un angeordnet, und die entstehenden Ströme : ¯ u1 ¯ u2 ¯ un i1 = ; i2 = ; ..... in =
W1 W2 Wn flie¯en durch Messwerke g"92.. 9n und erzeugen in diesen entspreehende Drehmomente.
Durch mechanische Kupplung, in der Zeichnung mit K bezeichnet, sind die einzelnen Messwerke miteinander verbunden und ergeben somit eine gemeinsame Anzeige, die von den einzelnen Leitwerten beeinflusst wird.
Messergebnis nicht geeignet, zum Ausdruck zu bringen, da¯ eine schlechte Teilisolation oder vielleicht sogar ein Kurzschluss einer Ader gegen Erde vorhanden ist. Das Ergebnis, das einen Leitwert bedeutet, kann nämlich einen endlichen und sogar kleinen Wert haben, obwohl eine Ader Kurzschlu¯ gegen Erde aufweist, oder, was gleichbedeutend damit ist, einer der Werte Wie oder Wze Null ist.
Für den Fall der Prüfung des Betriebsverhaltens von Kabeln, z. B. hinsichtlich des Isolationszustandes, wäre es aus den vorgenannten Gründen der Reihenmessung zweckmässig, einerseits mit einer einzigen Messung auszukommen, anderseits ein Messergebnis zu gewinnen, das sämtliche für das Betriebsverhalten massgebenden Isolationswiderstände in einer solchen Abhängigkeit erfasst, dass das Messergebnis den im Betrieb wirksamen resultierenden Wert darstellt, was bei der letztgenannten einfachen Doppeladermessung, wie erwähnt, nicht der Fall ist.
Ein solches allgemein anwendbares Me¯verfahren ist jedoch bislang nicht bekannt.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass es in den meisten Fällen zu wissen ge nügt, ob die effektive Summe gewisser Teilleitwerte einen bestimmten Betrag nicht überschreitet, denn in einem solchen Fall ist der Einzelwert immer noch besser als der geforderte Mindestwert für die Summe der einzelnen Teilleitwerte.
Das gleiche Problem liegt auch in einer Reihe anderer Fälle vor, sowohl was die htessgrösse betrifft, als auch was die Art der zu prüfenden elektrischen Systeme anbelangt.
Einerseits werden ausser den effektiven Isolationswiderständen effektive Leitwerte, ef fektive Kapazitäten und dergleichen bei Kabeln, Freileitungen usw. zu bestimmen sein, anderseits kann es sich um die Bestimmung der Teilisolationen von Werkstoffproben handeln, wobei der Durchgangsisolationswiderstand dem obigen Wert W12 und die Oberflächen-oder Randisolationswiderstände den obigen Werten W1e und W2e entspre ten, die nach dem Prinzipschema der Fig. 3 aufgebaut sind, dar. Die Prüflinge sind dabei nicht eingezeichnet, sondern die Schaltungen sind erst von den MeBgeräteklemmen an dargestellt.
Die Fig. 4 zeigt eine einfache Innenschal tung, bei der statt getrennte Messwerke ein Messwerk mit zwei hintereinander geschalteten Messwicklungen 13a, 13b, zwischen denen eine Anzapfung liegt, verwendet ist.
Fig. 5 zeigt die allgemein mögliche Erweiterung auf n Anschlüsse, im dargestellten Fall vier Anschlüsse 1, 2, 3, 4, drei Me¯stromquellen 6, 7, 8, drei MeBwerkwicklungen 13a, 13b, 13c.
Auch in der von Klemme 1 nach 13a führenden Leitung kann eine Messstromquelle 5 eingeschaltet sein (Fig. 6).
Fig. 7 ist eine Weiterbildung der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Anordnung, wobei jedoch an Stelle von zwei Messwerkwicklungen eine einzige ungeteilte Messwerkwicklung 13 verwendet ist, zu der parallel zwei Nebenwiderstände 17, 18 liegen, zwischen denen sich eine Anzapfung befindet, die an Erde gelegt ist. Die übrigen Bezeichnungen in der Fig. 7 haben die gleiche Bedeutung wie in Fig. 3. Wieder kann f r jede unbekannte Teilgrösse ein Messstrompfad aufgestellt werden, wobei das Widerstandsdreieck 13-17-18 als gemeinsames Messgerät anzusehen ist.
Messstrompfad f r wlz : wl2-1-5-13- 6-2-w12 ; f r wte : wle-1-5-17-(parallel dazu 13 + 18)-Erde-wle ; f r w2e: w2e-2-6-18-(parallel dazu 13 + 17)-Erde-w2e.
Die Fig. 8, 9 und 10 stellen wieder ver einfachte Schaltbilder der Innenschaltung, die naeh dem Prinzipschema der Fig. 7 aufgebaut sind, dar. Die Fig. 8 entspricht der Fig. 4, die Fig. 9 der Fig. 5, die Fig. 10 der Fig. 6.
Die Fig. 11 bis 19 stellen eine Umstellung der vorher beschriebenen Schaltungen dar, wobei Messwerke und Messstromquellen gegenseitig vertauscht sind.
Die Fig. 11 bis 13 stellen Anordnungen dar, bei welchen elektrisch voneinander ge
In Fig. 2 sind die einzelnen MeBwerkwicklungen zu einem gemeinsamen Messwerk G zusammengefasst.
Fig. 3 stellt eine Anordnung zur Messung der Ableitungswiderstände eines Kabeladerpaares 1, 2 dar, wle und w2e sind die Isolationswerte der Adern 1 und 2 gegen Erde, w2e der Isolationswert der beiden Adern gegeneinander ; diese drei Widerstände Wle, w2e, w12 entsprechen einer Dreiecksanordnung. 5 und 6 sind die voneinander isolierten Messstromquellen, 13a und 13b stellen gekuppelte Messwerke dar. Bei nÏherer Betrachtung ergibt sich, dass für jeden zu messenden Wert ein vollständiger Messstrompfad vorhanden ist.
Der Messstrompfad f r wl2 ist gegeben durch : w12-1-5-13a-13b-6-2 Wlz, der entsprechende Strom ist gegeben dadurch ¯ u5 ¯ u6 i1
W12 f r M : w1e-l-5-13a-Erde-w1e, der entspre chende Strom ist gegeben durch + Ms i ¯ me f r w2e.
w2e-2-6-13b-Erde-w2e, der entsprechende Strom ist gegeben durch ¯ u6 ils =
M'Se Der gemeinsame Ausschlag ergibt sich demnach infolge der Kupplung der einzelnen Messwerke zu kt k2 ks w12 w1e w2e
In diesen Formeln bedeuten k1, k2, k3 Wertigkeitsfaktoren, die von der H¯he der Spannung z a der Messstromquelle und der Empfindlichkeit der Messwerke abhängen.
Diese Messung ergibt also einen vollständigen und eindeutigen Aufschluss über die Giite der Teilisolation des Adernpaares.
Die Fig. 4 bis 6 stellen vereinfachte Schaltbilder der Innenschaltung von Gerä- ähnlichen Formeln, z. B. kl = k, k2 = k l/4, k, = k-1/4.
Die Anordnung gemäss Fig. 7, bei der der dem Messwerk parallel geschaltete elektrische Widerstand mit der Erde verbunden ist, weist eine weitgehende Störbefreiung auf, weil die Störströme, die aus den zu messenden Teilgrössen parallel liegenden Störstromquellen stammen und den Messströmen berlagert sind, in der Anzeige dadurch nicht zum Ausdruck kommen, dass sie iiber den erwähnten Parallelwiderstand am Galvanometer zur Erde abgeleitet werden. Diese Störsymmetrie bleibt auch dann erhalten, wenn nur eine Messstromquelle vorhanden ist.
Dabei wird freilich das Ergebnis nur die wirksame Summe zweier das Betriebsverhal- ten kennzeichnenden Teilgrossen darstellen.
In diesem Falle sind von den drei bestehenden Strompfaden zwei Mess-und Störstrompfade, einer nur ein Störstrompfad. Es herrscht also eine absichtliche Me¯unsym metrie.
Zur Erläuterung der Störbefreiung ist ohne Rücksicht auf die Messstromquellen in Fig. 20 die Störsymmetrie durch das Bild einer Brückenschaltung versinnbildlicht. Die Widerstände Wxe und W2e entsprechen den Isolationswiderständen der Adern a und b gegen Erde ; W ist wiederum der Isolationswiderstand der beiden Leitungen a und b gegeneinander. Parallel zu diesen Widerständen liegen die Teilkapazitaten. Mit St ist die elektromotorische Kraft der Störung, welche auf die beiden Adern einwirkt, bezeichnet.
Fx und P2 entsprechen den beiden Teilen des vorerwähnten Parallelwiderstandes zum Galvanometer und stellen Widerstände dar, die die Ableitung der Störströme zur Erde bewirken. Eine Messstromquelle wurde, da sie niederohmig ist und für die Betrachtung der Verhältnisse der Störsymmetrie nicht in Frage kommt, nicht eingezeichnet.
In den Fig. 21, 22 und 23 haben Wie, Wzt und Wl2 die gleiche Bedeutung wie in Fig. 3 ; U stellt eine Messstromquelle dar, tu einen Widerstand, der gegebenenfalls zur Störkompensation des innern Widerstandes trente, mechanisch miteinander gekuppelte Messwerke verwendet werden.
Die Fig. 14 bis 16 zeigen Einrichtungen, bei denen die getrennten Messwerke durch Messwerkteile (13a, 13b, 13c, 13d) ersetzt sind, die zu einem gemeinsamen Messgerät zusammengefasst sind.
Die Anordnung der Messwerke in den Fig. 17 bis 19 entsprechen denjenigen in den Fig. 14 bis 16, die einzelnen Messstromquel- len sind jedoch, ähnlich wie bei den Fig. 8 bis 10 das Messwerk, nicht unmittelbar angezapft, sondern parallel zu der Messstromquelle 5 liegen geeignet bemessene Anzapfwiderstände 9 bis 12.
Mit den gezeigten Anordnungen lassen sich mit einer einzigen Messung die Summen oder Differenzen von Teilgrossen feststellen, so da¯ eine Beurteilung des Betriebsverhaltens des Prüflings ermöglicht wird. Daraus ergibt sich für Reihenprüfungen eine au¯erordentlich groBe Ersparnis an Zeit, da einerseits an Stelle mehrerer Messungen eine einzige durchgeführt wird, anderseits langwierige Berechnungen fortfallen.
Die einzelnen Glieder der gemessenen Summen oder Differenzen sind dabei mit konstanten Faktoren (Wertigkeitsfaktoren) behaftet. Die Möglichkeit der Kontrolle wird dadurch keineswegs beeinträchtigt, im Gegenteil, die Anordnungen lassen sich so gestalten, dass sogar die gewählten Wertigkeitsfaktoren, mit denen die verschiedenen Teilgrössen in den Messwert eingehen, den Wertigkeitsfaktoren entsprechen, mit denen die Teilgrössen am Betriebsverhalten des zu untersuchenden Gebildes beteiligt sind. Solche Wertigkeitsfaktoren sind bei der Messung von Ableitungswiderständen und Ka pazitäten von Aderpaaren, z.
B. 1/2 und 1/4, wobei in dem Messstrompfad der betreffenden Teilgrössen nur die halbe Messspannung oder die halbe Alessspannung und ein mit halber Empfindlichkeit wirksames Messwerk eingeschaltet sind. In solchen Fällen ist in dem auf Seite 3 angegebenen Ausdruck und der Messstromquelle dient, G ist ein Galvanometer und S die bereits erwähnte Abschirnung, die ein Abfliessen von liriechisola- tionsströmen aus der MeBstromquelle zur Erde verhindert. Diese Abschirmung ist mit der der Messstromquelle zugewendeten Klemme des Galvanometers verbunden.
Sofern die Störströme auf beide Kabeladern a und b in gleicher Stärke einwirken, was in der Regel der Fall ist, sind die beiden Nebenwiderstände Pi und P2 gleich gro¯ zu wählen, das heiBt der vorerwähnte Parallelwiderstand zum Galvanometer wird in der Mitte angezapft und dann mit Erde ver bunden. An den beiden Klemmen des Galvanometers G liegen sodann Störpotentiale gleicher Hohe, so dass die Storströme das Galvanometer nicht beeinflussen können.
Die Messung wird mit einem empfindlichen Galvanometer, beispielsweise einem Spiegelgalvanometer oder einem Lichtmar kengalvanometer, durchgeführt. Es ist zweckmässig, den wirksamen Widerstand des Galvanometers für alle Empfindlichkeitsstufen gleich zu halten. Dies gelingt durch Verwendung eines Empfindlichkeitsreglers in T-Schaltung. Bei dieser Anordnung werden dem Ayrtonschen Nebenschluss Ergänzungs- widerstände vorgeschaltet, so daB der Gesamtwiderstand des Galvanometers konstant bleibt.
Wenn die Widerstände Wles W2e und W12 in ihrer Grosse stromrichtungsabhängig sein sollten, das hei¯t bei Messungen mit Gleichstrom je nach der Stromrichtung ver schiedene Werte zeigen sollten, wird die Mes sung zweimal unter Vertauschung der Po larität der Messstromquelle durchgeführt.
Wenn an den zwei Messadern Störungen gleicher Kurvenform, jedoch verschiedener Amplitude auftreten, was durch sehr ungleiche Ableitungen verursacht werden kann, die eine Nebenschlussbelastung zur Störstromquelle bildet, kann man auch einen der Widerstände P, oder/und P2 regelbar ausbilden und dadurch die erforderliche Abgleichung der"Entstörungsbrücke"erzielen.
In besonders einfacher Weise läBt sich dies dadurch erreichen, dass man den Erdungspunkt an einen Schleifkontakt eines Potentiometers anschlieBt und durch Verschiebung des Schleifkontaktes die Werte der links und rechts von der Erdungsstelle liegenden Widerstände verandert. Da das Gleichstromergebnis durch diese MaBnahme aber beeinfluBt wird, ist es zweckmäBig, zuT Erleichterung der Auswertung die Stellung des Schleifkontaktes durch eine Skaleneinteilung zu bezeichnen.
Die Fig. 23 zeigt übrigens auch die Brauchbarkeit der erfindungsgemässen Anordnung zur gleichzeitigen Verwendung für die bekannte Doppeladermessung, die zur Gewinnung der dritten Gleichung für die dritte Unbekannte benutzt werden kann, wobei die andern Gleichungen in den Schaltungen gemäss Fig. 21 und 22 ermittelt werden.
Die Fig. 3 bis 23 bedeuten nur grundsätzliche Übersichten ; die bei solchen MeB- anordnungen üblichen Mess-, Kurzschluss-und Dämpfungstasten, Empfindlichkeitsregler, Umschalter und sonstigen Hilfseinrichtungen sind nicht eingezeichnet.