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Anordnung zur ununterbrochenen Uberwachung des Ohmschen Widerstandes
von aktiven Zweipolen Die Messung des Erdübergangswiderstandes eines Elektrolysesystems
in Aluminiumhütten geschah bisher in der Art und Weise, daß die Spannung des Plus-oder
Minuspols eines Systems gegen Erde einmal direkt (im Leerlauf) und einmal unter
Parallelschaltung eines Widerstandes von etwa 100 bis 200 Ohm zum Spannungsmesser
gemessen wurde. Aus dem Verhältnis dieser beiden Anzeigen kann der Erdungswiderstand
berechnet werden.
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Umfangreiche Untersuchungen haben gezeigt, daß sich mit Hilfe dieser
Meßmethode keine eindeutig richtigen Ergebnisse erreichen lassen. Der Grund dafür
liegt in Polarisationseffekten, die beim Durchgang des Meßstroms durch Grenzschichten
auftreten und zusätzliche elektromotorische Kräfte bilden, die nicht erfaßt werden
können. Damit wird dem oben beschriebenen Meßverfahren die Grundlage entzogen, weil
die Kenntnis und Konstanz der im Kreis vorhandenen elektromotorischen Kräfte Voraussetzung
ist.
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Ähnliche Verhältnisse liegen bei der Messung des Innenwiderstandes
von Elektrolysezellen oder Bädern vor.
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In diesen Fällen sowie allgemein bei der Messung des Innenwiderstandes
von aktiven Zweipolen, bei denen wie in den angeführten Fällen am Ausgang eine Gleichspannung
mit eventuell von den Gleichrichtern herrührenden überlagerten Wechselspannungen
verschiedener Frequenzen vorhanden ist und deren Gleichspannungs-EMK sich auf Grund
chemischphysikalischer Eigenschaften beim Durchgang eines Gleichstroms ändert, führt
eine Meßanordnung gemäß vorliegender Erfindung zum Ziel.
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Eine Schaltanordnung, die es grundsätzlich gestattet, den Erdungswiderstand
von Gleichstromnetzen zu messen, ist bekannt. Diese besteht darin, daß ein Sperrkondensator
in Reihe mit dem Isolationswiderstand und der Erdkapazität des Gleichstromsystems
und einem geerdeten Sperrkondensator den einen Zweig einer Wechselstrombrücke, ein
Ausgleichskondensator, ein veränderlicher Widerstand mit parallelgeschaltetem veränderlichem
Kondensator sowie ein weiterer Ausgleichskondensator den anderen Brückenzweig und
ein Widerstand, dem tonfrequente Überwacbungswecbselspannung zugeführt ist, dessen
Mittelpunkt über ein Telefon mit dem Symmetriepunkt zwischen den ersten beiden Brückenzweigen
verbunden ist, die weiteren Zweige der Wheatstoneschen Brücke bilden. Die Erdungswiderstände
von Gleichstromnetzen liegen in der Größenordnung von 100 bis zu einigen kOhm.
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Es ist mit der bekannten Einrichtung gänzlich ausgeschlossen, wie
theoretische Überlegungen und praktische Erfahrungen zeigen, Erdübergangswiderstände
bei Elektrolysesystemen zu messen, die in der Größen-
ordnung von 0,5 bis 1 Ohm liegen,
denn zur Erzielung eines auch nur hinreichend genauen Meßergebnisses ist es bekanntlich
erforderlich, daß die Blindwiderstände in den Brückenzweigen klein sind und allenfalls
in der Größenordnung der zu messenden Ohmschen Widerstände liegen. Kapazitätsanordnungen,
wie sie in der bekannten Schaltanordnung vorhanden sind, müßten, sofern die Schaltanordnung
zur Messung der Erdübergangswiderstände von Elektrolysesystemen dienen soll, zur
Lieferung eindeutiger Meßergebnisse derart kleine kapazitive Widerstände aufweisen,
daß diese praktisch zwar noch herstellbar wären, jedoch so große räumliche Dimensionen
aufweisen müßten, daß sie als Schaltungselement in einer Meßanordnung aus mancherlei
Gründen nicht verwendbar wären.
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Erfindungsgemäß wird demzufolge eine Schaltungsanordnung vorgeschlagen,
die mit nur einem unumgänglich notwendigen Kondensator zur Sperrung der Gleichspannung
und einem entsprechenden Kondensator im zweiten Zweig arbeitet. Die Erfindung bezieht
sich somit auf eine Schaltungsanordnung zur ununterbrochenen Überwachung des Erdübergangswiderstandes
von in Betrieb befindlichen Elektrolysesystemen mittels überlagertem, niederfrequentem
Wechselstrom und einer Wechselstrombrückenschaltung mit Zweigen aus Kondensator-
und Widerstandskombinationen. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß in zwei benachbarten
Brückenzweigen nur je ein Kondensator vorhanden ist und daß die Speisung der Brückenschaltung
durch einen Transformator mit Mittelanzapfung erfolgt und daß ein Leistungsmesser
als Differenzanzeigegerät der Ohmschen Zweigwiderstände dient. Die Versorgung der
Brücke mit Wechselspannung mittels eines Transformators mit Mittelanzapfung
an
Stelle eines Potentiometers hat den Vorteil, daß die Ohmschen Widerstände der Schaltungsanordnung
im Meßkreis erheblich kleiner werden. Die Verwendung eines Wattmeters als Differenzanzeigegerät
hat den Vorzug, daß Veränderungen des Blindwiderstandes im Elektrolysesystem, beispielsweise
Ofenzu- und -abschaltungen, nicht in das Meßergebnis eingehen. Allein durch diese
Maßnahme wird die ununterbrochene Überwachung des Elektrolysesystems möglich, während
beispielsweise bei der bekannten Schaltung bei Veränderung des Ohmschen oder Blindwiderstandes
des zu übenvachenden Netzes jedesmal ein neuer Nullabgleich erforderlich ist.
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Die erfindungsgemäße Meßanordnung ist in der Abbildung dargestellt.
Darin bedeutet 1 den aktiven Zweipol. enthaltend z. B. in Reihe geschaltete Elektrolyseöfen
8 und Erdungswiderstand 9. Der zu messende Erdungswiderstand ist im Vergleich zum
Ofenwiderstand groß. Als Hilfsspannungsquelle dient ein Transformator 2 mit Mittelanzapfting
b auf der Sekundärseite. Die Frequenz dieser Spannung richtet sich nach den Erfordernissen
des Zweipols. d. h.. sie muß von dessen möglicherweise vorhandenen, z. B. von der
unvollständigen Gleichrichtung herrührenden Frequenzen möglichst differieren, damit
keine Polarisationseffekte auftreten, weil die Messung sonst durch periodische Umladungen
am Kondensator 3 gestört wird.
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Erfahrungsgemäß treten solche Störungen bei Frequenzen zwischen 40
und 100 Hz nicht mehr auf. Die Spannung des Transformators 2 wird über zwei symrnetrisch
angeordnete Kondensatoren gleicher oder nahezu gleicher Kapazität 3 und 4 sowie
über einen Vergleichswiderstand 5 an die Eingänge des Zweipols gelegt. Damit sind
die Blindwiderstände der beiden durch die Punkte a und b gekennzeichneten Hälften
des Meßkreises ebenfalls gleich oder angenähert gleich. Kondensator 4 und Vergleichswiderstand
5 stellen somit eine Kondensator-Widerstands-Kombination bekannter Größe dar.
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Die Kompensation des Blindwiderstandes des Kondensators 3 innerhalb
des Meßkreises durch den Kondensator 4 ist notwendig, da der Widerstand 9 bei Elektrolysesystemen
u. dgl. klein ist im Verhältnis zum Blindwiderstand des Kondensators 3. Kapazitäten,
deren Widerstand bei Niederfrequenz (Hochfrequenz ist infolge der immer vorhandenen
Oberwellen nicht brauchbar) sehr klein ist, sind zwar grundsätzlich herstellbar,
haben jedoch derartig große Dimensionen, daß sie für vorliegende Meßzwecke ausscheiden.
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Als Differenzanzeigegerät der Ohmschen Zweig widerstände dient ein
Leistungsmesser, dessen erster Pfad an die Punkte a und b gelegt und dessen zweiter
Pfad
von einer elektrischen Größe erregt wird, die gleich dem im Widerstand 5 fließenden
Strom ist oder bezüglich Phasenlage und Amplitude in einem bestimmten Verhältnis
zu diesem Strom steht.
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Darüber hinaus ist die Verwendung eines Doppelspuleninstrumentes
in Form eines Quotientengerätes vorteilhaft, weil dadurch Schwankungen der vom Transformator
2 gelieferten Hilfsspannung aus der Messung eliminiert werden.
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Die Skala des Anzeigeinstrumentes kann zweckmäßig so geeicht werden,
daß sie den gesuchten Ohmschen Widerstand des Zweipols unmittelbar anzeigt. Vom
Zweipol ausgehende Oberwellen stören die Messung und können gegebenenfalls mittels
eines Filters 7 abgefangen werden. Die in der Abbildung gezeigte Einbaustelle dieses
Filters ist nicht obligatorisch, sondern das Filter kann auch an anderen Stellen
der Meßanordnung eingebaut werden.
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PATENTANSPRSCHE 1. Schaltungsanordnung zur ununterbrochenen Überwachung
des Erdühergangswiderstandes von in Betrieb befindlichen Elektrolysesystemen mittels
überlagertem niederfrequentem Wechselstrom und einer Wechselstrombrückenschaltung
mit Zweigen aus Kondensator-Wi derstands-Kombinationen, dadurch gekennzeichnet,
daß in zwei benachbarten Brückenzweigen nur je ein Kondensator vorhanden ist, daß
die Speisung der Brückenschaltung durch einen Transformator mit Mittelanzapfung
erfolgt und daß ein Leistungsmesser als Differenzanzeigegerät der Ohmschen Zweigwiderstände
dient.