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Anordnung zum Orten einer insbesondere nichteinbrennbaren Überschlagsstelle
zwischen der Ader eines Kabels und dem Kabelschirm Eine fehlerhafte Isolierung eines
elektrischen Kabels erschwert oder verhindert das Aufrechterhalten der Betriebsspannung.
Im allgemeinen sind solche Fehler von vornherein genügend niederohmig, oder sie
können durch sogenanntes »Einbrennen« genügend niederohmig gemacht werden. Man kann
dann diese Fehler mit Hilfe einer Brückenschaltung oder durch eine Laufzeitmessung
orten. Schwieriger ist jedoch das Einmessen sogenannter intermittierender Fehler,
die bei hohem Isolationswiderstand eine ungenügende Spannungsfestigkeit aufweisen
und daher nicht oder nur unter besonders günstigen Umständen einbrennbar sind. Zwar
kann man auch solche Fehler durch eine Laufzeitmessung orten. Dies erfordert aber
eine sehr aufwendige Apparatur.
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Wesentlich einfacher und genauer ist die Fehlerortung mit Hilfe eines
Gerätes, das auf das magnetische Feld elektrischer Ströme anspricht, die von Ladungen
herrühren, die im Augenblick des Durchschlagens zum Fehlerort hin zu fließen beginnen.
Es ist eine Anordnung bekannt, bei der die zu prüfende, fehlerhaft isolierte Kabelader
durch eine einseitig geerdete Gleichspannungsquelle bis zum Überschlag aufgeladen
und unter Ausnutzung der Richtungsänderung des äußeren magnetischen Kraftfeldes
des Oberschlagstromes die Überschlagstelle bestimmt wird. Bei dieser Anordnung breiten
sich während des Aufladens der fehlerhaften Kabelader die vom geerdeten Pol der
Gleichspannungsquelle wegfließenden Ladungen teilweise sehr weit verteilt im Erdreich
aus und bilden so gewissermaßen eine Raumladung im Erdreich. Beim Überschlag an
der Fehlerstelle geraten auch diese Raumladungen in rasche Bewegung, und ihre Strombahnen
bilden zusammen mit den Entladestrombahnen in der Kabelader große Stromschleifen,
deren magnetische Felder genügend stark und auch außerhalb des Kabels gut nachweisbar
sind. Dadurch, daß diese Felder zu beiden Seiten des Kabelfehlers verschiedene Richtung
haben, läßt sich durch eine einfache Messung an beliebiger Stelle längs des zu untersuchenden
Kabels leicht ermitteln, ob die Meßstelle sich links oder rechts vom Kabelfehler
befindet. Durch ein- oder mehrmalige Anwendung dieser einfachen Messung läßt sich
daher der Kabelfehler hinreichend eingrenzen, um ihn alsdann durch Absuchen eines
kurzen Kabelstückes, z. B. mit Hilfe eines Bodenschallmikrofons, genau feststellen
zu können.
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In der Praxis ist aber diese Anordnung nur dann vorteilhaft anwendbar,
wenn die Abschirmung des Kabels, in der Regel der metallische Kabelmantel oder die
Kabelbewehrung, mit dem umgebenden Erd-
reich in elektrisch leitender Verbindung
steht. Ist dagegen die Kabelabschirmung mit einer Korrosionsschutzhülle umgeben,
die sie von Erde isoliert, so bilden sich beim Aufladevorgang zwischen der Abschirmung
und Erde leicht derart hohe Spannungen aus, daß die Korrosionsschutzhülle an irgendeiner
weniger gut isolierenden Stelle durchschlagen wird.
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Weiterhin kann dabei die Abschirmung, meistens der metallische Mantel,
des Kabels an der Überschlagsstelle beschädigt und unter Umständen durch den Überschlagsstrom
bis zum Schmelzen erhitzt werden.
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Nach der Erfindung lassen sich die geschilderten Nachteile vermeiden
und damit die beschriebene Anordnung auch für die Fehlerortung an einem Kabel verwenden,
das mit einer gegen Erde elektrisch isolierenden Korrosionsschutzhülle versehen
ist. Erfindungsgemäß ist hierzu die Abschirmung des Kabels an den Kabelenden über
derartig bemessene Parallelschaltungen von Kondensatoren und ohmschen Widerständen
geerdet, daß sowohl eine schädliche Überschlagsladung abgeleitet als auch eine dielektrische
Überbeanspruchung der Korrosionsschutzhülle vermieden wird. Dabei haben die Kondensatoren
der Parallelschaltungen die eigentliche Aufgabe, eine Überbeanspruchung der Korrosionsschutzhülle
zu verhüten, während über die ohmschen Widerstände die Überschlagsiadungen abfließen.
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In vielen Fällen ist es vorteilhaft, auch die fehlerhafte Kabelader
selbst an ihren Enden über Kondensatoren zu erden, um das Entstehen der Raumladungen
im Erdboden zu begünstigen. Dabei ist aber zu beachten, daß diese Erdung in einiger
Entfernung von der Erdung der Gleichspannungsquelle erfolgt, weil sonst keine Raumladung
im Erdreich entstehen kann. Das Größenverhältnis der Kondensatoren, die zur Erdung
des Kabelleiters und zur
Erdung der Abschirmung des Kabels dienen,
ist vorteilhaft so zu bemessen, daß die zwischen der Abschirmung des Kabels und
Erde liegende Korrosionsschutzhülle weder beim Aufladevorgang noch während des Überschlags
unzulässig beansprucht wird.
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Im folgenden seien an Hand der Zeichnung, die ein Schaltschema der
Meßanordnung darstellt, die Anordnung nach der Erfindung und ihre Wirkungsweise
näher erläutert.
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Die Kabeladerl habe an der Fehlerstelle 2 eine ungenügende Spannungsfestigkeit
gegen den das Kabel nach außen abschirmenden metallischen Kabelmantel3. Bei einer
bestimmten Spannungshöhe erfolge an der Stelle 2 stets ein Überschlag von der Kabelader
1 nach dem Mantel 3, doch lasse sich der Isolationswiderstand weder durch das sogenannte
Einbrennen noch durch andere Maßnahmen genügend verkleinern. Brückenmessungen und
die üblichen Laufzeitmessungen sind daher für die Ortung des Fehlers nicht anwendbar.
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Zur Fehlerortung nach der Erfindung ist der Kabelmantel 3 an den
Kabelenden über die Parallelschaltungen aus den ohmschen Widerständen 6 und den
Kondensatoren 7 geerdet. Die zu prüfende Kabelader 1 ist über den Schutzwiderstand
5 an die Gleichspannungsquelle 4 angeschlossen. Die Kabelader 1 selbst ist über
die Kondensatoren 8 geerdet. Die Erdverbindung der Spannungsquelle 4 ist mit 9 bezeichnet.
Die an sich zwischen dem Leiter 1 und dem Mantel 3 sowie die zwischen diesem und
Erde vorhandenen Kapazitäten sind der Übersichtlichkeit wegen in der Zeichnung nicht
dargestellt.
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Die Kabelader 1 wird durch die Gleichspannungsquelle4 aufgeladen,
bis an der Fehlerstelle 2 gegen den Kabelmantel 3 der Überschlag erfolgt. Der Aufladestrom
fließt zum Teil über die Widerstände 6 zur Erde und weiter über die Erdung 9 zur
Gleichspannungsquelle 4 zurück, zum Teil jedoch durch das Erdreich über sehr weit
entfernte Strombahnen, weil der Aufladevorgang weitgehend den Gesetzen der Ausbreitung
von Gleichstrom folgt. Nach dem Überschlag an der Fehlerstelle 2 fließen - zugleich
mit dem Entladestrom im Kabel - auch die weit verteilten Raumladungen wanderwellenartig
in der Richtung gegen den Fehlerort und erzeugen dabei,
zusammen mit den in der Kabeladerl
beiderseits gegen die Fehlerstelle 2 fließenden Ladungen entgegengesetzter Polarität,
ein magnetisches Feld, welches - abgesehen von einer gewissen Übergangszone - links
und rechts vom Fehlerort entgegengesetzt gerichtet ist und es daher mit Hilfe eines
geeigneten Empfangsgerätes in an sich bekannter Weise ermöglicht, die Richtung gegen
den Fehlerort hin zu unterscheiden und diesen zu orten.
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Die Widerstände 6 dienen außerdem zur Ableitung der Restladung aus
dem Kabelmantel3, weil dieser - sofern seine Umhüllung eine genügend gute Isolierung
aufweist - bald das Potential der Kabelader 1 annehmen würde. Die Größe der Kondensatoren7
und 8 ist so zu wählen, daß die Korrosionsschutzhülle des Kabelmantels weder beim
Aufladevorgang noch während der Stoßentladung unzulässig beansprucht wird.