DE287461C

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Publication number: DE287461C
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KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVe 287461 KLASSE 21 e. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 7. August 1912 ab.

Bisher hat man, wenn es anging, zur Bestimmung des Fehlerorts stets der auf dem Prinzip der Wheatstoneschen Brücke beruhenden Schleifenmethode gegenüber der Methode mit Bestimmung des Spannungsabfalls den Vorzug gegeben. Der Grund dafür ist darin zu suchen, daß die Schleifenmethode eine Nullmethode ist, und daß bei ihr die Verhältnisse am Fehler, der daselbst vorhandene wechselnde, oft große Widerstand und besonders die dort meistens auftretende elektromotorische Kraft keine Rolle spielen können, während diese Umstände bei der bekannten Spannungsabfallmethode das Meßresultat in hohem Maße fehlerhaft beeinflussen.

Gemäß der Erfindung werden diese Nachteile durch eine Meßvorrichtung vermieden, nach welcher die Spannungsabfälle am Kabel zwischen dessen Enden und dem Fehlerort

ao durch die an einem Meßwiderstand, beispielsweise einem Meßdr.aht, erzeugten Spannungsabfälle kompensiert werden.

Die neue Schaltungsanordnung hat den Vorteil, daß sie anwendbar bleibt, auch wenn keine Rückleitung vorhanden oder der Widerstand des Kabels sehr klein ist. Da bekanntlich die Nullmethode die genaueste Methode zur Messung von Spannungen ist und selbst noch bei inkonstanten Elementen, denen kein Strom entnommen werden darf, angewendet werden kann, so ist sie besonders für die Zwecke der Fehlerortsbestimmung geeignet. Sie ist es um so mehr, als die Größe des Widerstandes im Erdfehler auf die Messung ohne Einfluß ist, so daß eine ruhige Einstellung auch dann gewonnen wird, wenn der Erdfehler veränderlich ist, wie auch die Genauigkeit der Messung keine Einbuße erleidet, wenn der Widerstand im Erdfehler sehr groß ist.

Auf der Zeichnung sind beispielsweise zwei Ausführungsformen der neuen Schaltungsanordnung dargestellt.

Nach Fig. 1 wird ein Spannungsabfall am Kabel A-B durch eine Stromquelle Zi₁ konstanter Spannung erzeugt, welche, um ein Wenden des Stromes zu ermöglichen, an einen Kommutator K gelegt ist. In diesem Stromkreis befindet sich außerdem noch ein Batterieschutzwiderstand w.

Von den Enden A, B des zu untersuchenden Kabels werden Zuleitungen an die Klemmen a, b eines Umschalters U geführt, dessen dritte Klemme c mit dem Schleifkontakt s eines Meßdrahtes M unter Zwischenschaltung eines Galvanometers G verbunden ist. Die Enden C, D des Meßdrahtes sind an eine Stromquelle E₂, ebenfalls konstanter Spannung, gelegt. Ein Punkt des Meßdrahtes, etwa die Mitte H, ist geerdet und steht demzufolge mit einer beispielsweise am Punkt F auftretenden Fehlerstelle im Kabel in leitender Verbindung. Es können nun die Spanhungsabfalle auf den Strecken A-F und F-B des Kabels nacheinander durch Verschiebung des Schleifkontaktes s am Meßdraht M kompensiert werden.

Liegt der Hebel des Umschalters U bei a,

so sei das Galvanometer bei einer. Entfernung m_x des Schleifkontaktes von der Mitte H des Meßdrahtes stromlos. Legt man dagegen den Hebel nach b um, so muß man, falls man nicht eine der Stromquellen, beispielsweise E₁ mit dem Stromwender K, kommutieren will, auf die andere Hälfte des Meßdrahtes mit dem Schleifkontakt übergehen und erhält dann bei stromlosem Galvanometer eine Einstellung m_y ίο von der Mitte H des Meßdrahtes gerechnet. Setzt man A F = χ und F B = y, ferner die Spannungsabfälle auf diesen Strecken entsprechend E_x und Ey, so gilt, falls am Erdfehler keine E. M. Ke. vorhanden sind,

(i)

Cy my

also, falls L die ganze Länge des Kabels ist,

(2) x =

■ L und y =

Durch diese Beziehung ist der Fehlerort bestimmt.

Nehmen wir nun eine E. M. K. ε am Erdfehler an, so gilt für den ersten Stromkreis, falls der Umschalter U nach α umgelegt ist und das Galvanometer keinen Strom zeigt, die Gleichung: ■ E_x + ε = e'_x, sofern e'_x der Spannungsabfall an der Strecke m'_x des Meßdrahtes M ist. Wenn nun die Stromquelle E₁ mittels des Stromwenders K kommutiert wird, der Umschalter U aber bei α liegen bleibt, so wird das Galvanometer Strom anzeigen.

Geht man mit dem Schleifkontakt s auf die andere Seite des Erdanschlusses H, so wird das Galvanometer stromlos bei einer Einstellung m'x, falls das entsprechende e'_x gegeben ist durch E_x — ε = e'_x.

Aus den beiden Gleichungen aber ergibt sich

E_x =

&X ~Γ

Entsprechend erhält man für den anderen Stromkreis

falls e'y und e'y die analoge Bedeutung haben wie e'x und e'x. Da 0^, 4? und e'_y, e'y proportional den einzelnen Längen auf dem Meßdraht sind, so folgt:

ΨΥΙχ ~\~ ΨΫΙχ

^% ~ (m'_x + m'i) + [m'y + n._rl

· = ^Mx .L.

m_x -|- wiy

Man hat also in diesem Falle je zwei Ablesungen bei entgegengesetzt gerichteten Strömen vorzunehmen und aus diesen die Mittelwerte m_x und m_y zu bilden.

Besondere Aufmerksamkeit erfordert noch der Fall, daß die im Erdfehler vorhandene E. M. K. größer ist, als die Spannungsabfälle E_x, Ey am Kabel sind.

Ist z. B. E_x < s, so folgt, falls etwa E_x mit ε gleichgerichtet angenommen wird, daß e"_x negativ wird. Ist also E_x + ε kompensiert durch eine Einstellung m_x des Schleifkontaktes, so wird jetzt bei Kommutierung von E₁ die Meßdrahtstrecke m'x nicht wie im Falle, daß ε kleiner ist als die Spannungsabfälle am Kabel, auf die entgegengesetzte Seite von H wie m'_x fallen, sondern auf dieselbe Seite, und es ist demnach das Verhältnis der Spannungsabfälle gleich dem Verhältnis der Differenzen der Ablesungen. Wenn man den Erdanschluß H in die Mitte . des Meßdrahtes legt, kann ein Kommutator in der Schaltung erspart werden; wird aber der Erdanschluß H an das eine Ende des Meßdrahtes M angelegt, so muß man mit dem Umlegen des Umschalters U gleichzeitig entweder den Strom im Meßdraht oder im Kabel wenden.

Es ist nun von erheblicher Bedeutung, diese Methode in eine solche mit unmittelbarer Ablesung des Fehlerorts zu verwandeln. Die Möglichkeit ist ohne weiteres gegeben. Setzt man in Gleichung (2): χ = α L, so erhält man

m_v = m_x

Legt man nun m_x für alle Messungen einen bestimmten Wert bei, was man durch einen Regulierwiderstand im Kompensationsstromkreis stets erreichen kann, so ist offenbar a eine Funktion von m_y allein. Jedem Wert des dem jeweiligen Fehlerort zugehörigen α entspricht nur ein bestimmtes m_y. Man kann daher eine Skala herstellen, welche bei der Kompensierung der Teilspannung E_x unmittelbar den Fehlerort durch das entsprechende α angibt, falls der Teil E_x auf die feste Marke m_x kompensiert ist. Werden z. B. die Strecken H-C und H-D des Meßdrahtes von der Mitte an in je 100 gleiche Teile geteilt, und wird der Spannungsabfall E_x auf eine Strecke von 10 Teilstrichen von der Mitte an kompensiert, so ist m_x — 10, und es ergibt sich, daß z. B. einem Werte von m_x = 30 der Wert a = 0,25, einem Werte m_x = 40 der Wert a = 0,2 entspricht. Werden daher die Teilstriche 30, 40 mit 0,25 bzw. 0,2 bezeichnet und die anderen entsprechend, so erhält man eine Skala, auf welcher α und somit der Fehler ort in Einheiten der Länge des Kabels unmittelbar abgelesen werden kann.

Die Betrachtung der so hergestellten Skala zeigt jedoch, daß für die Werte von α = o,5 bis α = ΐ,ο nur der zehnte Teil des Meßdrahtes in Betracht kommt. . Eine bessere Skala für diese Werte von a = 0,5 bis α = 1,0 erhält

man, wenn man für m_x eine größere Anzahl von Teilstrichen des Meßdrahtes wählt. Für m_x = ioo ergibt sich z. B. eine Verteilung der Werte α = o,5 bis 1,0 auf die ganze Meßdrahtstrecke H-D.

Da statt

natürlich auch m_y konstant

gehalten werden kann, so ergibt sich für m_y = ioo, wie ebenfalls aus der letzten Gleichung folgt, eine Verteiluug der Werte α = o,5

ίο bis a. = o,o auf die Meßdrahtstrecke H-C.

Es ist daher zweckmäßig, mehrere Skalen anzuwenden und je nach den Umständen einen der Spannungsabfälle vom Fehlerort bis zu den Enden des Kabels auf eine bestimmte, diesen Skalen zugrunde gelegte Meßdrahtstrecke abzugleichen.

Weit günstiger als die Einrichtung nach Fig. ι erweist sich für eine unmittelbare Ablesung des Fehlerorts die in Fig. 2 veranschaulichte Schaltungsanordnung.

Es sind hier von den Enden des unter Spannung gesetzten Kabels A-B Leitungen an die Punkte g, η des Meßdrahtes M gelegt, wobei in die eine Verbindungsleitung ein GaI-vanometer G eingeschaltet ist. g sei etwa ein fester Kontakt, η dagegen sei als Schleifkontakt ausgebildet. Man kann durch Verschieben von η die Meßdrahtlänge g-n so wählen, daß ihre Maßzahl gleich der Maßzahl der Kabellänge in irgendeiner Längeneinheit ist. Dem Meßdraht M wird durch die Batterie ZT₂ eine Spannung aufgedrückt. Die beiden Strom-, quellen E₁, E₂ sind, um eine Kompensation zu ermöglichen, gegeneinandergeschaltet.

Nun wird durch Stromregulierung der Spannungsabfall längs des Meßdrahtstückes g-n denjenigen zwischen A und B gleichgemacht. Dies geschieht, indem der im Kompensationsstromkreis angeordnete Regulierwiderstand w' so weit verändert wird, bis das Galvanometer G stromlos ist. Wenn man nun zunächst wieder annimmt, es sei keine E. M. K. am Erdfehler vorhanden, so kann man, falls man durch den Schlüssel S nunmehr den Schleifkontakt s an Erde legt, zwischen g und η einen Punkt finden, in welchem das Potential das gleiche ist wie im Punkte F, so daß bei Einstellung des Schleifkontaktes s auf diesen Punkt das Galvanometer wiederum stromlos ist. Da nun die Spannungsabfälle am Kabel und auch am Meßdraht linear verlaufen, so gibt die Entfernung des Schleifkontaktes s von'dem Kabelanschlußpunkt g unmittelbar den Fehlerort in der angenommenen Längeneinheit an.

Aber auch im Falle, daß E. M. Ke. im Erdfehler vorhanden sind, versagt diese Methode nicht. Man wird zunächst nach Kompensation der Kabelspannung auf die der Kabellänge entsprechende Meßdrahtlänge durch Verstellung des Schleifkontaktes η eine Einstellung s' des Schleifkontaktes s bekommen, entsprechend dem zwischen g und s' bestehenden Span nungsabfall:

(4) e'_x = E_x -f ε

und dem zwischen s' und η statthabenden Spannungsabfall:

= Ey

Hierin bedeuten E_x und E_y wieder die Spannungsabfälle längs der Kabelstrecke A -F und F-B und ε die im Erdfehler wirksame E. M. K.

Werden nun beide Stromquellen Zi₁ und Zi₂ mittels der Stromwender K und K' kommutiert, so erhält man eine zweite Einstellung s" des Schleifkontaktes s, die dadurch bestimmt ist, daß der Spannungsabfall — e'_x längs des Meßdrahtstückes g s"

und derjenige
s"n

— e'x = — E_x

längs des Meßdrahtstückes

— e'y = — Ey —

Wie aus den Gleichungen (4) und (6) einer« seits und aus (5) und (7) andererseits hervorgeht, ist

+ e'x

E_x =

ty —

Also sind die gesuchten Kabellängen A-F und F-B durch die arithmetischen Mittelwerte von e'_x und e_x bzw. e'_y und e'y gegeben.

Tritt nun der Fall ein, daß ε größer ist als einer der beiden Spannungsabfälle am Kabel, oder auch größer als beide, so wird, wie aus den Gleichungen (4) und (5) hervorgeht, falls etwa Ey ·< ε und ε mit Ey gleichgerichtet ist, e'x > E_x + E_y> dagegen e'_y negativ. Man erhält daher eine Einstellung des Schleifkontaktes, welche außerhalb der Länge g-n über η hinausliegt. e'_y ist dann negativ und e'_x größer als der Spannungsabfall zwischen g und n.

■ Wird nun kommutiert, so fällt e'_x in Richtung der Kompensationsspannung, dagegen ist e'y dieser entgegengerichtet und dem absoluten Werte nach größer als E_x + Ey, falls auch ε > E_x ist, also fällt die Einstellung außerhalb g-n näher an g.

Die Mitte zwischen diesen beiden Einstel-.iis lungen gibt aber auch in diesem Falle wieder den richtigen Fehlerort an.

Sind sehr große E. M. Ke. im Erdfehler vorhanden, so kann man, um einen unnötig langen. Meßdraht zu vermeiden, eine bekannte E. M. K. zwischen Schleifkontakt s und Erde dagegenschalten. Die Richtung der am Fehler-

ort wirkenden E. M. K. ist ohne weiteres zu erkennen, indem man den Kreis A-g-F-A bildet, während Zi₁ und E₂ nicht angeschlossen sind. Wird diese E. M. K. gerade so groß gewählt wie die im Fehler vorhandene, was durch Abzweigung einer E. M. K. an einem Widerstand möglich ist, so ist das Galvanometer stromlos.

Nachdem dies eingetreten ist, kann man

ίο dann wie in dem Falle, daß keine E. M. K. vorhanden ist, die Messung vornehmen und mithin durch eine einzige Ablesung den Fehlerort bestimmen.

Die Messungen können statt mit Gleichstrom auch mit Wechselstrom vorgenommen werden, was etwa in der Weise geschehen kann, daß man zwei gleiche Sekundärspulen eines Induktoriums mit dem Kabel und dem Meßdraht derart verbindet, daß die Spannungen im Kabel und im Meßdraht gegeneinandergeschaltet sind. Die 'richtige Einstellung des Schleifkontaktes ist dann gegeben durch das Tonminimum eines Telephons. Die E. M. Ke. am Fehler spielen in diesem Falle keine Rolle.

Claims

Patent-Ansprüche:-

1. Vorrichtung zur Bestimmung des Fehlerorts an elektrischen Leitungen nach dem Kompensationsverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß ein Punkt des Meßwiderstandes, ' etwa die Mitte, geerdet und ein Schleifkontakt über dem Meßwiderstand beweglich angeordnet ist, der mittels einer Umschaltvorrichtung zur Messung der beiden Spannungsabfälle einmal mit dem einen, dann mit dem anderen Ende des Kabels leitend verbunden werden kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsabfall vom Fehlerort nach dem einen Ende des Kabels durch den Spannungsabfall auf einem Meßdrahtstück von bestimmter, für verschiedene Messungen gleichbleibender, zweckmäßig auf der Skala angezeichneter Länge kompensiert wird, und daß bei der darauf erfolgenden Kompensation des zwischen dem Fehlerort und dem anderen Kabelende bestehenden Spannungsabfalls an einer dem Meßdraht untergelegten, unter Zugrundelegung jener Länge berechneten Skala die Entfernung des Fehlerorts vom Kabelanfang in Bruchteilen der Gesamtlänge unmittelbar abgelesen wird, wobei auch mehrere verschiedene solcher Meßdrahtlängen und mehrere nach ihnen berechnete Skajen verwendet werden können.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßdraht mit einem festen und zwei Schleifkontakten versehen ist, von denen der feste mit dem einen Kabelende, einer der Schleifkontakte mit dem anderen Kabelende verbunden ist, während der andere Schleifkontakt durch einen Stromschlüssel an Erde gelegt werden kann, zum Zweck, einmal den am ganzen Kabel vorhandenen Spannungsabfall am Meßdraht kompensieren, dann aber durch Erdung des zweiten Schleifkontaktes den dem Fehlerort entsprechenden Äquipotentialpunkt am Meßdraht aufsuchen zu können.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Erdfehler vorhandene E. M. K. dadurch eliminiert wird, daß in dem vom Meßdraht ausgehenden Erdanschluß eine E. M. K., welche etwa durch Abzweigung an einem unter Spannung gesetzten Widerstand regelbar gebildet ist, eingeschaltet und so gewählt wird, daß sie die E. M. K. im Fehlerort gerade kompensiert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.