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Anordnung zur Messung von Erderwiderständen mit Hilfe eines Anlegetransformators
Zusatz zum Patent 64I 279 Im Patent 64I 279 ist eine Einrichtung beschrieben, welche
dazu dient, bei mehreren parallel geschalteten Erdern den Erdwiderstand eines einzelnen
zu messen, ohne seine Zuleitung aus der Parallelschaltung mit den anderen zu lösen.
Zu diesem Zweck wird um die Zuleitung zu dem zu messenden Erder ein Anlegetransformator
gelegt, mittels dessen ein Strom in der Zuleitung erzeugt wird, welcher durch den
zu messenden Erder in die Erde tritt und zur Widerstandsmessung nach einem beliebigen
Verfahren dienen kann. Insbesondere werden hierzu Kompensationsverfahren empfohlen,
bei denen der zu messende Widerstand verglichen wird mit einem Widerstand, der von
einem dem Erderstrom annähernd gleichen oder mit ihm annähernd proportionalen Strom
durchflossen wird. Als solcher Strom ist beispielsweise der Primärstrom des Transformators
vorgeschlagen worden. Diese Lösung ist aber unvollkommen, weil es schwer ist, den
Transformator mit wirtschaftlichen Mitteln so zu bauen, daß die beiden Ströme genügend
genau die vorgenannte Voraussetzung erfüllen.
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Diese Schwierigkeit wird nach der Erfindung dadurch vermieden, daß
der Strom, welcher den Vergleichswiderstand durchfließt, durch Veränderung von Widerständen
und, wenn zur Beseitigung von Phasenverschiebung erforderlich, von Drosselspulen
oder Kondensatoren, die bereits im Hauptpatent zum Ausgleich der durch die Magnetisierung
des Transformators hervbrgerufenen Phasendrehung vorgeschlagen sind, auf den gleichen
Wert gebracht wird wie der im Erder fließende Strom oder auf einen ihm proportionalen
Wert. Die Erfüllung dieser Voraussetzung wird erfindungsgemäß durch einen weiteren
Anlegetransformator nachgeprüft, welcher, wie der erste, um die Zuleitung zu dem
zu messenden Erder herumgelegt wird, durch den aber außerdem der Kompensationsstromkreis
hindurchgeführt wird, und zwar in solchem Sinne, daß Erderstrom und Kompensationsstrom
entgegengesetzte magnetisierende
Wirkungen auf den Eisenkern dieses
Transformators ausüben.
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Die auf diesem Eisenkern aufgebradte Bewicklung wird an ein Meß-
oder Anzeigegerät gelegt, mit welchem nachgeprüft wird, ob die beiden den Transformator
entgegengesetzt magnetisierenden Ströme einander gleich sind nach Größe und Phasenlage.
Die Verstellung von Widerständen usw. im Kompensationskreis wird so lange fortgesetzt,
bis der Strom im Meßgerät verschwindet. Sobald auf diese Weise der Strom im Kompensationslireise
dem Erderstrom gleich und phasengleich gemacht ist, kann die Widerstandsmessung
durch Kompensation ausgeführt werden. Soll der Kompensatiönsstrom dem Erderstrom
nicht gleich, sondern nur proportional sein, so kann man, wenn er kleiner sein soll
als letzterer, ihn mehrfach durch den Äleßanleger hindurchführen; soll er größer
sein, so führt man einen durch Abzweigung gewonnenen Bruchteil hindurch.
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Im folgenden wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel an Hand
der Abbildung erläutert.
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Im Beispiel werden verschiedene nacheinander auszuführende Messungen
mit demselben Meßwerk ausgeführt, das zu diesem Zweck mittels der Schaltstrecken
I bis 7, wie weiter unten erläutert, umgeschaltet - werden kann.
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8 bedeutet die Zuleitung zu dem zu messenden Erder 9, welcher mit
anderen Erdern, z. B. IO, parallel geschaltet ist. Um die Zuleitung 8 ist der Anlegetransformator
II herumgelegt, dessen Eisenkern mittels der nur durch wenige Windungen angedeuteten
Wicklung 21 voll der Wechselstromquelle 23 (z. B. einem Kurbelinduktor oder einem
Kleinkraftgenerator) erregt werden kann. Hierzu müssen die beiden Schalterpaare
5 und 6 geschlossen werden.
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Auf diese Weise wird, wie bereits im Patent 6ßI 279 geschildert,
der Meßstrom in der Erderzuleitung 8 erzeugt. Er tritt über den zu messenden Widerstand
des*Erders g in die Erde und schließt sich über die Parallelschaltung der übrigen
Erder.
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Der Kompensationskreis könnte an sich auf beliebige Weise aus dem
Generator 23 gespeist werden. Verschiedene Schaltungen hierzu sind im Hauptpatent
sowie im Zusatzpatent 669 275 angegeben. Im Beispiel geschieht dies dadurch, daß
sein Leiterstück I3 durch den Anlegetransformator i i hindurchgeführt ist.
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Erfindungsgemäß ist nun noch ein weiterer Anlegetransformator I2
vorhanden, welcher ebenfalls um die Erderzuleitung 8 herumgelegt ist. Durch ihn
wird auch der Leiter 13 hindurchgezogen, jedoch in entgegengesetzter Richtung. Während
also im Anlegetransforniator II durch den Hilfsgenera tor in der Erderzuleitung
und in dem Kompensationskreis gleichgerichtete Ströme hervorgerufen werden, wird
im Anlegetransformator 12 eine der Differenz dieser beiden Ströme entsprechende
AIagnetisierung erzeugt. Diese erregt eine Wechselspannung in der Transformatorwicklung
22, welche, wie weiter unten noch erörtert wird, über die Schaltstrecken 3 auf das
Meßwerk einwirken kann.
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Der Kompensationskreis wird über einen veränderlichen Widerstand
geschlossen, welcher zwischen den Punkten Iq und I6 liegt. Zur Veränderung des Widerstandsbetrages
dient der Schleifkontakt I6. Älan kann dadurch den Strom im Kompensationskreis auf
den Wert des Stromes bringen, welcher vom Hilfsgenerator in der Erdzuleitung 8 erzeugt
wird Das erkennt man daran, daß die in der Wicklang 22 erzeugte Spannung Null wird.
Für den Fall, daß die Ströme in 8 und 13 eine Phasenverschiebung haben, kann man
diese mittels der veränderlichen Drosselspule 17 beseitigen.
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Ist auf diese Weise auf Gleichheit der Ströme in 8 und I3 abgeglichen,
so kann die Messung des unbekannten Widerstandes des Erders g unmittelbar erfolgen.
Diesem Zweck dient der verschiebbare Kontakt 15 am Widerstand. Er ist mit der Sonde
I8 über die Trausformatorwicklung 19 verbunden; die Trausformatorwicklung 20 wird
über die Schaltstrecken 4 auf das Äleßwerk geschaltet.
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Die Abgleichung erfolgt in hekannter Weise auf den Stromlvert Null
in der Verbindungsleitung zwischen 15 und I8.
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In diesem Fall ist der zwischen 14 und 15 liegende Widerstandsbetrag
gleich dem zu messenden Widerstand, unabhängig von der Stellung des Kontaktes 16.
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Als Aleßverk kann an sich ein beliebiges Nullinstrument verwendet
werden. Im beschriebenen Beispiel ist ein schematisch dargestelltes ferrodynamisches
Gerät gewählt.
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Sein Eisenschluß 24 wird mittels der Spule 25 mit der Meßfrequenz
erregt; zur Einstellung der günstigsten Phasenlage dient eine mit 26 angedeutete
Vorrichtung bekannter Bauart, bestehend aus Widerständen, Drosselspulen oder Kondensatoren
bzw. Kombina tionen von solchen Bestandteilen. Die bewegliche Spule 27 des Meßwerk
liegt über die Vorrichtung 28, welche zur Empfindlichkeitsänderung dient, an den
beiden Schienen des Wahlschalters. Diese sind, wie bereits erwähnt, bei der Einstellung
des Kompensationsstromes über die Schaltstrecken 3 mit der Spule 22 verbunden, bei
der anschließenden Widerstandsmessung über die Schaltstrecken 4
mit
der Transformatorspule 20. Bei beiden Messungen sind die Schaltstrecken 5 und 6
geschlossen. Dadurch wird einerseits die Verbindung zwischen dem Generator 23 und
der Transformatorwicklung2I hergestellt, andererseits die Erregung der Meßwerkspule
25 aus dem Generator ermöglicht.
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Die Vorrichtung 28 zur Empfindlichlçeitsänderung ist im gezeichneten
Beispielsfalle als Widerstandsspannungsteiler gezeichnet.
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Statt dessen kann ein zwischen Null und Unendlich veränderbarer Parallelwiderstand
zur beweglichen Spule verwendet werden, so daß bei dessen Einstellung auf Unendlich
die Empfindlichkeit des Meßwerks voll ausgenutzt wird. Will man noch größere Empfindlichkeit
erreichen, so kann man als Vorrichtung 28 einen Wechselstromverstärker beliebiger
Bauart verwenden und als Hilfsstromquelle für ihn den Generator 23 heranziehen.
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Wenn es sich um Erder in Starkstromanlagen handelt, z. B. solche
an Freileitungsmasten, kann es vorkommen, daß Ströme der Betriebsfrequenz des Netzes
durch die Erderzuleitung fließen. Solche können z. B. durch Schäden an Isolatoren
hervorgerufen sein.
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Ihre Erkennung und Messung ist einerseits erwünscht, um Störungen
durch sie bei der beabsichtigten Widerstandsmessung aus dem Wege zu gehen, andererseits
kann sie zur Auffindung derartiger Isolatorenschäden dienen.
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Da solche Ströme ebenfalls auf die Anlegetransformatoren magnetisierend
einwirken, kann man sie mit Hilfe eines derselben ohne wesentliche Erweiterung der
Apparatur messen. Im Beispiel ist hierzu der Anlegetransformator 11 verwendet. Man
schaltet zu einer solchen Messung den Generator 23 durch Öffnen der Schaltstrecken
6 ab, läßt aber die Meßwerkspule 25 über die Schaltstrecken 5 mit der nunmehr als
Stromquelle dienenden Anlegerspule 2I verbunden. An sie legt man über die Schaltstrecken
I auch die bewegliche Spule des Meßwerkes. Um auch höhere Ströme ohne Gefährdung
des Meßwerts messen zu können, kann man außer dem Empfindlichkeitsregler 28 der
Spule 27 noch einen diesem Zweck dienenden Parallelpfad 29 für die Spule 25 anwenden,
der iiber die Schaltstrecke 7 zugeschaltet wird.
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Gegen unerwartetes Auftreten hoher Erderströme während der Messungen
schützen die Überspannungsableiter 30 und 3I geeigneter Bauart.
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Da auch noch die Möglichkeit bestehen kann, daß aus der Starkstromanlage
herrührende Erderströme durch etwa vorhandene Oberwellen die Messung stören, ist
es von zusätzlichem Vorteil, daß die beschriebene Anordnung durch eine Ergänzung
der Schaltung dazu geeignet gemacht werden kann, den etwa - in- der Erderzuleitung
fließenden aus der Betriebsanlage herrührenden Strom auf seinen Oberwellengehalt
zu untersuchen.
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Zu diesem Zwecke speist man die Spule 27 über die Schaltstrecken
1 von der Spule 21 des Anlegetransformators ii oder auch über 3 von der Spule 22
des Anlegetransformators 12, erregt aber die Spule 25 vom Generator23, indem man
die Schaltstrecken 6 schließt und 5 öffnet. Wenn man dann die Frequenz des Generators
allmählich ändert, wird der Ausschlag des Meßwerks jedesmal vom Werte Null auf ein
Maximum ansteigen und wieder abfallen wenn man die Frequenz einer Oberwelle durchschreitet.
Aus dem Ausschlag läßt sich auch die Stärke der Oberwelle berechnen.
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Für die Messung des Erderwiderstandes wird man eine Frequenz wählen,
deren Auftreten aus der Betriebsanlage nicht zu erwarten ist. Bei der als Beispiel
der Erfindung dargestellten Anordnung ist dieWiderstandsmessung in einem weiten
Frequenzbereich möglich. Man kann also von Fall zu Fall nach einer vorherigen Prüfung
auf Vorhandensein von Betriebsströmen, auch solchen mit Oberwellen, die Widerstandsmessung
mit einer zwischen ihnen liegenden Frequenz ungestört ausführen.