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Erdungsmesser
Bei Erdungsmessern wird von einem kleinen, in der Regel
von Hand angetriebenen Wechselstromgenerator über deii zu messenden Erder und einen
Hilfserder ein niederfrequenter Wechselstrom durch die Erde geschickt. Der Ohmsche
Widerstand des Erders wird dann mit Hilfe einer zweckmäßig zwischen Erder und Hilfserder
angeordneten Sonde entweder durch eine Spannungsabfallmessung oder durch eine Brückenmessung
mit Nullmethode hestimmt. Für heide Meßverfahren wird ein hochempfindliches Meßinstrument
benötigt. Da dieses in der notwendigen Empfindlichkeit nur als Gleichstrominstrument
ausgeführt erden kann, ist es erforderlich, dcii durch das Meßinstrument fließenden
Meßstrom gleichzurichten.
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Ein bekannter Erdungsmesser ist zu diesem Zweck mit einem Gleichrichter
ausgerüstet, der aus einer mit der Generatorwelle umlaufenden Stromwenderwalze mit
darauf schleifenden Bürsten besteht. Ein solcher Gleichrichter hat jedoch bei Erdungsmessern
erhebliche Nachteile. Es hat sich gezeigt, daß der Übergangswiderstand zwischen
Stromwenderwalze und Bürste infolge des Abriebes von Materialteilchen und durch
Verschmutzung sich sehr schnell in völlig unkontrollierbarem Maße iiidert und daß
aus den gleichen Gründen zwischen den gegeneinander isolierten Teilen der Stromwenderwalze
Kriechströme auftreten so daß Vertälschullgell des Meßergebnisses unausbleiblich
sind.
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Äfan hat auch schon vorgeschlagen, den Gleichrichter als von der
Generatorspannung elektromagnetisch angeregten Schwinggleichrichter auszuführen,
doch hat auch ein solcher nicht befriedigt.
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Schwinggleichrichter enthalten empfindliche Teile,
die
die Fertigung erschweren und bei dem rauhen Betrieb störanfällig sind. Außerdem
ist der durch die elektromagnetischen Kräfte erzielte Kontaktdruck verhältnismäßig
gering, so daß auch dadurch ein sicheres Arbeiten in Frage gestellt wird. Schließlich
macht die von dem Schwinggleichrichter verbrauchte, von dem Generator zu liefernde
Energie eine Vergrößerung des Generators erforderlich.
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Erfindungsgemäß wird nun allen geschilderten Mängeln dadurch abgeholfen,
daß der Gleichrichter aus einem von dem umlaufenden Generatorteil mechanisch gesteuerten
Druckkontaktgleichricbter besteht. Ein solcher Gleichrichter, nachfolgend kurz Kontaktmacher
genannt, kann einschließlich der Druckkontakte robust ausgeführt werden, so daß
er in der Herstellung billig und nicht störanfällig ist.
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Da bei seinem Betrieb ein Abrieb von Materialteilchen nicht stattfindet
und der Kontaktdruck sehr hoch eingestellt werden kann, ist der Ubergangswiderstand
klein und stets gleichbleibend, und durch die langen Kriechstrecken wird das Auftreten
von störenden Kriechströmen verhindert, so daß Verfälschungen des Meßergebnisses
vorgebeugt ist.
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Druckkontaktgleichrichter sind zwar an sich auch schon bekannt, doch
wurden sie noch nicht in Verl>indung mit einem Erdungsmesser verwendet.
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Eine weitere mögliche Fehlerquelle kann dadurch vermieden werden,
daß der Generator in für Erdungsmesser bekannter Weise mit feststehenden Wicklungen
und umlaufendem Dauermagneten ausgeführt ist, so daß eine Stromabnahme durch Schleifringe
in Fortfall kommt. Außerdem bieten die feststehenden Wicklungen den Vorteil, daß
gemäß einer Weiterbildung der Erfindung unmittelbar, d. h. ohne einen Transformator,
verschiedene den Ohmschen Widerständen der Meßbereiche angepaßte Spannungen gewonnen
werden können, indem man die Wicklungen anzapft.
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In Fig. I ist die einfachste Form eines Kontaktmachers schematisch
d'argestellt. G ist der Wechselstromgenerator. Der Strom geht von ihm durch die
Abgleichvorrichtung A, die, je nachdem, ob mit 13rücken- oder Spannungsabfallmethode
gemessen wird, verschiedenartig ausgebildet ist, durch den zu messenden Erder E
über den Hilfserder H zum Generator zurück. J ist das empfindliche Gleichstrommeßinstrument,
das galvanisch oder induktiv oder kapazitiv mit der Sonde U und der Abgleichvorrichtung
A gekoppelt ist. Die Kopplung deuten die gestrichelten Linien an. Der Kontakt K
wird zwangsläufig vom Generator gesteuert, derart, daß er immer für eine Halbwelle
gleichen Vorzeichens geschlossen wird. Der Antrieb von Generator zum Kontaktmacher
soll durch die strichpunktierte Linie angedeutet werden.
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Die Wirkung der Meßeinricbtung wird erhöht, wemi nicht nur die eine
Halbwelle, sondern beide Halbwellen des Wechselstrnmes für die Messung ausgenutzt
werden. In Fig. 2 ist-zu diesem Zweck der Kontaktmacher als Umschalter ausgebildet.
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Diese Anordnung ist nur dann zweckmäßig, wenn die Widerstände Rn die
Messung nicht beeinträchtigen, was für viele Messungen aber nicht immer zutrifft.
Die Ausnutzung beider Halbwellen ohne Erhöhung des Widerstandes im Sondenkreis ist
möglich, wenn K als Polwender ausgeführt wird, wie es Fig.3 zeigt, worin W den Polwender
darstellt.
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Fig. 4a und 4b zeigen den Aufbau für einen Kontaktmacher nach Fig.
2, und zwar für einen 4poligen Generator. Die Kontakte 41 und 42 in Fig.4 entsprechen
den Kontakten I und 2 in Fig. 2. An die in den Isolierstoffträger 46 eingepreßten
Metallstege 43 und 44 sind Kontaktfedern angenietet. Die Metallstege43 und 44. werden
metallisch miteinander verbunden und entsprechen so dem Drehpunkt des Umschalters
K in Fig. 2. Die Antriebsachse A trägt einen Kontaktnocken 45 aus Isolierstoff,
der als Doppelnocken mit 2 um 900 versetzten Nockenpaaren ausgeführt ist. Die Kontakte
4I und 42 sind in der Höhe verschieden angeordnet. Jeder Kontakt wird während einer
Umdrehung, also in zwei Perioden zweimal, und zwar während der Halbwelle gleichen
Vorzeichens geschlossen. Der Kontaktnocken läuft in der Pfeilrichtung um. Diese
Drehrichtung ist gegenüber der entgegengesetzten vorteilhafter, weil beim Anpressen
des Kontaktes das freie Ende kurz und die Gefahr des Prellens klein ist.
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Die Tragplatte 46 besitzt eine kreisrunde Aussparung 47, die den
Kontaktmaclwr am Lagerschild, das zu diesem Zweck einen kreisrunden Ansatz besitzt,
zentriert. Die Lage des Kontaktmachers zu den Kontaktnocken läßt sich durch Verdrehen
um die Zentrierung auf die zweckmäßigste Einstellung einstellen. Die gewählte Einstellung
halten dann die Schrauben 48 fest.
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In Fig. 5a und gb ist der dem Umschalter W in Fig. 3 entsprechende
Kontaktmacher dargestellt. An den Metallstegen 53 und 54 sind jetzt jeweils ein
Federnpaar angenietet, wovon zur besseren Darstellung das eine Paar abgebrochen
gezeichnet ist.
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Im übrigen ist alles geblieben wie in Fig. 4a und 4b.
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Die Kontakte sind nach der Fig. 5b als Umschalter geschaltet. An die
Klemmen A 5 und U5 führt der gleichzurichtende Wechselstrom des Sondenstromkreises.
Während der einen Halbwelle sind die Kontakte 5II und 52I, während der anderen Halbwelle
die Kontakte 512 und 522 geschlossen.
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Fig. 6a und 6b zeigen die äußere Formgebung des Ständers und des
umlaufendetl Nfagneteii eines vierpoligen Generators. Der Magllet61 ist auf der
Antriebsachse 4 befestigt. I)er Ständer 62 ist aus Eisenblechen zusammengesetzt,
der Umschlußrahmen und die Polschuhe bestehen zweckmäßig aus einem Stück. Auf die
Z>olschuhe sind die Wicklungen 63 aufgesetzt.
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Die Ausgestaltung der I,agerschilde wird in den Fig. 7a und 7b gezeigt.
72 ist ein konzentrischer Ansatz, in welchen die Pol schuhe des Ständers einspringen
und diesen mit den Lagerschilden zentrieren. Der andere konzentrische Ansatz 73
greift in die Aussparung47 des Kontaktmachers ein und zentriert diesen zu der Antriebsachse
A. Die Lagerschilde können aus Spritzguß oder aus Preßmasse bzw. aus Hartleinen
hestehen und auch Kugellager besitzen.
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In Fig. 8a und 8b sind die bisher beschriebenen Bauelemente unter
Beihehaltung der Bezugszeichen zusammellgel)aut dargestellt. Die beiden Seitenplatinen
81 und 82 werden mittels Schrauben 83 und Muttern 84 zusammengeschraubt und pressen
Lagerschilde 72 und Ständer 62 zentriert gegeneinander, Der Kontaktmacher wird mit
seiner Tragplatte 46 durch die Schrauben 48 auf die Platine 8i aufgeschraubt und
durch den Ansatz 73 des Lagerschildes in der schon beschriebenen Weise zu der Antriebsachse
A zentriert.
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In Fig. g ist das Schaltbild eines Erdungsmessers, mit welchem der
Erderwiderstand durch Spannungsabfall gemessen wird, mit fünf Widerstandsmeßl>ereichen
und vier Spannungsmeßbereichen gezeigt. G ist der 4polige Generator entsprechend
der Fig. 6, G3 die vier Wicklungen mit vier Spannungsal>zaifungen auf den Schenkeln.
Die Widerstandsemßbereiche sind von dem größten nach dem kleinsten Widerstandsmeßbereich
laufend numeriert, da es für solche Geräte zweckmäßig ist, die Messung mit dem höchsten
Widerstandsmeßbereich zu beginnen, wenn üher den Erderwiderstand nichts bekannt
ist. Die l)rehschalter.S I und S2 2 sind fest miteinander gekuppelt. Der Schalter
2' 1 greift mit seinem unteren Schaltarm an den Anzapfungen der Generatorwicklungen
63 die den Meßbereichen zugeordneten Meßspannungen ab und schaltet mit seinem oberen
Schaltarm auf die den Meßbereichen zugeordneten Meßwiderstände M 1 bis M 5 um.
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Gleichzeitig schaltet der Schalter S 2 die festen Vorwiderstände VI
bis V5 in den Sondenstromkreis ein. W ist der von der Generatorwelle gesteuerte,
als Polwender nach Fig. 5a und 5b ausgebildete Kontaktmacher. l' ist ein regelbarer
Widerstand. Um eine etwa vorhandene störende Gleichspannung abzusperren, ist in
dem Sondenkreis noch der Sperrkondensator C eingeschaltet, der so groß bemessen
wird, daß er für den Wechselstrom keinen störenden Widerstand darstellt. Die Messung
geht folgendermaßen vor sich: Der Schalter S3 3 wird auf die Stellung 1 gestellt
und der Widerstand V so lange geregelt, bis bei laufendem Generator der Zeiger des
Meßinstrumentes auf eine auf der Skala angebrachte Marke eiiispielt. I)ann wird
der Schalter S 3 auf Stellung 2 umgeschaltet und der nunmehr sich bei laufendem
Generator einstellende Zeigerausschlag abgelesen. Dem Verhältnis beider Ausschläge
entspricht ein ganz bestimmter Erderwiderstand, so daß die Skala gleich in Q geeicht
werden kann. Die Generatordrehzahl muß natürlich für beide Operationen genau gleich
groß sein, was mit Hilfe eines Fliehkraftreglers erreicht wird.
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Wie für das Verfahren durch Messen des Spannungsabfalles sind auch
für jedes andere Meßverfahren die umschaltbaren feststehenden Wicklungen und der
Kontaktmacher mit Vorteil zu verwenden, um möglichst nicht störanfällige robuste
Geräte zu erhalten.