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Verfahren zur Verbesserung der Fehlerortung von Kabelnebenschlüssen
durch Formieren der Kabeladern Elektrische Kabel, vorzugsweise Feriinieldekabel
mit Papierisolierung, sind häufigen Störungen durch Feuchtigkeit ausgesetzt. Die
Feuchtigkeit dringt in schadhafte Stellen des Kabelmantels ein und befällt gewöhnlich
mehr oder minder alle Adern, so daß die bekannten Meßschaltungen nach Varley und
Murray, die eine gute Ader erfordern, nicht anwendbar sind. Für solche alladrigen
Nebenschlüsse sind mehrere besondere Meßverfahren bekannt, deren Anwendungsbereich
durch die Stärke des Nebenschlusses, also durch die Größe des Isolationswiderstandes,
bestimmt ist.
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Für starke Nebenschlüsse (etwa bis o,oi Megohm) wird z. B. unter anderem
ein Verfahren von P o 1 e ck (Wissenschaftliche Veröffentlichungen aus den Siemenswerken,
1939, Heft 2) benutzt, für mittelstarke (etwa von o,oi bis io Megohm) überwiegend
ein Verfahren von Küpfmüller (Telegraphen- und Fernsprechtechnik, 1925, Heft
9) und für schwache (etwa io Megohm und mehr) vorzugsweise ein Verfahren von H e
c t o r (Telegraphen- und Fernsprechtechnik, 1938, Heft 9). Alle drei Verfahren
haben die Wheatstonesche Brückenschaltung zur Grundlage, wobei zwei Brückenarme
aus Meßwiderständen, die beiden anderen in der Hauptsache aus den zu messenden Kabeladern
bestehen. Bei allen drei Verfahren ist es erforderlich, daß der Nebenschlußwiderstand
der beiden zur ?.Messung benutzten Kabeladern gegen 1Jrde oder gegen eine dritte,
der Batteriebrückendiagonale zugeordnete Kabelader etwas voneinander verschieden
ist. Je größer dieser Unterschied ist.
destogenauer fällt im allgemeinen
die Fehlermessung aus. Diese Bedingung ist oftmals nicht erfüllt, wenn man eine
Doppelader benutzt, weil deren beide Adern gewöhnlich ziemlich gleichmäßig von der
Feuchtigkeit befallen sind. Man ist daher genötigt, zwei nicht benachbarte Adern
zu verwenden, und muß dabei vielfach in Kauf nehmen, daß sich F remdströme in der
Meßschaltung bemerkbar machen und den Brückenabgleich erschweren. Es treten auch
noch andere Schwierigkeiten auf, die im folgenden näher erörtert sind.
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Alle diese Mängel werden durch das nachstehend beschriebene, den Gegenstand
der Erfindung bildende Verfahren beseitigt oder wesentlich gemildert. Der Erfindungsgedanke
sei an der Meßanordnung nach Poleck als Beispiel erläutert (Abb. i). Die beiden
Kabeladern i und 2 mit den Nebenschlüssen W1 und W2 sind in der dargestellten Weise
mit einer Meßbrücke verbunden. Diese besteht aus einem Schleifdraht mit den vom
Schleifkontakt K bestimmten beiden Abschnitten a und b, dem Galvanometer G, der
Batterietaste T und dem regelbaren Widerstand R. Am Kabelende können die beiden
Adern durch den Schalter S kurzgeschlossen werden. Bei der bisher üblichen Anwendung
schaltet man durch T die Meßspannung ein und stellt dann das Brückengleichgewicht
abwechselnd durch Verschieben von K bei offener Kabelschleife und durch Verändern
von R bei geschlossener Kabelschleife her. Dies wird so lange fortgesetzt, bis beim
Übergang von der einen Schaltung auf die andere kein Nachstellen mehr nötig ist.
Dann gilt für den Einzelleitungswiderstand a bis zum Fehlerort die Gleichung
Der Abgleich ist, wie schon eingangs angedeutet, nicht möglich, wenn Wi = W2 ist,
weil dann a = b
und R = 0 wird und Gleichung (i) somit den unbestimmten Wert
0/0 annimmt. Auch wenn W1 und U'2 nur wenig verschieden voneinander sind, ist die
Messung unsicher, besonders deshalb, weil das Verhältnis W1: W2 unter dem Einfluß
des aufgedrückten Meßstromes unbeständig wird, oftmals sogar von dem Wert < i
in >i umschlägt.
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Erfindungsgemäß umgeht man diese Schwierigkeiten, indem man die Messung
nicht mit einer äußeren Meßspannung ausführt, sondern mit der elektrolytischen Eigenspannung
der Fehlerstelle, die entweder von Natur aus infolge chemischer Vorgänge vorhanden
ist oder eigens durch Forcnierung der Adern erzeugt wird. Dies geschieht in der
Weise, daß man einer der beiden Adern vor der eigentlichen Messung eine Spannung
gegen Erde oder gegen eine dritte, der Batteriediagonale zugeordnete Ader aufdrückt.
In Abb. i wäre beispielsweise die Ader 2 von der Klemme X2 abzunehmen und 7' einige
Minuten zu drücken. Bringt man danach T in Ruhestellung und legt Ader- 2 wieder
an X., so zeigt das Galvanometer eine Ablenkung, die von einer elektrolytischen,
unsymmetrisch gegen die beiden Adern wirksamen Spannung aus der Fehlerstelle herrührt.
Die Brücke wird nun in gewohnter Weise wie beschrieben abgeglichen. Gegenüber der
Messung mit einer äußeren Meßspannung zeigt sich der Vorteil, daß W1 und WZ ausreichend
verschieden und praktisch konstant sind, so daß die Abgleichungen Zug um Zug ohne
Schwierigkeiten ausgeführt werden können. Es kann sogar vorkommen, daß Wi und W2
nach der Formierung so stark verschieden erscheinen, daß der Schleifdrahtabschnitt
a sehr klein und der Widerstand R dementsprechend sehr groß wird und der zur Verfügung
stehende Widerstandsbetrag von R nicht ausreicht. Dann kann man die Formierung zum
Teil rückgängig machen, indem man kurze Zeit mit T die äußere Meßspannung einschaltet,
wobei Ader 2 an X2 verbleibt, oder Ader i von X1 abgenommen wird.
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In ähnlicher Weise kann die Erfindung bei der Meßschaltung nach K
ü p f m ü 11 e r angewendet werden, die in Abb. 2 mit einer Schleifdrahtbrücke als
Beispiel dargestellt ist. Die Messung wurde bisher in der Weise ausgeführt, daß
die Brücke bei gedrückter Taste abwechselnd bei am Ende geschlossener und bei offener
Kabelschleife abgeglichen wird. Sind a und ä die Mittelwerte aus den Ablesungen
an der Schleifdrahtskala, die beispielsweise insgesamt Zoo Teilstriche habe, so
gilt die N äherungsgleichung
Für diese Gleichung besteht außer der Voraussetzung W1 < W2 die weitere:
W1 + W2 > r.
Beide Bedingungen sind bei starkem Nebenschluß gewöhnlich nicht
erfüllt, auch macht sich hier ebenfalls eine Labilität des Nebenschlußwiderstandes
unter der Einwirkung der aufgedrückten Meßspannung bemerkbar.
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Alle diese Mängel werden beseitigt, wenn man eine Ader zunächst einige
Minuten in der zu Abb. i beschriebenen Weise formiert, z. B. die an _Xi liegende,
und die Messung dann nach Abschaltung der äußeren Meßspannung mit der elektrolytischen
Eigenspannung der Fehlerstelle ausführt. rvi und W2 erscheinen dann gewöhnlich sehr
verschieden, was sogleich an dem ersten Wert ä erkennbar ist, der im vorliegenden
Beispiel (2ooteilige Skala) kleiner als etwa 6o sein soll. Nötigenfalls kann zur
Verbesserung des Verhältnisses W1: W2 nochmal in gleicher Weise formiert werden,
unter Umständen auch nach Umpolung der Batterie, denn je größer das Verhältnis der
beiden Nebenschlußwiderstände ist, desto genauer fällt bei dieser Meßschaltung das
Ergebnis aus.
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Ein weiterer Vorteil bei der Messung mit der durch Formieren erzeugten
Eigenspannung des Nebenschlusses besteht darin, daß der Nebenschlußwiderstand wegen
der Stromabhängigkeit von Feuchtigkeitswiderständen etwa bis zum 2ofachen größer
erscheint, als wenn eine äußere Meßspannung benutzt wird. Die Bedingung Wi + W2
> r ist somit gewöhnlich weitgehend erfüllt.
Wenn die beiden Nebenschlußwiderstände
hoch sind, reicht die durch Formieren erzeugte elektrolytische Spannung manchmal
für einen genauen Brückenabgleich nicht aus. Das Formieren ist trotzdem aber vorteilhaft,
weil man das Verhältnis Wi: W2 dadurch wesentlich kleiner machen kann als es zunächst
gegeben ist. Man formiert dann zweckmäßig mit einer hohen Spannung (z. B. ioo V)
und mißt anschließend in üblicher Weise mit kleiner Spannung (z. B. q. V).
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Diese Abwandlung des Formierungsverfahrens ist z. B. bei dem Meßverfahren
nach Hector empfehlenswert, bei dem man nach Abb.3 mit zwei gleichen Brückenarmen
b arbeitet, um den Einfluß kapazitiver, dem Meßstrom überlagerter Ströme auszuschalten,
die bei einer unsymmetrischen Brückenschaltung das Galvanometer beunruhigen würden.
Man beobachtet die Galvanometerablenkungen a und ä bei abwechselnd
geschlossener und offener Kabelschleife, bildet die Mittelwerte und rechnet nach
der Gleichung
wobei g den Galvanometerwiderstand bedeutet. Da dieses Verfahren vorzugsweise für
sehr hohe Nebenschlußwiderstände Anwendung findet, also iöchste Galvanometerempfindlichkeit
erfordert, sind als Kabelschleife gewöhnlich nur zwei Adern eines Paares oder eines
Vierers brauchbar, weil anderenfalls induktive Fremdströme auftreten. Um trotzdem
ausreichend verschiedene Nebenschlußwiderstände zu erhalten, formiert man zweckmäßig
vor der Messung eine Ader längere Zeit, z. B. 1/z Stunde, mit möglichst hoher und
mißt anschließend in bekannter Weise mit etwas niedrigerer Spannung.