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Meßanordnung zur Ortsbestimmung von AKabeladerbrüchen bei Vorhandensein
von Nebenschlüssen
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung auf der Grundlage
der Wheatstoneschen Brücke, die zum Messen von Aderbrüchen in Schwach- oder Starkstromkabeln
dient, und zwar in solchen Fällen, wo die unterbrochene Ader in einem oder beiden
Abschnitten mit Nebenschluß zur Erde behaftet ist. Bei der Messung von Aderbrüchen
in Brückenschaltung bilden bekanntlich die zu messenden Adern bzw. deren Kapazi
täten gegen Erde oder gegen benachbarte Adern zwei Arme einer Wheatstoneschen Brücke,
während die beiden anderen Brückenarme aus Ohmschen Widerständen bestehen. Die Brücke
wird mit Wechselstrom oder mit Gleichstromstößen gespeist; als Gleichgewichtsanzeiger
dient im ersten Fall meistens ein Fernhörer, im anderen ein ballistisches Galvanometer.
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Bei Brückengleichgewicht bildet das Verhältnis der Ohmschen Brückenarme
ein Maß für die Kapazität der angeschlossenen Adern und damit für deren Länge, so
daß man den Ort der Bruchstelle berechnen kann.
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Bei dieser Messung treten Schwierigkeiten auf, wenn die Adern an
der Bruchstelle oder anderswo Nebenschluß zur Erde haben. In diesem Falle überlagern
sich den kapazitiven Strömen merkliche Ableitungsströme, die das Minimum in der
Meßdiagonale über-
decken, so daß man das kapazitive Gleichgewicht
nicht erkennen kann.
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Erfindungsgemäß werden diese Schwierigkeiten dadurch beseitigt, daß
an die beiden Adern ein Hilfszweig, der z. B. durch einen Dreh- oder Kurbelwiderstand
R gebildet wird mit veränderbarem Abgriff zur Erde angeschaltet ist, der im Zuge
des Brückenabgleichs so eingestellt wird, daß im Endzustand der Abgleichung sowohl
Ohmsches als auch kapazitives Brückengleichgewicht besteht.
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In Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird in den Abgriff des
Hilfszweiges zur Erde ein veränderbarer Widerstand eingeschaltet. Natürlich kann
man für R auch einen festen und einen veränderbaren Widerstand verwenden. Die Abschnitte
r1 und r2 dieses Hilfszweiges liegen, wie das Ersatzschaltbild Ib erkennen läßt,
parallel zu den Nebenschlüssen W1 und W2 und zu den als Kondensatoren c, und c1
+ c, dargestellten Erdkapazitäten der zu messenden Adern.
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Die Leitungswiderstände sind dabei als verhältnismäßig klein vernachlässigt.
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Beim Brückenabgleich verfolgt man nun das Ziel, den Hilfszweig so
einzustellen, daß die Brücke sowohl in bezug auf die Ohmschen Widerstände als auch
hinsichtlich der Aderkapazitäten im Gleichgewicht ist.
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Um diesen Zustand zu erreichen, muß man, sofern man Gleichstrom verwendet,
die Brücke abwechselnd mit Dauergleichstrom und mit Stromstößen abgleichen, sofern
man als Anzeigegerät in beiden Fällen ein Galvanometer verwendet. Benutzt man für
den kapazitiven Abgleich Wechselstrom, so dient hierbei ein Fernhörer als Nullanzeiger.
Man kann freilich beide Messungen, also die Messung für den Ohmschen Abgleich als
auch die Messung für den kapazitiven Abgleich, mit Wechselstrom, z. B. aus einem
Summer, durchführen.
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Zur Durchführung der Messung mit Gleichstrom beginnt man zweckmäßig
mit gleichen Brückenarmen (a = b), schließt die Taste T und regelt R bei verminderter
Galvanometerempfindlichkeit so ein, daß das Galvanometer stromlos ist (Ohmsches
Gleichgewicht). Öffnet man jetzt die Taste, so erhält das Galvanometer einen Entladeausschlag,
weil kein kapazitives Gleichgewicht besteht, es sei denn, die Unterbrechung läge
ganz am Kabelende. Beim Schließen der Taste entsteht ein gleich großer Ladeausschlag.
Um diese kapazitive Ungleichheit zu vermindern, verändert man die Brückenarme so,
daß das Verhäknis a : b größer wird. Dies geschieht, wenn a ein fester Widerstand
ist, durch Verkleinern von b, wenn a + b dagegen von einem Schleifdraht gebildet
wird, durch Verschieben des Kontaktes in Richtung zur Ader I. Durch diese Verbesserung
des kapazitiven Abgleichs wird das Ohmsche Gleichgewicht natürlich gestört. Man
regelt daher bei dauernd gedrückter Taste den Widerstand R nach, bis das Ohmsche
Gleichgewicht wieder erreicht ist, anschließend verändert man wiederum das Verhältnis
a : b, um den kapazitiven Abgleich zu verbessern.
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Dies wiederholt man in wechselnder Folge unter allmählicher Erhöhung
der Galvanometerempfindlichkeit, bis gleichzeitig Ohmsches und kapazitives Gleichgewicht
vorhanden ist, was man daran erkennt, daß das Galvanometer weder auf Dauerstrom
noch auf Stromstöße anspricht. Dann besteht die Beziehung a: b = (cl + c,) . cz
oder, da die Aderkapazitäten den Aderlängen proportional sind, a b=(l (t + y) x
woraus folgt: b x = 2 l . a+b Wird der kapazitive Abgleich mit Wechselstrom und
Feruhörer ausgeführt, so arbeitet man sinngemäß abwechselnd einmal mit Dauerstrom
und Galvanometer (Abgleich mit R auf Ohmsches Gleichgewicht), das andere Mal mit
Wechselstrom und Fernhörer (Abgleich auf kapazitives Gleichgewicht durch Verändern
des Verhältnisses a : b).
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Um die Stabilität des Gleichgewichts zu erhöhen, ist es oftmals zweckmäßig,
den Abgriff von R nicht unmittelbar zu erden, sondern einen gewissen Widerstand
R1 vorzuschalten, durch den das Minimum flacher und damit beständiger wird.
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Diesen Ausgleich von Nebenschlüssen durch den beschriebenen Hilfszweig
kann man mit Vorteil auch bei Aderbruchmessungen mit abweichender Brücken schaltung
anwenden, wofür in Abb. 2 a ein Beispiel dargestellt ist. Bei der gezeichneten Schalterstellung
von U ist der durch den festen Brückenarm a und den veränderbaren Brückenarm b gebildete
Eckpunkt I geerdet, während die Taste mit einer oder mehreren Nebenadern, die in
n vereinigt zu denken sind, verbunden ist. Dadurch sind, wie die Ersatzschaltung
2 erkennen läßt, für den Brückenabgleich die Kapazitäten zwischen den zu messenden
Adern und den Nebenadern wirksam, nämlich C und + f C,,. Die Nebenschlußwiderstände
TlV1 und 1V2 liegen bei dieser Anordnung den Brückenarmen a und b parallel und ebenso
auch die Abschnitte r1 und r2 des Hilfszweiges. Die Kapazitäten c und Cl + C liegen
hierzu ebenfalls parallel, sind aber wirkungslos, da sie durch die Ohmschen Widerstände
der Brückenarme usw. gewissermaßen kurzgeschlossen sind. Diese Schaltung hat den
Vorteil, daß der kapazitive Abgleich (mit Stromstößen oder mit Wechselstrom) nicht
durch überlagerten Nebenschlußstrom gestört wird. Man kann vielmehr das Brückenverhältnis
a : b stets sauber einstellen. Diese Einstellung liefert allerdings zunächst noch
nicht das richtige Verhältnis (Cn £ + Cn,) : c,,, weil die Brückenwiderstände durch
die parallel zu ihnen liegenden Widerstände W1/W2 und r11r2 beeinflußt werden.
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Um diesen Einfluß auszuscheiden, ist in wechselnder Folge mit Stromstößen
nach Abb. 2 a und mit Dauerstrom nach Abb. Ia abzugleichen. Die Schaltung 1a entsteht
bei Abb. 2 a durch Umlegen des Schalters, U nach unten.
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Der Abgleich vollzieht sich hiernach wie folgt: a) U nach oben, b
verändern bis zum kapazitiven Gleichgewicht,
B) U nach unten, bei
Dauerstrom R verändern bis zum Ohmschen Gleichgewicht usw. in wechselnder Folge.
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Die beiden Meßreihen konvergieren nach einem Wert von b, bei dem
das Galvanometer bei beiden Schaltungen in Ruhe bleibt. Dann gilt für
Hieraus folgt a:b=(lfy) :x oder x = 2 l b . a +b Den Hilfszweig kann man in der
beschriebenen Weise auch anwenden, wenn Stromquelle und Anzeigegerät miteinander
vertauscht sind, da dies nach der bekannten Brückenregel keinen Einfluß auf das
Brückengleichgewicht hat. Der Hilfszweig ist stets so einzuschalten, daß er die
Anfänge der zu messenden Adern miteinander verbindet.