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Einrichtung zum Bestimmen der Lage eines Erdschlusses an einem elektrischen
Leiter
Einrichtungen zum Bestimmen der Lage eines Erdschlusses an einem elektrischen
Leiter nach der Schleifenmethode werden im allgemeinen so geschaltet, wie es in
Fig. I dargestellt ist. Dabei besteht die Brückenschaltung einerseits aus einem
Schleifdraht I, der durch einen verschiebbaren Abgrifilçontakt 2 in zwei Widerstände
Ra und Rb unterteilt wird, und andererseits aus der Leiterschleife, die aus dem
an der Fehlerstelle einen Erdschluß Rt aufweisenden Leiter 3 und einer Hilfsleitung
4 besteht, wobei die Schleife durch den Erdschluß in zwei Teilwiderstände Rx und
Ry unterteilt wird. Dabei wird die Batterie in der Regel einerseits an den Abgriffkontakt2
und andererseits an Erde gelegt, während das Galvanometer 7 an die Enden der Leiterschleife
angeschlossen ist. Gleicht man die Schaltung durch Verschieben des Abgriftkontaktes
2 ab, so kann der Widerstand Rx des Leiters 3 bis zur Fehlerstelle und damit auch
die Lage des Fehlerortes bestimmt werden. Dabei gilt die einfache Formel B, Rb Rv
Ra aber nur dann, wenn die Widerstände der Zuleitungen zum Schleifdraht vernachlässigbar
klein sind. Ist dies nicht der Fall, so sind entsprechende Korrekturen erforderlich.
Bei Starkstromkab eln ist außerdem noch der Widerstand der Verbindungsleitung bei
der Bestimmung des Fehlerortes aus dem Verhältnis der Widerstände sehr störend.
Gelingt es nicht, ihn gegen den an sich schon kleinen Wider-
stand
Ry vernachlässigbar klein zu machten, so muß die äquivalente Kabellänge errechnet
und der Schleifenlänge zugeschlagen werden, was die Kenntnis des Widerstandes der
Verbindung voraussetzt.
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Es sind zwar Schaltungen bekannt, die diesen Fehler nicht aufweisen,
jedoch sind dabei einerseits zwei Messungen erforderlich und andererseits auch zwei
getrennte Hilfsleitungen.
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Dieser Nachteil wird bei einer Einrichtung zum Bestimmen der Lage
eines Erdschlusses an einem elektrischen Leiter mittels einer Brückenschaltung,
die in den Brückenzweigen einerseits einen durch einen einstellbaren Abgriffkontakt
unterteilten Schleifdraht und andererseits eine den zu untersuchenden Leiter enthaltende
Schleife sowie einen Vergleichswiderstand enthält, gemäß der Erfindung dadurch vermieden,
daß der Vergleichswiderstand als mit einem zweiten einstellbaren Abgriffkontakt
versehener Spannungsteiierwiderstand ausgebildet und die nicht an den Abgriffkontakt
des Schleifdrahtes angeschlossene Diagonale einerseits mit dem Abgriffkontakt des
Vergleichswiderstandes verbunden ist und andererseits geerdet werden kann.
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Es sind dann nacheinander zwei Messungen vorzunehmen, die durch die
Fig. 2 und 3 veranschaulicht werden. Dabei besteht die Brückenschaltung einerseits
aus; Idem Schleifdraht I mit dem Abgriffkontakt 2 und andererseits aus der Leiterschleife
3, 4 und einem Vergleichswiderstand 5. Das Galvanometer 7 ist einerseits an die
Verbindungsleitung zwischen dem zu untersuchenden Leiter 3 und dem Vergleichswi!derstand
5 und andererseits an den Abgriffkontakt 2 des Schleifdrahtes I angeschlossen.
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Zunächst wird nun entsprechend Fig. 2 der Widerstand der gesamten
Leiterschleife 3, 4 gemessen, wobei die Batterie 6 einerseits an das nicht mit der
Leiterschleife verbundene Ende des als Schleifdraht gezeichneten Vergleichswiderstandes
5 z. B. durch entsprechendes Verschieben eines Abgrifflontaktes 8 und andererseits
an das nicht mit dem Vergleichswiderstand verbundene Ende der Leiterschleife 3,
4 angeschlossen ist. Nachdem man die Brücke durch Einstellen des. Abgriffkontaktes
2 auf dem Schleifdraht I abgeglichen hat, wird die Schaltung nach Fig. 3 benutzt,
wobei die Batterie 6 einerseits an den Abgrifflontakt 8 angeschlossen und andererseits
geerdet ist. Dann wird der Abgriffkontakt 8 auf dem Vergleichswiderstand 5 so verschoben,
daß die Brückenschaltung wieder abgeglichen ist.
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Durch die erste Messung nach Fig. 2 ist das Brückenverhältnis entsprechend
dem Verhältnis des Gesamtwiderstandes der Leiterschleife 3, 4 zu dem Gesamtbetrage
des Vergleichswiderstandes 5 eingestellt worden. Bei der zweiten Messung nach Fig.
3 ist der Vergleichswiderstand 5 in dem gleichen Verhältnis unterteilt wie die Leiterschleife
3, 4.
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Der Widerstand des aus der Hilfsleitung 4 und dem außerhalb der Fehlerstelle
liegenden Teil des Leiters 3 bestehenden Leiterstückes steht dann zu dem Betrage
des Vergleichswiderstandes 5 außerhalb des Abgriffkontaktes, 8 im Verhältnis Ra:
Rt. Dementsprechend bleibt dieses Verhältnis auch dann ungeändert, wenn die genannten
beiden Widerstandsbeträge sich zu den Widerständen Ra bzw. Rb addieren, und die
Entfernung des Fehlerortes kann an dem Stand des Abgriffkontaktes 8 auf dem entsprechend
geeichten Schleifdraht 5 gegebenenfalls unmittelbar in Prozenten der Leiterlänge,
abgelesen werden.
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Zum Umschalten der Batterie6 kann entsprechend dem in Fig. 4 dargestellten
Ausführungsbeispiel ein einpoliger Umschalter 9 benutzt werden, um die Stromquelle
6 einerseits an denAbgriffkontakt 8 des Vergleichswiderstandes 5 und andererseits
wahlweise an das nicht mit dem Vergleichswiderstand verbundene Ende der Leiterschleife
3, 4 oder an Erde anschließen zu können. Um aber Fehimessungen möglichst zu vermeiden,
die entstehen würden, wenn vergessen wird, bei der ersten Messung den Abgriffkontakt
8 an das Ende des Schleifdrahtes 5 zu schieben, kann entsprechend Fig. 5 ein doppelpoliger
Umschalter 10 benutzt werden, der es ermöglicht, die Stromquelle 6 wahlweise an
das nicht mit der Leiterschleife 3, 4 verbundene Ende des Vergleichswiderstandes
5 und das nicht mit dem Vergleichswiderstand verbundene Ende der Leiterschleife
oder an den AbgriKkontakt 8 des vorzugsweise ebenfalls als Schleifdraht ausgebildeten
Vergleichswiderstandes und an Erde anzuschließen.
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Besonders beim Untersuchen von Starkstromkabeln, deren Adern verhältnismäßig
niedrige Widerstände haben, ist es vorteilhaft, statt der einfachen Brückenschaltung
die sogenannte Thomson-Schaltung zu benutzen, wodurch der Einfluß des Widerstandes
der Verbindung zwischen Leiterschleife und Vergleichswiderstand beseitigt wird.
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Dabei wird bekanntlich ein Doppelverhältniswiderstand benutzt, der
einerseits über die Leiterschleife und andererseits über einen unmittelbar mit dieser
verbundenen Vergleichswiderstand geschlossen ist.
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Es sind nun bei Einrichtungen zum Bestimmen der Lage eines Erdschlusses
nach der Schleifenmethode mittels einer Thomson-Brückenschaltung zwei verschiedene
Schaltungen bekannt, die in den Fig. 6 und 7 dargestellt sind. In beiden Fällen
sind die Schleifdrähte der Doppelschleifdrahtanordnung mit I, II, der Vergleichswiderstand
mit 5, die als Stromquelle benutzte Batterie mit 6 und das Galvanometer mit 7 bezeichnet
Die Leiterschleife besteht aus einem in der gesuchten Entfernung Lx von dem einen
Ende einen Erdschluß aufweisenden Leiter 3 und einem parallel liegenden als Hilfsleitung
zu benutzenden Leiter 4, der am anderen Ende leitend mit dem Leiter 3 verbunden
ist. Die in der üblichen Weise mechanisch miteinander gekuppelten Abgriffkontakte2
und I2 der Schleifdrähte 1 bzw. II sind über das Galvanometer 7 miteinander verbunden.
Dabei sind die Schleifdrähte 1, II einerseits über die Leiterschleife 3, 4 und andererseits
über den unmittelbar mit dieser verbundenen Vergleichswiderstand 5 geschlossen,
und die Batterie 6 ist einpolig an das nicht mit der Leiterschleife verbundene Ende
des Vergleichswiderstandes 5 angeschlossen.
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Bei der Schaltung nach Fig. 6 ist der andere Pol der Batterie 6 geerdet.
Bezeichnet man nun die durch die jeweilige Stellung der Abgrifflcontakte 2, 12
gebildeten
Teilwiderstände der Schleifdrähte I, 1 1 mit Ra und Rb bzw. Ra' und Rt', den Betrag
des Vergleichswiderstandes 5 mit R/ und den der Strecke Lx entsprechenden Widerstandsbetrag
des Leiters 3 mit Rx, so ist bekanntlich X,: Rx = Rt : Ra = Erbt: Ra', und man kann,
wenn die Leiter überall gleichen Querschnitt haben, die Fehlerentfernung berechnen
nach der Formel Rs, Ra L, Ra + Rb wenn L die Gesamtlänge der Leiterschleife ist.
Diese bekannte Schaltung weist aber den Fehler auf, daß sich zu dem durch den Widerstand
Ra gebildeten Brückenzweig der Widerstand der durch die Hilfsleitung 4 und den außerhalb
der Fehlerstelle liegenden Teil des Leiters 3 sowie die Zuleitung zum Schleifdraht
I gegebene Widerstand addiert. Wenn die Widerstände der Schleifdrähte nicht sehr
hoch sind, so wird die Messung dadurch gefälscht.
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Dieser Fehler ist bei der in Fig. 7 dargestellten Schaltung vermieden,
wobei der andere Pol der BatterieG an das mit dem Schleifdraht I verbundene Ende
des Leiters 3 angeschlossen, das freie Ende der Hilfsleitung 4 mit dem Vergleichswiderstand
5 verbunden und das freie Ende des Schleifdrahtes 11 geerdet ist. In diesem Falle
addiert sich aber der Erdungswiderstand Rt an der Fehlerstelle zu dem durch den
Widerstand Rat gebildeten Brückenzweige. Wenn der Erdungswiderstand an der Fehlerstelle
nicht vernachlässigbar klein ist, wird also die Bedingung Ra : Rt = Ra' : Rb' nicht
erfüllt, und die einfache oben angegebene Berechnungsformel würde nur dann gelten,
wenn der Widerstand der Verbindung zwischen der Fehlerstelle und dem Vergleichswiderstand
5 vernachlässigbar klein wäre.
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Da diese aber auch den Widerstand der Hilfsleitung 4 und des außerhalb
der Fehlerstelle liegenden Teiles des Leiters 3 enthält, kann diese Bedingung nicht
erfüllt werden.
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Diese Nachteile werden jedoch bei Anwendung der Erfindung vermieden.
Als Ausführungsbeispiel ist in Fig. 8 eine Einrichtung zum Bestimmen der Lage eines
Erdschlusses an einem Starkstromkabel nach der Schleifenmethode mittels einer Thomson-Brückenschaltung
dargestellt. Dabei ist der Vergleichswiderstand 5 vom Betrages, aufgeteilt in einen
Schleifdraht 5' und einen an entsprechende ebenfalls von dem Abgriffkontakt 8 zu
bestreichende Schleifkontakte angeschlossenen unveränderbaren Zusatzwiderstand 5",
und zwar so, daß der Betrag des Zusatzwiderstandes 5" ein wenig kleiner ist als
der Widerstand des Schleifdrahtes 5', wobei angenommen ist, daß die Hilfsleitung
4 den gleichen Widerstand hat wie die Kabelader 3. Dadurch wird der Schleifdraht
5' möglichst gut ausgenutzt, weil er im wesentlichen der einfachen Kabellänge entspricht.
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Es wird dann wieder zunächst der Widerstand der gesamten Leiterschleife
3, 4 gemessen, wobei die Batterie 6 einerseits durch Verschieben des Abgriffkontaktes
8 auf den mit dem Schleifdraht 1 verbundenen Endkontal<t des Zusatzwiderstandes
5" und andererseits mittels eines Umschalters g an das mit dem Schleifdraht I verbundene
Ende der Kabelschleife angeschlossen wird. Nachdem man die Brücke durch Einstellen
an dem Doppelschleifdraht durch Verschieben der Ahgriffkontakte 2, I2 abgeglichen
hat, wird die Batterie 6 durch Umlegen des Schalters 9 geerdet und der Abgriffkontakt
8 am Vergleichswiderstand so lange verschoben, bis die Brücke wieder abgeglichen
ist.
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Dadurch wird erreicht, daß der Widerstand des aus dem Hilfsleiter4
und dem außerhalb der Fehler stelle liegenden Teil der Kabel aden 3 bestehenden
Leiterstückes zu dem Betrage des Vergleichswiderstandes außerhalb des Abgriffkontaktes
8 im Verhältnis Ra : Rt steht. Da somit dieses Verhältnis auch dann bestehenbleibt,
wenn die genannten beiden Widerstandsbeträge sich zu den Widerständen Ra bzw. Rt
addieren, ist auch die zweite Bedingung für die Thomson-Schaltung Ra: Rt = Ra' :
Rt' erfüllt. Die Bestimmung des Widerstandes des Leiters von dem mit dem Schleifdraht
I I verbundenen Ende bis zum Fehlerort und damit seiner Länge ist einwandfrei, auch
wenn der Widerstand der Verbindungsleitung zwischen Leiterschleife und dem Vergleichswiderstand
nicht verschwindend klein ist. Man kann den Schleifdraht 5' gegebenenfalls unmittelbar
entsprechend der Kabellänge eichen, um die Entfernung des Fehlerortes bei homogener
Schleife unmittelbar ablesen zu können.
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Ein Ausführungsbeispiel, bei dem ähnlich wie bei der Anordnung nach
Fig. 5 die Schaltung der Batterie6 mittels eines doppelpoligen Umschalters Io verändert
werden kann, ist in Fig. 9 dargestellt.
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Dabei ist zugleich zum Erweitern des Meßbereichs die Doppelschleifdrahtanordnung
beiderseitig durch kurzschließbare Zusatzwiderstände ergänzt, deren Beträge ein
ganes Vielfaches des Widerstandsbetrages der Schleifdrähte sind.
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Zu diesem Zweck schließen sich an den Schleifdraht I auf beiden Seiten
Zusatzwiderstände I' und 1" sowie an den Schleifdraht II Zusatzwiderstände 11' und
II" an. Durch einen doppelpoligen Schalter I3' sind die Widerstände I', II' und
durch einen doppelpoligenSchalter I3" die Widerstände I", II" kurzschließbar. Dabei
haben die Zusatzwiderstände z. B. den fünffachen Betrag des Widerstandes des Schleifdrahtes.
Im übrigen ist der Umschalter, durch den der eine Pol der Batterie 6 wahlweise mit
der Kabel schleife verbunden oder geerdet werden kann, durch Hinzufügen eines zweiten
Schalthebels zu einem zweipoligen Umschalter 10 derart ergänzt, daß, wenn bei der
zweiten Messung die Batterie geerdet ist, ihr anderer Pol an dem Abgriffkontakt
8 liegt.
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Bei der ersten Messung steht der Umschalter 10 in der gezeichneten
Stellung, wobei die Brücke durch Verschieben der Abgriffliontahte2 I2 abgeglichen
wird. Dabei ist je nach Bedarf der eine oder der andere der beiden Umschalter 13',
I3" geöffnet, um die Schleifdrähte I, 11 durch die Zusatzwiderstände I', II' oder
I", II" zu ergänzen.
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Sodann wird der Schalter 10 umgelegt und die
Brücke
durch Verschieben des Abgriftkontaktes 8 abgeglichen.
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Die Doppelmessung bedeutet in keinem Falle eine Erschwerung oder
Zeitversäumnis, da es ohnehin üblich ist, vor der Fehlerortung den Widerstand der
Schleife zu messen. Hat man an der B stimmung des Schleifenwiderstandes kein Interesse,
so braucht man die Einstellung nicht auszuwerten und kann nach dieser Vormessung
unmittelbar zur eigentlichen Eehlerortsbestimmung übergehen.