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Einrichtung zur örtlichen Ermittlung des Stromverlaufes und von Fehlern
in elektrischen Leitungen Bei Erdschlüssen oder Phasenschlüssen elektrischer Leitungen
ist es oft schwierig, den Fehlerort einwandfrei zu ermitteln. Es ist zwar bekannt,
durch Widerstandsmessung mit besonderen Meßbrücken aus dem Längenverhältnis die
Lage des Erdscblusses zu errechnen. Besonders schwierig wird das Auffinden eines
Leitungsfehlers jedoch dann, wenn mehrere äußerlich gleichartige Leitungen in einem
Kabelschacht od. dgl. zusammenliegen und ein äußerlicher Defekt nicht in Erscheinung
tritt. Sehr viel Arbeit macht insbesondere das Suchen eines Fehlers bei unter Putz
verlegten Hausinstallationen.
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Der Ermittlung eines Fehlerortes nach der Erfindung liegt die an sich
bekannte Erscheinung zugrunde, daß ein Wechselstrom, der durch die Leitung i (vgl.
Fig. i) geschickt wird, ein Streufeld 2 erzeugt, welches teilweise durch einen Suchmagneten
3 festgestellt und über einen Telefonhörer akustisch hörbar gemacht werden
kann. Dies ist auch optisch z. B. mit Hilfe einer Glimmlampe 5 möglich. Als
Suchmagnet 3 eignet sich ein lamellierter Eisenkern, wobei die Windungszahl
und damit der Widerstand der denselben umgebenden Spule 4 zweckmäßig dem Widerstand
des Telefonhörers angepaßt wird. Diese Spule kann auch eine solche Windungszahl
haben, daß die in dieser induzierte Spannung auf eine Glimmlampe wirkt und dieselbe
aufleucbten läßt. Dies tut dieselbe aber nur, wenn eine bestimmte Mindestspannung
in der Spule induziert wird, wenn also der Suchmagnet von einem hinreichenden Streufeld
des gesuchten Stromes durchflossen
wird. Die Wirkung des Suchmagneten
tritt hierbei nur bis zu einer bestimmten, meist ziemlich geringen Entfernung ein.
Bei einem Telefonhörer statt einer Glimmlampe zeigt deshalb der Suchmagnet auch
in weiterer Entfernung einen Stromfluß an, weil dieser einerseits empfindlicher
ist und andererseits nicht plötzlich mit seiner Funktion aufhört, wenn die induzierte
Spannung kleiner wird; der Telefonhörer ist also für diese Zwecke empfindlicher
als eine Glimmlampe.
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Die in der Spule induzierte, dem Hörer zugeführte Spannung hat den
gleichen Verlauf wie der in der Leitung fließende Wechselstrom und würde also bei
Beschickung mit Wechselstrom von Normalfrequenz einen Verlauf gemäß Fig. 2a haben.
Die Wahmehmung der Ströme bei Normalfrequenz (f = 5o Hz) ist nur in einer
relativ geringen Entfernung von der Leitung möglich und setzt voraus, daß die Leitung
mit hinreichend starkem Strom beschickt wird.
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Durch die vorliegende Erfindung soll die Wahrnehmbarkeit des durch
die zu untersuchende Leitung geschickten Stromes dadurch verbessert werden, daß
die induzierende Wirkung desselben mit geringem Aufwand wesentlich verstärkt wird.
Erfindungsgemäß wird ein mit Hochspannung aufgeladener Kondensator wiederholt über
eine Funkenstrecke auf die Primärwicklung eines Selbstinduktion enthaltenen Transformators
entladen, in dem sekundärseitig ein mittelfrequenter, kurzzeitiger Strom niedriger
Spannung erzeugt wird, der über das zu untersuchende Objekt geleitet wird.
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Durch Frequenzerhöhung, wobei eine Tonfrequenz in der Größenordnung
von etwa f # iooo Hz besonders gut durch Telefonhörer wahrnehmbar wird, läßt
sich eine wesentliche Verstärkung der im Suchmagneten induzierten Spannung erreichen.
Da jedoch die Beschickung einer Leitung mit erhöhter Frequenz einen besonders leistungsfähigen
Attelfrequenzgenerator voraussetzt, werden nach der Erfindung nur kurzzeitige Stromimpulse
von erhöhter Frequenz erzeugt. Diese können als gedämpfte Schwingungen bereits nach
wenigen Wechseln abklingen; trotzdem sind dieselben über ein vom Suchmagneten mit
Spule gespeistes Telefon deutlich wahrnehmbar, insbesondere dann, wenn die Stromimpulse
nach kurzer Zeit periodisch wiederkehren. Fig. 9, b und 2 c zeigen solche
kurzzeitigen Stromstöße. Dieselben wiederholen sich im Takte der Normalfrequenz
von f = 50. Fig. 2 c zeigt schließlich einen Fall, wo nur der
positive Teil der Norrnalfrequenz je eine Spannung von erhöhter Periodenzahl
auslöst.
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Die Mittelfrequenz (etwa f = i:ooo Hz) wird in Ausführung des
Erfindungsgedankens durch einen Schwingkreis über eine Funkenstrecke erzeugt. Gemäß
Fig. 3 wird über einen primärseitig (über wJ an Normalwechselstrom angeschlossenen
Hochspannungstransformator Hsp-Ty, der zweckmäßig als Strentransformator mit Stromstärkebegrenzung
ausgeführt ist, mit der- Sekundärwicklung w, ein Kondensator mit der Kapazität C,
aufgeladen, der nach Erreichung der übersc2agspanriung der Funkenstrecke F auf die
Primärwicklung des Mittelfrequenz-Transformators 1 IWF -Trwirkt. DessenTransformatorprimärwicklungp
hat insbesondere eine konstante Induktivität L" weil in dessen magnetischen Eisenkreis
ein Luftspalt vorgesehen ist.
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Die Frequenz fl des Schwingkreises, der durch das Zusammenwirken von
CI und L, entsteht, ergibt sich nach der Formel:
wodurch der für eine günstige Mittelfrequenz fl richtige Wert der Kapazität C, und
der Induktivität LI der Transformatorprimärwicklung bestimmt ist.
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Die Sekundärwicklung S des Mittelfrequenztransformators MF-Tr
ist so bemessen, daß in ihr bei gleicher Frequenz fl wie auf der Primärseite ein
starker Strom j. niederer Spannung u. auftritt, der über besondere Klemmen KmF (Klemmen
für Mittelfrequenz) der zu prüfenden Leitung zugeführt wird. Dieser transformatorisch
gegenüber der Primärstromstärke J, wesentlich erhöhte Strom 1, hoher (Ton-)
Frequenz ist deutlich mit einem Suchmagneten und Zubehör (Telefonhörer oder Glimmlampe)
nach Abb. i wahrnehmbar, da seine Induktionswirkung entsprechend kräftig und weitreichend
ist.
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Die in der Sekundärwicklung w, des an Normalwechselstrom liegenden
Transformators Hsp-Tr erzeugte Hochspannung, die auf den Kondensator C,
und
die Funkenstrecke F wirkt, kann nach Abb. 3
durch einen vor der Primärwicklung
w, liegenden Regelwiderstand R verändert werden, der die Aufladespannung des parallel
zur Sekundärwicklung geschalteten Kondensators C, sowie die Anzahl der Funken
bei F begrenzt. Der Schalter Sch dient zur Einschaltung des Gerätes.
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Da die zu untersuchende Leitung od. dgl. in bezug auf Widerstand und
Induktivität sebr verschiedenartig sein kann, ist auch das Übersetzungsverhältnis
des Mittelftequenztransformators veränderbar, was hier dadurch erfolgt, daß mehrere
Anzapfungen der Sekundärwicklung S abgegriffen werden. Bei kleiner sekundärer
Windungszahl dieses Transformators ist die Sekundärspannung U2 klein und die Stromstärke
J, groß. Durcb einfache Betätigung eines Stufenschalters St kann das Übersetzungsverhältnis
des Mittelfrequenztransformators MF-Tr zugunsten der auf die Pi äfleitung über die
Klemmen KmF wirkenden Sekundärspannung u. erhöht werden.
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Zwischen Funkenstrecke F und Kondensator C, ist nun noch ein
Wandler Wa eingebaut, welcher jedoch bei der Frequenz fl, die infolge der hohen
Induktivität L, der Primärwicklung des sekundärseitig offenen MF-Tr niedrig ist,
keine für ein Aufleuchten der Glimmlampe ausreichende Spannung transformatorisch
erzeugt. Die Sekundärseite des Mittelfrequenztransformators besitzt nun eine Wicklung
s mit veränderlicher Windungszahl, welche an die Klemmen KmF (Klemmen für Mittelfrequenz)
angeschlossen ist; hieran wird das Prüfobjekt, z. B. eine zu untersuchende Leitung,
die einen Erdschluß haben soll, gelegt. Wenn die Klemmen KmF kurzgeschlossen sind,
d. h. wenn an der Sekundärseite des Mittelfrequenztransformators ein Leitungskurzschluß
als Belastung liegt, so ist die Induktivität L, der Primärwicklung wesentlich kleiner
als
bei offenen Klemmen KmF. Infolge der dadurch bedingten höheren Frequenz f2 liefert
auch ein Wandler Wa eine höhere Spannung, und eine Glimmlampe Gl, leuchtet auf;
dieselbe zeigt also an, ob über die Klemmen KmF ein Strom fließt.
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Es soll nun beispielsweise die Leitung, bestehend aus einem inneren
Leiter JL und einem geerdeten Rohr AL, bei der Stelle Ksch einen Erdschluß
haben. Der innere Leiter IL und das Rohr AL werden an den Klemmen KWF angeschlossen.
Der Mittelfrequenzstrom, von den Klemmen KmF kommend, fließt in der Leitung nur
bis zu der Kurzschlußstelle Ksch. Wenn man nun mit einem Suchmagneten, dessen Sekundärwicklung
eine Glimmlampe oder einen Hörer speist, ähnlich wie in Fig. i dargestellt, über
die Leitung geht, so wird die Glimmlampe bei angemessener Entfernung nur bis zur
Erreichung der Stelle Ksch aufleuchten. Ein Erlöschen der Glimmlampe an dieser
Stelle, also ein Aufhören der Stromwahrnehmung, gibt also ziemlich einwandfrei an,
daß der gesuchte Erdschluß der Leitung an dieser Stelle Ksch liegt.
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Naturgemäß ist die Sekundärspannung u, am Mittelfrequenztransformator
bei Stromschluß über die Klemmen KmF kleiner als bei offenen KmF-Klemmen. Eine Wicklung
beliebiger Windungszahl (und Schaltung) arbeitet nun über einen Gleichrichter Gl-R
(Fig. 3) auf ein Gleichstromvoltmeter V, dem ein Kondensator parallel liegt.
Dieses Voltmeter ist also kennzeichnend für die Sekundärbelastungen des Mittelfrequenztransformators.
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Häufig ist der Verlauf von unterirdisch (oder unter Putz) verlegten
Leitungen, die keine Fehler zu haben brauchen, unbekannt. Man braucht dann nur den
Anfang und das an anderem Ort liegende Ende der Leitung an die Klemmen KmF anzuschließen
und den Prüfstrom hindurchzusenden. Da normalerweise die Leitungen in geringem Abstand
unterirdisch (oder unter Putz) verlegt sind, kann deren Verlauf bequem mit dem Suchmagneten
samt Zubehör (Hörer oder Glimmlampe) festgestellt werden. Auch der Verlauf von unterirdisch
liegenden, nicht elektrischen Leitungen, z. B. für Gas oder Wasser, kann infolge
der elektrischen Leitfähigkeit derselben einfach festgestellt werden.
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Ebenso ist es auch einfach möglich, durch eine hier nicht im einzelnen
dargestellte Schaltung zu ermitteln, welche von mehreren in einem Kabelschacht liegenden
Leitungen defekt ist.
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Fig. 4 zeigt noch ein Ausführungsbeispiel für eine Mittelfrequenzerzeugungsanlage
nach der Erfindung, wenn kein Netzwechselstrom, wie bei der Anordnung nach Abb.
3, zur Verfügung steht. Statt des Netzwechselstromes wird eine starke Batterie
(6 Volt Gleichstrom) als Stromquelle verwendet, und die Hochspannung wird
in einem nach dem Prinzip des Funkeninduktors arbeitenden Apparat erzeugt.
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In der Fig. 4 bedeuten W, und W2 die Wicklungen des Transformators
des Funkeninduktors Fu-In, U den Unterbrecher, S den Ein- und Ausschalter
und C, den Schwingkreiskondensator.