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Korrektionsabgleich für Wheatstone-Brückenschaltungen mit nicht vernachlässigbaren
Zuleitungswiderständen, insbesondere zur Fehlerortbestimmung bei Kabelleitungen
Bei der Bestimmung des Fehierortes an gestörten Kabeln haben sich in erster Linie
die Kabelschleifenmethoden- durchgesetzt. Es handelt sich dabei um eine Brückenschaltung,
bei welcher die Enden eines mit linearer Teilung versehenen Schleifdrahtes I (Fig.
I) mit einem Galvanometer 2 einerseits und der aus Fehlerader 3 mit Rückleitung
4 gebildeten Kabeischleife andererseits parallel geschaltet werden, während die
Stromquelle 5 zwischen Erde und Schleifkontakt 7 gelegt ist. Bei gleichem Querschnitt
der Rückleitung 4 und der Fehlerader 3 und bei dem nach dem Abgleich abgelesenen
Verhältniswert a des Meßdrahtes I beträgt die Fehlerentfernung X =2 L a. Der Mantel8
findet bei diesem Verfahren keine - Verwendung.
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Die Genauigkeit der nach diesem Prinzip arbeitenden Meßbrücken ist
jedoch begrenzt, da der Eigenwiderstand und die Übergangswiderstände der Zuleitungen
9 und Io fehlerhafte Meßergebnisse verursachen.
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Hinzu kommen Fehler, die dadurch entstehen, daß, z. B. bei Aluminiumkabeln,
die Ader am Fehlerort unterbrochen ist, während die beiden Enden nur über Schmelzrückstände
eine leitende Verbindung zum Mantel 8 aufweisen. Ein weiterer Meßfehler kommt häufig
noch dadurch zustande, daß die Verbindungsleitungen 9 und Io vom Kabel zur
Meßbrücke
nicht mit den auf den Kabelquerschnitt umgerechneten Längenwert in die Berechnung
eingesetzt werden. Die Rechnung selbst bringt Zeitversäumnis und die Gefahr von
Rechenfehlern mit sich.
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Bekannt sind Schaltungen für genaue Messungen bei Fehlerorten, bei
denen durch eine Anzahl von Messungen der Widerstand der - Hilfsleitungen 9 und
IO eliminiert wird, sowie für Messung kleinerer Widerstände durch unmittelbaren
Vergleich der Spannungsabfälle von Prüf- und Vergleichswiderstand in Galvanometerkreisen
außerhalb des Hauptstromkreises. Diese Verfahren sind aber umständlich und zeitraubend.
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Daher besteht ein dringendes Bedürfnis, die Fehler sowohl meßtechnisch
genau als auch einfach und möglichst ohne Rechenaufwand zu erfassen.
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Zu diesem Zweck erfolgt eine Kompensation der Zuleitungen in einer
einfachen Hilfsschaltung erfindungsgemäß dadurch, daß einer der Brückenquerzweige,
vorzugsweise der Meßzweig (Galvanometerzweig), an den Abgriff je eines Hilfspotentiometers
angeschlossen ist, von denen je eines zwischen ein Ende des Meßpotentiometers und
ein Ende der benutzten Kabelzuleitungen gelegt ist, während die anderen Zuleitungsenden
an die zu einer Schleife geschlossene Kabelleitung angeschlossen sind. Durch diese
Maßnahmen wird eine stetig veränderbare verhältnisgleiche Widerstandsteilung der
Anschluß strecken einschließlich etwaiger Übergangswiderstände durch Gleitkontalte,
an die das Galvanometer angeschlossen ist, vorgenommen, wobei - durch Einregeln
des Galvanometers auf Nullstrom, bzw. auf Punkte gleichen Potentials an den durch
Hilfspotentiometer.ergänzten Anschlußleitungen eine genaue Proportionalität zwischen
der Stellung des Abgriffs-des eigentlichen Melßschleifdrahtes mit dem Fehlerort
in der Kabelleitung erreicht wird. Statt des Meßzweiges (Galvanometerzweig) kann-natürlich
auch der Zweig der Stromquelle an die Abgriffe der erwähnten Hilfspotentiometer
angeschlossen werden.
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Es empfiehlt sich, die Zuleitungen, die an sich beliebige Länge haben
können, mit unter sich gleichem Widerstand zu wählen sowie unter sich gleiche Korrektionspotentiometer
zu benutzen, deren veränderbare Abgriffe vorzugsweise zwangläufig miteinander gekuppelt
sind. In diesem Falle braucht nur ein Korrektionsglied betätigt zu werden. Sind
die Zuleitungswiderstände nicht gleich, so muß für jede Zuleitung in sinngemäßer
Weise eine besondere Hilfsschaltung und Justierung mit dem zugehörigen Korrektionspotentiometer
vorgenommen werden.
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Um die Empfindlichkeit der Meßeinrichtung stets voll auszunutzen,
andererseits aber umständliche Umrechnungen zu ersparen, wird zweckmäßig in Reihe
mit dem Meßdraht ein stufenweise veränderbarer Widerstand geschaltet, dessen Werte
so bemessen sein können, daß jeweils ein bequemer Umrechnungsfaktor des Meßbereiches
sich ergibt.
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In vorteilhafter Weise kann außer den etwaigen gesunden Adern in
der neuen Meßschaltung an Stelle oder neben der Fehlerader auch der Kabelmantel
zur Fehlerortbestimmung mitbenutzt werden, in der Erkenntnis, daß der Mantel durch
den Querschluß nur unbedeutend beeinflußt wird. Der Fehlerader fällt dann nur die
Aufgabe des Fehlerabgriffe zu. Für die Messung wird in diesem Falle eine Schleife
aus Kabelmantel und gesunder Ader oder Rückleitung gebildet. Auf diese Weise wird
also die unterbrochene mit beiderseitigem Erdschluß behaftete Fehlerader durch den
Mantel, dem die Widerstandsproportionalität erhalten blieb, ersetzt und die sogenannte
Mantelmessung ermöglicht.
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Beim konstruktiven Aufbau der Meßbrücke sollen grundsätzliche Umschalter
im Brückenstromkreis vermieden werden. Die Umstellung der Meß schaltungen von Widerstands-
auf Kapazitätsmessungen oder Kabelfehlerorten erfolgt vielmehr am besten mittels
Konusstöpsein, wodurch selbst bei längstem Gebrauch die auf ein Höchstmaß zu steigernde
Meßgenauigkeit des Gerätes erhalten bleibt.
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Die Meßeinrichtung ist zweckmäßig so ausgeführt, daß sie außer der
einen Fehlerortung auch noch Widerstands- und Kapazitätsmessungen ermöglicht.
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Die Erfindung wird an Hand der Fig. 2 bis 4 noch näher erläutert.
Von diesen zeigt Fig. 2 den praktischen Aufbau und Schaltplan eines Gerätes nach
der Erfindung in Verbindung mit der Durchmessung einer zweiadrigen Leitung mit Erdschluß,
Fig. 3 ein Schaltschema für die Benutzung des Gerätes nach der Erfindung bei drei
Adern, Fig. 4 ein Schema für Mantelmessung.
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In der Fig. 2- bedeuten- 3 die Fehlerader und 4 die gesunde Ader
eines Kabels. An die Enden der Adern 3 und 4 sind Zuleitungen 9 und IO angel schlossen,
die zu den Anschlüssen II und 12 einer Meßbrücke I3 führen. Zwischen. den Enden
11 und I2 der Zuleitungen g und IO und den Enden 14 und I5 des Meßdrahtes I6 sind
je ein Potentio meter 17 und I8 eingeschaltet, deren Abgriffe 19 und 20 über einen
noch zu beschreibenden Umschalter 23 zu dem Meßorgan, z. B. an ein Galvanometer
21, geführt sind. Parallel zum Galvanometer 21 liegt ein überbrückungswiderstand
22, der ,die Empfindlichkeit des Instrumentes zu regeln gestattet. Der Umschalter
23 besitzt vier Schaltstellungen m, n, o, p und vier Kontaktpaare, von denen aber
nicht alle angeschlossen sind. Die inneren Kontakte 24 und 25 führen zu Xden Anschlüssen
26 und 27, anodigteine Batteri8 gelegt ist odervon außen angsèbehlossen werden kann.
Von den beiden anderen innerenxbXontakten ist der eine, 29, mit dem Abgriff 20 desr3otentiomleters
I8, der andere, 30, mit dem einen Ende 15 des Schleifdrahtes I6 verbunden.
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Die äußeren Kontakte 3I und 32 liegen gemeinsam an dem einen Telefonwanschluß
33, der außerdem noch- mit dem Abgriff 34 des Schleifdrahtes I6 leitendsverbunden.
ist. Die äußeren Kontakte 35 und 36 liegen über einem Schutzwiderstand 37 an der
zweiten Telefonklemme 38, die durch eine Hilfsleitung
auch noch
mit der Klemme 39 in Verbindung steht.
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Die äußeren Kontakte 40 undL4I sind zu,demMittelkontakt eines Summers
42 geführt, dessen Primärwicklung 43 zum einstellbaren Unterbrecherkontakt 44 und
von diesem zu dem äußeren Kontakt 45 führt, während die Sekundärwicklung 46 mit
ihrem freien Ende an dem Endkontakt 14 des Schleifdfahtes I6 liegt. Zwischen dem
Anschluß 15 des Schleifdrahtes I6 und dem Potentiometer I8 liegt noch ein Stöpselwiderstand
47, dessen einzelne Stufen zweckmäßig das Verhältnis 1 : I, zu 0,4, zu 0,3, zu 0,2,
zu O,I aufweisen. Durch Benutzung dieses Stöpselwiderstandes, durch welchen die
Brückenschaltung der Unsymmetrie der gebildeten Schleife angepaßt werden kann, wird
erreicht, daß für den Abgleich stets die gesamte Schleifdrahtlänge wirksam bleibt.
Ferner sind bei 48 noch ohmsche und bei 49 kapazitive Brückenwiderstände vorgesehen,
die mit Hilfe der angedeuteten Stöpseleinrichtung 50 wahlweise zur Widerstands-oder
Kapazitätsmessung benutzt werden können.
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Ist bei Stellung m des Um schalters 23 der zu messende Widerstand
kapazitiv, so wird er zwischen 15 und' 39 gelegt, bei ohmscher Widerstandsmessung
zwischen 14 und 39.
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In der dargestellten Schaltung ist die Klemme 39 durch eine Hilfsleitung
5I mit dem freien Ende der Fehlerader 3 verbunden. Bei dieser Schaltung soll der
Umschalter in der Stellung p sich befinden. In diesem Falle liegt die Spannung der
Batterie 28 mit einem Pol an dem Abgriff 34 des Meßdrahtes I6, der andere Pol über
den Schutzwiderstand 37 ans Anschluß 39 und über die Hilfsleitung 5I am Ausgang
,der Fehlerader 3. In dieser Schaltung wird der Abgriff 34 bis in die Endstellung
bei 14 verstellt, und nunmehr werden die Hilfspotentiometer I7 und I8 so weit verstellt,
bis im Galvanometer 21 Nullstrom auftritt. Durch sinngemäße Betätigung des Nebenschlusses
22 kann die Empfindlichkeit des Galvanometers zunehmend gesteigert werden. Sind
die Widerstände 47 sämtlich durch Stöpsel kurzgeschlossen und wird die Leitung 51
statt an den Kabelausgang an Erde gelegt, so kann jetzt bei ungeänderter Stellung
der Hilfspotentiometer I7und I8 die Fehlerortung mit großer Genauigkeit durchgeführt
werden. Es braucht dann nur der Abgriff 34 in diejenige Stellung gebracht werden,
bei der das Galvanometer Nullstrom zeigt. Dann ist wieder um die Lage des Fehlerortes
X = 2 L a> , wie oben angegeben. Wird von dem Stöpselwiderstand der Teil I: I,
bezogen auf den Schleifdrahtwiderstand, vorgeschaltet und der geschilderte Abgleich
der Hilfspotentiometer I7 und I8 für diesen Fall erneut vorgenommen, so ergibt sich
eine erhöhte Ablesegenauigkeit und bessere Ausnutzung des Meßschleifdrahtes I6,
da in diesem Fall der ganze Meßdraht der vollen Kabellänge entspricht. Der Fehlerort
ist dann X = L a.
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Steht außer der Rückleitung noch eine weitere gesunde Ader 52 zur
Verfügung, so kann nach dem Schaltschema der Fig. 3 verfahren werden, indem über
die Hilfsleistung 53 und die zweite gesunde Ader 4 das hintere Ende der Fehlerader
3 genau geortet wird. Hierbei werden die Stöpselwiderstände 47 so verändert, bis
der Abgleich b des Abgriffes 34 möglichst genau bei der Marke I,OOO bzw. IOOO auftritt.
Dann wird die Hilfsleitung 53 vom Kabelende von 52 auf das Kabelende von 3 umgelegt,
darauf der Abgleich der Hilfspotentiometer I7 und I8 vorgenommen und der Abgleich
b der ersten Schaltung gegebenenfalls nochmals genau gemessen.
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Wird nun die Hilfsleitung 53 an Erde gelegt und ergibt sich dabei
ein Abgleichs des Abgriffes 34, so ist der genaue Fehlerort X = b Bei der Schaltung
nach Fig. 4, die der Fig.3 ähnelt, dient für die Fehlerortung der Mantel 8, als
Rückleitung die gesunde Ader 4 und zur genauen Ortung des Mantelendes die gesunde
Ader 52 und die Hilfsleitung 53. Der Abgleich der Hilfspotentio meter 17 und I8
erfolgt bei Anschluß der Hilfsleitung 53 an das diesseitige Ende des Mantels 8.
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Zur Fehlerortung wird Punkt 39 statt oder außer an Erde an die Fehlerader
3 angeschlossen, die dann nurlals Fehlerabgrift dient. Der Fehlerort ist dann wieder
X = In der Stellung n des Umschalters 23 ist die Batterie 28 umgepolt, in Stellung
o die ganze Brücke abgeschaltet. Es empfiehlt sich, zwei Messungen bein. und p auszuführen
und den Mittelwert zu bilden.
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Liegt der Fehlerort nahe dem Meßort, so kann durch Benutzung weiterer
Stöpselwiderstände die Genauigkeit der Messung noch weiter erhöht werden. Zweckmäßig
werden die Widerstände im Verhältnis zum Schleifd.rahtwiderstand 1 : 1, 4: 1, 9:
I usw. gewählt, so daß sich runde Umrechnungsfaktoren 2 : 1, 5 : 1, IO: I usw. ergeben.
Werden solche Stöpselzusatzwiderstände an beiden Schleifdrahtenden vorgeschaltet,
so läßt sich der Fehlerort von beiden Seiten her mit erhöhter Genauigkeit eingrenzen,
wobei der ganze Schleifdraht einer immer kleineren Strecke links und rechts vom
Fehlerort entspricht.