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Schaltungsanordnung zum Messen des Widerstandes einer Erdverbindung
in Wechselstrom -Versorgungsnetzen Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung
mit einer anzeigenden Meßeinrichtung zum Ermitteln des Widerstandes einer Erdverbindung
in Wechselstrom-Versorgungsnetzen, bei der eine vom Netz über einen Transformator
entnommene Wechselniederspannung als Meßspannung und der Nulleiter des Netzes als
Hilfserde dient und bei der die Sekundärwicklung des Transformators einerseits mit
einem Anschluß für den Nulleiter des Netzes verbunden und andererseits über einen
niederohmigen Widerstand und einen Schalter mit einem Anschluß für die zu messende
Erdverbindung zu verbinden ist.
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Es ist bereits eine Einrichtung zur Prüfung der Schutzmaßnahmen in
elektrischen Anlagen mit Null-bzw. Erdleiteranschluß bekanntgeworden, bei der ein
Strom bestimmter Stärke eines Prüftransformators über einen Belastungswiderstand
eine Belastung des Null- bzw. Erdleiterkreises unter ungefährlicher Niederspannung
bewirkt und der Schleifenwiderstand nach der Strom-Spannungs-Methode ermittelt wird.
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Diese bekannte Anordnung hat jedoch einmal den Nachteil, daß das
ermittelte Meßergebnis von einem eventuell vorhandenen Nullpotential, d. h. der
Spannung zwischen Nulleiter und Erde, beeinflußt wird und zum anderen, daß die Messung
des Widerstandes nicht direkt, sondern nach der Strom-Spannungs-Methode mittels
zweier Meßgeräte erfolgt. Es ist zwar die Verwendung von Widerstandsmessern bei
Durchgangs-und Isolationsmessungen bekannt, wobei jedoch eine Netzabhängigkeit in
Kauf genommen werden muß.
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Von diesem Stand der Technik ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine Schaltungsanordnung der vorgenannten Art zu schaffen, bei der die
Meßspannung keinen genau bestimmten Wert haben muß und die Genauigkeit der Messung
durch etwaige Differenzen zwischen der nominellen und der tatsächlichen Netzspannung
nicht beeinflußt wird, wobei zugleich der Einfluß des eventuell vorhandenen Nullpotentials
(d. h. die Spannung zwischen Nulleiter und Erde) eliminiert wird und der Widerstand
an einem Ohmmeter abgelesen werden kann.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß als Meßeinrichtung
ein Ohmmeter vorgesehen ist, das nebst einem einstellbaren Vorwiderstand durch einen
Umschalter in der einen Stellung derselben und in der Schließstellung des zwischen
dem niederohmigen Widerstand und dem Anschluß für die Erdverbindung liegenden Schalters
zwischen dem nicht mit dem Nulleiter verbundenen Ende der Sekundärwicklung des Transformators
und dem Anschluß für die zu messende Erdverbindung parallel zu dem niederohmigen
Widerstand anschließbar ist, daß in der anderen Stellung des Umschalters und bei
geöffnetem Schalter zwischen dem Umschalter und dem Anschluß für die zu messende
Erdverbindung eine Hilfswicklung des Transformators eingeschaltet ist, die eine
den Spannungsfall an der Sekundärwicklung des Transformators kompensierende Spannung
liefert, und daß ein zweiter Umschalter vorgesehen ist, der es gestattet, das Ohmmeter
beiderseits von dem niederohmigen Widerstand zu trennen und damit durch Verbinden
des Ohmmeters einerseits mit einer zweiten an einem Anschluß angelegten Hilfserde
und andererseits mit dem Gleitkontakt eines zwischen dem für den Nullleiter vorgesehenen
Anschluß der Transformatorsekundärwicklung und dem Verbindungspunkt des niederohmigen
Widerstandes mit dem Schalter angeschlossenen Potentiometers eine an sich für Erdwiderstandsmessungen
bekannte Brückenschaltung zu bilden.
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Vorteilhaft ist parallel zu der Hilfswicklung ein Potentiometer geschaltet,
an dem die Kompensationsspannung abgenommen wird.
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Nach einem weiteren Merkmal zur Ausgestaltung der Anordnung nach
der Erfindung ist zwischen der Primärwicklung des Transformators und den Anschlüssen
für Phase und Nulleiter ein Umpolschalter angeordnet.
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Die Erfindung sei an Hand der Zeichnung näher erläutert, und zwar
zeigt Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung, und Fig. 2 einen Teil
der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 in anderer Darstellung.
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In Fig. 1 ist zwischen Phase und Nulleiter des Lichtnetzes mit den
Klemmen 3 und 4 ein Transformator 1 über einen Umpolschalter 20 angeschlossen. Ein
mit einem nicht näher bezeichneten Vorwiderstand versehenes Neonröhrchen 5, das
zwischen der Klemme 3 und einer Klemme 8 für den Anschluß der zu messenden Erdverbindung
liegt, leuchtet auf, wenn die Klemme 3 mit dem Phasenleiter verbunden ist. Man ist
dann sicher, daß die Klemme 4 mit dem Nulleiter verbunden ist. Die Sekundärwicklung
des Transformators 1 ist einerseits über eine Klemme 18, ein Höchstlastschütz 6
(zur Sicherung) und die Klemme 4 am Nulleiter angeschlossen und andererseits über
einen kleinen festen Widerstand 7 und einen Druckschalter 9 an einer Klemme 8, die
mit der zu messenden Erdverbindung verbunden wird.
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Ein Ohmmeter 13 mit einem festen Vorwiderstand 15 und einem einstellbaren
Vorwiderstand 12 kann mit Hilfe eines Umschalters 10 entweder parallel zu dem Widerstand
7 geschaltet werden oder - über eine Hilfswicklung 21 des Transformators 1 mit dazu
parallelem Potentiometer22 - zwischen das spannungsführende Ende der Sekundärwicklung
und die Klemme 8 geschaltet werden. Das Ohmmeter 13 nebst Vorwiderständen kann mit
Hilfe eines Umschalters 11 ferner eingeschaltet werden in eine Leitung zwischen
einer nicht dargestellten zweiten Hilfserde, die mit einer Klemme 19 zu verbinden
ist, und den Gleitkontakt eines Potentiometers 17, das zwischen Klemme 18 und dem
Verbindungspunkt zwischen dem festen Widerstand 7 und dem Schalter 9 angeschlossen
ist.
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In dem letztgenannten Fall liegt ein Druckschalter 16 mit dem Ohmmeter
13 in Reihe.
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Die Schaltungsanordnung arbeitet folgenderweise: Erst wird der Umschalter
11 in die Stellung A gebracht und bei niedergedrücktem Druckschalter 10 das Ohmmeter
13 mit Hilfe seines einstellbaren Vorwiderstandes 12 auf maximalen Ausschlag eingestellt.
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Der Strom fließt dabei von der Sekundärwicklung über das Ohnuneter
13 mit den Vorschaltwiderständen 15 und 12, die Hilfswicklung 21, die zu messende
Erdverbindung an der Klemme 8, den geerdeten Sternpunkt des Lichtnetzes und den
Nulleiter nach der Sekundärwicklung zurück. Da die Widerstände der beiden Erdungen,
d. h. der zu messenden Erdverbindung und der Sternpunkterdung, und die Widerstände
von Nulleiter und Sekundärwicklung klein sind in bezug auf den gesamten Vorwiderstand
12, erhält das Ohmmeter mit seinen Vorwiderständen praktisch die volle Spannung
der Sekundärwicklung, die z. B. nominell 24 V ist, doch durch Abweichungen in der
Netzspannung etwas höher oder niedriger sein kann. In Reihe mit dieser sekundären
Spannung liegt das eventuelle Nullpotential, wenigstens jene Komponente davon, die
mit der sekundären Spannung in Phase ist.
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Ist das Ohnuneter 13 auf den maximalen Ausschlag eingestellt, dann
läßt man den Druckschalter 10 los und drückt den Druckschalter 9 ein.
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Es ffleßt dann ein ziemlich starker Strom von der Sekundärwicklung
über den Widerstand 7, den Druckschalter 9, die zu messende Erde an der Klemme 8,
den geerdeten Sternpunkt und den Nulleiter nach der
Sekundärwicklung zurück. Dieser
Strom beträgt z. B. maximal 10 A, wenn die zu messende Erde einen Widerstand von
0 Ohm hat, die Widerstände von Sternpunkt-Erde und Nulleiter vernachlässigbar sind,
der Widerstand 7 einen Wert von 1,9 Ohm hat und bei 10 A der Transformator 1 in
seiner Sekundärwicklung einen Spannungsfall von 5 V hat. Hat die zu messende Erdverbindung
an 8 einen gewissen Widerstand, dann wird dieser Strom natürlich kleiner sein.
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Das Ohmmeter 13 liegt nun zusammen mit seinen Vorwiderständen 15 und
12 dem Widerstand 7 parallel und mißt also den Spannungsfall, der von dem starken
Strom über den Widerstand 7 verursacht wird.
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Auf der in Ohm geeichten Skala von 13 liest man dann einen Widerstand
ab, der gleich der Summe der Widerstände der zu messenden Erdverbindungen 8, der
Sternpunkt-Erde und des Nulleiters ist.
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Es ist klar, daß der starke Strom, der bei dieser Messung fließt,
einen beträchtlichen Spannungsfall in dem Transformator 1 verursachen wird, der
bei der Einstellung von 13 auf maximalen Ausschlag nicht auftrat. Zur Kompensierung
ist erfindungsgemäß die Hilfswicklung 21 vorgesehen, die bei der Einstellung des
Ohmmeters auf maximalen Ausschlag der Spannung der Sekundärwicklung entgegenwirkt.
Da diese Gegenwirkung kleiner sein wird, wenn die Netzspannung absinkt, wird die
erhaltene Kompensation korrekt sein. Bei der Eichung kann die Kompensation mittels
des parallel zu der Hilfswicklung 21 geschalteten Potentiometers 22 eingestellt
werden.
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Die Eichung geschieht dadurch, daß nacheinander eine Anzahl von bekannten
Widerständen an Stelle des zu messenden Erdungswiderstandes angeschaltet wird, also
zwischen Klemmen 8 und 18, und die Stellen, die der Zeiger auf der Skala des Obmineters
einnimmt, mit den Werten dieser bekannten Widerstände markiert werden. Durch diese
empirische Eichung werden etwaige Phasendifferenzen zwischen der Spannung der Hilfswicklung
und der Spannung der belasteten Sekundärwicklung keine RolIe mehr spielen können.
In der Praxis hat es sich herausgestellt, daß selbst bei einer um 50 °/o zu niedrigen
Netzspannung das Resultat der Messung hinreichend genau ist.
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Meistens wünscht man nur zu prüfen, ob der Widerstand der zu messenden
Erdverbindung gleich oder nicht kleiner ist als ein vorgeschriebener Maximumwert.
Liegt die vorhin abgelesene Summe der Widerstände unter diesem Maximum, dann braucht
die Messung nicht fortgesetzt zu werden. Sonst wird der Umschalterll in die StellungB
gebracht, wodurch eine Wheatstonesche Brücke gebildet wird gemäß Fig. 2. Bei geschlossenen
Druckschaltern 9 und 16 stellt man das Potentiometer 17 derart ein, daß das Ohmmeter
13 stromlos ist, wonach man ablesen kann, welcher Teil des vorher gemessenen Gesamtwiderstandes
für die zu messende Erdverbindung in Frage kommt. Die zweite Hüfserde darf dabei
einen großen Widerstandswert haben, da bei Gleichgewicht der Brücke kein Strom über
diese Hilfserde 19 fließt.
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Bei dieser Brückenmessung kann das eventuell auftretende Nullpotential
ein störender Faktor sein, weil dieses Potential nur in einem der Brückenzweige
wirksam ist, nämlich in dem Zweig zwischen Klemme 18 und der Erde des Lichtnetzes.
Um diesen störenden Faktor beseitigen zu können, ist zwischen der Primärwicklung
des Transformators 1 und den Klemmen 3,4 für die Phase bzw den Nulleiter ein Umpolschalter
20 angebracht. Man führt nun zwei Brückenmessungen
durch, erst mit
dem Umpolschalter 20 in der einen Stellung und dann in der anderen Stellung. Von
den zwei Meßergebnissen nimmt man den Mittelwert.
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Für den Vorwiderstand 7 und das Potentiometer 17 sind geeignete Werte
in der Zeichnung angegeben. Bei diesen Werten hat das Ohmmeter 13 seinen maximalen
Ausschlag bei einem Strom von 5 mA.
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Es ist selbstverständlich, daß statt des Nulleiters eine übliche
Hilfserde mit der Klemme 18 der Schaltung verbunden werden kann, z. B. wenn kein
Nullleiter vorhanden ist. Auch in diesem Fall findet die Messung in oben beschriebener
Weise statt.