-
Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens zur Messung von Erdungswiderständen.
Das Hauptpatent betrifft eine Schaltung, die es ermöglicht, mit einer einzigen Messung
einen Erdungs- oder Ausbreitungswiderstand zu bestimmen. Es werden in. dieser Schaltung
verglichen der Spannungsabfall zwischen der Prüfplatte und einer in die Erde gesteckten
Sonde beim Durchgang eines Meßstromes einerseits und der Spannungsabfall in einem
regelbaren Widerstand bekannter Größe bei einem vom Meßstrom aus induzierten, vorzugsweise
dem Meßstrom gleichen Strom andererseits. Als Anzeigevorrichtung dient vornehmlich
ein Telephon, und die Regelung geschieht auf ein Minimum der Tonstärke im Telephon.
Da indessen das Telephon einerseits nicht erkennen läßt, nach welcher Seite die
Regelung des Widerstandes erfolgen muß, und andererseits die Genauigkeit der Einstellung
auf ein ,Minimum der Tonstärke bekanntlich nicht sehr groß ist, so empfiehlt es
sich, diese Unzuträglichkeiten gemäß der Erfindung durch Verwendung eines Gleichstromgalvanometers
mit einem Gleichrichter in einer Schaltung nach einer Nullmethode zu verwenden.
Nach dem bisher bekannten Verfahren, ein Telephon durch ein Gleichstromgerät mit
Gleichrichter zu ersetzen, würde man bei Anwendung eines Galvanometers als Anzeigegerät
in der vorliegenden Schaltung die Gleichrichtung so eingestellt haben, daß die Ein-
und Ausschaltung in den Zeitpunkten geschehen wäre, in denen der von der Stromquelle,
vorzugsweise einem Induktor gelieferte Meßstrom seine Richtung umkehrte. Dabei zeigt
es sich aber, daß in dem vorliegenden Fall das Anzeigegerät niemals auf o geregelt
werden kann.
-
Die Erfindung besteht nun darin, daß eine Einrichtung geschaffen wird,
bei der die Anwendung einer Nullmethode möglich ist durch geeignete Einstellung
des Gleichrichters, nachdem die Ursache des genannten Cbelstandes festgestellt wurde.
Diese liegt darin, daß bei der Erzeugung des Stromes in dem regelbaren Widerstand
mit Hilfe eines an den Meßstromkreis angeschlossenen Stromwandlers eine nicht beabsichtigte
Phasenverschiebung
des Sekundärstromes oder, genauer gesagt, des
negativ genommenen Sekundärstromes gegen den Primärstrom entsteht, Infolge dieser
Phasenverschiebung haben auch die zu vergleichenden Spannungsabfälle in der Erde
und in dem. Regelwiderstand nicht die gleiche Phase, und die Folge davon ist, daß
die an der Anzeigevorrichtung auftretende Spannungsdifferenz, die man auf o zu regeln
wünscht, niemals = o werden kann. Abb. i veranschaulicht diese Verhältnisse. il
ist der Meßstrom, der die Erdung durchfließt und dem der Spannungsabfall in der
Erde phasengleich zu setzen ist; 1, der durch einen Stromwandler mit il als Primärstrom
erzeugte Strom ini Regelwiderstand, dem die Spannung am Regelwiderstand phasengleich
ist. Bei Gleichher des Regelwiderstandes und des Erdungswiderstandes sollte der
Spannungsabfall an der Anzeigevorrichtung = o werden. Er ist aber proportional dem
Strom il - i2, kann also nie = o werden, da ii und i2 nicht phasengleich
werden können. Man bekommt also nur ein Minimum des Stromes in der Anzeige vorrichtung.
Um diesen Strom wirkungslos zu machen, wird erfindungsgemäß die Vorrichtung zum
Gleichrichten, vorzugsweise ein Druckkontakt, der den Kreis des Wechselstromes für
je eine halbe Periode unterbricht, so eingestellt, daß die Umschaltung in dem Augenblick
erfolgt, in dem der Strom il-i2 sein positives und negatives Maximum hat. In Abb.
2 ist in bekannter Weise der Strom il-i' veranschaulicht. Die Zeitmomente, die durch
die Linien I und II dargestellt sind, werden zur Umschaltung benutzt, so daß während
der Einschaltung des Stromes dieser immer zur Hälfte der Zeit positiv und zur Hälfte
negativ gerichtet ist, so daß die Wirkungen im Galvanometer sich aufheben. Die schraffierte
Fläche in Abb. 2 zeigt die Änderung der Stromstärke während der Einschaltung. Eine
Abweichung des Spannungsabfalles im Regelwiderstand von dem im Erdungswiderstand
kommt dagegen im Galvanometer noch gut zur Wirkung, da die Spannungsabfälle mit
den Strömen il und i2 in Phase sind und diese gegen den Strom 11-i2 um den größeren
Teil eines rechten Winkels versetzt sind, so daß die Halbperiode der Ein-und Ausschaltung
bei ihnen sich mit großer Annäherung mit der Halbperiode positiver und negativer
Richtung deckt.
-
Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand der Abb. 3 bis 6, die Ausführungsbeispiele
der Schaltung nach der Erfindung zeigen, erläutert werden. Eine Wechselstromquelle
i, vorzugsweise ein Induktor, liefert den Meßstrom il, der durch den Prüfwiderstand,
beispielsweise den Ausbreitungswiderstand einer Erdplatte 2, geschickt wird. Der
Meßstrom il fließt von der Erdplatte 2 über eine Sonde 3, die zum Anschluß der Anzeigevorrichtung
4 dient, nach einer Hilfserde 5. In dem äußeren Schluß des Stromkreises liegt die
Primärspule 6" eines Stromwandlers 6, dessen Sekundärspule 6b durch einen Regelwiderstand
7 geschlossen ist. Der aus 6b und 7 gebildete Kreis wird von dem Strom il durchflossen.
Mit dem einen Pole ist der Regelwiderstand mit der Leitung der Erdplatte 2 verbunden.
An dem Regelwiderstand befindet sich ein Schleifkontakt B. Zwischen dem Schleifkontakt
8 und der Sonde 3 befindet sich die Anzeigevorrichtung 4, die aus einem Galvanometer
4, und einer mit diesem verbundenen Gleichrichtervorrichtung, vorzugsweise einem
Unterbrecher 4b, besteht, der eine Halbperiode des zwischen dem Schalter 8 und der
Sonde 3 fließenden Wechselstromes ausschaltet. Der Unterbrecher wird in an sich
bekannter Weise angetrieben von einer Welle, die mit dem Stromerzeuger i derartig
gekuppelt ist, daß die Unterbrechung mit der Frequenz des Stromerzeugers geschieht.
Die Welle ist durch die punktierte Linie 9 angedeutet. Auf der Welle befindet sich
ein Exzenter io, durch dessen Verdrehung gegen die Achse 9 die Phase der Unterbrechung
geregelt werden kann. Weiter ist noch im Kreise des Me'ßstromes il ein Umschalter
i i angeordnet, der gestattet, den Meßstrom statt durch die ganze Primärwicklung
6" des Stromwandlers 6 mittels des verschiebbaren Anschlusses 12 nur durch einen
Teil derselben zu schicken. Hierdurch soll eine irgendwie mit bekannten Mitteln
zu bewirkende Umschältungsmöglichkeit für den Stromwandler zur Änderung seines übersetzungsverhältnisses
angedeutet sein. In dem umgekehrten Verhältnis, in dem die Ströme i, und i2 stehen,
verhalten sich bei o-Einstellung des Galvanometers 4" die zu vergleichenden Widerstände,
in denen die Ströme fließen. Man kann also mit einem gegebenen Vergleichswiderstand
Erdungs- und andere Ausbreitungswiderstände verschiedener Größenordnung messen,
wenn man das übersetzungsverhältnis des Stromwandlers ändert.
-
Die bisher beschriebene, in Abb. 3 dargestellte Schaltung unterliegt
aber noch der Beeinflussung durch eine gleichs;romerzeugende Fehlerquelle, nämlich
durch die elektromotorische Kraft im Erdboden. Um zu verhindern, daß diese einen
Strom in der Anzeigevorrichtung erzeugt, werden nach weiterer Erfindung an sich
bekannte Mittel zur Unterbindung von Gleichstrom an geeigneten Stellen der Schaltung
verwendet.
-
Abb. 4 zeigt die Anordnung von Kondensatoren 13" und 13b am Erdboden
vor der Eintritts- und Austrittsstelle der Meßstromleitung. Diese Kondensatoren
können gleichzeitig
benutzt werden, um die induktive Komponente
des Widerstandes im Kreise des '_Vleßstromes il zu kompensieren. Allerdings wird
dann die Abhängigkeit der Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung von der
Änderung der Frequenz verhältnismäßig groß.
-
Den letztgenannten Mangel vermeidet die Schaltung nach Abb. 5, bei
welcher die Anzeigevorrichtung 4 nicht unmittelbar zwischen Sonde 3 und Schleifkontakt
8 eingeschaltet ist, sondern über einen Isoliertransformator 14, der mit seiner
Primärwicklung an Sonde und Schleifkontakt liegt. Der von der elektromotorischen
Kraft im Erdboden erzeugte Gleichstrom in der Primärwicklung von 14 übt auf die
Sekundärwicklung keine Wirkung aus. Die Änderung der Magnetisierung des Transformators
durch den Gleichstrom ist unschädlich, da sie die o-Einstellung nicht beeinflußt.
-
Die Anordnung eines Isoliertransformators kann gemäß der Schaltung
nach Abb. 6 gleichzeitig benutzt werden, um eine etwaige Beeinflussung des Anzeigeinstrumentes
durch Fehlerströme, die z. B. infolge mangelhafter Isolation aus einer fremden Stromquelle,
vorzugsweise dem Netz, durch die Schaltung fließen, zu vermeiden. Der die Isolation
durchbrechende Strom soll beispielsweise in die Leitung zur Erdung an einem Punkte
P eintreten. Der Strom teilt sich dann, und der eine Teil des Stromes wird auch
über die Anzeigevorrichtung durch die Sonde zur Erde fließen. Dieser Fehler wird
nach weiterer Erfindung dadurch vermieden, daß man auf die Anzeigevorrichtung 4
gleichzeitig einen weiteren Strom wirken läßt, der dem die Anzeige beeinflussenden
Fehlerstrom an Größe und Phase gleich und entgegengesetzt gerichtet ist. Dies wird
mit dem obengenannten Isoliertransformator 14 dadurch erreicht, daß man diesem Transformator
zwei Primärwicklungen 14, 14, gibt, die in bezug auf den Stromkreis des Fehlerstromes
in symmetrischer Anordnung parallel geschaltet sind, so daß sie vom Fehlerstrom
in zwei gleichen Hälften durchflossen werden. In bezug auf -die Sekundärwicklung
14b werden sie entgegengesetzt geschaltet, so daß die Wirkung des Fehlerstromes
auf diese = o ist. Der Isoliertransformator 14 ist also als Differentialtransformator
ausgebildet und enthält die einander entgegengesetzt parallel geschalteten Primärwicklungen
14" und 14,. Der obenerwähnte Teil des Fehlerstromes fließt von P über die Schaltungsteile
6b, 7, 8 in die Primärwicklung 14" des Isoliertransformators, die von dem Meßstrom
durchflossen wird. Danut die andere Hälfte des Fehlerstromes, die durch die zweite
Primärwicklung 14, fließt, der ersten gleich wird, ist aus dem Ohmschen Widerstand
15 mit dem Schleifkontakt 16 und dem induktiven Widerstand 17 eine Schaltung geschaffen,
die der aus dem Regelwiderstand ; mit dem Schleifkontakt 8 und der Sekundärwicklung
6b des Transformators 6 elektrisch gleich ist. Die Widerstände 7 und 15 sind gleich
groß und ebenso die Induktivitäten, die die Ströme in den einander entsprechenden
Teilen 6b und 17 finden, so daß der Fehlerstrom zwischen P und der Sonde in zwei
gleiche Hälften zerfällt, die beide -die Sekundärwicklung 14b im entgegengesetzten
Sinne induzieren, so daß ihre Gesamtwirkung also = o ist.