Einrichtung zur Messung von Erdungswiderständen. Es ist eine Schaltung vorgeschlagen wor den, die es ermöglicht, mit einer einzigen Alessung einen Erdungs- oder Ausbreitungs widerstand zu bestimmen. Es werden in dieser Schaltung verglichen einerseits, der Spannungsabfall zwischen einer in der Erde befindlichen Prüfplatte und einer in die Erde gesteckten Sonde oder dergleichen beim Durchgang eines Mess-Wechselstromes und anderseits der Spannungsabfall in einem dazu parallel geschalteten, regelbaren Wider stand bekannter Grösse.
Der Spannungsab fall in dem regelbaren Widerstand wird zweckmässig erzeugt durch einen von dem Messstrom aus induzierten, vorzugsweise dem Messstrom gleichen Strom. Als Anzeigevor richtung dient ein Telephon, und die Rege lung geschieht auf ein Minimum der Ton stärke im Telephon. Indessen lässt das Tele phon einerseits nicht erkennen, nach welcher Seite die Regelung des Widerstandes er folgen muss und anderseits ist auch die Genauigkeit der Einstellung auf ein Mini mum der Tonstärke bekanntlich nicht sehr gross.
GTemäss der Erfindung werden diese Un zuträglichkeiten dadurch-vermieden, dass als Anzeigegerät eine an sich bekannte Verbin dung eines Gleichstromanzeigers mit einer. Vorrichtung zum Gleichrichten des Wechsel stromes verwendet und die Phase im Gleich richter derart eingestellt wird, dass der infolge des Phasenfehlers des induzierenden Schalt teils bei Gleichheit der Vergleichswiderstände in der Anzeigevorrichtung verbleibende Strom keine Wirkung auf den Anschlag des Strom zeigers ausübt. Weiter wird bei der neuen Einrichtung zweckmässig noch durch zusätz liche Schaltmittel die Anzeigevorrichtung gegen Störungsströme weitgehend gesichert, wodurch die Genauigkeit des Messergebnisses weiter verbessert werden kann.
In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Die Fig. 1, l a, 2, 2 a stellen Diagramme dar zur Erläuterung der Wirkungsweise der neuen Einrichtung; Fig. 3 veranschaulicht eine Ausführungs form der neuen Einrichtung mit zusätzlichen Kondensatoren; Fig. 4 stellt eine Ausführungsform dar, bei der die Anzeigevorrichtung mittelst eines Transformators, der primär einpolig geerdet ist, angeschlossen ist; Fig. 5 zeigt die Verwendung eines be sonderen Transformators für den Anschluss der Anzeigevorrichtung und einer zusätzlichen Hilfsschaltung; Fig. 6 erläutert die Anordnung eines in bestimmter Weise abgestimmten Neben schlusses zum Schutz der Anzeigevorrichtung.
Nach dem bisher üblichen Verfahren, ein Telephon durch ein# Gleichstromgerät mit Gleichrichter zu ersetzen, würde man bei Anwendung eines Galvanometers als Anzeige gerät in der vorliegenden Schaltung die Gleichrichtung so eingestellt haben, dass die Ein- und Ausschaltung in den Zeitpunkten geschehen wäre, in denen der von der Strom quelle, vorzugsweise einem Induktor gelieferte Messstrom seine Richtung umkehrte. Dabei zeigt es sich aber, dass in dem vorliegenden Fall das Anzeigegerät niemals auf Null ge regelt werden kann.
Die Erfindung besteht nun darin, dass eine Einrichtung geschaffen wird, bei der die An wendung einer Nullmethode möglich ist durch geeignete Einstellung des Gleichrichters, nach dem die Ursache des genannten Übelstandes festgestellt wurde. Diese beruht darauf, dass bei der Erzeugung des Stromes in dem regel baren Widerstand mit Hilfe eines an den Messstromkreis angeschlossenen Stromwand leis eine nicht beabsichtigte Phasenverschie bung des Sekundärstromes gegen den Primär strom entsteht.
Infolge dieser Phasenver schiebung 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 Anzeige vorrichtung auftretende Spannungsdifferenz, die man auf Null zu regeln wünscht, niemals gleich 0 werden kann. Fig. 1 veranschau licht diese Verhältnisse. il ist der Messstrom, der die Erdung durchfliesst und dem der Spannungsabfall in der Erde phasengleich zu setzen ist;<I> & </I> ist der durch einen Strom- wandler mit i, als Primärstrom erzeugte Strom im Regelwiderstand, dem die Spannung am Regelwiderstand phasengleich ist.
Bei Cxleichheit des Regelwiderstandes und des Erdungswiderstandes sollte der Spannungsab fall an der Anzeigevorrichtung gleich Null werden. Er ist aber wie im folgenden ge zeigt wird, proportional dem Strom ii -- i2, kann also nie gleich Null werden, da ii -und i= nicht phasengleich werden können. Dran bekommt also nur ein Minimum des Stromes in der Anzeigevorrichtung.
Uin diesen Strom, den wir mit i'o bezeichnen, wirkungslos zu machen, wird erfindungsgemäss die Vorrich tung zum Gleichrichten, zum Beispiel ein Druckkontakt, der den Kreis des Wechsel stromes für je eine halbe Periode unterbricht, so eingestellt, dass die Umschaltung in dem Augenblick erfolgt, in dem der Strom ii - i_ sein positives und negatives Maximum hat. Dies ist praktisch genommen der Augenblick, in dein der Strom ii sein Vorzeichen wech selt.
In Fig. :3 ist in bekannter Weise der Strom i 'o als Sinuslinie veranschaulicht. Die Zeitmomente, die durch die Linien 1 und. 1I dargestellt sind, werden zur Umschaltung benutzt, so daN; wiiln-end der Einschaltung des Stromes i'o dieser immer zur Hälfte der Zeit positiv und zur Hälfte negativ gerichtet ist, so dass dessen Wirkungen im Galvano meter sich aufheben.
Im Falle hingegen, dass der zu prüfende Erdwiderstand von dem Vergleichswiderstand verschieden ist, erhalten wir im Galv ano- meter einen Ausschlag, wie folgende Über legung zeigt.
In I'ig. 3 sind ausser den Strömen ii, i3, io die in den Widerständen r" und r" fliessen den Ströme i'i und i':: eingetragen.
Aus der Figur folgt: 1. io = i:: - i'-- = i'1 - il 2. i'i i-,# + 1o ro <I>- = 0.</I> durch Elimination von i'i und i':
.> aus diesen Gleichungen erhält man
EMI0002.0064
Im Sonderfalle., dass r. <I>=</I> r" ist, erhält man
EMI0003.0003
Der Spannungsabfall in der Anzeigevorrich tung ist somit proportional dem Differenz strom (ii <I>- i2).</I> Die letzte Gleichung, als Spannungsgleichung geschrieben, hat die Form i'o (2r + ro) <I>= r</I> (ii <I>-</I> i2) Da s dieser Gleichung entsprechende Span nungs- diagramm zeigt die Fig. 1a.
Unterbricht man i'o in der aus Fig. 2 er sichtlichen Weise, so gibt das Galvanometer keinen Ausschlag. Ist aber 9 e verschieden von r., zum Beispiel r8 <I>></I> r", so erhält man ein Diagramm gemäss Fig. 2a. Der Strom io ist offenbar gegenüber i'o der Grösse und der Phase nach verschieden; zeichnen wir io in Fig. 2 ein, so ersieht man, dass jetzt der positive und negative Teil des durchgelasse nen Stromes io ungleich sind.
Das Galvano meter gibt daher einen Ausschlag.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen anhand der Fig. 3-7 näher erläutert werden, Eine Wechselstromquelle 1, vorzugsweise ein Induktor, liefert den Messstrom ii, der durch den Prüfwiderstand, beispielsweise den Aus breitungswiderstand, einer Erdplatte 2 ge schickt wird. Der Messstrom ii fliesst von der Erdplatte 2 über eine Sonde 3, die zum Anschluss der Anzeigevorrichtung 4 dient, nach einer Hilfserde 5 und von dort zurück zur Stromquelle 1.
In dem äusseren Schluss des Stromkreises liegt die Primärspule 6a eines Stromwandlers 6, dessen Sekundär spule 6b durch einen Regelwiderstand 7 ge schlossen ist. Der aus 6b und 7 gebildete Kreis wird von dem Strom i2 durchflossen. Mit dem einen Pole ist der Regelwiderstand mit der Leitung cler Erdplatte 2 verbunden. An dem Regelwiderstand befindet sich ein Schleifkontakt B.
Zwischen dem Schleifkon takt 8 und der Sonde 3 befindet sich die Anzeigevorrichtung 4, die aus einem Galvano meter 4a und einer mit diesem verbundenen Gleichrichtervorrichtung, vorzugsweise einem Unterbrecher 4b, der eine Halbperiode des zwischen dem Kontakt 8 und der Sonde 3 fliessenden Wechselstromes ausschaltet. Der Unterbrecher wird in an sich bekannter Weise angetrieben von einer Welle, die mit dem Stromerzeuger 1 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 10, durch dessen Verdrehung gegen die Achse 9 die Phase der Unterbrechung geregelt werden kann. Weiter kann im Kreise des Mess- stromes ii noch ein Umschalter 11 angeordnet sein, der gestattet, den lvlessstrom statt durch die ganze Primärwicklung 6rx des Strom wandlers 6 mittelst des verschiebbaren An schlusses 12 nur durch einen Teil derselben zu schicken. Hierdurch soll eine irgendwie mit bekannten Mitteln zu bewirkende Um schaltungsmöglichkeit für den Stromwandler zur Änderung seines Übersetzungsverhält nisses angedeutet sein.
In dem umgekehrten Verhältnis, in dem die Ströme il und i2 stehen, verhalten sich bei Null-Einstellung des Galvanometers 4a die zu vergleichenden Widerstände, die von den beiden Strömen durchflossen werden. Man kann. also mit einem gegebenen Vergleichswiderstand Er dungs- und andere Ausbreitungswiderstände verschiedener Grössenordnung messen, wenn man das Übersetzungsverhältnis des Strom wandlers ändert.
In der bisher beschriebenen Schaltung kann noch eine Beeinflussung der Anzeige vorrichtung durch eine gleichstromerzeugende Fehlerquelle, nämlich durch die elektromo torische Kraft im Erdboden verhindert werden. Dies geschieht durch die Anordnung zusätz licher, an sich bekannter Mittel zur Unter bindung von Gleichstrom an geeigneten Stellen der Schaltung. Fig. 3 zeigt zum Beispiel die Anordnung von Kondensatoren 13a und 13b zwischen dem Erdboden und der Eintritts und Austrittsstelle der Messstromleitung. Diese Kondensatoren können gleichzeitig benutzt werden, um die induktive Komponente des Widerstandes im Kreise des Messstromes il zu kompensieren.
Allerdings wird dann die Abhängigkeit der Phasenverschiebung zwi schen Strom und Spannung von der Ände rung der Frequenz verhältnismässig gross.
Den letztgenannten Mangel vermeidet die Schaltung nach Fig. 4, bei welcher die An zeigevorrichtung 4 nicht unmittelbar zwischen Sonde 3 und Schleifkontakt 9 eingeschaltet ist, sondern über einen Isoliertransformator 1-l, der mit seiner Primärwicklung am Sonde und Schleifkontakt liegt. Der von der elek tromotorischen 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 Null-Eiristellung nicht beeinflusst.
Die Anordnung eines Isoliertransformators kann gemäss der Schaltung nach Fig. 5 gleich zeitig benutzt werden, um eine etwaige Be einflussung des Anzeigeinstrumentes durch Fehlerströme, die zum Beispiel infolge mangel hafter 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 20 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 kann nun da durch vermieden werden, dass man auf die Anzeigevorrichtung 4 gleichzeitig einen wei tere Strom wirken lässt, der dem die Anzeige beeinflussenden Fehlerstrom an (xlöläe und Phase gleich und entgegengesetzt gerichtet ist.
Dies wird mit dem obengenannten Iso- liertransformator 14 dadurch erreicht, dass nian diesem Transformator zwei Primärwick lungen 14a, 14c gibt, die in bezug auf den Stromkreis des Fehlerstromes in sy=mmetrischer Anordnung parallel geschaltet sind, so dass sie vom Fehlerstrom in zwei gleichen Hälften durchflossen werden. In bezug auf die Se- kundärwicklung 141) werden sie entgegenge setzt geschaltet, so dass die Wirkung des Fehlerstromes auf diese gleich Null ist.
Der Isoliertransformator 14 ist also als Differential- transformator ausgebildet und Enthält die ein ander entgegengesetzt parallel geschalteten Primärwicklungen 1-4s. und 14e. Der oben erwähnte 'feil des Fehlerstromes fliesst von 20 über die Schaltungsteile 6b, 7, 8 in die Primärwicklung lla. des Isoliertransformators, die von dem lIelästroni durchflossen wird.
Damit die andere Hälfte des Fehlerstromes, die durch die zweite Primärwicklung 14e fliesst, der ersten gleich wird, ist aus dem ohinschen Widerstand 15 mit dem Schleif kontakt 16 und dem induktiven Widerstand 17 eine Schaltung geschaffen, die' der aus dem Regelwiderstand 7 finit dem Schleifkontakt 8 und der Sekundärwicklung 6b des Transfor mators 6 elektrisch gleich ist.
Die Wider stände 7 und 15 sind gleich gross und eben so die Induktivitäten, die die Ströme in den einander entsprechenden Teilen 6b und 17 finden, so dass der Fehlerstrom zwischen '?0 und der Sonde in zwei gleiche Hälften zer fällt, die beide die Sekundärwicklung 1-lb im entgegengesetzten Sinne induzieren, so dass ihre Gesamtwirkung also gleich Null ist.
In Fig. 6 ist eine Weiterbildung der An ordnung nach Fig. -1 dargestellt. Um die Anzeigevorrichtung 4 noch gegen Fehlerströmt-. die aus deal Netz stammen zu schützen, ist zweckmässig an die Primärwicklung des Iso- liertransforInators 1.-1- ein Nebenschluss ange schlossen, der aus einem Kondensator 18 und einer Drosselspule 19 besteht.
Dieser Neben- schluss ist auf die Netzfrequenz abgestimmt. Gegebenenfalls kann der Transformator 14 in diesem Schaltung auch wegfallen und der Nebenschluss dann in Parallelschaltung zu der Anzeigevorrichtung angeordnet sein.
Der in Fig. 6 dargestellte Schutz für den Gleichstromzeiger 4a verhindert, dass die zwischen der I\Tetzirequenz und der Frequenz derblessstroinquelle auftretenden Schwebungen in den Bereich der mechanischen Resonanz des beweglichen Systems im Gleichstrom anzeiger geraten, wobei sonst sehr starke und infolge der Ungleichmässigkeiten der Frequenz der Messstroniquelle, zum Bei spiel eines Induktors, sehr unregelmässige Ausschläge erfolgen.