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Prüfgerät für Hochspannungsanlagen Hochspannungsanlagen werden vorschriftsgemäß
so gebaut, daß in ihnen der gegenseitige Abstand beliebiger blanker Teile, zwischen
denen die Nennspannung der Anlage auftreten kann, einen Mindestwert überschreitet.
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Die Erfindung betrifft ein Prüfgerät für Hochspannungsanlagen, bei
denen vorausgesetzt wird, daß sie dieser Vorschrift genügen. Dieses Prüfgerät weist
ein mit dem zu prüfenden Anlageteil in Berührung zu bringendes Kontaktglied, ferner
eine mit einem ein Bezugspotential aufweisenden Körper elektrisch koppelbare Elektrode
sowie Mittel zur leitenden Verbindung des Kontaktgliedes über ein Anzeigeorgan mit
der genannten Elektrode auf.
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Das Bezugspotential kann beispielsweise das Potential der Erde oder
dasjenige eines andern Anlageteiles sein, dessen Phase oder Polarität von derjenigen
des zu prüfenden Anlageteils verschieden ist.
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In bekannten Geräten dieser Art bestehen die Leitungsmittel, die
das Kontaktglied mit dem Anzeigeorgan und dieses mit der genannten Elektrode verbinden,
und diese Elektrode selbst wenigstens zum Teil aus Metalleitern großen Querschnittes,
die in einem Gehäuse oder Rohr aus Isolierstoff untergebracht sind. Letzteres wirkt
bei sogenannten einpoligen Geräten, bei denen die Elektrode und der das Bezugspotential
aufweisende, zweckmäßig geerdete Körper nur kapazitiv koppelbar sein sollen, als
Dielektrikum zwischen ihnen. Im Falle eines durch einen Fehler des Isolierstoffes,
einen Bruch des Gehäuses oder Isolierrohres usw. ermöglichten Durchschlages bewirkt
der alsdann mögliche elektrische Kontakt zwischen den genannten Verbindungsmitteln
bzw. der genannten Elektrode einerseits und geerdeten Körpern oder andern Anlageteilen
andererseits, daß durch das Gerät und durch diese Körper bzw. nach diesen Anlageteilen
ein Strom von unzulässiger Stärke fließt. Dieser Strom kann sogar für den Bedienenden
tödlich sein, falls dessen Hand, statt kapazitiv mit der genannten Elektrode zusammenzuwirken,
mit dieser in unmittelbare Berührung kommt.
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Die Einsatzbedingungen solcher Geräte erlauben aber nicht immer,
ihnen die im Hinblick auf diese Gefahr gebotene schonende Behandlung zuteil werden
zu lassen. Versehentliches Anlegen an eine höhere als die vorgesehene Spannung und
mechanische Beschädigungen können unter den praktischen Einsatzbedingungen nie gänzlich
ausgeschlossen werden. Man kann sich daher nicht unbedingt darauf verlassen, daß
sich die Isolation der Verbindungsmittel vom Kontaktglied über das Anzeigeorgan
nach der genannten Elektrode und bei einpoligen Geräten die Isolation
dieser Elektrode
selbst in einwandfreiem Zustand befindet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zu schaffen,
bei dem die Forderung einwandfreier Isolation der genannten Verbindungsmittel und
der genannten Elektrode nicht unbedingt erfüllt zu sein braucht, um die Bedienung
des Gerätes ungefährlich zu machen.
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Bei bekannten ein- und zweipoligen Hochspannungsprüfgeräten der genannten
Art ist dieser Forderung dadurch Rechnung getragen, daß die spannungsführenden Teile
im Kopf des Gerätes zusammengefaßt und durch eine lange, isolierende Stange vom
Bedienenden getrennt sind. Das bedingt einen verhältnismäßig großen Durchmesser
der dem Kontaktglied benachbarten Partie des Gerätes. Es ist dann z. B. nicht möglich,
mit dem Gerät den Spannungszustand von blanken Anlageteilen zu prüfen, die sich
in sicherem Abstand hinter einem geerdeten Schutzgitter befinden, weil sich schon
die vordere Partie des Gerätes nicht zwischen den Stäben des Schutzgitters hindurchführen
läßt.
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Ferner bedingt diese vorbekannte Anordnung einen großen Abstand des
Anzeigeorgans, z. B. einer Leuchtröhre, vom Auge des Bedienenden, was bei ungünstiger
Beleuchtung, z. B. im grellen Sonnenlicht, die Ablesung der optischen Anzeige erschwert.
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Ein weiterer Nachteil dieser vorbekannten Anordnung besteht bei einpoligen
Geräten, deren genannte Elektrode mit dem Erdboden, mit der das Gerät haltenden
Hand
des Bedienenden oder einem sonstigen erdnahen Körper kapazitiv koppelbar sein soll,
im unvermeidlich großen Abstand der Elektrode von diesem Körper, wodurch die kapazitive
Koppelung stark beeinträchtigt ist. Darunter leidet die Empfindlichkeit des Gerätes.
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Gemäß der Erfindung lassen sich nun diese Nachteile dadurch vermeiden,
daß wenigstens ein Teil der genannten Verbindungsmittel und der genannten Elektrode
einen so großen elektrischen Widerstand aufweist, daß bei Anlegen der Nennspannung
der Anlage zwischen dem Kontaktglied und jedem beliebigen, von diesem um den eingangs
genannten Mindestabstand entfernten Punkt des genannten Teiles der Verbindungsmittel
und der genannten Elektrode bzw. zwischen zwei beliebigen um den genannten Mindestabstand
voneinander entfernten Punkten des genannten Teiles der Verbindungsmittel und der
genannten Elektrode der durch die Nennspannung hervorgerufene Strom einen für das
Prüfgerät unschädlichen Höchstwert nicht überschreitet. Dieser Höchstwert liegt
zweckmäßig zwischen 5 und 25 mA.
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Sollte daher die isolierende Umhüllung an einem beliebigen Punkt
der Oberfläche der genannten Leitungsmittel oder der Bewehrung schadhaft sein und
dieser Punkt einem geerdeten Körper oder einem ein anderes Potential aufweisenden
Anlageteil nahekommen, während das Gerät an einen unter Spannung stehenden Anlageteil
angelegt wird, so wird sich im Gerät und gegebenenfalls im geerdeten Körper kein
stärkerer als der genannte Strom von beispielsweise 5 bis 25 mA einstellen.
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Diese Werte können als Grenze der Stromstärke betrachtet werden,
die für das Gerät mit Ausnahme der Anzeigelampe bzw. für alle Teile des Gerätes
unschädlich sind.
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Bei gewissen Ausführungen des Gerätes kann die erwähnte Elektrode
im Innern eines isolierenden Schaftes angeordnet sein, der dazu bestimmt ist, vom
Bedienenden in einem bestimmten Bereich mit der Hand gehalten zu werden; dieser
Bereich wird beispielsweise durch eine Schutzscheibe derart begrenzt, daß die Hand
des Bedienenden sich nicht in gefährlicher Weise Anlageteilen nähert, die unter
Spannung stehen können. Es ist indessen in diesem Falle erwünscht, der Gefahr eines
Durchschlages des Stromes durch die isolierende Wand des Schaftes sowohl an der
Stelle, an der sie die Elektrode von der Hand isoliert, als auch an der Stelle,
wo sie die Leitungsmittel von Anlageteilen isoliert, die unter Spannung stehen können
und von denen die Hand weniger weit entfernt ist als vom Kontaktglied, Rechnung
zu tragen. Wenn der isolierende Schaft gleichzeitig an diesen beiden Stellen schadhaft
wäre, könnte der Strom von einem unter Spannung stehenden Anlageteil über die genannten
Leitungsmittel, die Elektrode und die Hand und den Körper des Bedienenden nach der
Elektrode abfließen. Ein solcher Strom wäre für den Bedienenden nicht harmlos, obwohl
der Widerstand der genannten Leitungsmittel und der Elektrode die Stärke des Entladungsstromes
auf beispielsweise 5 mA begrenzen würde. Es empfiehlt sich daher, bei diesen Ausführungsformen
mindestens einem Teil der genannten Leitungsmittel und der Elektrode einen so hohen
Widerstand zu geben, daß die Stärke des von der Nennspannung der Anlage hervorgerufenen
Stromes weniger als beispielsweise 2,5 mA beträgt, wenn diese Nennspannung zwischen
zwei beliebigen Punkten des genannten Teiles der
Leitungsmittel und der Elektrode
angelegt wird, welche einen mindestens dem eingangs genannten Mindestwert entsprechenden
gegenseitigen Abstand aufweisen und von denen sich der eine hinter der genannten
Schutzscheibe, d. h. weiter vom Kontaktglied als diese befindet.
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In der Zeichnung ist beispielsweise eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Gerätes dargestellt. Anschließend an die Beschreibung dieser Ausführungsform sollen,
ebenfalls nur im Sinne von Beispielen, einige Varianten erläutert werden.
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Das dargestellte Gerät weist einen Kopf 1 aus Isolierstoff auf, der
an einem ebenfalls aus Isolierstoff bestehenden Schaft 2 sitzt. An seinem dem Kopf
1 entgegengesetzten hinteren Ende ist der Schaft2 mit einem Handgriff 3 versehen.
Im Kopf 1 ist eine Entladungsröhre 4 von hinten gut sichtbar angeordnet. An seinem
vorderen Ende trägt der Kopf 1 auf einem rohrförmigen Fortsatz 5 aus Isolierstoff
ein metallisches Kontaktglied 6 von S-Form, das dazu bestimmt ist, mit einem Leiter
7 einer elektrischen Anlage in Berührung gebracht zu werden, wenn geprüft werden
soll, ob dieser Leiter 7 unter Spannung steht.
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Dieses Kontaktglied ist über einen Leiter 8 von bestimmtem, über
seine ganze Länge verteiltem Widerstand mit einer Klemme 9 im Innern des Kopfes
1 verbunden, an welche die eine Elektrode der Entladungsröhre 4 durch eine Leitung
10 angeschlossen ist. Von der entgegengesetzten Elektrode der Röhre 4 führt eine
andere Leitung 11 nach einer zweiten im Kopf 1 untergebrachten Klemme 12. Die Leitungen
10 und 11 können verschiedene Schaltungselemente, wie Widerstände, Funkenstrecken,
Kondensatoren, Induktionsspulen usw., enthalten, die zur Verbesserung der Wirkung
des Gerätes dienen, aber deren Erläuterung für das Verständnis der Erfindung nicht
erforderlich ist.
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Im Schaft 2 ist eine leitende, aber einen bestimmten Widerstand aufweisende
Elektrode 13 untergebracht, deren Enden mit Metallkappen 14 versehen sind. Eine
dieser Kappen wird gegen die Klemme 12 gedrückt, da auf die entgegengesetzte Kappe
eine Schraubenfeder 15 wirkt, welche sich auf eine Innenschulter des Schaftes 2
stützt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besitzt der Schaft 2 zwei Schutzscheiben
16 und 17, erstere anschließend an den Handgriff 3 und die zweite 17 weiter vorn
zur Bezeichnung der vorderen Grenze des Bereiches, in welchem das Gerät ohne Gefahr
ergriffen werden kann. Das hintere Ende der Elektrode 13 im Innern des Schaftes
2 und somit auch die Schraubenfeder 15 befinden sich weiter hinten als die Schutzscheibe
17.
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Die Elektrode 13 stellt gewissermaßen den einen Belag eines Kondensators
dar, dessen andere Bewehrung die Erde, die umgebenden geerdeten Körper, wie Mauern,
Leitungsstangen, Traggerüste, Schranken, Gitter, usw., die sich beim Gebrauch des
Gerätes gerade in der Nähe befinden, sowie der Körper und die das Gerät haltende
Hand des Bedienenden bilden.
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Um zu prüfen, ob der Leiter 7 der elektrischen Anlage unter Spannung
steht, drückt der Bedienende, der das Gerät beim Handgriff 3 hält, das Kontaktglied
6 gegen diesen Leiter 7. Steht letzterer unter Wechselspannung, so wird die Elektrode
13 über den Stromkreis 6 - 8 - 9 -10 - 4 -11-12 -13 wechselweise aufgeladen und
entladen, wodurch die Entladungsröhre 4 durch den durchfließenden Wechselstrom zum
Leuchten gebracht wird. Dieser Wechselstrom erreicht allerhöchstens
eine
Stärke von wenigen Mikroampere, so daß sämtliche Widerstände des Stromkreises und
der mit der Elektrode 13 zusammenwirkenden geerdeten Körper für das Arbeiten des
Gerätes nicht stark ins Gewicht fallen.
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Indessen kommt dem Widerstand des Leiters 8 und der Elektrode 13
für die Unfallverhütung erhebliche Bedeutung zu. Es ist zu beachten, daß die Anlage
außer dem Leiter 7, dessen Spannungszustand geprüft werden soll, noch andere Leiter
aufweist, welche unter Spannung stehen können, beispielsweise einen Leiter 18; außerdem
kann die Anlage geerdete Teile aufweisen, wie bei 19 angegeben. Aus Sicherheitsgründen
ist der gegenseitige Abstand des Leiters 7 und jedes anderen Leiters, z. B. des
Leiters 18, zwischen welchem und dem Leiter 7 die Nennspannung der Anlage herrschen
kann, sowie der Abstand zwischen jedem dieser Leiter und jedem geerdeten Teil wie
10 stets mindestens gleich einem für die betreffende Nennspannung vorgeschriebenen
Mindestwert D, der nicht unterschritten werden darf.
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Beim Bemessen eines erfindungsgemäßen Prüfgerätes für Anlagen von
gegebener Nennspannung kann man daher davon ausgehen, daß in diesen Anlagen der
erwähnte Abstand stets dem erwähnten Mindestwert D gleich ist, wie dies auch in
der Zeichnung angedeutet ist; dies ist die ungünstigste Annahme.
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Um nun den Mindestwert zu bestimmen, den der Widerstand des Leiters
8 und der Elektrode 13 erfindungsgemäß haben soll, kann man beim in der Zeichnung
dargestellten Musterbeispiel verschiedene mögliche Störungsfälle in Betracht ziehen:
Einmal könnte, wenn das Kontaktglied 6 an den Leiter 7 angelegt ist, dessen Spannungszustand
geprüft werden soll, ein Durchschlag durch die Wandung des isolierenden rohrförmigen
Fortsatzes 5 an der Stelle erfolgen, an welcher dieser Fortsatz mit dem zweiten
Leiter 18 der Anlage oder mit einem geerdeten Teil 19 seitlich in Berührung kommen
kann.
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Andererseits könnte, wenn der rohrförmige Fortsatz selbst gleichzeitig
die beiden Leiter 5 und 18 oder den Leiter 18 und den geerdeten Teil 19 oder schließlich
auch den Leiter 5 und den Teil 19 berührt, ohne daß gerade das Kontaktglied 6 an
einem der Leiter 7 oder 18 anliegt, ein Durchschlag durch die Wand des rohrförmigen
Fortsatzes 5 an den betreffenden Berührungsstellen erfolgen.
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In beiden Fällen könnten Kurzschlußströme vom Kontaktglied 6 nach
der Durchschlagstelle oder von einer Durchschlagstelle zur anderen fließen. Damit
nun diese Ströme am Gerät und an der Anlage keine fühlbaren Sachschäden hervorrufen,
weist der Leiter 8 pro Einheit jedes Teiles seiner Länge einen so hohen Widerstand
auf, daß die Stärke des Stromes, der durch Anlegen der Nennspannung entweder zwischen
dem Kontaktglied 6 und einem von diesem Glied um den Wert D entfernten Punkt des
Leiters 8 oder zwischen zwei solchen Punkten, deren gegenseitiger Abstand D beträgt,
im Leiter 8 hervorgerufen würde, geringer ist als jede Stromstärke, die merkliche
Sachschäden bewirken könnte. Allerhöchstens käme eine zulässige Stromstärke von
25 mA in Frage, doch ist eine Begrenzung der Stromstärke auf weniger als 5 mA vorzuziehen.
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Wenn das Gerät so weit gehoben wird, daß sein Kopf sich oberhalb
des Leiters 7 befindet, kann der Schaft 2 sowohl diesen Leiter als auch den Leiter
18 oder einen dieser Leiter und den geerdeten Teil 19 gleichzeitig
berühren. Die
Wand des Schaftes 2 könnte an den betreffenden Berührungsstellen durchschlagen sein
oder durchschlagen werden, so daß eine Entladung über einen beliebigen, die Länge
D aufweisenden Abschnitt des vor der begrenzenden Schutzscheibe 17 befindlichen
Teiles der Elektrode gehen könnte. Damit diese Entladung keinen merklichen Sachschaden
anrichtet, besitzt auch die Elektrode 13 je Längeneinheit einen so hohen Widerstand,
daß, wenn die Nennspannung zwischen zwei im Abstand D voneinander befindlichen Punkten
der Elektrode 13 angelegt würde, die Stärke des dadurch hervorgerufenen Stromes
den Wert von beispielsweise 25 bzw. 5 mA nicht überschreiten würde.
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Mindestens der Teil der Elektrode 13, der sich hinter dem Schutzschild
17 oder in einem Abstand von weniger als D vor ihm befindet, hat noch einen höheren
Widerstand, als sich aus der vorstehenden Bedingung ergibt. Dieser Widerstand ist
nämlich so hoch, daß die Stärke des Stromes, der beim Anlegen der Nennspannung der
Anlage zwischen zwei beliebigen Punkten der Oberfläche der Elektrode aufträte, deren
gegenseitiger Abstand D betrüge und von denen sich der eine rückwärts des Schutzschildes
17 befände, einen für den menschlichen Körper noch erträglichen Wert, beispielsweise
2,5 mA, nicht überschritte. Diese Vorkehrung ist im Hinblick auf die Möglichkeit
getroffen, daß einer der erwähnten Durchschläge durch die Wand des Schaftes 2 zwischen
der Elektrode 13 und einem geerdeten Körper wie 19 an einer Stelle rückwärts des
Schutzschildes 17 erfolgen könnte, an welcher die Hand des Bedienenden den Schaft
2 hält; diese Hand stellt ja ebenfalls einen geerdeten Körper dar. Der Strom, der
in einem solchen Fall entweder vom Leiter 7 über das Kontaktglied 6 oder vom Leiter
18 durch eine vor dem Schutzschild 17 befindliche Durchschlagstelle im Schaft 2,
dann durch die Elektrode 13 und eine im Bereich der Hand gelegene Durchschlagstelle
nach dieser Hand und über den Körper des Bedienenden nach der Erde flösse, wird
so auf eine erträgliche Stärke herabgesetzt.
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Der Leiter 8 und die Elektrode 13 können beide auf verschiedene Arten
ausgeführt sein: Gemäß einer Ausführungsart können diese Teile aus zylindrischen
Stäben von Widerstandsmaterial bestehen.
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Um in diesem Falle möglichst leichte Widerstandsstäbe zu erhalten,
ist es zweckmäßig, ihnen eine schaumstoffartige Struktur zu geben. Dies kann durch
Verwendung eines in flüssigem Zustand befindlichen Phenol- Formaldehyd-Harzes geschehen,
welchem außer Graphitteilchen auch ein sich unter der Einwirkung des beim Gießen
zugegebenen sauren Härtungskatalysators unter Gasentwicklung zersetzendes Mittel
beigegeben ist. Bei seiner Zersetzung während des Aushärtens des Harzes liefert
dieses Mittel kleine Gasbläschen, die im ausgehärteten Harz verbleiben und diesem
die gewünschte schaumstoffartige Struktur verleihen.
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Andere für diesen Zweck geeignete Kunstharze sind Polyurethanharze
mit Graphitstaubzusatz. Manche derartige Harze haben von Hause aus Schaumstoffstruktur
und bedürfen daher keines Blähungsmittelzusatzes, um die gewünschte Struktur zu
erhalten.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsart für den Leiter 8 und die Elektrode
13 besteht in der Verwendung eines leitenden Belages auf der Innenseite der Wand
der aus Isolierstoff bestehenden Rohre 2 und 5.
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Dieser Belag kann aus einem selbst isolierenden Kunstharz bestehen,
dem feine Teilchen eines leitenden Stoffes, wie Graphit- oder Metallstaub, einverleibt
sind. Unter der Bezeichnung »Leitlack« sind organische Lacke bekannt, die eine kolloidale
Suspension von leitenden Teilchen enthalten und sich ohne weiteres für diesen Zweck
eignen.
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Im Gegensatz zu Vollkörpern aus Metall haben die vorstehend beschriebenen
Leiter hohen Widerstandes noch den Vorteil, daß sie ohne jeden Zwischenraum zwischen
Leiter und Isolierstoff in einem Rohr aus solchem Stoff gegossen oder als Belag
aufgebracht werden können. Dadurch wird vermieden, daß längs der Oberfläche des
Leiters hohen Widerstandes Entladungen auftreten, wie sie beim Vorhandensein einer
ionisierten Luftschicht oder eingedrungener Feuchtigkeit vorkommen könnten.
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In manchen Fällen ist es nicht unerläßlich, daß der Widerstand über
die Länge der Leitungsmittel und der Elektrode gleichmäßig verteilt sei. Es können
an deren Stelle vielmehr gute Leiter und Elemente hohen Widerstandes miteinander
abwechseln. Natürlich muß dann die Verteilung der letzteren derart sein, daß zwischen
zwei beliebigen Punkten, deren gegenseitiger Abstand dem vorgeschriebenen Mindestabstand
D zwischen Leitern der Anlage gleich ist, genügend Widerstand vorhanden ist, um
den durch die Nennspannung hervorgerufenen Strom auf die genannten Werte zu begrenzen,
wenn diese NerJnspannung infolge von Isolierungsschäden zwischen den genannten zwei
Punkten auftreten sollte.