DE2151182C3 - Gerät zur Messung elektrischer Stromdurchgangswiderstände - Google Patents

Description

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Gegenstand des Patents 17 66 822 ist ein Gerät zur Messung elektrischer Stromdurchgangswiderstände sehr geringer Größe zwischen zwei Meßpunkten eines w Leiters, mit einer Meßeinrichtung, die ein Voltmeter, einen Normwiderstand und einen Umschalter zum Umschalten der Klemmen des Voltmeters aufweist. Um dabei die Messung auch zwischen erheblich weit voneinander liegenden Punkten des zu messenden >> Leiters exakt und schnell durchführen zu können, weist das Gerät eine Litze mit mindestens je einem zwischen den beiden Meßpunkten parallel geschalteten Strom- und Spannungsleiter auf, sowie eine Speiseeinrichtung zur Speisung des Stromleiters mit Gleichstrom unter M) einer auf einen ungefährlichen Wert abgesenkten Spannung. Dabei ist der Normwiderstand in den Stromleiter eingeschaltet und mit dem Umschalter ist das Voltmeter entweder mit den Klemmen des Normwiderstandes verbindbar oder in den Spannungs- h-> leiter einschaltbar.

Wird ein derartiges Gerät zur Messung des Widerstandes eines Schutzleiter eingesetzt, liegt in der Praxis häufig dieser Schutzleiter parallel zu tatsächlichen stromleitenden Strukturen, kurz tatsächliche Leiter genannt. In einem solchen Fall aber ergibt die Messung nicht den Widerstand des Schutzleiters, sondern den Äquivalentwiderstand, der sich aus der Parallelanordnung des Schutzleiters und des tatsächlichen Leiters ergibt

Der vorliegenden Zusatzanmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, den Gegenstand des Hauptpatents dahingehend weiterzubilden, daß es das Gerät ermöglicht, die Verteilung des Gleichstroms zwischen dem Schutzleiter und den verschiedenen tatsächlichen, parallelliegenden Lettern zu messen und demzufolge die Leitfähigkeit bzw. die Widerstände einerseits des Schutzleiters und andererseits der parallelliegenden tatsächlichen Leiter exakt zu bestimmen.

Die Lösung ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1.

Kennt man durch die normale Messung den Wert des Widerstandes, der dem zu messenden Schutzleiter und dem ihm parallelliegenden tatsächlichen Leiter äquivalent ist, ermöglicht es nunmehr der Wechselspannungsverstärker, den jedem der Leiter eigenen Widerstand bzw. dessen Leitfähigkeit zu ermitteln, wenn davon ausgegangen wird, daß sich der Gleichstrom in ihnen in gleichem Verhältnis verteilt wie die Wechselstromkomponente.

Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprijchen.

Durch den Doppel-T-Filterkreis und seine Schaltung gemäß Unteranspruch 2 ist es möglich, den parasitären Einfluß benachbarter elektrischer Felder unterschiedlicher Frequenzen auszuschalten.

Die Ausgestaltung nach Unteranspruch 3 führt zu einem einfachen Aufbau der Schaltung und verhinder! unerwünschte Folgen, die sich aus der Nichtlinearität der Charakteristiken der Dioden der Gieichrichterbrükke ergeben könnten.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindunjsgegenstandes wird nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben.

Die Zeichnung zeigt ein Schaltscheina eines erfindungsgemäßen Gerätes.

Zu der Meßeinrichtung 7 führen der Stromleiter 4 und der Spannungsleiter 5 und in der Meßeinrichtung 7 befindet sich das Voltmeter 17, der in den Stromkreis 4 eingeschaltete Normwiderstand 18 sowie der Umschalter 19, mit dem das Voltmeter 17 mit den Klemmen des Normwiderstandes 18 verbindbar ist (in der Zeichnung dargestellt), oder mit dem das Voltmeter 17 in der zweiten Schaltstellung des Umschalters 19 in den Spannungsleiter 5 einzuschalten ist. Das in Reihe mit dem die Spannung herabsetzenden Widerstand 23 liegende Potentiometer 22 dient der Eichung des Voltmeters 17. Ein Antiresonanzfilter wird von der Induktionsspule 24 gebildet. Es ist ferner zum Schutz des Voltmeters 17 gegen erhöhte Wechselspannungen der Kondensator 25 vorgesehen. Vervollständigt wird die Meßeinrichtung durch die Gasrohre 26, den Druckknopfschalter 27 sowie das Gleichrichtersystem 28 mit der Diode 28a. An die Klemmen des Normwiderstandes 18 sind in Teilerschahung eine Kette von Präzisionshilfswiderständen 18a, 186 und 18c geschaltet, die die Empfindlichkeit der Messung steigern können. Die entsprechenden Zuschaltungen der Präzisionshilfswiderstände geschehen mit Hilfe des Stufenschalters 35, der fünf Stellungen 1 bis 5 hat sowie sechs Kontaktreihen 35a, 35/«. 35c. 35d 35c und 35AaUfWeJSt. Der Meßeinrichtung ist ferner ein Gleichspannungsver-

starker 36 zugeordnet, der vor dem Voltmeter 17 in den Meßkreis eingeschaltet werden kann. Die Einschaltung erfolgt, wenn sich der Stufenschalter 35 in einer seiner Schaltstellungen 3 bis 5 befindet. Der Verstärker ermöglicht die Verstärkung des Eichsignals und des Meßsignals.

Kommt es bei der Messung des Widerstandes eines Schutzleiters vor, daß der Schutzleiter parallel zu einem tatsächlichen Leiter liegt, so ergibt die Messung nicht den Widerstand des Schutzleiters, sondern den Äquivalentwiderstand, der sich aus der Parallelanordnung des zu messenden Schutzleiters und des tatsächlichen Leiters ergibt. Bezeichnet man den Widerstand des zu messenden Schutzleiters mit R und den des tatsächlichen Leiters mit r,so ergibt die Messung einen Wert:

X =

rR

r + R

Da sich der in die Meßeinrichtung eingeleitete Gleichstrom proportional zur Leitfähigkeit der beiden Leiter auf diese verteilt, d. h. proportional zu ihren Kennwerten - und -L, ermöglicht dies, wenn man den

r R

Äquivalentwiderstand X kennt, die Ermittlung des Widerstandes R.

Dem Gerät ist nun ein Wechselspannungsverstärker 37 zugeordnet, der mit einer Amperemetergabel (nicht dargestellt) verbunden ist und mit dem die Verteilung der Wechselstromkomponente des Meßstroms auf den zu messenden Leiter und einen parallel dazu liegenden tatsächlichen Leiter meßbar ist, wobei dem Verstärker 37 ein Gleichrichter 42 nachgeschaltet ist. Während die Messung der Gleichstromkomponente ohne Abklemmen des Leiters kaum sinnvoll durchführbar ist, kann man den Wechselstrom sehr einfach mit Hilfe der Amperemetergabel messen. Der von der Speiseeinrichtung gelieferte Strom ist ein Gleichstrom, der durch Gleichrichtung mit doppelter Frequenz und ohne Filterung der normalen Netzwechselspannung von 50 Hz erhalten wird. Er weist somit über die Gleichstromkomponente hinaus eine residuelle Wechselstromkomponente auf, deren Frequenz 100 Hz beträgt. Geht man davon aus, daß das Verhältnis der Reaktanzen der paralelliegenden Leiter etwa dem Verhältnis der zu messenden Widerstände entspricht, oder aber daß diese Reaktanzen im Verhältnis zu den Widerständen gering sind, kann man annehmen, daß auch die Wechselstromkomponente sich in einem Verhältnis auf den zu nässenden Leiter und den tatsächlichen Leiter verteilt, das dem der Gleichstromkomponenten entspricht. Mit dem Wechselspannungsverstärker 37 ist eine Messung dieser Stromverteilung möglich. Die'Messung arbeitet nach folgendem Prinzip:

Der von der Sekundärwicklung der Amperemetergabel abgegebene Strom durchquert einen Normwiderstand geringer Größe, beispielsweise den Widerstand 39 von 0,5 Ohm (Schaltstellung 1 des Stufenschalters 35) oder aber den Widerstand 41 von 5 Ohm (Stellung 2 des Stufenschalters 35), um die Amperemetergabel nicht zu überlasten. Die sich an den Klemmen des einen oder anderen dieser Widerstände ergebende Spannung ist dem Strom proportional. Sie wird zunächst durch den Verstärker 37 verstärkt und dann durch den Gleichrichter 42 gleichgerichtet.

Die erste Stufe de: Verstärkers 37 ist selektiv bezüglich der Frequenz von 100 Hz gestaltet, und zwar mit dem Doppel-T-Filter W3, der in Gegenreaktion geschaltet ist und dessen Antiresonanzfrequenz 100 Hz entspricht. Dieses Filter kann mit Hilfe des Unterbrechers 44 eingeschaltet werden und im Falle seiner Einschaltung beseitigt es die unerwünschten Effekte benachbarter Wechselfelder, insbesondere solcher von

-> 50Hz.

Die Ausschaltung des Filters aus dem Kreis ist dann wichtig, wenn man das Meßgerät zur Lokalisierung eines Isolierungsfehlers durch Messung des Fehlerstroms benutzt.

κι Die Meßeinrichtung hat folgende Arbeitsweise:

Das Gerät wird geschaltet wie für eine Zwischenverbindungsmessung, wobei die Amperemetergabel dem Meßgerät mit Hilfe des Verstärkers 37 und des Gleichrichters 42 zugeschaltet ist, wobei dieser zuvor

ίο auf die Litze des Gerätes gesetzt wurde. Mit Hilfe des Potentiometers 45 am Eingang des Verstärkers 37 führt man die Nadel des Voltmeters 17 auf die Skalenteilung 100. Die 100 Skalenteile präsentieren damit die Gesamtheit der eingeströmten Wechseinromkompo-

2(i nente.

Es genügt dann, die Amperemetergabti auf den Schutzleiter zu setzen und den Ausschlag des Voltmeters 17 abzulesen. Dieser Ausschlag stellt den Proze:'-satz des in dem Schutzleiter fließenden Stroms dar.

2'> Wenn sidi der Schutzleiter in einem Stromkabel befindet, was häufig der Fall ist, ermöglicht diese Verfahrensweise somit die schnelle Kontrolle des Stromdurchgangs des Schutzieiters ohne die sonst übliche Inaugenscheinnahme, die sonst eine Demontage

j» erfordern würde.

Darüber hinaus liegt die Selektivmessung mit 100 Hz außerhalb des Einflusses, den 50-Hz-Ströme in dem Kabel haben könnten.
Geht man davon aus, daß ein Ausschlag um eine

i"; Skalenteilung des Voltmeters 17 bemerkt wird, sowie im Hinblick auf die Verwendung zweier verschiedener Empfindlichkeiten durch die Widerstände 39 und 41, kann das meßbare Trennungsverliältnis der Ströme bis zu 10"³betragen.

4(i Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist der Gleichrichter 42 in Gegenreaktion an den Ausgang eines Hilfsverstärkers 46 geschaltet. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß unerwünschte Effekte, die sich aas der Nichtlinearität der Charakteristiken der Dioden des

4Ί Gleichrichters42 ergeben, ausgeschaltet werden.

Weiterhin ist der Meßeinrichtung ein Gleichspannungskonverter 47 zugeordnet, der in Kombination mit dem Voltmeter 17 sowie der Gleichstromspeiseeinrichtung 48 der Verstärker 36,37 und 46 ein Megaohmmeter bilden kann, das die Messung beträchtlich großer Widerstände ermöglicht.

Die verschiedenen möglichen Verbindungen zwischer dein Voltmeter 17 und den verschiedenen Teilen der Einrichtung sind sehr schnell mittels eines weiteren

■ιό Stufenschalters 49 mit wiederum fünf Schaltstelle,ι 1 bis 5 durchzuführen, der ebenfalls sechs Kontaktreihen 49a, 496,49c, 49c/, 49e und 49/"aufweist.

Die Schaltstellung 1 dieses Stufenschalters 49 entspricht dem Ausschaltzustand. Die Schaltstellung 2

feo entspricht der Messung der Spannung der Drähte der Speiseeinrichtung 48. Die Schaltstellung 3 entspricht der Grundfunktion der Meßeinrichtung, d. h. seiner Verwendung als Milliohmmeter, mit. falls Bedürfnis dazu besteht, Einschaltungsnöglichkeit des Gleichspan-

eo nungsverstärkers 36. Die Schalistellung 4 des Stufenschalters 49 entspricht der Einschaltung des Wechselspannungsverstärkers 37 und sämtlicher Zubehöreinrichtungen für die Messung der Verteilung der

Wechsclstromkmnponcntc des Gleichstroms /wischen dem zu messenden Leiter und dem tatsächlichen Leiter. Die Schallstcllung 5 schließlich entspricht der Verwendung als Megaohmmeter, wenn der Druekknopfuntcrbrecher 51 entsprechend eingeschaltet ist. -,

Rs ist ferner ein Hilfsspcisekreis 52 vorgesehen, der es ermöglicht, in den Spannungsleiter 5 eine mil Hilfe eines Potentiometers 52» steuerbare Spannung zu schicken, die auf einen Wert gleicher Größe, aber entgegengesetzt zur parasitären Spannung gebracht werden kann, in Ls genügt hierzu, die Hinrichtung in die Meßstelliing entsprechend der Funktion als Milliohmmetcr zu schalten, und die Messung durchzuführen, bevor man den die Einbringung des Meßstroms steuernden Unterbrecherschaller betätigt hat. Existiert in dem zu messenden Leiter ein parasitärer Strom, bewirkt er einen Ausschlag der Nadel des Voltmeters 17. Es genügt dann, den Schleifer des Potentiometers 52a zu betätigen, bis die Nadel des Voltmeters 17 auf den Ausgangspunkt Null zurückgekehrt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche;

1. Gerät zur Messung elektrischer Stromdurchgangswiderstände sehr geringfügiger Größe zwisehen zwei Meßpunkten eines Leiters, mit einer Litze mit mindestens je einem zwischen den beiden Meßpunkten parallel geschalteten Strom- und Spannungsleiter, einer Speiseeinrichtung zur Speisung des Stromleiters mit Gleichstrom unter einer auf einen ungefährlichen Wert abgesenkten Spannung, sowie mit einer Meßeinrichtung mit einem Voltmeter, einem in den Stromleiter eingeschalteten Normwiderstand und einem Umschalter, mit dem das Voltmeter entweder mit den Klemmen des ι ί Nonnwiderstandes verbindbar oder in den Spannungsleiter einschaltbar ist, nach Patent 17 66 822, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gerät ein Wechselspannungsverstärker (37) zugeordnet ist, der mit eist,- Amperemetergabel verbunden ist 2ü und mit dem d>e Verteilung der Wechselstromkomponente des Meßstroms auf den zu messenden Leiter und einen parallel dazu liegenden tatsächlichen Leiter meßbar ist, wobei dem Verstärker (37) ein Gleichrichter (42) nachgeschaltet ist. 2>

2. Gerät nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß ihm ein Doppel-T-Filterkreis (43) zugeordnet ist, der auf die Grundfrequenz der Wechselstromkomponente des Meßstroms abgestimmt ist und der mittels eines Unterbrecherschalters (44) als in Gegenkopplung zu dem Verstärker (37) einschaltbar ist.

3. Gerät nisch Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter einen Wechselspannungsverstärker (46) beinhaltet, an dessen r» Ausgang die Gleichrichterbrücke (42) in Gegenkopplungsschaltung angeschlossen ist.

4. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingang des Wechselspannungsverstärkers (37) ein 4» Potentiometer (45) eingeschaltet ist, mit dem die Meßeinrichtung bei auf die Litze des Gerätes aufgesetzter Amperemetergabel eichbar ist.