und x, y die Kupfer widerstände des Kabels,
von der Fehlerstelle F nach beiden Enden hin gemessen. Die eine Diagonale enthält das Galvanometer G, die andere eine Batterie E, einen Erd widerstand und den W iderstand des Fehlers F. Als Erde kann man das Wasser des Bassins oder das Blei anselien. Bei mehrfachen Kabeln nimmt man als Erde einen der Leiter an, wenn ein Fehler zwischen zwei der
selben vorhanden ist.
Als Batterie genügen einige Elemente. Ist der Fehlerwider st and groß, so darf man hingegen 100 Volt und mehr einschalten, ohne daß die Widerstände A und B überhitzt werden.
Stellt man nach bekannten Methoden durch Veränderung von
A und B das Gleichgewicht her, so daß das Galvanometer .1 stromlos wird, so hat man die Gleichungen.
y~- AB und x + y w (1)
wo w der Kupferwiderstand des ganzen Kabels ist.
Mittels dieser Gleichungen kann man x und y berechnen, also die Lago des Fehlers bestimmen. Diese wird in Ohm angegeben. Rechnet man sie noch in Längenmaß um, so ist die Fehlerdistanz von beiden Enden aus bestimmt.
Es ist sehr darauf zu achten, daß man sich nicht irrt, ob man das innere oder äußere Kabclende an A legt.
ln der Praxis verwendet man zu“ Fehlerbestimmungen die sog. W heatstoncsche Brücke, nenn man keinen speziell für diese Zwecke eingerichteten Apparat besitzt. Das Schema der Verbindung ist in Fig. 9 ge
geben.
Die Brücke ist durch A B dargestellt, und es ist A der Teil der Stöpsel, die Widerstände von 1/J0 bis 10 000 Ohm (oder ähnlich) enthalten. B ist die Hälfte der Stöpselreihe, mittels welcher man die Verhältniszahlen herstellt (gewöhnlich enthält diese die Widerstände 1, 10, 100 und 1000 Ohm). In den meisten Fällen muß man B = 1000 Ohm stöpseln.
Das Kabel ist durch K dargestellt, mit dem Fehler bei F. Die Zuleitungen sind lx und L, und diese Buchstaben bedeuten gleichzeitig die Kupferwiderstände der Leitungen. G ist das Galvanometer, mit dem Schlüssel S in seinem Kreise. In den Batteriekreis E wird man ebenso einen Schlüssel geben, wenn dieser nicht schon in der Brücke enthalten ist.
Es sind zunächst die 3 Kupferwiderstände zu messen, lXl l2 und x + ?/. Dann kommt die Herstellung des Gleichgewichtes, für welche die Gleichungen lauten
y + l2 = {x + lx) und lx -j-12 + x -f y io.
Die Auflösung derselben ergibt
A + B iv ■A B
A + B iv - (2)
N ach Bestimmung der Unbekannten x und y ist noch die Um
rechnung auf Längenmaß erforderlich. Sind di und d„ die den Wider
ständen entsprechenden Längen und L die Kabellänge, so ist dx = — r — L 1 z + y d, = y y L.
Es ist eine Kleinigkeit, mittels dieser Methode die Fehlerdistanz auf 1/10 Prozent genau zu bestimmen, wenn der Fehler1widerstand nicht größer als etwa 50 000 Ohm
und der Leiterwiderstand w noch genau meßbar ist. Ist ersterer zu groß, so reduziere man ihn durch Ausbrennen m it hoher Spannung.
Die Methode bietet keine große Genauigkeit mehr, wenn der Widerstand w der Kabel
seele sehr klein, also nicht mehr genau meßbar ist.
Da diese Methode, sowohl was Beobachtung als Berechnung an
betrifft, ziemlich umständlich ist, haben wir eine einfachere ausge
arbeitet und uns derselben seit 1893 bedient. Das Schema dieser neuen Methode ist in Fig. 10 dargestellt. Sie weicht darin von Fig. 9 ab, daß das Galvanometer an die Kabelenden angeschlossen ist, so daß die Hilfsleitungen lx und l2 in den Zweigen A und B liegen. Die Gleich
gewichtsbedingung lautet
B + l,
y = x + t * '
Die Leitungen lx und 1.2 haben selten mehr als einige Ohm Wider
stand, während A und B Hunderte oder Tausende von Ohm repräsen
tieren. Die Formel
V = Ä XB
ist also praktisch genau genug.
Wir können x und y auch direkt als Längen auffassen, so daß x -j- y — L — der Kabellänge.
Die Lösung der Gleichungen lautet dann -j-q—g X Kabellänge
ß X Kabellänge (3)
Nach dieser Methode kommt man also mit einer einzigen B e
obachtung aus. Auch genügt sie dann noch, wenn der Kupferwiderstand der Kabelseele außerordentlich klein ist.
Die Verbindung mit der W heatstoneschen Brücke ist nach dem Schema Fig. 11 zu machen.
Aus demselben ist zu ersehen, daß die Methode vier Leitungen vom Kabel nach dem Meß- zimmer verlangt, zwei für die Brücke und. zwei für das Galvano
meter.
Kontrollmessungen. Es em p
fiehlt sich immer, nach einer Lokalisierung noch eine Kontroll- messung zu machen, da ein Irrtum irgendwelcher Art An
laß zu großen Unannehmlichkeiten geben kann. Diese Kontrolle er
reicht man durch eine zweite Messung, einfach durch Vertauschen der Kabelenden am Meßapparat.
Es seien A x, B x und ä2, Bs die bei den zwei Einstellungen abge- lescncn Widerstände, so ist
y — - x = mx x und x — -f- y = rn„ ya2 woraus folgt y = m x m2 y oder
nij w 2 = 1.
Ist die Messung richtig durchgeführt, so muß also das Produkt der beiden Verhältnisse B : A gleich 1 sein. Da A immer gleich 10, 100 usw. gewählt wird, erfordert die Kontrolle keine spezielle Rechnung.
In der Praxis wird dieses Produkt selten genau gleich der Einheit.
D ie Abweichung, die 1% oder l/10 % usw. sein kann, gibt den Ge
nauigkeitsgrad der Messung an. Ist die Abweichung größer, so sind die Messungen zu wiederholen. Es ist gut, vorher nochmals die Verbin
dungen an Kabel und Apparat zu kontrollieren.
H at man m x gefunden, so kann man aus der Formel vu resp. B2 berechnen, was den Vorteil hat, daß man bei der zweiten Messung nicht lange herum zu probieren hat.
Empfindlichkeit der Meßbrücke. Die Genauigkeit einer Lokalisie
rung hängt in erster Linie von der Empfindlichkeit des verwendeten Galvanometers ab. Gegenwärtig verfügt man über Zeigergalvanometer, die alle Wünsche befriedigen.
In zweiter Linie ist die Empfindlichkeit des Apparates von der Stromstärke abhängig, die durch das Brückenviereck geht, also von der
Fig. XI.
Spannung der Batterie, dem Fehler widerstand F und dem W ider
stand W des Viereckes. Ist F sehr groß, z. B. über 50 000 Ohm, so ist es einerlei, welchen Stöpsel man für A wählt, da der W iderstand W immer kleiner als F bleibt. Ist aber F klein, z. B. 100 Ohm, so muß man den W iderstand W, also A auch klein wählen, um einen möglichst großen Strom zu bekommen.
W enn wir nur das Viereck A, x, y, B, Fig. 8 in Betracht ziehen, so hängt «an dessen Ecken immer eine bestimmte Spannungsdifferenz.
Der Galvanometerstrom (d. h. die Empfindlichkeit) wird um so größer sein, je größer der Spannungsabfall in den Ecken A x oder B y ist, oder je mehr die Werte von A und B den Ivabelwiderständen x und y gleichkommen.
Mit Hilfe der gegenwärtigen Apparate für Fehlerbestimmung wird eine Lokalisierung sehr ungenau, sobald der Kabelquerschnitt eine bestimmte Größe erreicht. Unter Berücksichtigung des Obigen läßt sieh aber eine Meßbrücke bauen, die diesem Übelstand abhilft.
Induktionsmethoden. Vor etwa 20 Jahren wurde vielfach Reklame gemacht, Fehler durch Induktionsmethoden zu finden; aber von prak
tischem Erfolge hat man nie etwas vernommen.
Hat man ein verlegtes fehlerhaftes Kabel, so isoliere man es am einen Ende. Das andere Ende lege man an eine Wecliselstrommasehine, deren zweiter Pol an Erde liegt. Dann erhält man einen Strom, der das Kabel an der Fehlerstelle verläßt und durch Erde oder Blei zurück
fließt. Sobald sich Strom und Rückstrom nicht vollständig aufheben, wird es durch empfindliche Apparate möglich sein, zu konstatieren, ivo die Induktion aufhört, bzw. wo der Fehler liegt. Nach alten B e
schreibungen bestand dieser Apparat aus einem großen, dreieckigen Holzrahmen, auf den sehr viel dünner Draht gewickelt war, und den man in der Richtung des Kabels weiter trug. Ein Telephon dient als Meßinstrument für die Induktion.
Neuerdings spricht G roves (Electr. LII, 1904, 1022) wieder von dieser Methode. Seine Spule enthält eine Meile Draht Nr. 18 sowie einen Eisenkern. Der Apparat ist auf einem Wagen mit Gummirädern montiert, der Eisenkern möglichst nahe am Boden. Strom für Belebung des Kabels wird dem Netz entnommen unter Vorschaltung von Wider
ständen oder ähnlich.
B a rn ard (gl. Ortes) hat 15 Jahre Erfahrung mit dieser Methode und sagt, sie wäre nur brauchbar für Längen von ca. 1% km, und auch nicht immer. Bei armierten Kabeln wäre sie sein: unsicher, und ganz unbrauchbar, woim die Kabel in Eisenröhren liegen.
Praktische Winke. Felilerbestimmungen in der Fabrik sind leicht auszuführen, auch für sehr große Querschnitte, weim man sich der Methode der 4 Meßleitungen bedient. In allen Fällen, ob der Querschnitt
klein oder groß, verlöte man an der Schnittfläche des Kupferseiles sämtliche Drähte sowie die Zuleitungen. Dann sorge man für gute Kontakte am Apparat. Wird nach Lokalisierung und Umrollen auf die bestimmte Stelle der Fehler nicht gefunden, so wird mit 100 Volt unter Zwischenschaltung einiger Glühlampen in Parallelschaltung angewärmt, wenn nötig ohne diese Lampen oder mit 500 bis 1000 Volt. Nach 15 Minuten soll die Erwärmung fühlbar sein. Dieses Anwärmen kann man unter gleichen Umständen auch bei verlegten Kabeln änwenden, wenn der Fehler aufgegraben ist, aber nicht gefunden wird.
Lokalisierungen auf der Straße sind immer aufregend, besonders in Gegenwart einer Volksmenge, und wenn Direktoren zur Eile drängen, ln diesem Falle muß man kühles Blut haben und methodisch arbeiten, sonst macht man böse Fehler.
Man beginne m it der Messung des Isolationswiderstandes des be
schädigten Kabels. Dessen Größe entscheidet, ob eine Lokalisierung überhaupt Erfolg hat. Dann messe man den Is.-W . des Kabels, das zur Schleifenbildung dienen soll. Wenn in Ordnung, lasse man die Schleife hersteilen, Leiter an Leiter gelötet, ohne Übergangswiderstand. Hab man keinen zuverlässigen Monteur zur Hand, so überzeuge man sich persönlich, daß die Verbindung gut und das Ende isoliert ist.
Jetzt wird der Kupferwiderstand der Schleife gemessen und an Hand der Längen- und Querschnitte kontrolliert. Ergeben Messung und R ech
nung große Unterschiede, so ist in irgendeiner Spleißmuffe eine schlechte Verbindung, oder der Leiter ist an der Fehlerstellc mehr oder weniger verbrannt. In beiden Fällen ist eine genaue Bestimmung nicht möglich.
Entschließt man sich zur Lokalisierung, so führe man Messung und Kontrolle aus sowie die Berechnung.
Bevor man Anordnungen zum Aufgraben gibt, sehe man nach, ob in der Nähe des gefundenen Punktes nicht eine Muffe liege. Ist dies der Fall, so kann man mit ziemlicher Sicherheit annehmen, daß der Fehler in dieser liegt, besonders wenn die Strecke viele Spleißmuffen aufweist. Erst wenn die Muffe aufgeniaclit ist und den Fehler nicht enthält, suche man ihn an der bezeichneten Stelle.
Abzweigungen an der Schleife stören die Lokalisierung nicht, sobald deren äußere Enden isoliert sind. W eist die Berechnung den Fehler auf einen Abzweigkasten, so liegt er entweder in demselben oder dann im abgezweigten Kabel.
Man kann Lokalisierungen auch ohne irgendeinen speziellen Apparat bis auf 1 % genau machen. Ein Stück dünner Eisendraht, ca.
1 Meter lang, einige Elemente und ein Telephon sind Sachen, die über
all aufzutreiben sind, wo man mit Kabeln zu tun hat, und diese genügen für den Zweck. Der Eisendraht wird an den Enden der Kabelschleife festgemacht und möglichst straff gespannt. Der eine Pol der Batterie
Fig. 12.
Es sei noch auf die Bücher von Dr. F r ö licli und von R a p h a el verwiesen, die das Lokalisieren von Kabelfehlern zu einer Spezial - forschung gemacht haben.
Der Apparat. Zum Lokalisieren von Fehlem empfehlen wir vor allem den Apparat von K al der B ros, in London, der seit 1905 auf unsere Veranlassung für Verwendung von vier Meßleitungen nach Fig. 10 gebaut wird und infolgedessen das einzige praktisch brauchbare Instrument ist. Alle anderen leiden daran, daß die Zuleitungen in B e
tracht gezogen werden müssen, was bei größeren Querschnitten die Messung illusorisch macht.
Der Apparat hat die Form eines Holzkästchens von 39 x 2 5 x 2 3 cm, wiegt S,5 kg und ist, wenn geschlossen, an einem Riemen tragbar.
Offen zeigt ihn Fig. 12. Die Batterie ist separat.
kommt an Erde und mit dem ändern schleift man langsam den Eisen
draht entlang, bis das Telephon, das auch zwischen die Kabelendcn ein ■ geschaltet ist, zur Ruhe kommt. Besser ist die Einstellung, wenn ein Beobachter den Batteriedraht verschiebt, während der andere das Telephon nur an einem Ende einklemmt und mit dem zweiten Draht am anderen Ende tupft. Den Gleichgewichtspunkt notiere man und messe die Längen A und B mit dem Zentimeter ab.
Dem Vergleichs widerstand A kann man die Werte 1, 10, 100 und 1000 geben, während der variable W iderstand B durch die Kurbel
widerstände 1— 10, 10— 100 und 100— 1000 in je 10 Stufen nach B e
lieben zwischen den Grenzen 1 und 1110 eingestellt werden kann. Ein Zeigergalvanometer nach D ’A rso n v a l mißt die Ströme. Für die Lei
stungen des Apparates siche Beispiele von Lokalisierungen auf S. 93.
Nebenbei bemerkt, dient der Apparat auch für Messungen von Isolations- und Kupferwiderstand und ist sogar in gewissem Grade für Kapazitätsbestimmungen brauchbar. Mit 100 Volt ist die Em p
findlichkeit des Galvanometers über 3000 Megolim per Grad. Da Zehntelgrade noch abschätzbar, kann man also Isolationswiderstände von 30 000— 35 000 Big. noch messen. Für Kupferwiderstände sind die Grenzen 1 : 1110 und 1000 X 1110, also geht der Bereich weit über das hinaus, was man in der Elektrotechnik braucht.
Dieser Apparat hat uns bei der Montage der Kabel im Simplon- tunnel ausgezeichnete Dienste geleistet. Er versagte auch nicht an den Stellen, wo die Temperatur 35° C betrug, und die Luft mit Feuchtigkeit übersättigt war, so daß die kleinste Temperaturdiflerenz genügte, um ihn mit einer Wasserschicht zu beschlagen.
Beispiele. Einige praktische Beispiele werden die obigen Theorien klarer machen.
1. Submarines Kabel (armierte Guttapercha-Ader) von 939 m Länge. Nach Formel (1).
Adorwiderstand = 11.83, Zuleitungen 1.058 und 1.012; also x + y
= 13.90 Ohm.
A = 100, B = 998, Fchlerdistanz vom äußeren Ende = 1.262 — 1.012 = 0.25 Ohm.
A — 1000, B = 100, Fehlerdistanz vom inneren Ende = 12.638— 1.058 = 11.58 Ohm.
Summe beider Distanzen — 11.83 = Aderwiderstand. Der Fehler liegt 20 m vom äußeren Ende.
2. Ein Dreileiterkabel vom Querschnitt S0/50/S0 und 275 m Länge zeigt zeitweilig Kurzschluß zwischen den Außenleitern. Ein Leiter ist zentral, die beiden anderen konzentrisch angeordnet im gleichen Abstand vom Zentralleiter. Nach Formel (3).
Die Bestimmung des Fehlers wurde mit transportablem Meß- apparat dürchgefülirt.
B = 1000 und A — 45 ergeben eine Fehlerdistanz von 263 m vom äußeren Ende des Kabels.
B = 100 und A — 2400 eine solche von 11 m vom inneren Ende.
Die Differenz beider Bestimmungen beträgt 1 m. Das Kabel wird aufgemacht, und bei l i m Distanz wird ein feiner Kupferdraht gefunden, der mit der Jute versponnen war.
3. 3 X 50 qmm für 6000 V, 455 m. Mit Apparat Nalcler nach Formel (3). Ein Leiter hat Fehler widerstand von 0.2 Megohm.
Lokalisierung mit 200 Volt.
Äußeres Kabclende: A = 100. Deutliche Ablesungen für B können bei 100 und 150 gemacht werden, also im Mittel B = 125, m i = 1.25.
Inneres Ende: A = 100, B — 80 als Mittel von 60 und 100.
m2 = 0.8; a lso w ^ q = 1.25 X 0.8 - 1.00. Die Lokalisierung ist richtig.
Fehlerdistanz vom äußeren Ende = 100 455 = 205 m. Man findet einen Riß im Blei.
4. 550 qmm Gleichstrom, 295 m. Is.-W . = 3000 Ohm. Batterie 100 Ohm, ohne daß der Apparat sich erhitzt; aber die Lokalisation ist unsicher. Apparat Nalder.
Äußeres Ende: A — 1000, B = 85 als Mittel von 60 und 110.
mx — 0.085.
Inneres Ende: A — 10, B = ca. 120, mx — 12 und mx m2 = 1.02.
Distanz des Fehlers vom äußeren Ende = 270 m. Der Fehler wird dort gefunden, aber erst nach Anwärmen m it 1000 Volt, unter Einschalten von vier Lampen in parallel. Ein Stahlsplitter, im Bleimantel einge
bettet, ist die Ursache des Fehlers.
5. Telephonkabel von 3 x 0.9 qmm. 1204 m lang. Is.-W . ca.
1 Megohm. Batterie 100 Volt. Apparat Nalder.
Äußeres Ende: A — 1000, B = 145, »q = 0.145.
Inneres E nde: A = 100, B — 690, m2 — 6.90, «q m2 = 1.0005.
Die Messung ist sehr genau und ohne Lupe gemacht trotz dos hohen Is.-W . Fehlerdistanzen = 1051.5 vom äußeren Ende und 152.4 vom inneren Ende. Summe = 1209.4 m. An der berechneten Stolle wird ein kleines Loch gefunden.
6. Telephonkabel, Draht von 0.8 mm mit 2 Lagen Para und Seide isoliert, unter Blei, 1000 m lang. Ein Draht hat 1— 2 Mg., die anderen
1000 Mg. Mit 100 Volt lokalisiert. Apparat Nalder.
Äußeres Ende: A = 1000, B = 490, m1 — 0.490.
Inneres Ende: A = 100, B = 205, m2 = 2.05. % » , = 1.0045.
Fehlerdistanzen 671 + 328 = 999 m.
Die Lokalisierung ist ebenso leicht als unter Beispiel 5.
Der Felder wird an der berechneten Stelle gefunden. Es fehlt dort eines der beiden Parabänder, und das andere ist nicht ganz ge
schlossen gewickelt.
7. 2 x 100 qmm für 3000 Volt, 402 m. Instrumente sind nicht zur Hand. Man rollt Lage um Lage um und wärmt mit 500 V für je 15 Minuten an. Ohne Erfolg. Es wird wieder rückwärts, auch erfolglos, umgerollt und angewärmt.
Dann wird ein Stahldraht von 0.3 mm und 200 cm Länge an die Enden des Kabels verlötet und m it 100 V und Bussole lokalisiert.
A = 67 gibt — 1°, A = 69 gibt + 1 ° Ausschlag, also A = 68 und B = 132 cm, oder es wird x = 265.3 und y = 136.7. Der Fehler wird, durch nochmaliges Anwärmen, bei 270 m gefunden.
8. An einem verlegten Kabel von 310 qmm und 453 m Länge ist ein Kurzschluß des Prüfdrahtes zu beheben. Dessen Kupferwiderstand ist unbekannt, und es wird vorausgesetzt, daß ein erheblicher!; bergangs- viderstand vorhanden ist.
Es steht eine zw'eite verlegte Länge desselben Kabels mit gutem Prüfdraht zur Verfügung, von 454 m Länge. Man verlötet ihn einer
seits an die Stirnseite des Leiters, und andererseits mißt man den W ider
stand von 6.747 Ohm für Prüfdraht plus Kabel. Dies gibt per Meter c = 0.01486 Ohm.
Darauf ging man zum fehlerhaften Kabel und bestimmte in ähnlicher Weise die Widerstände w1 und w2 von den beiden Enden aus. Es seien lx und l2 die Distanzen des Kontaktes in Metern von den Enden aus gemessen, / der Fehlerwiderstand und L die Kabellänge. Dann wird sein wq = c lx + / w2 = c Z, + / und lx + l2 = L.
Daraus findet man
7 _ 1/ L , " > ! - « > » ! _ 1/ L _ Wl - 3
h — /a-k-r 2 c 2 — '2 2 c
Die Messungen haben ergeben wq = 4.580 und w., — 2.378 Ohm, woraus unter Zuzug von c = 0.014 86 sich ergibt
— 300.5 m, l2 = 152.5 m, oder lx + l2 = 453 m,
was genau gleich der Kabellänge ist. Der Fehler würde 12 cm von der Schnittstelle entfernt gefunden. Die Kabel gehören derii städtischen Elektrizitätswerk in Frankfurt a. M.
Der üborgangswiderstand wird zu 0.20 Ohm berechnet. Zur Lokalisierung wurde der Apparat von Kaldcr verwendet.