GLÜCKAUF
Berg» und Hüttenmännische Zeitschrift
Nr. 44 28. Oktober 1916 52. Jahrg.
Die beim Betriebe elektrischer Grubenbahnen m it Oberleitung auftretenden Streuströme und die Frage ihrer Gefährlichkeit für die Sicherheit, des Grubenbetriebes1."
Von K. A l v c n s l e b e n , E rs te m E le k tro in g e n ie u r des D am pfkessel-Ü bcrw acliungs-V ereins d e r Zechen im O b erb erg am tsb ez irk D o rtm u n d zu E ssen.
In den Steinkohlenbergw erken des rheinisch-w est
fälischen B ezirks ist die. elektrische Zündung der Sprengschüsse durch die bergpolizeilichen Vorschriften des Königlichen O berbergam tes zu D ortm und seit dem Ja h re 1900 allm ählich eingeführt und durch die Berg
polizeiverordnung vom 1. J a n u a r 1911 allgemein vor
geschrieben worden. In diesen Z eitraum fällt auch die E ntw icklung der elektrischen F örderung u n te r Tage als E rsatz fü r die Pferdeförderung oder die m a
schinenmäßige F örderung m it K etten- und Seilbahnen.
Verschiedene Unfälle bei der Schießarbeit durch vorzeitige Zündungen der Sprengschüsse haben die A ufm erksam keit auf die Einw irkung der elektrischen Förderung, u n ter Tage auf die Sicherheit des G ruben
betriebes und besonders der elektrischen Zündung def Sprengschüsse gelenkt und das O berbergam t zu D o rt
m und veranlaßt, eine U ntersuchung der in Frage kom m enden V erhältnisse anzuregen. Diese U n ter
suchung ist von der elektrotechnischen Abteilung des Dampfkessel-Überwachungs- Vereins der Zechen im O berbergam tsbezirk D ortm und übernomm en und soweit zum Abschluß gebracht worden, daß die Veröffentlichung ihrer Ergebnisse erfolgen kann.
Die elektrische Förderung findet ganz überwiegend als Lokom otivförderung m it blanker O berleitung und Schienenrückleitung Verwendung! Von der Erzeugungs
stelle über Tage w ird die elektrische K raft im Schacht durch bew ehrte K abel in Form von D rehstrom von 1000 — 5000 V S pannung auf eine oder m ehrere F örder
sohlen geführt und hier in Um formern, die in Maschinen
ham m ern in der N ähe des F üllo rts untergebracht sind, in Gleichstrom von 220 V S pannung um geformt. In einzelnen Fällen w ird zum B etriebe der elektrischen Lokom otiven E inphasenstrom verw andt.
Von der Um form erstelle aus verzweigt sich die Ober
leitung m it 50 —SO qmm Q uerschnitt in den H a u p t
förderstrecken (Querschlägen, R ichtstrecken und G rund
strecken), deren Höhe 1,80 m nicht unterschreiten soll.
Die Isolatoren der O berleitung werden durch eiserne D übel u n m ittelb ar in der F irste oder an den K appen befestigt. Die Grubenschienen von m indestens 100 nun
1 Der Aufsatz erscheint gleichzeitig iu der Zeitschrift für das Berg-, Hütten- n n d Salinenwesen im Preußischen Staate.
Höhe und 16,kg Gewicht auf 1 lfd. m sind auf Schwellen von Holz oder Eisen verlegt, die entw eder u n m ittelb ar auf dem Gestein der Sohle aufliegen oder m it ausge
b ra n n te r Kesselasche oder Bergen (Kleinschlag) u n ter
sto p ft sind und deren Zwischenräum e in der Regel das
selbe M aterial ausfüllt. So findet sich neben und zwischen den Schienen m eistens eine feuchte, tonige, m it K ohlen
stau b und K ohlenteilchen durchsetzte Masse, die sich aus dem zertretenen und zerriebenen B ettungsm aterial, den von den Förderw agen abfallenden K ohlenstücken und dem vom W etterstrom von den W agen fo rtg e
blasenen K ohlenstaub bildet und die durch Berieselung feucht gehalten werden m uß. Die Schienenstöße.w erden durch Schienenverbinder verschiedener B au art ü b er
brückt, außerdem verbindet m an die Schienen in ge
wissen E ntfernungen quer durch K upferleituagen.
In den H auptförderstrecken laufen, parallel zur Oberleitung- und an dem Streckenausbau befestigt, R ohre von 5 0 - 8 0 mm D urchm esser fü r das zur Be
rieselung dienende W asser, D ruckluftro h re von 100 bis 150 mm D urchm esser sowie elektrische Kabel- und Signalleituhgen. Die zu r F örderung dienenden Loko
m otiven leisten 24 - 36 PS und ziehen 30 - 45 F örder
wagen, die m it eisernen Knebeln untereinander ver
bunden sind. Die Länge der elektrischen Bahnen hängt von der Ausdehnung des G rubengebäudes ab, das ganze Netz erreicht auf einzelnen Schachtanlagen bis zu 30 km.
Die Sicherheit der elektrischen Förderung u n ter Tage h a tte den Dam pfkessel-Überwachungs-Verein schon früher in der Frage beschäftigt, wie der Gefahr einer Bildung von Flam m enbogen durch zufälligen oder böswilligen Kurzschluß der O berleitung m it dem G ruben
ausbau usw. vorgebeugt werden könnte. Sie soll im folgenden n u r kurz b erü h rt werden.
F ü r die vorzunehm enden U ntersuchungen kam en in der H auptsache n ur die als S treu- oder v ag a
bundierende Ström e bezeichneten, an den S traßen bahnen bereits bekannten elektrischen Einw irkungen der Schienenrückleitung auf die Um gebung in Frage.
Bei allen ^elektrisch betriebenen B ahnen, bei denen die Gleise zur R ückleitung des Strom es b e n u tz t werden, entweichen aus ihnen diese Streuström e. W enn auch beim B au elektrischer B ahnen sowohl über als auch unter
926 G l ü c k a u f Nr. 44
läg e alle M aßnahm en getroffen werden, um S ireu- ström e in schädlicher Größe zu vermeiden, so ist es doch in dei Grube nicht im m er möglich, die Gleisanlage stets so instand zu halten, daß keine schädlichen S treuström e auftreten.
Die V erhältnisse der S traßenbahnen lassen sich nicht ohne w eiteres auf Grubenbahnen übertragen, w enn
gleich für beide die Gesetze und Bedingungen, u n ter denen S treuström e auftreten, die gleichen sind." Im m erhin ist es möglich, die E rfahrungen, die bei der U n ter
suchung elektrischer S traßenbahnen gewonnen worden sind, auch für U ntersuchungen an G rubenbahnen n u tzb ar zu machen.
Die Gleise der S traßenbahnen hegen auf festem Boden und sind der dauernden N achprüfung leicht zugänglich. Die hier auftretenden S treu
ström e gefährden vor allem die im Boden liegen-' den Gas- und W asserrohre durch die elektro
lytischen Einw irkungen, die als Anfressungen in Erscheinung treten.
Bei G rubenbahnen ist es schwierig, die V erbin-
"düngen an den Schienenstößen dauernd gut lei
tend zu erhalten, d a die Stoßverbindungen leicht infolge der Boden- und Schienenbewegungen t brechen, auch entw endete Stoßverbindungen nicht
sofort verm ißt w erden. Die Gefahren der Streuström e u n ter Tage liegen weniger in den elektrolytischen An
fressungen als in der E inw irkung auf die Sicherheit des G rubenbetriebes.
E s erscheint hiernach nicht gerechtfertigt, die vom Verband D eutscher E lektrotechniker erlassenen Vor
schriften zum Schutze der Gas- und W asserleitungen in allen Teilen fü r die A usführung von G rubenbahnen zu übernehm en, d a der beabsichtigte Schutz auf einem ganz ändern Gebiet liegt.
Die nachstehend behandelten Untersuchungen be
zweckten, folgendes festzustellen:
1. D as A uftreten und den Verlauf der Streuström e.
2. Ihre Einw irkungsm öglichkeit auf die Sicherheit des Grubenbetriebes.
3. Die gegebenenfalls erforderlichen Sicherheits- und Abwehrm aßnahm en.
U n tersuchungen über das A u ftre ten und den V erlauf der S treuström e.
A ll g e m e in e B e t r a c h t u n g e n .
Bei elektrischen Bahnen m it Schienenrückleitung w ird der eine Pol der D ynam om aschine oder der Samm el
schienen m it der O berleitung, der andere Pol m it den Gleisschienen verbunden. Diese V erbindungsleitungen werden als Oberleitungs- und Schienenspeiseleitungen bezeichnet.
D a die Schiene als R ückleitung b en u tzt w ird (bzw als H inleitung, wenn der Pluspol der Maschine m it ih r verbunden wird), so ist ein Pol der D ynam om aschine m it der E rde verbunden. H ieraus w ird oft irrtüm licher
weise gefolgert, daß nun dieser Pol das P o ten tial der Erde, also nach der üblichen Bezeichnungsweise das P o ten tial Null habe. D as w ürde jedoch n u r dann Zu
trau en , wenn, wie in Abb. 1 angenomm en ist, die Schiene isoliert verlegt u nd n u r am Speisepunkt bei der Maschine gut leitend m it der E rde verbunden wäre. Man könnte dies eine »konzentrierte Erdung« nennen. In diesem F äll nim m t der geerdete P u n k t A das P o ten tial Null an, fällt also m it dem »neutralen Punkt« N zusamm en.
In der Schiene fließt derselbe Strom J wie in der Ober
leitung. D a infolge des Ohmschen W iderstandes in der Schiene ein Potentialgefälle a u ftritt, haben die einzelnen P u n k te der Schiene eine nach dem S tro m e in tritts
pu nkt B zu stetig w achsende Spannung gegen E rde.
D er höchste W ert t r itt bei B auf.
In W irklichkeit ist aber die Schiene a u f i h r e r
Erde A bb. 1. S p a n n u n g bei k o n z e n trie rte r E rd i
>vv/v> / ~/‘' ' A 's/ss/ / / / / / Jn*J0 ~Je
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S c h i e n e
N D i
Erde B A bb. 2. S p a n n u n g bei v e r te ilte r E rd u n g .
g a n z e n L ä n g e m it der E rde verbunden (s. Abb. 2), und m an kö nn te im Gegensatz zu Abb. 1 von einer
»verteilten Erdung« sprechen. D a fü r die Strom - und Spannungsverhältnisse in der Schiene die in der Lokom otive v erb rau chte Spannung vollständig be
langlos ist, so kann m an sich den einen P ol der Maschine (in Abb. 2 den Pluspol) u n m ittelb ar m it P u n k t B verbunden denken. T atsächlich sind die im folgenden beschriebenen Versuche auch in dieser Schal
tu ng ausgeführt worden. D ann m uß natürlich die M aschinenspannung entsprechend niedrig gehalten werden. D as Potentialgefälle in der Schiene ist selbst
verständlich nach wie v or vorhanden, d. h. P u n k t B hat ein höheres P o ten tial als P u n k t A . Aus S ym m etrie
gründen w ird sich der neutrale P u n k t, der das E rd potential Null annim m t, je tz t in der M itte der Schiene befinden, d. h. bei B w ird das Schienenpotential positiv bei A dagegen negativ zur E rde sein. Bei B und auch noch w eiterhin nach der M itte zu werden nun infolge des P otentialunterschiedes Ström e aus der Schiene in die E rde eintreten, so daß die S trom stärk e in der Schiene von B nach A. zu stetig abnim m t und im P u n k t N den
\\ ert / „ erreicht. Zwischen N u n d A h a t die Schiene ein geringeres P o ten tial als die E rde. Infolgedessen werden d ort die Ström e w ieder aus der E rd e in die
28. Oktober 1916 G l ü c k a u f 927 Schiene zurücktreien. Die S trom stärke w ird also in
der Schiene vom W ert / „ bis zum P u n k t A wieder zu
nehm en, bis sie in A wieder denselben W ert ]„ erreicht hat, der dem P u n k t B von der Maschine aus zugeflosscn war. Die Sum m e aller zwischen B und N aus der Schiene austretenden »Streuströme« J e ist also gleich der Summe aller zwischen N und A in die Schiene wieder ein- tretenden Ström e. D er in der neutralen Zone vorhandene j Schienenstrom / „ i s t also gleich . D a m it,ist ein
einfaches M ittel zur F eststellung der 'S tre ü slrö m c gegeben, deren unm ittelbare Messung natürlich aus- güSclrlossen ist. Wenn näm lich der zugeführte Strom J 0 und (durch E inschalten eines Strom m essers in einen unterbrochenen Schienenstoß) die Schienenstrom stärke bei N gemessen wird, so ergibt sich als Summe aller Streuström e J e ~ J 0 - j n . Messlungen, die in dieser Weise angestellt worden sind; haben ergeben, daß bei altern G rubenbahnen 1 5 - 8 0 % der G esam tstrom stärke als Streuström e in die E rde gehen.
Die vorstehende B etrachtung gilt allerdings Hin
u n ter der V oraussetzung, daß der Ü bergangsw iderstand der Schiene gegen E rde auf der ganzen Schienenlänge denselben W ert hat. H at dagegen ein Teil der Schiene, z. B. infolge B ettu ng in feuchter, salzhaltiger Erde, einen besonders geringen Ü bergangsw iderstand zur E rd e ,-so w ird der n e u tra le ■ P u n k t m ehr nach dieser Stelle hin verschoben.
I'ern er tr itt eine Verschiebung des N ullpunktes ein, wenn der Strom der Schiene nicht in e i n e m P u n k t B, sondern in m ehrern voneinander en tfern t liegenden P unkten zugeführt wird. In diesem Falle rückt N m ehr nach A hin (s. Abb. 3).
B
N e u t r a l e s O e b ie f
Abb. :i. S p a n n u n g bei gleichm äßig v e rte ilte r B e la stu n g der Strccke.
Dieser Fall ist in der P raxis gegeben, wenn auf der Strcckc m ehrere Lokomotiven' in A bständen voneinander in B etrieb sind. Verbindet m an die am S ta n d o rt jeder Lokom otive gemessene und im Schaubild als O rdinate aufgetragene Spannung zwischen Schiene und E rde, so ergibt sich annähernd eine Parabel.
Die S pannung zwischen Gleis und Um gebung ist dem nach an der Schienenspeisestelle und an dem E nde der freien Strecke am größten. Bei gleichm äßig ver
teilter Gleisbelastung durch m ehrere Lokom otiven ist sie am Schienenspeisepunkt doppelt so groß wie an der Stelle der vom A nfangspunkt entferntesten Lokom otive.
V erändert werden diese Spannungsverhältnisse durch Abzweigungen der Gleise, durch unm ittelbare B erührung der Gleise m it R ohrleitungen und m it eisernen Stem peln, durch Stellen besonders g u ter Leitfähigkeit der Gebirgs- schicht usw.
Die ersten Messungen ergaben bereits, daß bei Grubenbahnen der Verlauf der S treuström e in nicht vorauszusehender Weise beeinflußt wird. E ine ganze Reihe n eu traler oder scheinbar n eutraler Gebiete w urde
gefunden, in denen keine Spannung zwischen dem Gleis und der Um gebung vorhanden war. Mit diesen neutralen Stellen fallen keineswegs die neutralen Stellen oder Gebiete geringster Spannungen zwischen den Schienen u n d den in der Strecke befindlichen M etalleitungen, wie R ohren, Signalleitungen, Kabelbewehrungen usw., zu sammen. An solchen Stellen treten vielfach Spannungen zwischen Signalleitungen, Rohren, Kabelbewehrungen und E rd e auf, ferner auch zwischen den einzelnen M etall
leitungen untereinander. Dies rü h rt daher, daß jede .der Leitungen von der ändern durch die A rt ihrer A uf
hängung an einem schlechten Leiter (Holzstempel oder -kappe) m ehr oder weniger isoliert geführt ist und Potentiale (Spannungszustände) von verschiedenen Stellen der Gleisanlage aufnim m t.
Wenn es sich darum handelt, Spannungen zwischen E rd e oder Gestein und m etallischen Leitungen oder Strom in der E rde selbst zu messen, m uß darau f R ück
sicht genommen werden, daß an M etallstäben, die m an zu diesem Zweck in die E rde tre ib t, P olarisations
spannungen auftreten, die die Messungen selbst beein
flussen können. U nter Verwendung von Haberschen uripolarisierbaren E lektroden ist es zw ar möglich, ein
wandfreie Strom - und Spannungsm essungen in der E rde vorzunchm cn. Dieses M eßverfahren konnte jedoch nicht angewendet werden, weil sich die M eßrahmen und die Tastelektroden nicht in das Gestein einbringen ließen. F ü r den beabsichtigten Zweck w ar es aber auch nicht nötig, derartige Messungen durchzuführen, weil es sich m ehr darum handelte, verschleppte Spannungen und die Ursachen für ihre Verschleppung festzustellen.
F ü r die Messungen w urden Präzisionsm eßgeräte, für die Spannungsm essungen solche m it hohem E igen
w iderstand ben u tzt, um durch Übergangsw iderstände hervorgerufene F ehler nach Möglichkeit einzuschränken.
Anfänglich w urden die Messungen w ährend des B e
triebes vorgenommen, um die V erhältnisse w ährend der Förderung genau zu untersuchen. D a die Spannungs
zustände von dem jeweiligen S ta n d der' Lokom otiven abhängen, der fortw ährend wechselt, u nd die L oko
m otiven dauernd anfahren oder stillgesetzt werden, so ergeben sich stark e Schwankungen in den zu messenden Spannungen, die durch selbstschreibende M eßgeräte aufgenommen wurden. Diese A rt der Messung , ergab jedoch kein genügend klares Bild, infolgedessen v e r
zichtete m an später darauf, w ährend de.s Betriebes zu messen, und nahm die Versuche nach Schluß des Be
triebes m it künstlicher, gleichbleibender B elastung vor.
Diese Messungen w erden an G rubenbahnen gegen
über S traßenbahnen dadurch besonders erschw ert, daß
■sie fast nu r nach der Schicht ausgeführt, werden können, also nur wenige Stunden zur Verfügung stehen, die zudem durch die V orbereitungen an der B ahn und die W iederherstellungsarbeiten nach den Versuchen noch bedeutend verringert werden, da die F örderung durch die Untersuchungen in keiner Weise gestört werden sollte. E s w ar auch nicht im m er möglich, die infolge der kurzen zur Verfügung stehenden Zeit unterbrochenen A rbeiten an einem der nächsten Tage fortzusetzen, weil sich die Gleisverhältnisse, wie die Versuche ergeben haben, sehr schnell ändern können, so daß Strom - und
928 G l ü c k a u f Nr. 44 S pannungsverhältnisse in den Gleisen schon nach
wenigen Tagen ganz andere sind als vorher.
Bei den Versuchen wurde eine gleichm äßige Be
lastung der Schienen zunächst durch die gleichzeitige E inschaltung m ehrerer festgebrem ster Lokom otiven erzielt. Hierbei erw ärm ten sich jedoch die Motoren sehr stark und konnten deshalb im m er nu r kurze Zeit ein
geschaltet bleiben, wodurch die Versuche sehr in die Länge gezogen wurden. D a aber für diese Messungen im m er n u r wenige N achtstunden zur Verfügung standen, m ußte die B elastung in anderer Weise hergestellt werden.
Ein W asserw iderstand w ar wegen der bei längerer D auer sich entwickelnden Dampfschwaden ausgeschlossen.
E ine gute Lösung w urde indessen in dem Kurzschließen von O berleitung und Schiene am E nde der Strecke ge
funden. Diese V ersuchsanordnung w ar s ta tth a ft, da alle zu untersuchenden Erscheinungen n u r von der B elastung der Schienen abhängen, w ährend die Ma
schinenspannung keine Rolle spielt. Am E nde einer Strecke w urde daher die O berleitung durch einen K upfer
d ra h t von etw a gleicher S tärke m it den Schienen ver
bunden, d. h. kurzgeschlossen, und die Spannung am Umformer so eingestellt, daß die S trom stärk e etw a den B etrag erreichte, der dem im B etriebe möglichen H öchst
w ert entsprach. D a die S treuström e und die zwischen Gleis und Gebirge auftretenden Spannungen den Gleis
ström en proportional sind, so sind hierbei auch die S treuström e und die vagabundierenden Spannungen am höchsten.
Die B elastung der Schienen konnte w ährend der Versuchsdauer ohne jede Schwierigkeit beliebig lange gehalten werden, so daß eingehende Messungen u nter gleichbleibenden Verhältnissen in verschiedenen Teilen des G rubengebäudes möglich waren.
Je höher die S trom belastung in einer bestim m ten Schienenlänge ist, desto höher ist auch der m eßbare Spannungsverlust in den Gleisen. Dieser kan n aus den W iderständen bei bestim m ter Strom belastung berechnet werden. In der nachstehenden Zahlentafel 1 sind die W iderstände für die gebräuchlichen Schienenprofile und der Spannungsverlust bei 150 Ämp Gleisbelastung an gegeben, sowohl bei fortlaufender Schiene, wenn die Stoßverbindungen w iderstandslos angenommen werden, als auch u n ter der üblichen Annahm e, daß sich der Gesamt w iderstand durch die V erbindung an den Stößen um 10% erhöht.
Z a h l e n t a f e l 1.
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S p a n n u n g von looo m Gleis hei 150 A m p oh n e j m it R ü c k sic h t au f
die S to ß v e rb in d u n g e n
V
4 14 1785 0,0912 0,0456 186,5 1 373 6 ,8 6 7,54
5 16 2040 0,0800 0,0400 213,0 426 6 ,0 0 6,60
0 18 2300 0,0712 0,0355 240,0: 480 5,32 5,86
7 2 0 2560 0,0640 0,0320 266,0 532 4,80 5,28
Bei dem Schienenprofil 5 von würde hiernach der W iderstand für
16 kg/m Gewicht 1000 m Gleis 0,04
Ohm betragen. D araus ergeben sich bei 150 Amp Gleis
belastung 150 - 0,04 6 V oder, m it dem üblichen Z u
schlag von 10% für die W iderstandserhöhung durch die Stöße, 6,6 V fü r 1000 m Gleis,
Zwischen dem Anfang und dem Ende des Gleises besteht also, wenn der volle Strom in den Schienen verbleibt, eine S pannung von 6,6 V ; sie w ürde bei 300 Amp, entsprechend etw a der S trom stärke zweier Lokom otiven, 13,2 V betragen. In dem gleichen Maße, wde sich die S trom belastung in den Gleisen ändert, ändern sich auch die sonstigen in der Grub c. au f t re lin d en Spannungen zwischen Gebirge und Gleis, Gebirge u n d R ohrleitungen usw.
M e s s u n g e n v o n S t r e u s t r ö m e n .
Die auf den einzelnen Zechen vorgenom m enen Messungen sind nachstehend zusam m engestellt.
1. Zeche L., doppelgleisige Bahn.
Die 4 Schienen des Doppelgleises w urden am E nde leitend m itein and er verbunden (s., Abb. 4). Bei kon
s ta n te r B elastung b etru g der Spannungsverlust in den einzelnen Schienenabschnitten von je 55 m Länge:
1, 0,9, 0,2 und 1,4 V.
1 \_________
-55m -
8
A bb. 4. M e ß a b sc h n itt a u s einem D oppelgleis zum V ergleich d e r S p a n n u n g sv e rlu s te d e r Schienen.
Aus der Verschiedenheit der Spannungen für die gleiche Gleislänge ergab sich schon, daß entw eder die W iderstände d er einzelnen Schienenstöße sehr v er
schieden w aren, oder daß die parallellaufenden M etall
leitungen, wie Rohre, K abel usw., die in fast allen großem Strecken vorhanden sind, an einzelnen Stellen sta rk an der S trom leitung teilnahm eri. Aus Messungen der Spannungen zwischen den Gleisen ergab sich au ch eine Verschiedenheit der W iderstände an den S to ß verbindungen, da andernfalls keine Spannungen zwischen den Schienen h ä tte n au ftreten können. So w urden an einer Stelle folgende W erte gefunden: 0,8 V zwischen den Schienen 1 und 2, 1,2 V zwischen l und 3, 0,2 V zwischen 1 un d 4, 2 V zwischen 2 und 3, 0,6 V zw i
schen 2 und 4, 1,4 V zwischen 3 und 4.
Die einzelnen Schienen nahm en also an der Strom - fortleitung ungleich teil, so daß die Spannungsverluste darin verschieden waren. D erartige U ngleichheiten können n ur auftreten, w enn die Stoßverbindungen v er
schiedene W iderstände aufweisen, wie z. B. als Folge abgefahrener oder gestohlener Schienenverbinder. Um trotzdem säm tliche Schienen zur F o rtleitu n g des Strom es heranzuziehen, werden zwischen den parallelen Schienen
stücken Q uerverbindungen angeordnet. D urch solche wiederholte leitende Querverbindungen der einzelnen Schienen m iteinander kann ein besserer Ausgleich er
folgen, wodurch die Spannungen zwischen den Gleisen
28. O k to b e r 1916 G l ü c k a u f 929' geringer und dam it auch die S treuström e und vaga
bundierenden Spannungen verm indert werden.
2. Zeche H., eingleisige Strecke in Flöz 5.
In der Strecke w urden die S pannungsverluste in den Gleisen in einzelnen Längen von rd. 100 m gemessen.
W enn die Schienen vollständig von der Umgebung isoliert und die V erbindungen an den Stoßstellen gut und von gleichem W iderstand sind, m uß, sobald der Strom für die Schienenspeisung gleichm äßig gehalten w ird, der V erlust auf 100 m Gleislänge der ganzen Strecke gleich sein. Sind die Schienen verbinden gut, trete n aber w esentliche Strom entw eichungen in die Sohle ein, so w ird der Strom in den Gleisen nach der M itte der Gleis
strecke zu geringer. Die Spannungsverluste für 100 m Gleis m üssen dem nach in der M itte geringer sein als an den E nden. Die Versuche ergaben aber, daß der neben den Gleisen liegende von kleinen, zertretenen Kohle
teilchen durchsetzte Schlamm verhältnism äßig gut leitete, so daß Strom entw eichungen aus den Gleisen au ftraten . Außerdem w urden durch u n m ittelb are oder m ittelb are leitende V erbindung der Gleise m it Stem peln und durch diese wieder m it R ohrleitungen, K abel
bew ehrungen und Signalleitungen Ström e aufgenommen und zum Teil durch das Gebirge fortgeführt.
F ü r d as hier verw endete Schienenprofil Nr. 5 von 16 kg/m Gewicht errechnet sich bei 150 Amp ein S pannungsverlust von rd. 6,5 V für 1000 m Gleis, wobei nicht berücksichtigt ist, daß die L eitfähigkeit durch den Nebenschluß der E rde verbessert wird. T atsächlich ergab sich ein Spannungsverlust von 15 V auf der rd.
1000 m langen Strecke, wobei die S pannungsverluste in den einzelnen Längen von 100 m zusam m engezählt wurden. Die Verluste in den einzelnen 100 m Längen w aren nicht gleich, sie schw ankten zwischen 0,7 und 3 V.
Die niedrigsten W erte lagen, wie es auch der R echnung entspricht, etw a in der M itte der Strecke. Die gefundenen hohen W erte können n u r durch Lockerung oder B ruch der Schienenverbinder erk lä rt werden. D arau f ist auch zurückzuführen, daß der beobachtete W ert für den S pannungsverlust in der 1000 m langen Strecke einen m ehr als doppelt so hohen W ert erreichte wie der er- rcchnete.
A bb. ö. S p a n n u n g bei B e la stu n g a m E n d e d e r S trecke.
Bei S traßenbahnen h a t die U m gebung der Gleise auf der ganzen Länge annähernd die gleiche L eitfähigkeit, so daß der Ü bergangsw iderstand von den Schienen zur E rd e für die L ängeneinheit des Schienennetzes im all
gemeinen keine großen U nterschiede aufweist. U nter Tage ist aber, wie bereits angegeben w urde, das M aterial fü r die E in b e ttu n g keineswegs gleichm äßig und dem entsprechend auch die L eitfähigkeit der Schienen
um gebung verschieden. Die V erhältnisse ändern sich noch m ehr durch die W asserverhältnisse in der Grube
und den Salzgehalt des Wassers. Viele Teile der Strecken sind trocken, in ändern ist die S chieneneinbettung dauernd m it salzhaltigem W asser d u rch trän k t. Ferner sind an verschiedenen Stellen Abzweiggleise, die nicht für elektrischen B etrieb dienen, angeschlossen. Diese können Ström e fortführen, die, jenachdem sie positiv oder negativ sind, an der Anschlußstelle ausstrahlend oder ansäugend wirken und die V erhältnisse u n te r Tage so beeinflussen, daß sie m it denen ü b er T age nicht ohne w eiteres verglichen werden können.
Bei annähernd gleichm äßig leitender Um gebung und einer Strom belastung der Schienen am E nde der Strecke gilt das vorstehende Schaubild (s. Abb. 5), d. h. die m it einem V oltm eter gemessene S pannung ist zwischen Schiene und E rde am E n de und am Anfang der Strecke am größten. Sofern die Spannung der Schiene am Ende- positiv zur U m gebung ist, m uß sie am A nfang negativ und in der M itte Null sein. D er
artige annähernd oder ganz n eutrale Gebiete fü r die Spannung zwischen Schiene und Um gebung sind bei den U ntersuchungen m ehrfach gefunden worden. D abei ist zu bem erken, daß infolge des hohen Leitungsw ider
standes des Gebirges und der Flöze von einem festen P o te n tia l der Gebirgsschichten nicht gesprochen werden kann. D as P o ten tial der Gebirgsschichten än dert sich längs der Gleisstrecke, wenn auch nicht in so hohem Maße wie in den Gleisen. Mit ändern W orten, in den Gebirgsschichten trete n elektrische S pannungen infolge der sie durchsetzenden S treuström e, auf, die einen B ruchteil der Gleisspannungen betragen un d sich pro
portional m it diesen ändern.
dt
Abb. G. V ersc h le p p u n g eines vo n d e r R o h rle itu n g au fg e nom m enen P o te n tia ls .
Anders noch stellen sich die V erhältnisse bei Mes
sungen zwischen R ohren, Kabelbewehrungen, Signal
leitungen und der Schiene dar. D a die R ohre usw. nicht wie über Tage in eine leitfähige Um gebung eingebettet sind, w irkt die Befestigung je nach A rt und Feuchtigkeit des Streckenausbau cs m ehr oder weniger isolierend, d. h.
ein an trocknen Holzstem peln befestigtes R ohr kann in solchem F all ein aufgenom m enes P o ten tial auf größere Längen fort tragen, d a das Holz als schlechter L eiter einen Ausgleich d er P o te n tia le des Rohres und der benachbarten G ebirgsschichten verhindert, so daß noch in großem E ntfernungen erhebliche Spannungen zwischen R o hr und E rd e zu messen sind. N im m t z. B.
eine R ohrleitung im P u n k te C (s. Abb. 6) das d o rt herrschende P o ten tial der Schienen an, sei es dadurch, daß an dieser Stelle ein Stem pel oder eine K appe aus Eisen, an denen sie befestigt ist, in gut leitender Ver
bindung m it den Schienen steh t oder in anderer Weise, so kann es dieses P o ten tial bis zum P u n k t A fortführen un d erhalten (das P o te n tia l w ird bis zum P u n k t A verschleppt) u n ter der obigen Annahm e, daß von C
930 G l ü c k a u l Nr. 44
bis A die A rt der Befestigung, für die stets n ur geringen vagabundierenden Spannungen isolierend w irkt. Eine Spannungsm essung bei A zwischen dem R ohr und der Schiene ergibt dann eine annähernd dem Spannungs-
\e ilu s t in den Schienen von A bis C entsprechende Spannung. P u n k t C ist dann scheinbar eine neutrale Stelle, da die S pannung zwischen Schienen und R ohr gleich Null ist.
Die R ohre können die P otentiale nicht nur in den B ahnstrecken, sondern auch von ihnen fort in andere Strecken verschleppen. Ebenso werden aufgenonnnene 1 otentiale auch von den übrigen in den Strecken vor- andenen M etallteilen, wie Schienen der Anschluß- strecken, Kabelbewehrungen, Signalleitungen und m etallenen W etterlutten, verschleppt. Jcnachdem diese untereinander m ehr oder weniger gu t leitend verbunden sind, nehm en auch sie das P o ten tial der benachbarten
■1 eile .an. Diese Angaben finden durch die nachstehenden
\ crsuchsergebms.se eine nähere E rläuterung.
3. Zeche H., B ahnstrecke in Flöz 5.
A bb. 7. S p an n u n g en zw ischen S chienen und R o h r in d e r B a h n stre c k e .
In der Strecke w urden alle 100 m die Spannungen zwischen D ruckluftleitu'ng und Schiene gemessen (s. Abb. 7). In B w ar der Schienenspeisepunkt. Aus dem Schaubild ist ohne w eiteres zu ersehen, daß etw a bei .v eine V erbindung zwischen R ohrleitung und Gleis vorhanden war. D as R ohr nahm das P o te n tia l des Gleises an dieser Stelle auf und ü bertrug es bis A, w ährend das P o te n tia l der Schienen infolge des Span
nungsabfalls durch die S trom belastung abnahm . Das R ohr konnte hierbei n u r Ström e von unbedeutender Größe führen. W äre das Rohr stark an der S trom lieferung beteiligt gewesen, so h ä tte auch hier ein Spannungsabfall stattgefunden und es w ürden keine hohen Spannungen am P u n k t A zwischen Gleis und R ohr aufgetreten sein.
4. Größere B eachtung verdienen die in einer B ah n strecke auf der Zeche A. u n ter folgenden V erhältnissen durchgeführten Versuche: Am E nde der B ahn am Flöz 17 w urde die K urzschlußverbindung zwischen Schiene und O berleitung hergestellt und die Spannung so gehalten, daß die Schienen m it 200 Amp belastet waren. Die verschiedenen Spannungen zwischen Schiene und den übrigen M etalleitüngen, wie R ohren und Signal- dräliten, in der etw a 1500 m langen B ahnstrecke sind aus den Abb. 8 - 10 zu ersehen.
Die Versuche sollten zugleich nächweisen, welchen Einfluß die aus besondern Gründen geforderten Ver
bindungen zwischen R ohren und . Schienen auf die Spannungsverteilung in den Rohren usw. haben. Hierauf w ird sp äter noch näher eingegangen werden.
Bei den Versuchen w aren einm al die m ehr oder weniger vollkom m enen Verbindungsleitungen in Ab
ständen von etw a 200 m zwischen R ohrleitungen und Gleisen hergestellt (Schaulinie I), das andere Mal ab geklem m t (Schaulinie II). Die Stellen, an denen sich V erbindungsleitungen befanden, sind durch Kreise an gedeutet. Man ersieht aus den Abbildungen ohne w eiteres den E influß, den die V erbindungsleitungen auf die S pannungsverteilung zwischen den m etallischen N eben
leitungen und den Gleisen in den B ahnstrecken haben.
. Hierbei m uß berücksichtigt werden, daß die V erbindung w irkungslos ist, wenn sie an ein R ohrstück geklem m t wird, dessen F lanschenverschraubungen hohe Ü ber
gangsw iderstände aufweisen (s. S. 931).
E /s \
\
N
A bb. 8. W a sserrohr-S chiene.
100 ¿ 00 3 0 0 100 500 600 700 800 000 1000 ftoo 1200 1300 m o m
A bb. !). L u ftro h r-S c h ien e .
iOO ¿00 300 100 500 600 700 800 300 1000 1100 1200 1300 1100 m
Abb. 10.? S ig n ald ra h t-S ch ien e .
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V ' L —■- —
z 7
100 ¿00 300 100 500 600 700 ,8 0 0 300 1000 1100 1201 1300 1100m
A bb. 11. W a sse rro h r-L u ftro lir.
S ch au lin ie I : m it R o h r-S c h ien e n v erb in d u n g e n . S ch au lin ie I I : o h n e R o h r-S c h ien e n V e r b i n d u n g e n . A bb. 8 - 1 1 . S p an n u n g en zw ischen d e n S chienen d e r B ah n
und M etalleitungen.
Außerdem w urden die Spannungen zwischen D ruck- lu lt- und W asserrohren gemessen. Wie aus Abb. 11 zu ersehen ist, trete n auch zwischen den einzelnen m etalli
schen N ebenleitungen, jenachdem sie m ehr oder weniger gu t isoliert sind, Spannungen auf. Schaulinie I läßt erkennen, daß auch noch Spannungen au ftreten , wenn diese Leitungen un tereinander verbunden sind. F ü r
28. O k to b e r 1916 G l ü c k a u f 931 diese geringen Spannungen w aren die V erbindungen
n icht genügend w iderstandslos.
Die V erhältnisse auf der Zeche A. wichen von denen auf der Zeche H. (s. Abb. 7) ab, bei denen zwischen R ohr und Gleisen erhebliche, der G esam tspannung in den Gleisen nahekom m ende Spannungen au ftraten . Diese U m stände d ürften als außergew öhnlich zu b etrach ten sein, weil hier die B efestigung der R ohrleitungen am hölzernen A usbau auf einer langen Strecke fast iso
lierend w irkte. In den m eisten Fällen führen die R ohre nahezu das P oten tial der Schiene, so daß erhebliche Spannungen zwischen R ohr und Schiene nicht auf- treten, d a schon bei m äßiger G rubenfeuchtigkeit ein Spannungsausgleich der m etallischen N ebenleitungen untereinander und m it den Gleisen sta ttfin d e t. Ebenso wie in den B ahnstrecken werden Spannungen auch in den anschließenden Strecken ausgeglichen. W erden also durch die R ohrleitungen P o ten tiale nach den der B ahnstrecke b enachbarten Strecken verschleppt, so findet ein Ausgleich s ta tt, der desto vollständiger wird, je entfern ter sich die Stellen von der B ahn befinden.
An einzelnen Stellen w urden nach E in treiben eiserner H aken in den S toß die Spannungen zwischen Flaken und Schiene gemessen. Man erhält so, von geringen P olari
sationsspannungen abgesehen, annähernd die S pannung zwischen dem Gebirge und den Schienen. So w urden bei Schienenbelastung von etw a 150 Amp Spannungen bis zu 15 V innerhalb der B ahnstrecke gemessen. Bei K urzschluß zwischen Schiene und H aken k on nte am eingeschalteten A m perem eter kein m eßbarer Strom nachgewiesen werden. E in m eßbarer Strom von einer z. B. der Schießarbeit gefährlichen Größe k önnte nur bei großflächiger B erührung von M etallteilen m it dem
u»
A b b . ',12. G ru n d riß des fü r d ie M essungen in B e tra c h t kom m en d en T eils d e r Zeehe H .
Gebirge auftreten, besonders wenn das Gebirge sta rk von salzhaltigem , also g u t leitendem W asser du rch
setzt ist.
Auffallend könnte der ungleichm äßige V erlauf der Schaulinien in den Abb. 8 - 11 erscheinen. H ierzu ist zu bem erken, daß die R ohre infolge der verschiedenen Ü bergangsw iderstände an den Flanschen keine gleich
m äßigen L eiter darstellen. Auf m ehrern Zechen w urde auch an verzinkten R ohren eine ganze Reihe von Flanschenverbindungen gefunden, deren Ü bergangs
w iderstand so hoch w ar, daß sie bei den geringen in Frage kom m enden Spannungen isolierend w irkten und ein Verschleppen der Spannungen verhinderten.
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ES2D S c h i e f e r IL--J S a n d s fe i n
A bb. 13. P ro fil nach d e r in A bb. 12 angegebenen L inie.
Wie aber die Ergebnisse des Versuches 3 auf der Zeche H. gezeigt haben, können ausnahm sw eise erh eb liche Spannungen zwischen Schienen und R ohren (s. Abb. 7) au ftreten , wenn die R ohrleitungen n u r an einer Stelle m it den Gleisen leitend verbunden, im übrigen aber von diesen u nd von dem Gebirge genügend isoliert sind. W enn auch ein allm ählicher Spannungs
ausgleich zwischen den Verlängerungsschienen der B a h n strecke über B hinaus un d den w eiterlaufenden R ohren stattfin d en w ird, so kann doch die am P u n k t B 12 V betragende Spannung noch in erheblicher E n tfern u n g hoch genug sein, um den Schießbetrieb zu gefährden.
Auf der Zeche H ., die sich infolge der g en ann ten E rscheinungen fü r eingehende V ersuche, besonders eignete, w urden in n ich t fü r L okom otivbetrieb ein
gerichteten Strecken Messungen angestellt. Die Abb. 12 und 13 zeigen die örtlichen Verhältnisse.
Bei der U ntersuchung des G rubengebäudes au f Streuström e w urde ein H öchstw ert im Querschlag der 4. östlichen A bteilung gefunden und d araufhin der Querschlag sowie die ganze östliche R ich tstrecke in Flöz 4% eingehend u ntersucht. Vom Schacht bis zum K om pressor II liegen ein H ochspannungskabel, dessen B ew ehrung im U m form erraum un d im K om pressorraum du rch V erbindung m it den Gleisen und R ohren geerdet ist, und eine W asserrohrleitung. Vom K om pressor
raum II fü h rt durch Flöz Zollverein eine V erbindungs
drucklu ftleitung zum K om pressor I. Die durch den 4. Östlichen A bteilungsquerschlag verlaufenden Schienen sind gelascht, ab er n ich t m it Schienenverbindern v e r
sehen. D as E rgebnis d er Spannungsm essungen zwischen den verschiedenen in der Strecke verlegten m etallischen
Leitungen zeigen die Schaulinien der Abb. 1 4 - 1 6 , und zw ar Schaulinie I, wenn das in der N ähe des Schach
tes am P u n k t C (s. Abb. 12) in das W asserrohr ein
gebaute Isolierstück leitend ü berb rückt w ar, und Schau
linie II , w enn die leitende jÜberbrückung fehlte. Die Schienen w aren in der beschriebenen Weise durch Kurzschließen der O berleitung m it den Gleisen an den Stellen A und B (s. Abb. 12) m it etw a 200 Amt»
belastet.
70 V
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7. <5?hachuöe 7Üf
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A bb. 14. W asse rro h r-K ab e lb ew e h ru n g .
A bb. 15. Wasserrohr-Schiene.
A bb. 16. K abelbew ehrung-S chiene.
A b b .1 1 4 - 1 6 . S p an n u n g en zw ischen d en S chienen einer b a h n fre ie n S tre ck e und M e ta lle ilm g e n .
In der in 13 gleiche A b schnitte geteilten östlichen R ichtstreck e in Flöz 41/ , w urden die Messungen an den sich ergebenden 14 P u n k te n vorgenomm en. Beim K om pressor I I lag der M eßpunkt 14, das in die W asser
leitung eingebaute Isolierstück befand sich bei Meß
p u n k t 2. Die M eßpunkte 1 1 - 1 4 w aren geradlinig gemessen etw a 1000 m von der elektrisch betriebenen B ahnstrecke im nördlichen F lauptquerschlag entfernt.
Als Isolierstück in der W asserrohrleitung diente ein außen und innen sowie an den Flanschen m it Gummi überzogenes R ohrstück.
D as im R ohr fließende W asser h a tte n u r ganz un wesentlichen Einfluß auf die Ergebnisse, d. h. die L eit
fähigkeit des reinen, nicht salzhaltigen W assers w a r zu gering, um im Nebenschluß zu den verhältnism äßig gut leitenden eisernen R ohrw andungen nennensw erte Ström e fortzuleiten. M it un d ohne W asserfüllung blieb die S pannung zwischen den R ohrstücken v o r und h in ter der Isqlierstelle unverändert.
Aus den Schaulinien der Abb. 14 - 16 ist ersichtlich, daß sich das W asserrohr die P o tentiale auf zwei v e r
schiedenen Wegen, aus der R ichtung vom Kom pressor und vom Schacht her, suchte. Bei Trennung der W asserrohre durch den E in b au des Isolierstückes w urden die Spannungen nicht ausgeglichen. D aher tra t eine erhebliche Spannung an der Trennungsstelle zwischen den R ohrstücken auf, was aus den sprung
haften Spannungsänderungen in den Schaulinien II der Abb. 14 und 15 ersichtlich ist. D urch leitende v erbm dung an der Trennungsstelle w urden die Spannungssprünge beseitigt,.w ie der Verlauf der Schau- hnien I dieser Abbildungen zeigt. Auf der ganzen untersuchten Strecke fanden keine nennensw erten Strom a u s tritte aus dem W asserrohr und der K abel
bew ehrung s ta tt, w as aus dem nahezu geradlinigen
\ erlauf der Schaulinien in Abb. 14 zu schließen ist, w ährend das Um biegen der Schaulinie I in Abb. 15 darau f h indeutet, daß in die Schienenleitung Ström e
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Schiene
W asserrohr
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Abb. 17. Stromrichtung der Streuströme bei unterbrochenem Wasserrohr.
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h-_________ _ (.} W asserrohr \
j 2.SV * Z. Schachf
Schiene
z Kompn
A b b .' 18. S tro m ric h tu n g d e r S tre u strö m e b e i'Ü b e rb rü c k u n g d e r T re n n ste lle des W asserreh rs.
ein- oder a u stra te n un d deren P o te n tia l beeinflußten.
Die zwischen K abelbew ehrung und Schienen gemessenen Spannungen w urden nicht oder n u r unw esentlich durch die leitende U berbrückung des R o hrtren nstü ckes beein
flußt. Dies beweist, daß die nach erfolgter Ü berbrückung des R ohrtrennstückes durch das R oh r fließenden Ström e nu r eine unwesentliche E inw irkung auf das P o te n tia l des Gleises un d wohl auch des Gebirges ausübten Die S trom richtung in der R ohrleitung, der K abelbew ehrung und den Schienen geht aus den Abb. 17 u nd 18 hervor.
Die Ström e kam en in allen drei Leitungen vom Schacht flössen in der R ichtung nach dem K om pressor und w urden schließlich im sp ätem V erlauf ausg estrahlt oder w eitergeleitet. Die bei den Versuchen an der T renn
stelle gemessene R o hrstrom stärk e b etru g e tw a '3 Amp.
Um den Einfluß des R ohrtrennstückes deutlicher zu zeigen, w urden die Spannungen durch zwei selbst-
28. Oktober 1916 G l ü c k a u f 933
Abb. 19. A ufzeicliunng des a m F lö z Z ollverein zw ischen L u ftro h r u n d Schiene ge
s c h a lte te n V o ltm eters.
A bb. 20. A u fzeichnung des am F löz 5 % zw ischen W a sse rro h r un d S chiene g e sc h a lte te n V o ltm e te rs.
schreibende V oltm eter aufgezeichnet, von denen das eine im 4. östlichen Querschlag am Flöz Zollverein zwischen L u ftleitu ng u nd Schiene, das andere am Flöz 5% in demselben Ouerschlag zwischen W asserrohr un d Schiene geschaltet war. A ußer dem Isolierstück in dem W asserrohr w urde auch die L u ftleitu n g im Flöz Zollverein am Querschlag der 3. östlichen A bteilung unterbrochen und m it abnelnnbarer Ü berbrückung versehen. Alsdann w urde alle 10 m in die Ü berbrückung sowohl der R ohrunterbrechung als auch des Isolier
stücks geöffnet und geschlossen, jedoch so, daß die Zeiten nicht zusammenfielen. Wie die Schaulinien der Abb. 19 und 20 zeigen, w ar die W irkung des Öffnens und Schließens der W asserrohrüberbrückung deutlich, w ährend die zeitlich dazwischen liegende Öffnung un d Schließung der L uftrohrüberbrückung ohne jeden E in fluß blieb. Auch an der T rennstelle der L uftleitu n g beim Ü berbrücken w aren keine Ström e festzustellen.
Die L uftleitung b rach te daher ih r P o te n tia l nich t von jenseits der Trennstelle, obwohl die L u ftleitun g h in te r ih r in die G rubenbahnstrecke führt. D as P o te n tia l der W asserleitung w urde durch den M etallkörper des Kom pressors auf die L u ftleitu ng übertragen, d a beide Rohrleitungen an den Kom pressor angeschlossen waren.
Gleichzeitig w urde noch der Einfluß der Verbindungen zwischen den R ohren und den Schienen in den B ah n strecken auf die vagabundierenden S pannungen außer
halb dieser Strecken festgestellt. Diese V erbindungen, die aus bestim m ten Sicherheitsgründen in den B ah n strecken zwreckm äßig erscheinen, w urden am Tage vor dem 'V ersuch auf ihre gu t leitende B efestigung durch W iderstandsm essung geprüft und in O rdnung befunden, zu Beginn des Versuches aber von m ehrern in die B ah n strecken geschickten A rbeitern nacheinander gelöst.
E in w esentlicher Einfluß dieser V erbindungen h ä tte sich im Ansteigen oder Abfallen der aufgezeichneten S pannung bem erkbar m achen m üssen. Vergleicht m an jedoch Anfang und E nde der Schaulinie, so ist ein E in fluß auf die Größe der vagabundierenden Spannungen an den etv'a 1000 m von der B ahnstrecke entfernten 'M eßstellen nicht zu erkennen. Dieses E rgebnis stim m t auch m it den B eobachtungen auf ändern Zechen überein.
M e s s u n g e n d e r L e i t f ä h i g k e i t v o n F l ö z e n u n d G e s t e i n s c h i c h t e n .
Die Größe der E rdström e ist wesentlich von der L eitfä h ig k e it. des U ntergrundes der Schienen abhängig. , D aher w ar es von B edeutung, die L eitfähigkeiten der Flöze und der Gesteinschichten zu erm itteln, da es nicjrt ausgeschlossen erschien, daß die Flöze bei besonders gu ter Leitfähigkeit zur V erbreitung von S treuström en beitragen könnten.
Zur U ntersuchung w urde zun äch st das 0,75 m m ächtige Flöz S1/! m it Schiefer im H angenden und Liegenden gew ählt, das n u r durch den nördlichen H a u p t
querschlag un d den 4. östlichdfi A bteilungsquerschlag in einem streichenden A bstand von 850 m. d u rc h ö rtert w ar und sonst u n v erritzt an stand , d a angenomm en werden konnte, daß die in ihrem Gefüge und Gasgehalt durch keinerlei A bbau beeinflußte Kohle etw aige E r scheinungen der L eitfähigkeit am auffälligsten zeigen
G l ü c k a u f Nr. 44 würde. Sodann w urden ein im A bbau befindliches Flöz
und die Gesteinschichten in seinem H angenden und Liegenden zum Vergleich herangezogen.
In dem K ohlenstoß des Flözes 5% w urden an den in Abb. 12 m it M I und M I I bezeichneten Stellen je drei B ohrlöcher von 3,5 m Tiefe hergestellt und in sie R undeisenstäbe getrieben, deren D urchm esser 30 mm b etru g und die Schneidenbreite des B ohrers etw as übertraf. D ie S täbe erhielten auf 1,50 m Länge eine feste V erbindung m it der Kohle, w ährend sie in der vordem Länge von 2 m einen geringen Spielraum im Bohrloch h atten .
A bb. 21. A n o rd n u n g d e r E le k tro d e n im F lö z 5 % a m H a u p t
q u ersc h lag (M eßstelle I).
A bb. 22. A n o rd n u n g d e r E le k tro d e n in d e r R ic h tstre c k e in F lö z 5 (M eßstelle II).
Außerdem w urden an der Meßstelle L e in e E lektrode 1,50 m in das Liegende, an der Meßstelle II eine E lektrode 1,50 m in das Liegende und zwei in das H angende 1,50 m und 0,50 m tief eingetrieben. D ie A nordnung der E lektroden ist aus den Abb. 21 und 22 zu ersehen. Im 4. östlichen Abteilungsquerschlag (Meß
stelle III) w urden dann noch zwei E lektroden 3 m tief in das Flöz Zollverein geschlagen, die auf eine Länge von 1,5 m m it der Kohle gute V erbindung hatten.
D a für die Strom zuleitungen und Spannungsm eß- lcitungen wegen der hohen K osten kein besonderes K abel beschafft werden konnte, w urden teils die Adern eines H ochspannungskabels, teils die O berleitung und teils die Adern eines Fernsprechkabels für die D urch
führung der Versuche ben u tzt. Diese konnten n a tu r
gem äß nur in der betriebsfreien Zeit nachts zwischen 12 und o U hr durchgeführt werden. Die Vorbereitungen erforderten jedesm al viel H ilfsm annschaften un d Zeit, so daß die Versuche in den ersten N ächten nicht glückten.’
Säm tliche G lühlam pen m ußten z. B. von der Ober
leitung en tfern t und am Morgen zu Beginn der Schicht ebenso wie die gelösten F ah rd räh te, H ochspannungs
kabel und Fernsprechkabel an- oder um geklem m t werden. Die M eßanordnung ist aus Abb. 23 zu ersehen.
Die W iderstände der S trom zuleitungen betrugen, aiiS . Länge und Q uerschnitt errechnet, zusam m en 4,745 Ohm, wie sich auch aus Strom - und Spannungs
m essung ergab.
In der Zahlentafel 2 sind die Ergebnisse der vor
genommenen Messungen zusam m engestellt.
v'V Die S pannungm eßleitung w urde an der Meßstelle I stets m it der S trom zuleitung verbunden un d an den Meßstellen II und I I I an eine E lek trod e gelegt, die, wie aus der Zahlentafel 2 zu ersehen ist, wechselnd strom - führend und nichtstrom führend war. Die M eßgeräte waren an der Meßstelle II eingebaut und w urden dort abgelesen.
Um die L eitfähigkeit der G esteinschichten zu be
stim m en, w urden S tark strö m e durch das Gebirge- ge
schickt und Strom - und Spannungsm essungen vorge
nommen. N im m t m an die S pannung u n m ittelb a r an den E isenstäben oder E lektroden ab, so gibt die Form el e = i • w oder w =
4
- keineswegs einen A nhalt fü r die Leitfähigkeit des Gebirges, da der W ert w n u r den W iderstand, der zwischen den E isenstäben a u ftritt, darstellt. E r ist noch abhängig von der Größe und Oberfläche der E isenstäbe, soweit sie in das Gebirge eingetrieben sind. Von diesem W iderstand fällt der H a u p ta n te il auf die u n m ittelb are U m gebung der E isenstäbe, weil sich die Strom linien an ihnen d ich t zusam m en
drangen und für den Strom in der N ähe der S täbe n u r ein geringer w irksam er L eitungsquerschnitt in B etrach t kom m t. Mit der E n tfernu ng von den S täben b re ite t sich der Strom aus, und daher kom m t für ihn ein großer bis nahezu unendlicher Q uerschnitt in Frage. D a die W iderstände, die sich dem S trom durchgang entgegen
stellen, sich nahe an den E isenstäben befinden, ist der Spannungsverlust u n m ittelb ar an den S täben auch am größten. Dies w urde bei einigen Versuchen in d er Weise fest gestellt, daß n u r durch einen Teil der E isenstäbe
28. Oktober 1916 G l ü c k a u f 935 Starkstrom durch das Gebirge geschickt wurde, w ährend
m an die freien E isenstäbe zu r Spannungsm essung benutzte. H ierbei wurde also die Spannung nicht zwischen den strom führenden S täben gemessen, sondern die S pannung b estim m t, die zwischen Stellen des Ge
birges in der N ähe der S trom stäbe herrschte. Wie auch die Theorie und die Anschauung ergeben, zeigte sich,
Z a h l e n t a f e l 2.
suchsVer
reihe Nr.
M eßstelle I
Strorn- zuieitung an
M eßstelle
Amp
.
I I Volt- metcr- leltuuif nuElek- trode
V
^ c a c
H | | n f Ohin E l. ljE l. 2 E l. 3
1 die E le k 4,8 2,8 1,5 1 180 22
I 2 tr o d e n 1, L 8 3,4 — 1 ISO 22
3 2 u n d 3 — 4,3 2,1 1 80 12,5
4 — 5,2 — 1 68 13
e F. i E l. 4 E l. 3
1 _— 0,12 — 4 228 1900
2 5,2 . 0,12 2,1 4 184 24,8
I I 3 desgl. — — 2,1 4 78 37
■I 5,5. ____ 2,0 4 78 10,4
- 5 5,5 — 4 64 11,6
E l. ljE l. 5 E l. 3
1 — 2; 3 — 5 216 94
2 5,5 1,1 — 5 188 30
I I I 3 desgl. 4,9 0,9 1,9 5 184 24
'4 5,5 — 2,1 5 76 10
5 — — 3,5 5
'
40 11,4
. E l. 1
■ E l. 6 E l. 3 ■
1 1,4 — , G' 221 170
2 .--- 0,6 G 224 373
3 --- 0,4 --- 6 224 558
IV 4 desgl. 5,5 0,12 6 192 34
5 5,3 0,1 2,1 6 184 21,5
0 5,5 --- 2,1 6 72 9,5
7 — — 3,5 6 36 10.
E l. 1 E l. 2 E l. 3
1 0,2 — — 4 224 1120
2 die E le k tro 0,1 0,7 — 4 224 280
V 3 d e n 1, 2, 3 0,1 0,7 0,1 4 224 250
1 u n d 4 0,1 0,1 4 228 1140
5 — 0,8 0,1 4 224 250
C — 0,9 0,1 6 228 228
E l. 1 E l. 4 E l. 5
1 die Schienen 5,2 — — 1 164 31,5
2 d e r e le k tr i 4,9 — 1,2 1 156 22,3
3 schen B ah n 4,8 0,1 1,3 1 156 22
V TV i 4 im nördli- — — 1,7 5 188 111
5 c h e n H a u p t- 3,4 — 1,5 5 168 34
G q u ersc h lag 3,35 0,1 1,5 5 168 34
7 (s. A bb. 24) 3,35 — 5 168 50
8 — — 0,1 5 200 2000
M e ß stelle I I I Amp
E l. 1 ; E l, 2
1 3,5 i 5,5 2 188 20,9
VIT 2 desgl. ' 4,2 7,2 2 184 16
3 — 8,2 2 196 24
1 — 4,6 1 56 12
2 d ie E le k 0,1 1 196 32
V I I I 3 tro d e n 1, 2 6,8. 2 84 12,3
4 u n d 3 7,7 2 96 12,5
5 : ' W . ;
•• 6,1 3,5 I 248 25,8
N a c h p r ü f m e s s u n g e n .
V er
su ch s
reihe Nr.
Strom zulcitung Amp
V oltm etcr- leitung
V Ohm
Meßst.
I anElek-
troden Meßst.
11
anElek- troden
Meßst.
I an E lek
trode Meßst.
II an E lek
trode
i 1, 2 , 3 1, 2 , 3 5 3 3 115 23
I X 2 1, 2 , 31, 2 , 3 3 , 1 3- 3 70 22,6
3 1, 2 , 3 1, 2 , 3 3 , 8 3 3 80 21
1 L 3 1, 3 3, 9 3 3 70 18
2 1, 3 1, 3 3, 9 2 2 2,8 0,718
3 3 3 3 2 2 10 3 ,3 3
A 4 3 3 3 4 4 5 1,66
5 3 3 3 , 2 5 4 4 7 2 ,1 5
6 3 3 3 2 2 10 3 ,3 3
daß fast der ganze zwischen den Meßstellen auf treten de Spannungsverlust auf die un m ittelb are U m gebung der S täbe entfiel. Zu den W iderständen in un m ittelb arer Nähe der E isenstäbe trete n auch noch die Ü bergangs- w iderstände zwischen Eisen und Gebirge, die dadurch
entstehen, daß die B erührung zwischen E isenstab und Gebirgsschicht nicht w iderstandslos ist.
W ährend des Strom durchgangs w urde an den E isen
stäben auch ein eigenartiges K nistern bem erkt, das sich m it w achsender Strom belastung v erstärk te. E s tr a t n ü r an den S täben in der Kohle, nicht an denen im Gestein auf. Man k önnte v erm uten, daß durch u n vollständige B erührung eine F unken entladu ng zwischen E isenstab und Kohle a u ftritt, jedoch ist bei der B e
schränkung des K nisterns auf die Kohle eher anzu
nehm en, daß durch den Strom durchgang eine E n t
gasung der die S täbe um gebenden K ohle s ta ttfin d e t.
D adurch w urde auch der Ü bergangsw iderstand an den S täben in der Kohle erhöht. Bei dauernder S tro m belastung nahm daher die S trom stärk e etwas ab. Aller
dings w urde auch an den S täben im Gestein eine S tro m a b n a h m e bei dauernder B elastung festgestellt, diese
ist aber verm utlich auf P olarisation un d auf die Ver
m inderung der natürlichen G ebirgsfeuchtigkeit in der Um gebung der S täbe zurückzuführen.
Die H öhe der S trom stärke, die bei b estim m ter Spannung durch das Gebirge geschickt wird, g ib t nach den vorstehenden D arlegungen n u r V ergleichswerte über die höhere oder geringere Leitfähigkeit der Gebirgs- schichten. A nnähernd läß t sie sich aber auch aus den Meßergebnissen errechnen. Der O beringenieur der Siem ens-Schuckertwerke Dr. M i c h a l k e h a t eine d er
artige B erechnung durchgeführt un d fü r den vorliegenden Fall den W iderstand von 1 cbm messenden W ürfeln von Kohle und Sandstein zu rd. 40 un d 700 Ohm bestim m t.
Zum Vergleich sei angegeben, daß für einen E rd bo den
w ürfel von 1 cbm in wenig angefeuchtetem Z ustand W erte von 100 und 1000 Ohm, je nach dem Salzgehalt des Bodens, gefunden w orden sind.
Wie groß der U nterschied in der Leitfähigkeit von Kohle und Gestein ist, geht aus den Ergebnissen von Messungen hervor, bei denen an der Meßstelle II wechselnd Strom elektroden im Gestein u nd in der Kohle verw andt wurden. Der W iderstand zwischen den Strom elektroden im Gestein w ar 50 bis 100 fach höher als in der Kohle,
