Предлагаемое устройство дает возможность находить искомое сопротивление заземления одним отсчетом, не требующим никакого расчета. Тогда при известных обстоятельствах можно будет обойтись без вспомогательных источников тока и вспомогательного заземления. Для этого параллельно с измеряемым сопротивлением заземления, через которое пропускается какой-нибудь измерительный ток (переменный ток), включается регулируемая часть постоянного сопротивления; в этой введенной части измерительным током индуктируется напряжение, противоположное напряжению сопротивления заземления. Если это напряжение введенного сопротивления отрегулировано так, что оно уравновешивается напряжением сопротивления заземления, то сопротивление заземления равно непосредственному отсчету введенного сопротивления, помноженному на коэффициент трансформации.
На фиг. 1 изображено устройство, при котором ток, служащий для измерения и идущий в заземление, возник вследствие повреждения какого-нибудь провода переменного тока; на фиг. 2 - стационарные источники для тока, пропускаемого через измеряемое сопротивление, при чем в качестве обратного провода употребляется либо емкость неповрежденных проводов той же сети, либо постоянное заземление; на фиг. 3 - устройство с переносным источником тока и с вспомогательным заземлением; на фиг. 4 и 5 - диаграмма для об'яснения варианта включения с целью нахождения места нуля; на фиг. 6 - вариант этого устройства с добавочными конденсаторами; на фиг. 7 - форма выполнения, в которой указатель приключен при помощи трансформатора, первичная обмотка которого заземлена одним полюсом; на фиг. 8 поясняется применение особого трансформатора для присоединения указателя и добавочного вспомогательного провода и на фиг. 9 изображено устройство приключенного определенным образом шунта для защиты указательного приспособления.
При устройстве по фиг. 1 предполагается, что служащий для измерения ток i1, который идет в заземление е, получился вследствие повреждения какого-нибудь провода переменного тока. В проводник, идущий к заземлению е, включена первичная обмотка р трансформатора, в цепь вторичной обмотки s которого включены через постоянное сопротивление, например, b1, b2 и (в данном случае) амперметр а. Зажим b1 сопротивления связан с зажимом k2 первичной обмотки р. Коэффициент трансформации может быть любым, например, 1:1. Между движущимся по мостику контактом с и зондом d, который воткнут в землю, на некотором расстоянии от заземления е включен телефон t. Измерительный ток возбуждает в почве между е и d напряжение, увеличивающееся с увеличением расстояния зонда от заземления е. Навстречу этому напряжению включается напряжение, которое берется от части r сопротивления мостика, при чем контакт с передвигается до исчезновения гудения в телефоне, т.-е. через зонд d ток не протекает.
Пусть W будет сопротивлением между заземлителем е и проходящей через место установки зонда d эквипотенциальной поверхностью, и пусть измерительный ток i1 равен отсчитываемому по амперметру току в мостике (коэффициент трансформации 1:1) тогда W равно той части r мостика, которая ограничена контактами b1, с, и может быть прочитана на шкале непосредственно в омах.
В описанном примере ток повреждения использован, как источник тока для определения сопротивления. Можно также обойтись без вспомогательного или противодействующего заземления, когда ток повреждения замыкается через емкость неповрежденных проводов относительно земли, так что эти провода служат обратным проводом к генератору.
Этим приемом рекомендуется пользоваться, когда, например, при приеме вновь построенной линии передачи нужно найти сопротивление заземления отдельных мачт. Такое устройство показано на левой стороне фиг. 2. Провода R, S, Т натянуты на железных мачтах m, n, о, р....., при чем все мачты заземлены. Напряжение генератора g на центральной станции регулируется так, чтобы идущий в землю ток i1 не мог быть больше желаемой величины. При помощи переносного шеста, снабженного крючком и проводом, зажим k1 (фиг. 1) соединяется с одной фазой, напр., Т. Зажим k2 соединяется с заземлением е или с железной мачтой n и зажим k3 с зондом d, который втыкается в землю на соответственном расстоянии от е, т.-е. примерно на расстоянии от 10 до 20 м от мачты n. Так как во время измерения ток, протекающий через зонд, путем перемещения контакта с доводится до нуля, то для этого достаточна короткая палка с острием, которая втыкается в землю на глубину 25-30 см. Если ток в телефоне t и зонде d равен нулю, то сопротивление распространению заземления е мачты n равно сопротивлению отрезка b2 b2 с мостика и без всякого расчета отсчитывается на шкале в омах. После раз'единения зажима k2 от места заземления е, снятия крючка с фазы Т и вытаскивания зонда d из земли все приспособление переносится к следующей мачте; там повторяется тот же прием, без потери времени на закапывание вспомогательных заземлений.
Если генератор g на центральной станции не может быть применен описанным образом в качестве источника тока, то можно, как это указано на правой стороне фиг. 2, приключить фазу Т и вспомогательное заземление е к вторичным зажимам трансформатора f, который питается от какого-нибудь источника переменного тока. Посредством преобразователя f можно привести фазный провод Т к подходящему напряжению, при чем измерение может быть выполнено согласно вышеприведенного.
Когда стационарного источника тока не имеется, как это бывает, например, когда приходится определять сопротивление распространению заземляющих пластин громоотводов, то можно применить включение по фиг. 3. В этом случае источником тока q служит, напр., переносный ручной индуктор, один полюс которого соединен с зажимом первичной обмотки р, а другой приключен к вспомогательному заземлению. Это может быть применено для измерения любых других безиндукционных сопротивлений. В описанных до сих пор устройствах указателем служит прибор переменного тока, предпочтительно телефон. Они не вполне достигают своей цели в случае отыскания места нуля - когда ток в указателе исчезает, так как вследствие небольшой разности фаз между током сопротивления заземления и током регулируемого сопротивления, происходящим от повреждения фазы трансформатора, - ток в указателе никогда не будет равен нулю.
Таким образом, регулировка происходит только доведением силы звука в телефоне до минимума. Кроме того, телефон, с одной стороны, не позволяет узнать, в какую сторону должна происходить регулировка сопротивления; с другой стороны, точность установки на минимальную силу звука, как известно, не очень велика.
Для устранения этих недостатков употребляется, в качестве указателя, обычное сочетание амперметра постоянного тока с приспособлением для выпрямления переменного тока, при чем фаза в выпрямителе устанавливается таким образом, чтобы, при равенстве сопротивления включенной части, остающийся в указательном приспособлении ток не производил никакого влияния на стрелку указателя тока. При этом, указательное приспособление хорошо защищается против вредных токов добавочными включениями, благодаря чему точность результатов измерений может быть еще улучшена.
Для замены телефона прибором постоянного тока с выпрямителем, в случае применения гальванометра в качестве указательного прибора, в предлагаемой схеме выпрямление пришлось бы установить так, чтобы включение и выключение происходило в те моменты, когда измерительный ток, полученный от источника тока, меняет свое направление. Но при этом, в данном случае, указательный прибор никогда не может быть отрегулирован на нуль. Согласно предлагаемого устройства, возможно применение нулевого метода посредством соответственной установки выпрямителей, после того, как устранены причины названных недостатков. Это устройство основано на том, что при прохождении тока в регулируемом сопротивлении, благодаря включенному в цепь измерительного тока преобразователю, происходит непреднамеренный сдвиг фаз индуктированного тока или, точнее, отрицательно взятого индуктированного тока по отношению к первичному току. Вследствие этого сдвига фаз, сравниваемые падения напряжения в земле и в регулируемом сопротивлении не имеют одинаковых фаз, в результате, возникающую в указательном приборе разность напряжений, которую желают привести к нулю, никогда нельзя сделать равной нулю. На фиг. 4 изображены эти соотношения: i1 - измерительный ток (проходящий через заземление), падение напряжения которого в земле нужно привести к одинаковой фазе; i2 - ток в регулируемом сопротивлении, полученный от преобразователя тока, имеющего в качестве первичного тока измерительный ток i1 (его напряжение совпадает по фазе с напряжением регулируемого сопротивления). Присоединение регулируемого сопротивления к зажимам вторичной обмотки производится при этом в таком смысле, что токи, которые проходят в сопротивлении заземления и регулируемом сопротивлении слева направо, смещены, примерно, не на 180°, но почти совпадают по фазе. Токи i1 и i2 приняты одинаковыми. При равенстве регулируемого сопротивления и сопротивления заземления падение напряжения в указательном приспособлении должно быть равно нулю. Но, так как оно пропорционально току i1-i2,,то оно никогда не может быть равным нулю,так как фазы i1 и i2 не могут совпадать. Таким образом, получают в указательном приспособлении только уменьшение тока до некоторого минимума.
Для того, чтобы этот ток не оказывал влияния, устанавливается приспособление для выпрямления, напр., нажимной контакт, который прерывает цепь переменного тока каждые полпериода таким образом, что переключение происходит в тот момент, когда ток i1-i2 достигает своего положительного и отрицательного максимума. На фиг. 5 изображен ток i1-i2. Моменты времени, которые изображены линиями I и II, используются для переключения, так что во время включения тока он имеет в течение половины времени положительное направление, а в течение остального времени - отрицательное направление, так что влияние тока в гальванометре уничтожается. Заштрихованные площади на фиг. 5 показывают изменение силы тока во время включения. Разность между падением напряжения в регулируемом сопротивлении и падением напряжения в заземляющем сопротивлении, наоборот, еще довольно сильно влияет на гальванометр. Падения напряжения в обоих сопротивлениях совпадают с фазами токов i1 и i2; поэтому их фазы почти совпадают. Разность фаз между i1 и i2 на чертеже для ясности преувеличена. Если оба падения напряжения не только не совпадают по фазам, но, кроме того, не равны по величине, то помимо разницы е1, зависящей от разности фаз, возникает еще напряжение е11, вследствие разницы в величине напряжений. Ток i1-i2 от напряжения е1 не действует. Но ток от е11 сдвинут относительно его примерно на 90°. Таким образом, моменты переключения I и II тока от е11 совпадают почти с моментами перемены направления, т.-е. практически вполне включается или положительная или отрицательная половина периода.
Согласно фиг. 6-9, источник тока 1, предпочтительно индуктор, доставляет ток i1, который посылается через испытуемое сопротивление, напр., сопротивление заземляющей пластины 2. Измерительный ток i1 проходит от заземляющей пластины 2 к вспомогательному заземлению 5 и оттуда обратно к источнику тока 1. На пути тока включен зонд 3, который служит для присоединения указательного приспособления 4. Во внешнем контуре цепи тока лежит первичная катушка 6а преобразователя тока 6, вторичная катушка 6b которого замыкается через регулируемое сопротивление 7. В образованной из 6b и 7 цепи протекает ток i2. Регулируемое сопротивление соединено одним полюсом с проводом заземленной пластины 2. На регулируемом сопротивлении расположен скользящий контакт 8. Между скользящим контактом 8 и зондом 3 находится указательное приспособление 4, которое состоит из гальванометра 4а и соединенного с ним приспособления для выпрямления, предпочтительно, прерывателя 4b, который выключает полпериода проходящего между контактом 8 и зондом 3 переменного тока. Прерыватель приводится в действие валом, который связан с источником тока 1 таким образом, что прерывание происходит с частотой источника тока. Вал обозначен пунктирной линией 9. На валу находится эксцентрик 10, вращением которого вокруг оси 9 фаза прерывания может быть отрегулирована. В цепи измерительного тока может быть помещен переключатель 11, который допускает пропуск, посредством подвижного контакта 12, измерительного тока не через всю первичную обмотку 6а преобразователя тока 6, а только через часть. Таким образом, определяется возможность переключения преобразователя для изменения коэффициента трансформации. При установке на нуль гальванометра 4а сравниваемые сопротивления обратно пропорциональны токам i1 и i2. Таким образом, можно при помощи эталона сопротивления измерять сопротивление заземления, изменяя коэффициент трансформации преобразователя тока. В описываемой до сих пор схеме может быть уничтожено еще влияние на указательное приспособление источника повреждения, образующего постоянный ток, а именно, электродвижущей силы земли. Это производится установкой добавочных обычных известных средств для выключения постоянного тока в соответствующих местах включения. Фиг. 6 показывает, напр., расположение конденсаторов 13а и 13b между землей и местами входа и выхода провода измерительного тока. Эти конденсаторы могут одновременно быть использованы для компенсации в цепи измерительного тока индуктивных, остающихся сопротивлений. В этом случае зависимость сдвига фаз между током и напряжением от изменения частоты сравнительно будет велика.
Схема по фиг. 7 имеет- целью устранить последний недостаток; в этой схеме указательное приспособление 4 включено не непосредственно между зондом 3 и скользящим контактом 8, а через изолирующий трансформатор 14, первичная обмотка которого лежит на зонде и скользящем контакте. Образованный электродвигательной силой земли в первичной обмотке 14 постоянный ток не производит никакого влияния на вторичную обмотку. Изменение намагничивания трансформатора постоянным током безвредно, так как оно не влияет на установку на нуль.
Расположение изолирующего трансформатора, согласно фиг. 8, может быть одновременно использовано, чтобы избежать возможного влияния на указательный инструмент токов, образованных повреждением, например, вследствие недостаточной изоляции постороннего источника тока, преимущественно сети. Пусть, например, ток, повредивший изоляцию, входит в заземленный провод и разветвляется, при чем одна часть тока идет через указательное приспособление, через зонд, в землю. Эту ошибку можно устранить, если на указательный прибор будет действовать другой ток, направленный против тока повреждения, влияющего на показания (равный ему по величине и совпадающий по фазе). Это достигается вышеупомянутым изолирующим трансформатором 14, снабженным двумя первичными обмотками 14а, 14с, которые включены в цепь тока повреждения симметрично, параллельно, так что ток повреждения проходит по ним двумя равными половинами. По отношению к вторичной обмотке 14b они включаются в противоположном направлении, так что действие тока повреждения на нее равно нулю. Таким образом, изолирующий трансформатор 14 выполнен как дифференциальный трансформатор и содержит включенные параллельно друг против друга две первичные обмотки 14а и 14с. Вышеупомянутая часть тока повреждения идет через части схемы 6b, 7, 8 в первичную обмотку 14а изолирующего трансформатора, по которой проходит измерительный ток. Для того, чтобы другая половина тока повреждения, которая проходит через вторую первичную обмотку 14с, была равна первой, устроена цепь, состоящая из омического сопротивления 15 со скользящим контактом 16 и индуктивным сопротивлением 17, которая электрически равна цепи из регулируемого сопротивления 7 со скользящим контактом 8 и вторичной обмотки 6b трансформатора 6. Сопротивления 7 и 15 равны, также, как и индуктивные сопротивления, которые встречаются токами в соответствующих частях 6b и 17, так что ток повреждения, между точкой вхождения его в заземленный провод и зондом, распадается на две равные половины, которые индуктируют во вторичной обмотке 14b токи в обратном направлении; в результате их совместное действие равно нулю.
На фиг. 9 представлено дальнейшее развитие устройства по фиг. 7. Чтобы защитить указательное приспособление 4 от токов повреждения, которые возникают в сети, в первичную обмотку изолировочного трансформатора 14 включен шунт, который состоит из конденсатора 18 и дроссельной катушки 19. Этот шунт отрегулирован на частоту сети. В данном случае трансформатор 14 не нужен в схеме; тогда шунт будет расположен параллельно указательному приспособлению.
Представленная на фиг. 9 защита для указателя постоянного тока 4а препятствует, чтобы возникающие совпадения колебаний между частотой сети и частотой источника измерительного тока попадали в область механического резонанса подвижной системы амперметра постоянного тока, при чем происходят очень сильные и, вследствие неравномерности частоты источника измерительного тока, например, индуктора, очень неправильные отклонения стрелки.
1. Устройство для измерения сопротивления заземления с использованием для этой цели тока заземления, характеризующееся применением градуированного сопротивления, часть которого включена, при помощи скользящего контакта, параллельно заземлению через указатель тока и земляной зонд, все же сопротивление присоединено к вторичной обмотке трансформатора, первичная обмотка которого включена последовательно с цепью заземления с той целью, чтобы индуктированный ток создавал на включенной параллельно заземлению части регулируемого сопротивления падение напряжения, уравновешивающее падение напряжения на заземлении (фиг. 1).
2. Форма выполнения, охарактеризованного в п. 1 устройства для измерения сопротивления заземления, предназначенная для измерения сопротивления заземления мачт воздушной линии, отличающаяся тем, что, в качестве требуемого источника тока заземления, использованы находящиеся под напряжением провода воздушной линии (фиг. 2).
3. В охарактеризованном в п. 1 устройстве применение стационарного или переносного источника однофазного переменного тока, один полюс которого присоединен к цепи заземления, сопротивление которого должно быть измерено, а другой полюс присоединен к вспомогательному заземлению (фиг. 3).
4. Видоизменение охарактеризованного в п. 1 устройства, отличающееся тем, что в качестве указателя тока употребляется обычное сочетание гальванометра с выпрямительным приспособлением, включенное таким образом, чтобы ток, возникающий вследствие повреждения в линии, не оказывал влияния на показания гальванометра.
5. Форма выполнения охарактеризованного в п. 4 устройства, отличающаяся тем, что, с целью устранения влияния постоянных электродвижущих сил, последовательно с источником переменного тока, а также последовательно в цепь измеряемого заземления включены электрические конденсаторы (фиг. 6).
6. Видоизменение охарактеризованного в п. 4 устройства, отличающееся тем, что указатель тока включен не непосредственно между скользящим контактом и земляным зондом, а через трансформатор (фиг. 7, 8, 9).
7. Форма выполнения охарактеризованного в п. 6 устройства, отличающаяся применением, для устранения влияния токов, возникающих вследствие повреждения дифференциального трансформатора, у которого во вторичную обмотку включен указатель тока, одна из первичных обмоток включена между градуированным сопротивлением и земляным зондом, а другая, присоединенная навстречу первой, включена в добавочную параллельную измеряемому заземлению цепь, которая аналогична первой компенсирующей цепи, но индуктивно не связана с цепью заземления (фиг. 8).
8. Форма выполнения охарактеризованного в п. 6 устройства, предназначенного для измерений в сети, частота тока которой отлична от частоты источника тока заземления, отличающаяся применением шунтирующей первичную обмотку трансформатора цепи из емкости и самоиндукции, отрегулированных на частоту сети так, чтобы устранить влияние тока, возникающего вследствие повреждения в сети (фиг. 9).
