Titel: R. Ulbricht, über die zweckmäſsige Anordnung von Erdleitungen.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1883, Band 247 (S. 416–420)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj247/ar247156

Ueber die zweckmäſsige Anordnung von Erdleitungen.

Mit Abbildung.

In der Telegraphie wie in der Blitzableitertechnik ist zumeist der Ausbildung der Erdleitungen ein nur beiläufiges Interesse zugewendet worden, welches in keinem Verhältniſs zu der eingehenden Behandlung der oberirdischen Anlagen stand. Erst in neuerer Zeit hat die Aufmerksamkeit, welche man den Blitzableitern schenkt, Vorschläge zu Abweichungen von den herkömmlichen Ableitungsformen veranlaſst. In Bezug hierauf sind die bekannten Gutachten der kgl. Preuſsischen Akademie der Wissenschaften aus den J. 1876 bis 1880 durch einige werthvolle Fingerzeige von besonderer Bedeutung. Es wird in denselben darauf hingewiesen, daſs die Wirkung der Erdleitungen durch Theilung der Erdplatten, durch Anwendung von metallischem Netzwerk oder von Metallstangen wesentlich gesteigert werden kann, ohne daſs ein gröſserer Materialaufwand erforderlich wird. Die Praxis hat von diesen Andeutungen noch wenig Gebrauch gemacht, vielleicht weil sich aus den allgemein gehaltenen Vorschlägen nicht ohne Weiteres bestimmte Ausführungsformen von zuverlässiger Brauchbarkeit herleiten lassen. Dadurch hat sich Dr. R. Ulbricht in Dresden veranlaſst gesehen, die Rechnung für einige Erdleitungsformen durchzuführen und die gefundenen Annäherungswerthe durch Versuche zu prüfen; die Ergebnisse hat Verfasser in der Elektrotechnischen Zeitschrift, 1883 * S. 18 ausführlich mitgetheilt.

Die gefundenen Gleichungen zeigen zunächst, daſs es 3 Mittel gibt, um bei geringem Materialaufwand eine hohe Wirkung in Hinsicht auf Erdleitung zu erzielen: Einmal läſst sich die cylinderförmige Elektrode stab- oder drahtartig ausdehnen; sodann kann die Platte schmal, bandförmig ausgebildet werden; ferner läſst sich die Ringplatte unter Verschmälerung der Metallfläche ausdehnen. Man kann schlieſslich noch den kurzen, offenen Cylinder mit vertikaler Achse anführen, welcher durch Zusammenbiegen einer schmalen Platte oder eines Bandes gebildet wird. Ohne Aufstellung einer bezüglichen Formel ist zu erkennen, daſs sich dieser Cylinder wie Band und Flachring verhalten muſs. Bei wachsendem Radius und constanter Oberfläche nähert sich auch hier der Erdwiderstand dem Nullwerthe.

Auſser diesen Mitteln kann, da der Erdwiderstand umgekehrt proportional dem Plattendurchmesser ist, der Widerstand Null auch erreicht werden durch unendliche Theilung einer Platte. Da man ohne erhebliche Beeinträchtigung der Wirkung die einzelnen Plattentheile ziemlich nahe an einander rücken kann, so führt dieser Weg bei einer weit fortgesetzten, jedoch noch endlichen Theilung und bei Verbindung der Theile unter einander durch leitende Zwischencylinder zur Form des Netzes.

Stellt man sich nun die Aufgabe, diejenigen Erdleitungsformen zu ermitteln, welche unter gegebenen Verhältnissen wirksam und dabei |417| vorzugsweise ökonomisch sind, so wird man sich zunächst über das zur Elektrode zu wählende Material klar sein, sodann aber unterscheiden müssen, ob die Einlegung bedeutende Erdarbeiten erwarten läſst oder nicht. Als Material für den Erdleitungskörper soll das vorzugsweise verwendete Kupfer angenommen werden, weil sich dasselbe im Erdboden erfahrungsgemäſs sehr gut hält und in Folge seiner leichten Bearbeitbarkeit in geeignetere Formen gebracht werden kann, als z.B. das an sich billige Guſseisen. Schwach dimensionirte Constructionen von Schmiedeisen oder Walzeisen sind wegen ihrer geringen Haltbarkeit im Erdboden auszuschlieſsen.

Sind zum Zwecke der Einlegung nur geringe oder gar keine Erdarbeiten auszuführen, wie beim Vorhandensein von Teichen, Flüssen, Brunnen oder bei ganz hohem Grundwasserstande, so wird man ausgedehnte Formen anwenden: den stabförmigen Cylinder bezieh. Hohlcylinder, den Draht, das Band, den schmalen Ring, das Netz. Unvortheilhaft ist die der Quadrat- oder Kreisform sich nähernde Platte. Ist dagegen zur Einlegung des Erdleitungskörpers erheblich tief in den Boden einzudringen, so muſs die Form der Elektrode eine gedrängtere sein und so gewählt werden, daſs die erforderliche Wirkung mit einem minimalen Aufwand an Kupfer und Erdarbeit erzielt wird. Bei groſsen Tiefen und da, wo der Boden Bohrung gestattet, empfiehlt sich hiernach die Einsenkung eines langen, schmalen Cylinders. Derselbe möchte jedoch nur dann Anwendung finden, wenn er vollständig vom Grundwasser umspült wird, da anderenfalls eine innige Berührung mit nur durchfeuchtetem Boden nicht zuverlässig herzustellen ist. Bei mäſsigen Tiefen und in nur durchfeuchtetem Boden, wo bisher die Platte angewendet wurde, kann einem flachliegenden Elektrodenkörper der Vorzug gegeben werden. Die für einen solchen vorzunehmende Ausgrabung fallt zwar ins Gewicht, bietet aber den Vortheil, die Bodenbeschaffenheit in der Tiefe sehr genau beurtheilen zu lassen und ein sehr solides Verfüllen und Verstampfen des Kupferkörpers zu ermöglichen.

Als Ersatz für die kostspielige Kupferplatte bieten sich hier nach den Rechnungen zwei Formen, welche der Bedingung, die Erdarbeiten nicht wesentlich zu vermehren, genügen: das Ringband bezieh. der Flachring und das Netz. Flachring und Netz werden zwar stets etwas gröſseren Durchmesser haben müssen als die in Bezug auf Erdleitung gleichwertige Platte; es wird sich aber zeigen, daſs die Differenz nicht sehr erheblich ist. Beide Formen haben jedoch eine Schwäche mit der Platte gemein; sie gestatten nicht, daſs ihre Dimensionen bequem und ohne wesentlichen Mehraufwand der gefundenen Bodenbeschaffenheit angepaſst werden: Die Oeffnung ist gegraben. Der Boden zeigt eine geringere Leitungsfähigkeit, als man erwartet hatte. Man würde gern die Platte, den Ring und das Netz um ⅓ vergröſsern; allein die geschlossene Form läſst eine Vergröſserung nicht zu.

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In dieser Richtung wird ein wesentlicher Vortheil erreicht, indem man Ring und Netz zum Netzring (mit 1 bis 1m,5 Durchmesser) vereinigt. Denkt man sich denselben an einer Stelle radial aufgeschnitten, so zeigt sich als Grundform desselben das Netzband, welches hier abgebildet ist; die Drahtstärke ist 2mm,5, das Gewicht 0k,475 für 1m Länge; die Löthstellen zwischen Leitungsseil und Netzband sind mit L bezeichnet.

Textabbildung Bd. 247, S. 418

Ein aus Kupfer geflochtenes Netzband läſst sich in beliebigen Längen vorräthig herstellen und nach den örtlichen Verhältnissen leicht in die Form eines weiteren oder engeren Flachringes bezieh. Cylinderringes biegen. Ja, selbst wenn das Band bereits für einen bestimmten Ringdurchmesser zugeschnitten ist, kann dasselbe noch durch Strecken und durch Offenlassen eines Ringstückes in erweiterter Form verlegt und so eine derselben annähernd entsprechende Widerstandsverminderung erzielt werden. Es läſst sich auch dieser Widerstand durch Tiefersenken des Ringes bezieh. unter Anwendung der Cylinderringform noch vermindern.

Nachdem der Verfasser sich durch Versuche im Kleinen davon überzeugt hatte, daſs für den Flachring Rechnung und Beobachtung gut übereinstimmen, schritt er zu einem gröſseren Versuche mit dem Netzringe. Aus praktischen Gründen wurde für denselben Kupferdraht von 2mm,5 Stärke angewendet, von welchem dieselbe Dauer erwartet werden kann wie von 2mm starkem Bleche. Nach den hier nicht näher anzuführenden rechnerischen Untersuchungen erwies sich eine Maschenweite von 40mm bei einer Bandbreite von 160mm als vortheilhaft und zugleich in Hinsicht auf die Steifigkeit der Construction als günstig. Ein derartiges Netzband wurde in Länge von 4m angefertigt und zu einem Flachringe von 1m,42 äuſserem und 1m,10 innerem Durchmesser zusammengebogen. Der Widerstand desselben berechnete sich zu , der einer Quadratplatte von 1m Seitenlänge dagegen zu .

Da die Leitungsfähigkeit des Erdbodens eine sehr schwankende ist und für eine gleichmäſsige Verfüllung auch nicht volle Garantie geleistet werden kann, erschien es räthlich, die Widerstandsmessungen in einem gröſseren Gewässer vorzunehmen. Die Platte und der Netzring wurden dem entsprechend nach einander an der Unterfläche eines kleinen Floſses derart befestigt, daſs die Berührung mit dem Wasser möglichst den für die Rechnung gemachten Voraussetzungen entsprach. Als zweite Erdleitung diente ein System Wasserleitungsröhren, sodann eine entfernte Blitzableiter-Erdleitung u.s.w.

Durch wiederholte und wechselnde Messungen wurden zur Berechnung der einzelnen Widerstandswerthe so viel zu gegenseitiger Controle dienende Gleichungen von guter Uebereinstimmung erzielt, daſs die nachstehenden Ergebnisse als sehr zuverlässige bezeichnet werden können: Für die Quadratplatte fand sich ein Uebergangswiderstand von 35,5 S-E, für den Netzring ein solcher von 32,5 S-E. Berechnet man aus ersterem Werthe k, so ergibt sich k = 1 : 91,12, d.h. das specifische Leitungsvermögen des Fluſswassers = 1 : 91120000. Hiernach berechnen sich die Werthe für den Erdwiderstand in S-E:

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Berechnet Beobachtet
Quadratplatte 33,5 33,5
Netzring 31,76 32,5

Diese Zahlen bestätigen die Zulässigkeit der annäherungsweise geführten Rechnungen.

Die Versuche, denen sich noch weitere über die Einwirkung des Eintauchens anschlossen, wurden oberhalb Dresden an der Elbe vorgenommen. Zur Verminderung der Polarisationserscheinungen kamen nur momentane Ströme der Meſsbatterie zur Verwendung. Es ist anzunehmen, daſs auch die Strömung des Wassers, durch welche die Gasbläschen an den Elektroden weggetrieben werden muſsten, einen erheblichen Polarisationswiderstand nicht habe aufkommen lassen. – Spätere Messungen, welche an nach Plattenart in den Boden verlegtem Netzband angestellt wurden, ergaben ebenfalls die günstigsten Resultate.

Auf Grund dieser Untersuchungen haben die sächsischen Staatsbahnen für die hierzu geeigneten Fälle den Kupfernetzring eingeführt; auch scheint man sich in Fabrikantenkreisen der kaum dem Versuchsstadium entwachsenen Construction bemächtigen zu wollen. Besonders anregend hierzu sind die pekuniären Vortheile, welche dem Netzband in so fern eine Bedeutung zu geben vermögen, als sie es geeignet machen, manches auf den Kostenpunkt gerichtete Bedenken gegen die Anlage von Blitzableitungen zu beseitigen und zur Ausbreitung einer segensreichen Einrichtung beizutragen.

Vergleicht man die Quadratplatte mit dem ihm äquivalenten Netzringe vorbeschriebener Construction, welcher nach einer vom Verfasser aufgestellten Gleichung einen äuſseren Durchmesser von 1m,26 und eine Netzbandlänge von 3m,45 haben muſs, so ergibt sich folgendes Gewichtsverhältniſs:

die Quadratplatte, 1mm stark, wiegt 8,9k
2mm 17,8
der Netzring 1,64

Der Preis von 1k Netzband beträgt etwa 3,50 M., unter Voraussetzung der in obiger Figur näher ersichtlichen Einrichtung.

Zu weiteren Vergleichungen sei angeführt, daſs sich als angenäherte Aequivalente für die liegende, nicht eingesenkte Quadratmeterplatte folgende Formen ergeben:

Ein vertikal eingesenkter Cylinder von 1m,4 Länge und 0m,13 Durchmesser
von 1m,8 0m,06
Ein vertikal eingesenkter Stab von 2m,6 0m,013
Ein horizontal liegender Stab von 5m,2 Länge und 0m,013
Flachring von 1m,32 äuſserem u. 1m,08 innerem Dm.
Ein horizontal liegendes Netz von quadratischer Form und der für das Netz-
band gewählten Maschengröſse, Seitenlänge = 1m,01.
Ein horizontal liegendes Netzband beschriebener Construction von 3m Länge.
„ „ liegender Netzring von 1m,26 äuſserem und 0m,94 innerem
Durchmesser.

Schlieſslich ist noch einer Einwendung zu begegnen, welche gegen die Richtigkeit der den Rechnungen zu Grunde liegenden Voraussetzungen für den Fall erhoben werden könnte, daſs es sich nicht um Telegraphen-, sondern um Blitzableiter-Erdleitungen handelt, Zwischen den beiden Erdplatten einer Telegraphenleitung liegt in der Regel ein so groſser Raum, daſs die Stromcurven in der für die Integration allein wichtigen Nähe der einen Elektrode durch den Einfluſs der anderen keine Ablenkung erfahren. Dagegen könnte angenommen werden, daſs dies bei einem Gewitter am Blitzableiter und zwar beim Uebergange des Blitzes zur Erde der Fall sei. Hier ist die Erdplatte die eine Elektrode; an Stelle der anderen tritt die in weitem Umkreise unter der Gewitterwolke mit starker Ladung versehene Erdoberfläche. Setzt man nun voraus, daſs, wie bei einem guten Blitzableiter verlangt werden muſs, von der Spitze an abwärts keine Funkenbildung mehr auftrete, so müssen die von der Erdplatte recktwinklig ausgehenden Stromcurven den geradlinigen Weg verlassen und auch wiederum rechtwinklig gegen die Erdoberfläche stoſsen. Allein bei sehr groſser Ausdehnung einer ebenen Fläche, durch welche die Zuströmung |420| von Elektricität in einen unendlichen Körper stattfindet, nehmen die bezüglichen Potentialen in der Nähe dieser Fläche sehr langsam ab; es tritt demnach in der Nähe der Erdplatte durch Einwirkung dieser ausgedehnten Ladung keine wesentliche Veränderung der früher gezeichneten Curven gleichen Potentiales und somit der Strömungscurven ein. Die sich ausbreitende Elektricität bedarf aber nur eines geringen Weges, um über die wesentlichsten Widerstände hinauszukommen.

Sonach ist den angestellten Widerstandsberechungen auch in Hinsicht auf Entladungen atmosphärischer Elektricität bedingungsweise Gültigkeit zuzusprechen.

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