Vagabundierende Erdströme der Straßenbahn

Hier gibt es Fachwissen auch ohne Experimentierkästen

Vagabundierende Erdströme der Straßenbahn

Ungelesener Beitragvon hgd » 7. Sep 2013, 09:01

Hallo Liste,

Vorgeschichte

Bei der Straßenbahn kommen für mich zwei "Hobbys" zusammen: zunächst die E-Technik und dann die frühere aktive Mitgliedschaft bein einer Museumsstraßenbahn (BMB in Wpt). Von der Besichtigung der Aachener Straßenbahn (Strab) her rühren zwei Instrumente auf meinem Bücherreagal her: Ein Voltmeter mit Endausschlag 1 kV und ein Amperemeter mit 2 kA. Alleine ein "k" vor "A" bzw. "V" lässt schon ein ganz besonderes Gefühl aufkommen. Da ich seit ca. einem halben Jahr wieder Experimentiere und kürzlich einen Aufsatz über Erd- und Baumantennen las, war die Zeit reif für die hierunter beschriebene Messung.

"verbrauchter" Strom in der Fahrschule

Ein früheres Vereinsmitglied kam in den Genuss, bei der Rheinbahn AG in Dssd eine Ausbildungs als Triebfahrzeugführer absolvieren zu dürfen. Er war Elektromeister und musste den folgenden Satz auswendig lernen (Prüfungsstoff): "Der Strom fließt vom Fahrdraht über den Stromabnehmer zum Motor. Der verbrauchte Strom verlässt den Triebwagen über die Radsätze und fließt in den Schienen zum Unterwerk zurück (Rückstrom)." So ähnlich war es. Manchmal erfährt man eben Nachteile, wenn man etwas lernen muss, was man schon weiss.

"verbrauchter" Strom auf Abwegen (Rückstrom)

Der Rückstrom fliesst also in den Schienen zum Unterwerk (Trafostation mit Gleichrichter) zurück. Aber die Elektronen sind eigensinnig. Wenn sie meinen, eine Abkürzung zu kennen, dann verlassen sie die Schienen und gehen eigene Wege. Mit Sicherheit finden sie aber wie Tauben ihren Weg zum heimischen Schlag zurück, zu ihrem Unterwerk, da stammen sie ja her. Das gilt aber nur für Gleichstrombahnen. Warum nicht für Wechselstrombahnen, das sei mir hier als didaktische Frage erlaubt.

Auf ihrem Weg zurück sind die Elektronen aber auch nicht blöd, sie wollen es auf ihrer Abkürzung auch bequem haben. Wenn schon keine elektrische leitende Schiene, dann aber doch vielleicht ein elektrisch leitendes Rohr der Gasleitung. Das gibt dann Korrosionslöcher an der Gasleitung, am Eintritt oder am Austritt der Elektronen. Imho am Eintritt, weil dort Metallatome als Ionen austreten, aber das kann von Anderen hier noch kommentiert werden. Ich bin jedenfalls im mom zu faul zum Nachlesen.

Isolatoren im Absperrgitter

Bereits vor mehren zig Jahren waren mir im Trennzaun zwischen Strab-Gleisen und Radfahrweg ca. 10 cm lange Isolatoren aufgefallen. Offenbar sollte hier die ansonsten mehrer Hundert bis km lange parallel zu den Schienen verlaufenden Leiter "Zaun" alle ca. 10 Meter unterbrochen werden, um den "verbrauchten" Elektronen den Spaß zu verderben. Die sollten gefälligst in den Schienen bleiben und nicht als vagabundierender Rückstrom in parallel in der Straße verlaufende Rohrleitungen eintreten und dort Lochfrass hervorrufen.

Die so entstehende Differenzspannung war bestimmt nicht hoch, sonst hätte ja jeder Isolator mit einem Zaun umgeben sein müssen incl. Hochspannungspfeil.

Und gestern war es dann soweit: ich wollte es wissen ...

Ein interessanter Versuch

... und packte mein DMM nebst zwei Messchnüren plus zwei Krokodilklemmen ein. Ich hatte alles gut vorbereitet. Die Messung würde ich mit Strohhut auf dem Kopf und gelber Tragetasche in der Hand durchführen. Um vielleicht alarmierten Ordnungskräften nicht aufzufallen ("an der Heidelberger Straße macht sich ein älterer Mann mit Strohhut und gelber Tragetasche am Straßenbahngleis zu schaffen"), würde die gelbe Tragetasche in der grauen verschwinden, unddito der Strohhut. Das war meine "Exit-Strategie".

Ich beschränkte mich auf die Messung der Spannung und stellte vorsichtshalber den 1 kV Messbereich ein (mit einem kleinen roten Hochspannungspfeil). Diesen Versuch empfand ich richtig "spannend", er wurde folglich regelrecht zelebriert.

Warum kein Amperemeter? Es hätte ja sein können, dass selbst eine ungefährlich kleine Spannung am Isolator kurzgeschlossen eine sehr hohen Erdstrom hervorrufen würde, besonders dann vielleicht, wenn eine Strab vorbeifuhr und von einer Seite der kurzgeschlossenen Stelle zur anderen fahren würde. Mein benutzes DMM war zwar wie der defekte OC602 im Radio + Elektronik Experimentierkasten "zum Abschuss" (d. h. zu möglicherweise lebensgefährliche Messungen) frei gegeben. Aber wie der Transistor war auch beim DMM eine Hälfte kaputt, das Amperemeter. Da hatte ich früher mal nicht aufgepasst. Egal wie, es blieb nur die Messung der Spannung übrig. Sonst hätte ich das mit dem Strom auch sehr gerne gemessen :-). Aber man kann ja nicht alles haben ...

Kontakt !

Der Pfostenzaun mit Metallkette war vor Ort verschwunden, jedenfalls die Kette. Davor stand ein stabiler Metallzaun mit ekeligen Spitzen oben. Damit "verbrauchte" Menschen nicht die Abkürzung hinüber zum Farbenkrauth nehmen würden, auch so eine Art Unterwerk, eine Quelle von Inspiration ...

Aber, der neue Zaun war ebenfalls nicht durchgängig, sondern bestand aus ca. 10 m langen elektrisch voneinander getrennten Teilzäunen. Ich positionierte mich also an einer solchen Trennstellte und schloss links und rechts meine Krokoklemmen an. Dann die Messkabel. Ich versäumte es, beide Kabel kurz zu verbinden, vielleicht wäre ja ein Funken zu sehen gewesen? Muss wiederholt werden: Action Item #1.

Dann ins DMM eingestöpselt, das auf dem Gleisschotter (außerhalbe der "restricted area"). Stellung 1.000 V=. Nichts tat sich. Eine erste Strab fuhr vorbei: nichts tat sich. Ich wurde folglich mutiger und ging bis in den kleinsten Bereich hinunter, auf 2 V.

Da war etwas, die Spannung schwangte langsam zwischen 0,04 bis 0,06 V. Nur 60 mV ! Jetzt wären Detailkenntnisse zum Widerstand zwischen linkem und rechten Zaun zielführend. Ich vergass, den mit dem Ohmmeter zu messen. Das gibt Action Item #2.

Die Spannung sinkt

Und dann kam die nächste Strab an: genau im Augenblick der Vorbeifahrt sank die Spannung an der Trennstelle auf 0,01 bis 0,02 V ab. Das war interessant. Ich vermute, dass im Erdreich ein Teil der "verbrauchten" Elektronen nach links (zum Unterwerk A) und ein andere Teil von ihnen nach rechts (zum Unterwerk B) floss, und so der ohne Fahrbetrieb hier ständige fließende Rückstrom (welcher den Potenzialunterschied von 0,04 bis 0,06 V hervorrief) auf 0,01 bis 0,02 V teilweise kompensierte.

Da offenbar nichts Gefährliches aber doch leicht Interessantes passierte, fühlte ich mich inzwischen ziemlich entspannt, wollte aber noch ein wenig länger hier bleiben und sehen, ob sich noch etwas tat.

Die Spannung steigt

Auf einmal fing die Anzeige an zu zappeln: Die Spannung stieg bis auf 0,088 V an. Was war das? Eine halbe Minute später hörte ich die Ursache: es näherte sich ein Triebwagen der Strab. Beim Anhalten an der nahen Haltestelle sank die Spannung etwas. Und bei der Vorüberfahrt wieder auf 0,01 bis 0,02 V und danach der bekannte Anstieg auf 0,04 bis 0,06 V.

Zusammenfassung

Ein schon länger bekannte und mir als E-Techniker erkläre Besonderheit (Unterteilung eines leitfähigen längeren Zauns parallel zum Gleis der Strab in viele Teilstücke) führte endlich zu einer Messung, zu einem Versuch, nicht zuhause auf dem Experimentierpult, sondern draußen, in freier Wildbahn. Das empfand ich als richtig spannend. Und aus diesem Grunde wollte ich Euch das auch erzählen, auch wenn es nichts mit HF-Technik zutun hat.

Ich überlege mir jetzt, welche harmlosen einfachen Versuche noch draußen möglich wären. Mit Klapprechner, Kfz-Batterie und Campingstisch sollte da noch mehr möglich sein.

Gruß
Hans-Günter
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Re: Vagabundierende Erdströme der Straßenbahn

Ungelesener Beitragvon buedes » 7. Sep 2013, 10:02

Hallo Hans-Günter,

deine "exzentrischen" Experimente :D fangen langsam an, meine Aufmerksamkeit zu gewinnen. Normalerweise lese ich lange Abhandlungen ja nur quer. Aber diesen Bericht musste ich jetzt doch mal komplett lesen, weil er richtig spannend geschrieben ist. Weiter so!

Gruß, Horst
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Negative Widerstände bei der Straßenbahn

Ungelesener Beitragvon hgd » 24. Sep 2013, 01:27

Hallo Liste,

der Text hierunter ist ziemlich länglich, wer das nicht mag, möge bitte woanders weiterlesen. Es gibt eine Pointe am Ende, für mich zumindest. Und hier ist der Bericht Strab (II) ...

Heute (also gestern nach 12 Uhr) war ich zuallererst, es hatte seit drei Tagen nicht geregnet mit meinem Vielfachmessinstrument wieder zu meiner Messstelle an der Strab-Strecke nach Eberstadt gefahren und hatte wie vor ein paar Wochen wieder mein Messinstrument mit einem schwarzen (für Minus) und einem roten (für Plus) langen Kabel und Krokodilklemmen an der Trennstelle des parallelen Zauns angeschlossen.

Ich war überrascht von der hohen Spannung, diesmal schnellte sie bis auf 156 mV (0,156 Volt) hoch. Und sank selbst bei Vorbeifahrt an meiner Messstelle und nach Verlassen der direkt benachbarten Haltestelle nicht unter ca. 70 bis 80 V. Beim letzten mal war der Rückgang bis auf 20 mV gewesen.

Und dann wagte ich mich auch daran, das verwendete Instrument war bereits seit über 20 Jahren halbtot, weil der gesamte Ampere-Bereich keinen Mucks (keinen Zappel) mehr von sich gab.

Interessant war mehrers:

• Der Widerstandswert schwankte sehr stark zwischen 4 bis 8 kOhm in „Low Ohm“.
• Nach dem Umschalten auf „High Ohm“ (sonst nur bei Widerstandsmessungen bei Halbleitern benutzt, war der Widerstand nur 1/10, also 970 Ohm herunter.
• Das Verhalten war im Gegensatz zur Spannung für mich (noch) nicht vorhersag¬bar.

Mit der wechselnden Spannung komme ich inzwischen einigermassen klar, am Spannungsverlauf im Display kann ich erkennen, aus welcher Richtung Triebwagen kommen bzw. wohin sie fahren. Schwer fällt aber immer noch die Deutung komplexer Betriebszustände, wenn gleichzeit zwei Triebwagen dicht hintereinander (wenn die „Schnelle 6“ und die langsamere Linie vor sich eingeholt hat und dann noch aus der Gegenrichtung eine dritte Bahn sich nähert und vorbeifährt und dann hält. Von dieser Zugfolge von Bremsen, Halten, Anfahren von insgesamt drei Triebwagen fühle ich mich immer noch gefordert.

Hier sehe ich auch den Einsatz von intelligenten, lernfähigen Systemen, der zukünftigen Versuchen vorbehalten bleibt.

Dann kam mir die Idee, die Messschnüre zu vertauschen, also die Polarität am Eingang meines Instruments umzukehren. Erstmals notierte ich jetzt auch, dass in Richtung Eberstadt immer ein negatives Potenzial (minus) besteht und in Richtung Innenstadt ein positives. Jetzt konnte ich also die farbigen Messleitung gut einsetzen, um beim Vertauschen die Übersicht nicht zu verlieren.

Ich darf hier auch die Gelegenheit ergreifen und die Info von Wolfgang („private Kommunikation“ wird das wohl bei wissenschaftlichen Veröffentlichungen genannt) einflechten, der mir schrieb, dass „in Darmstadt … der Minuspol am Fahrdraht“ ist. Hessen-Süd war schon immer etwas Besonders . In anderen Städten ist das (gelegentlich) umgekehrt.

So, das Voltmeter war inzwischen anders herum an der Trennstelle im Zaun angeschlossen, und ich wechselte wieder in den Ohmmetermodus. Und erhielt zum ersten Mal in meinem Leben eine negative Widerstandsanzeige!

Das muss man mal gesehen haben, sonst glaubt man´s nicht. Negative Widerstände sind einem HF-Techniker ja bekannt, auch Freunden von Lichtbögen sind sie keine Unbekannten und verdienen der besonderen Beachtung. Besonders deutlich werden sie (weil erwünscht) in der Synthese als Lichtbogen¬sender. Aber diese werden ja nicht mit einem einfachen Ohmmeter angezeigt!

• Ursache klar: wenn über den Widerstand, den man mit einem Strom aus der Batterie des Messinstruments misst, auch noch ein fremder Strom fliesst, der „Strab-Querstrom“, dann kann so etwas passieren. Ob sich das Messinstrument da gar nichts bei denkt? Vermutlich nicht. Ob das bei heutigen Instrumenten auch so ist? Vielleicht stecken die ja inzwischen voller Mikroprozessoren. Und wenn die sorgfältig designte Software feststellt, dass in ihrem Virtual Life ein Zustand auftritt, den es im Real Life nicht geben kann, wäre ein Absturz des DMM nicht erstaunlich.
• Eigentlich hätte ich jetzt mein altes analoges Zeigermessinstrument gerne dabei. Diese besitzt bei mir aber Kultstatus und wird solch wüsten Outdoor-Bedingungen nicht (mehr :-) ) ausgesetzt.

Der höhere Messstrom bei „High Ohm“ dürfte auch den Einfluss der Kontaktwiderstände an den Krokodilklemmen zum feuerverzinkten Zaun reduzieren, selbst wenn ich mich durch „Kratzen“ bei meinen Messungen immer für beste Kontaktverhältnisse einsetzte.

Die Spannungen waren heute also höher. Einfluss des Wetters wohl. Wie sah es aber bei anderen Messorten aus? Ich ging ca. zehn Meter weiter zur nächsten Trennstelle. Und mass … NICHTS !

Das kann nicht sein. Ich kratzte wie ein Weltmeister am Zaun, was nicht nur meinen Krokoklemmen nicht gut tat. Beim Zahnarzt gibt es für solche pathologischen Zustände eine Knirscherschiene zwischen die Zähne (nachts). Nichts! Ich ging in den Milli¬voltmessbereich: 0,000 Volt!

Nochmals zehn Meter weiter, dasselbe: Nichts! Nach fünf Ortswechseln kehrte ich zur alten Messstelle zurück: Nichts. Ich musste beim Wechsel von Volt- auf Ohmmeter das Messwerk zerstört haben. Das wäre wenigstens ein Interessanter Effekt, der es wert wäre, im Darmstädter Echo veröffentlicht zu werden, würde ich mich dadurch nicht Schadenersatzansprüchen der Heag oder Stadt Darmstadt aussetzen, wegen der Kratzerei am Zaun.

Ich dachte, ich wäre im falschen Film. Wollte es nicht glauben, was ich sah: Nichts. Und ging erstmals zehn Meter auf die Haltestelle zu. Wieder Nichts! Aber auf einmal …

(Seitenwechsel mit Strg + Enter einfügen, Anmerkung der Redaktion)

… auf einmal hörte ich eine Lautsprecheransage der Leitstelle der Heag von der Haltestelle her herüber schallen, für mich aber zu leise. Also alles in die Tragetasche (Messinstrument, Schreibbrett, Protokoll, Messschnüre) und die wartenden Fahrgäste gefragt. Aber keiner wollte es gehört haben. Einige hatten etwas gehört, aber nicht vestanden. Meine Vermutung behalte ich für mich. Auf dem anderen Bahnsteig hätte ich eine Antwort erhalten, aber jetzt ertönte wieder der Lautsprecher: die Heag entschuldigte sich für eine Betriebsstörung in der oberen Rheinstraße ! Alle Straßenbahnen vom Luisenplatz runter nach Griesheim, dem Hbf und nach Eberstadt standen still! Und wenn nichts fährt im Straßenbahnnetzt, dann fließt auch kein „verbrauchter“ Strom durch die Schienen, und keine Elektronen kommen auf dumme Gedanken und springen von der Schiene in den Schotter und spielen „Vagabund“.

Ich aber war erleichtert. Die Welt war wieder in Ordnung. Mein Messinstrument nicht beschädigt. Alles fand seine natürliche Erklärung. Und die E-Technik (Theorie) war wieder im Einklang mit der „Natur“.

Und ich erinnerte mich, an dieser Haltestelle schon einmal etwas Unglaubliches erlebt zu haben, damals vor ca. 30 Jahren war „Matrix“ noch nicht gedreht. Ich warf in DM Münzen für eine einfache Fahrt ein, der Drucker druckte, es kam Wechselgeld heraus. Das Wechselgeld war aber meine eingeworfene Münze! Alles kam wieder heraus. Und das Ticket? Das war ordnungsgemäß gedruckt: einmal Innenstadt und mit dem Fahrpreis 0,00 DM ! Leider wurde ich bei der anschließenden Fahrt nicht kontrolliert. Und ich, welch ein Depp!, ich habe dieses Ticket auch noch weggeworfen … Gelegentlich hat wohl jeder von uns mal einen großen Fehler gemacht.

Eigentlich war ich jetzt also zufrieden, aber nicht sehr zufrieden. Ich vermisste das vollständige Fehlen selbst geringster Spuren von Aufmerksamkeit, Mitleid oder amtlichen Personen. Auch hier absolut nichts! Meine Exit-Strategie (siehe Teil I) blieb ungenutzt.

Vielleicht muss ich die Versuche etwas „verschärfen“. Eine Idee habe ich bereits: Bei Pollin kaufte ich mir zwei Lichtschranken. Ich würde zwei Lichtschranken konstruieren, mit Spiegel aus selbstklebender Folie auf der gegenüberliegenden Seite, das erspart das Verlegen von Messkabeln im Schotter unter den Schienen, um damit die Geschwindigkeit der vorbeifahrenden Triebwagen zu messen. Vielleicht wär so die Anteilnahme der Öffentlicht größer als bisher. Ich denke mal darüber nach … Aber mit E-Technik und Elektronik muss es schon sein.

Auf dem Rückweg zufuß in die Innenstadt, kam ich bei einem Büroartikelladen vorbei und konnte endlich den im Experimentierkasten-Board erwähnten Glasradierer kaufen, für die Reinigung der korrodierten Federklemmen meines Experimentierkastens Radio + Elektronik gedacht.

Auch dies eine Nebenwirkung der Straßenbahn. Der Glasradierer gehört für mich auch zur Nostalgie, dem technischen Zeichnen mit Tusche. Hat damals aber keinen Spaß gemacht. Das Verkaufspersonal, ob meiner Verwunderung über dieses Teil im Angebot befragt, machte die Aussage, „ältere Herrschaften mit nostalgischen Anwandlungen“ würden das immer noch nutzen. Ich gehörte vielleicht auch dazu, hielte mich die Outdoor-E-Technik nicht in ihren Fängen …

Gruß
Hans-Günter
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