Kabelzerstörungen in der Erde. Von Dr. C. Michalke. MICHALKE: Kabelstörungen in der Erde. Die in die Erde verlegten elektrischen Kabel findet man zuweilen in scheinbar unerklärlicher Weise chemisch angegriffen. Häufig sind vorhergehende mechanische Beschädigungen, wie Pickenhiebe bei Erdarbeiten, die Veranlassung für folgende chemische Anfressungen, wobei sich nachträglich häufig nicht mehr mit Sicherheit die ursprüngliche Veranlassung feststellen läßt. Sind elektrisch betriebene Bahnen in der Nähe, so wurden insbesondere in der ersten Zeit, als noch übertriebene Befürchtungen über die Wirkung der Streuströme herrschten, Anfressungen der Kabel häufig mit Unrecht den aus den Gleisen entwichenen Streuströmen zugeschoben. Wie vielfach geäußerte Ansichten über die Gefährdung von Starkstrom- und Schwachstromkabeln und die erforderlichen Abwehrmittel erkennen lassen, herrscht über die eigentliche Ursache vieler Kabelzerstörungen noch Unklarheit. Die Ursachen von Anfressungen an Kabeln können sehr verschieden sein, dementsprechend sind auch die Abwehrmittel verschieden. Die Erfahrungen, die in einzelnen Fällen gemacht wurden und meist nur örtliche Bedeutung hatten, wurden häufig verallgemeinert. Dementsprechend sind die Ansichten über die Schutzmaßnahmen auch geteilt. Es ist dies zum Beispiel in der Frage der Fall, ob die Bleimäntel und Eisenbewehrungen der Kabel am vorteilhaftesten in der ganzen Länge zusammenhängend zu verbinden sind oder nicht. Mangels anderer Erklärungen wurden die Anfressungen der zwischen Eisenbewehrung und Bleimantel herrschenden Spannung zugeschoben. Entsprechend den Werten der Elektrodenpotentiale von Eisen und Blei können beim Eindringen von Feuchtigkeit in die Zwischenschicht Zersetzungspannungen rechnerisch bis zu etwa einem halben Volt auftreten. An eisenbewehrten Kabeln, die vier Monate unter Wasser gelegen hatten, wurden Spannungen von 0,12 Volt, Blei positiv gegen Bandeisen, gemessen. Schon bei schwacher Stromentnahme fiel jedoch die Spannung bedeutend ab. Solange keine metallische Verbindung von Eisen und Blei vorhanden ist, ist der Zustand der gleiche wie in einem offenen galvanischen Element. Es tritt kein Uebergangstrom auf. Ist eine metallische Verbindung etwa an den Muffen oder Verbindungskästen hergestellt, so ist die Wirkung wie an einem mehr oder weniger kurzgeschlossenen Element ohne Depolarisation. Der Widerstand insbesondere an neuen Kabeln zwischen Blei und Eisen ist für die Längeneinheit, zumal wenn der Bleimantel geteert und mit einer Lage getränkten Papiers überdeckt ist, so groß, daß, zumal bei der geringen Diffusionsmöglichkeit bei verlegten Kabeln, kaum eine gefährdende dauernde Stromdichte auftreten kann. An neuen Kabelenden von 40 mm ? des Bleimantels, die mehrere Tage unter Wasser gelegen hatten, wurde mit 5 Volt geprüft und zwischen Blei- und Eisenbewehrung Isolationswerte von etwa 100 bis 4000 Ohm für das Kilometer gefunden. Bei diesen hohen Widerständen ist es erklärlich, daß keine Fälle bekannt geworden sind, auch bei Jahrzehnte lang in der Erde verlegten Kabeln, und selbst wenn sich saugfähiger Faserstoff zwischen Bleimantel und Eisenbewehrung befand, in denen chemische Anfressungen wahrgenommen worden wären. Eine metallische Verbindung von Blei und Eisen ist hiernach unbedenlich. Liegen Kabel in angriffsfähigem Boden, so sind sie selbstverständlich den chemischen Angriffen stark ausgesetzt. Nur eine chemische Untersuchung des Erdbodens kann da nur Klarheit schaffen. Beobachtet wurden Anfressungen von Kabeln in der Nähe chemischer Fabriken, wenn durch schädliche Abfallstoffe der Boden, in dem die Kabel verlegt waren, verseucht war. Kommt hierbei noch die Einwirkung von Streuströmen elektrischer Bahnen hinzu, so kann die Zerstörung der Kabel sehr rasch erfolgen. Auch bei blanken Fernsprechkabeln in Zementrohren wurden unmittelbare chemische Angriffe schon beobachtet. Abhilfe läßt sich in solchen Fällen, wenn ein Umlegen der Kabel in unschädlichen Boden nicht möglich ist (Einbetten der Kabel in reinen Sand und Lehm dürfte allein auf die Dauer nicht genügend schützen), nur durch Einhüllen der Kabel in Isolierstoffe schaffen, die chemischen Angriffen standhalten, wie Asphalt und dergleichen. Erdbewegungen sind Kabeln schon vielfach verhängnisvoll geworden. Man verlegt ja bekanntlich dort wo leichte Bewegungen des Bodens zu befürchten sind, in Bergwerkgebieten, die Kabel in leichten Wellenlinien. Werden durch die Erdbewegung die Kabel auf Zug beansprucht, so kann das Kabel nachgeben, und die Gefahr wird vermindert, daß die Kabelenden aus den Muffen oder Anschlußkästen herausgezogen werden. Werden aber durch die Bodenbewegung die Kabel zusammengestaucht, also auf Knickung beansprucht, so hilft das Legen der Kabel in Wellenlinien nicht. Die Kabel erhalten, wenn sie nicht ausweichen können, äußere oder innere Schäden. Mechanische Verletzungen von Gleichstromkabeln, zum Beispiel gelegentlich von Erdarbeiten, können, wenn nicht rechtzeitig bemerkt und beseitigt, zu ausgedehnten Zerfressungen der Kabel führen. Die Eigenströme, die aus den Kabeln durch die Fehlerstellen austreten, führen die Schäden herbei. Sehr häufig schon wurden derartige Anfressungen der Kabelbewehrung den Streuströmen elektrisch betriebener Bahnen zugeschoben. Bei Wechselstromkabeln wird, wenn ein Erdschluß im Kabel auftritt, die Bewehrung zwar auf das Wechselpotential des betreffenden Stromleiters gebracht, der von ihnen ausgestrahlte Strom ruft aber in der Regel keine elektrolytische Zersetzung hervor. Erhält ein Gleichstromkabel an einer Stelle Erdschluß, so wird durch die Fehlerstelle hindurch die Bewehrung unter Spannung gesetzt. Nun strömt aus der Bewehrung nach sämtlichen gegenpoligen Fehlerstellen des Netzes Strom nach dem Erdboden. Ist das positive Kabel fehlerhaft, ist also die Bewehrung stromausstrahlend, so wird diese, soweit ihr metallischer Zusammenhang reicht, angefressen, um so stärker, je größer der Fehler ist. Es wird aber nicht nur das fehlerhafte Kabel angefressen, sondern auch die Nachbarkabel, wenn sie mit der Bewehrung des fehlerhaften Kabels in metallischer Berührung stehen, und auch alle Metallmassen, Muffen, Kabelkästen usw., die mit der Bewehrung metallisch verbunden sind. Erhält ein negatives Kabel Erdschluß, so saugt dessen Bewehrung Strom von Fehlerstellen der positiven Leitung. Die entstehenden Erdströme gefährden in diesem Falle alle die Metallteile in der Erde, aus denen Strom gesaugt werden kann, während das fehlerhafte selbst durch die aus der Erde eindringenden Ströme geschützt bleibt, da bekanntlich nur die aus den metallischen Leitern in die Erde ausgestrahlten Ströme zerstörend wirken. Noch andere Wirkungen können solche Erdfehler herbeiführen, die oft schon in ausgedehnten Netzen, besonders in solchen mit einem geerdeten Leiter, scheinbar unerklärliche Erscheinungen hervorgerufen haben. Insbesondere, wenn die Kabel in verhältnismäßig trockenem, also schlecht leitendem Boden verlegt sind, können die durch die Fehlerstelle unter Spannung gesetzten Bewehrungen an den Stellen, wo sie mit geerdeten Metallteilen nur in losen, schlechtleitenden Zusammenhang kommen, durch Stromüberschläge Schmorstellen erzeugen, die zur weiteren, wenn nicht völligen Zerstörung des Kabels führen können. Hat das fehlerhafte Kabel mit anderen guten metallischen Zusammenhang, so überträgt sich der gefährliche Spannungszustand auch auf diese. Es sind daher auch die benachbarten Kabel Zerstörungen ausgesetzt. Die Ueberschlagstellen können von der eigentlichen Fehlerstelle weit entfernt liegen, was die Ermittlung der eigentlichen Ursache erschwert, da ja die Bewehrung durch die Fehlerstelle in ihrer ganzen ununterbrochenen Länge unter Spannung gegen Erde gesetzt wird. Die Spannung gegen Erde nimmt nach den entfernteren Stellen um so weniger ab, je weniger leitend der Erdboden ist, je geringer also die Ueberleitung vom Kabel zur Erde ist. Solche Ueberschläge entstehen zum Beispiel an Stellen, wo die Kabel durch eiserne Röhren geführt werden, die infolge ihrer großen Oberfläche verhältnismäßig gute Erdung haben, ferner an Stellen, wo die Kabel den Gas- und Wasserleitungen oder deren Abzweigungen sehr nahe kommen, an Kabelkästen und dergleichen mehr. Ist das Netz außer der Fehlerstelle gut isoliert, so können die erwähnten Erscheinungen nicht auftreten. Vorkommnisse der geschilderten Art können vermieden werden, wenn es möglich ist, die Kabelbewehrungen genügend zu unterteilen und die Teilstücke voneinander isoliert zu halten, so daß die Wahrscheinlichkeit gering ist, daß durch die Fehlerstellen unter Spannung gesetzte Bewehrungen zu zerstörenden Schmelzstellen Veranlassung geben. Ferner muß durch räumliche Trennung dafür gesorgt sein, daß nicht durch unmittelbare Berührung ein gefährlicher Spannungszustand von der Bewehrung des einen Kabels auf die eines benachbarten übertragen wird. Auch die Anfressungserscheinungen bei Fehlern des positiven Kabels werden auf diese Weise örtlich begrenzt. Sind derartige Maßnahmen nicht vollkommen durchzuführen, so kann nur möglichst vollkommene Erdung der Bewehrung an verschiedenen Stellen des Netzes und Verbindung der Bewehrungen an den Stoßstellen helfen. Die Maßnahmen zum Schütze der Gleichstromkabel mit einem geerdeten Leiter sind also ähnlich denen zum Schütze der Schaltanlagen in Kraftwerken, entweder möglichst vollkommene Isolierung oder möglichst vollkommene Erdung. Bei Verbindung der Eisenbewehrung an den Muffen und Kabelkästen unter gleichzeitiger Erdung geht der Fehlerstrom aus den Fehlerstellen der Eisenbewehrung, soweit er nicht vorher schon zur Erde abgeleitet ist, bis zu den geerdeten Muffen oder Kästen und von da gefahrlos zur Erde. Die Fehlerströme werden aber bei dieser Anordnung verstärkt. Ist der Erdübergangswiderstand der Eisenbewehrung des Kabels für die Längeneinheit r, so ist er für die gesamte Strecke L, die metallisch leitend verbunden ist, \frac{r}{L}. Ist der Widerstand an der Fehlerstelle zwischen Kupferleiter und Bewehrung R, so ist, wenn die Spannung zwischen Leiter und Erde E ist, der Fehlerstrom \frac{E}{R+\frac{r}{L}}. Bei metallischer Verbindung der Bewehrungen der einzelnen Kabelteile in einem ausgedehnten Netz wird L so groß, daß man den Fehlerstrom \frac{E}{R} setzen kann. Dies trifft insbesondere zu, wenn die Bewehrung an verschiedenen Stellen geerdet ist, d.h. nur der Uebergangswiderstand an der Fehlerstelle begrenzt den Strom, der sich weithin verteilen kann. Durch die Stromwirkung wird daher der Fehler, selbst wenn er anfangs nur klein ist, sich zu einem großen entwickeln. Das kann unter Umständen erwünscht sein, da ein großer Fehler leichter ermittelt und beseitigt werden kann. Unvorteilhaft ist bei metallischem Zusammenhang der Bewehrungen des ganzen Kabelnetzes, daß der gefährliche Spannungszustand der Bewehrung von der Fehlerstelle weithin verschleppt werden kann, wenn dies nicht durch gutes wiederholtes Erden an den verschiedenen Stellen verhindert wird. Ohne gute Erdung der Bewehrung kann das ganze Netz durch einen Kabelfehler in Mitleidenschaft gezogen werden. Eine Isolierung der Bewehrung an den Verbindungsstellen der Kabel würde hingegen den Vorteil haben, daß, da die Fehlerwirkung örtlich beschränkt bleibt, das Auffinden von Fehlern erleichtert werden kann. Eine metallische Verbindung von Blei und Eisen ist dann zu empfehlen, wenn zu befürchten ist, daß durch einen Isolationsfehler der Bleimantel unter Betriebsspannung gesetzt werden könnte, so daß dann zwischen Bleimantel und der mit dem Erdboden in Berührung stehenden Eisenbewehrung eine gefährliche Spannung auftritt, die zu Anfressungen Veranlassung geben kann, wenn Feuchtigkeit in die Zwischenschicht eindringt. Ist E die Spannung zwischen Kupferleiter und Erde, r1 der Widerstand von Kupfer zu Bleimantel und r2 der von Bleimantel zu Eisenbewehrung, so ist die Spannung zwischen Blei und Eisen e=\frac{E\,r_2}{r_1+r_2}. Es ist anzunehmen, daß es in solchen Fällen bald zu einer leitenden Verbindung zwischen Eisen und Blei an der Fehlerstelle kommt. Wenn, wie es wohl zumeist vorkommt, die Fehler durch Verletzungen von außen entstehen, so wird die leitende Verbindung zwischen Blei und Eisen hierdurch hergestellt. Wird Blei und Eisen von vornherein metallisch verbunden, so nimmt ein Fehlerstrom auch durch den Bleimantel seinen Weg. Bei starkem Fehlerstrom kann das Blei hierdurch zum Schmelzen gebracht werden. Gegen Streuströme aus den Gleisen elektrisch betriebener Bahnen, denen sehr oft unberechtigter Weise die Veranlassung von Schäden an Kabeln zugeschoben wird, sind die Kabel zwar durch die Isolierhüllen auf der Kabelbewehrung einigermaßen geschützt. Sie sind aber andererseits auch dadurch mehr als die Gas- und Wasserröhren gefährdet, da sie zumeist viel näher an den Gleisen liegen als diese. Auch ihr geringerer Durchmesser gefährdet sie, da erfahrungsgemäß, wie auch die Rechnung ergibt, dünnere Röhren, überhaupt stark gekrümmte Metallteile in der Erde von den Erdströmen stärker angegriffen werden, als unter sonst gleichen Verhältnissen in gleichem Abstande von den Gleisen befindliche schwach gekrümmte Metallmassen, wie Röhren von großem Durchmesser.Archiv der Mathematik u. Physik III, Reihe XII Heft 1 S. 70. Um die Kabel gegen das Eindringen von Streuströmen zu schützen, ist das wirksamste Mittel das im Auslande an Gas- und Wasserröhren wiederholt erprobte, bei Kabeln zudem viel leichter ausführbare Unterteilen in isolierte Stücke, und zwar an möglichst vielen Stellen. Je kürzer die einzelnen Kabelstücke sind, deren Blei- und Eisenmäntel voneinander isoliert sind, um so größer ist der Uebergangswiderstand der Kabelbewehrung gegen Erde, um so mehr wird der Eintritt der Streuströme erschwert, d.h. um so geringer ist die Gefahr von Anfressungen durch in die Erde ausgetretene Streuströme. Die metallische Verbindung der Metallmäntel an den Muffen und dergleichen und insbesondere noch das Erden verstärkt das Eindringen von Streuströmen und gefährdet daher die Kabel. Es ist dies in um so stärkerem Maße der Fall, wenn gleichzeitig die Kabelmäntel metallisch mit den Gleisen verbunden werden. Die zum Schütze der Gas- und Wasserröhren gegen schädliche Einwirkungen der Ströme elektrischer Gleichstrombahnen, die die Schienen als Leiter benutzen, erlassenen Vorschriften gelten im allgemeinen sinngemäß auch für den Schutz der Kabel. Liegen an einem Orte die Verhältnisse so, daß die größere Gefahr den Kabeln durch die Streuströme der elektrischen Bahnen droht, so ist die Isolierung der Bewehrungen an den Stoßstellen zu empfehlen. Bei vorschriftsmäßig angelegten Bahnen ist die Gefahr der Anfressung der Kabel durch Streuströme gering. Es sind daher nur wenig tatsächliche Fälle bekannt, in denen die Kabel durch Streustrome angefressen wurden, obwohl die Kabel vielfach, so die Bahnkabel selbst, notgedrungen streckenweise ganz in die Nähe der Schienen verlegt werden. Nur wo außergewöhnlich ungünstige Verhältnisse vorlagen, wurden nachweisbar von den Bahnströmen herrührende Anfressungen beobachtet. Entsprechend den obigen Darlegungen hat jede der beiden Verlegungsarten Vorzüge und Nachtfile. Je nach den örtlichen Verhältnissen werden die Vorzüge der einen oder der anderen Verlegungsart mehr im Vordergrund stehen. Es muß daher, den Oertlichkeiten angepaßt, die zweckmäßigste Verlegungsart gewählt werden. Ob Anfressungen von Kabeln durch Streuströme der Bahnen veranlaßt sind, läßt sich durch Habersche unpolarisierbare Erdstromdichtemesser, wie in Zeitschrift für Elektrochemie 1906 S. 829 beschrieben, oder in einfacherer Weise wie in Elektrische Kraftbetriebe und Bahnen 1909 S. 226 beschrieben, nachweisen. Bei Hochspannungskabeln wird die metallische Verbindung der Bewehrungen durch Ueberbrücken an den Muffen und Kabelkästen unter gleichzeitigem Erden allgemein durchgeführt. Schon aus Sicherheitsgründen ist dies erforderlich für den Fall, daß durch einen Kabelfehler der Metallmantel unter Spannung gesetzt werden sollte. Ueberschläge an den Muffen und Kabelkästen wären zu erwarten, wenn die einzelnen Bewehrungen nicht metallisch verbunden sind. Anfressungsgefahr durch die Wechselströme des eigenen Kabels besteht nicht. Die durch diese Verlegungsart etwa geschaffene größere Gefährdung durch Streuströme von Bahnen treten hierbei gegenüber den sonstigen erforderlichen Sicherheitsmaßnahmen in den Hintergrund. In einzelnen Fällen wurden starke Anfressungen und sonstige Schäden an Kabeln beobachtet, die viele Jahre als Nulleiter gedient hatten, während sie später bei Aenderung des Leitungssystems unter Spannung gegen Erde standen. Fehler, die in Kabeln bei der Verwendung als Nulleiter wegen der geringen Spannung gegen Erde verdeckt blieben, bildeten sich später stark aus, als die Kabel unter höhere Spannung gegen Erde gebracht wurden. Solange Kabel als Nulleiter dienen, machen sich Fehler wenig bemerkbar. Auch Anfressungen durch Stromaustritt kommen nicht vor, wenn das Gleichstrom-Dreileitersystem gut ausgeglichen ist, so daß die Spannungen gegen Erde und so auch die durch etwaige Fehlerstellen austretenden Ströme die Richtung in kurzen Zwischenräumen wechseln. Zweck der vorstehenden Ausführungen war, einige im Kabelbetrieb vorkommende schleichende Fehler, die oft schwierig aufzuklären waren, anzugeben und den Einfluß der Verlegungsart darzutun. Alle in einem Kabelbetrieb vorkommenden ungewöhnlichen Fehler, zum Beispiel infolge von Ueberspannungen, deren Einfluß und die Schutzmaßnahmen hiergegen, anzuführen, fallen aus dem Rahmen der Betrachtungen heraus.