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Verfahren zur Feblerbestimmung in elektrischen Leitungssystemen mit Ademvertausebung.
In elektrischen Leitungssystemen mit mehreren parallel geführten Leitungsadern, besonders bei vieladrigen Fernspreehkabeln, besteht die Gefahr, dass zwei verschiedenen Stromkreisen angehörende Adern an den Verbindungsstellen benachbarter Leitungslängen miteinander vertauscht werden. Eine solche fehlerhafte Adernverkreuzung kann entweder einfach oder mehrfach auftreten und die Feststellung des Fehlers ist besonders schwierig, wenn die verkreuzten Adern an einer andern Stelle der Leitung rückgekreuzt sind. Zur Ermittlung solcher Fehler wurden bereits Verfahren vorgeschlagen, die die infolge der Adernverkreuzung auftretenden Kapazitätsänderungen oder die gegenseitige Induktion zwischen den einander störenden Stromkreisen feststellen und hieraus Schlüsse auf die Länge der verkreuzten Strecke und ihren Schwerpunkt ziehen lassen.
Die bisher bekannten Verfahren dieser Art haben aber den Nachteil, dass sie teils durch zufällige äussere Einflüsse, z. B. Induktionsstörungen, oder durch Teilkapazitäten nicht fehlerhafter Stromkreise desselben Kabels u. dgl. zu falschen Ergebnissen führen können.
Es wurde erkannt, dass man, um die Fehlerstellen hinreichend genau zu bestimmen, alle das Messergebnis beeinträchtigenden Fehlerquellen ausschliessen muss. Erfindungsgemäss werden daher für die Messungen grundsätzlich nur Nullpunktsmethoden (Brücken-oder Kompensationsmethoden) benützt und ausser den Leitern der fehlerhaften Stromkreise keine weiteren Kabeladern des Leitungssystems herangezogen.
D ; e Nullpunktsmethoden sind nicht nur an sich genauer als andere Methoden zur Kapazitätsbestimmung u. dgl., sondern sie unterliegen auch viel weniger störenden äusseren Einflüssen. Die Beschränkung der Messungen auf die durch Verkreuzung unmittelbar betroffenen Stromkreise verkleinert weiter den Einfluss äusserer Fehlerquellen und ermöglicht erst, die Genauigkeit der angewendeten Nullpunktsmethoden voll auszunützen.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung erfolgt ähnlich wie bei den bekannten Verfahren ein Vergleich elektrischer Eigenschaften von Adern der Leitungsanlagen, u. zw. erfindungsgemäss in einer sich auf die Adern der fehlerhaften Stromkreise beschränkenden Brücken- oder Kompensationsschaltung bzw. Djfferentialmethode. Wie im folgenden näher beschrieben wird, kann auch innerhalb dieser Stromkreise die zur Bestimmung der unbekannten Grössen nötige Zahl verschiedenen Messungen entnommen werden. Als Messstrompuelle wird eine Wechselstromquelle von höherer Tonfrequenz bevorzugt, doch können auch in Brücken-oder Kompensationsschaltungen Messungen mit reinem oder intermittierendem Gleichstrom durchgeführt werden.
Diese setzen sich, wie an sich bekannt, im allgemeinen Fall rückgekreuzter Leitungsadern aus drei verschiedenen Untersuchungen zusammen :
1. Feststellung der Verkreuzungsart,
2. Bestimmung der Länge der verkreuzten Kabelstrecke und
3. Ortsbestimmung des Schwerpunktes der verkreuzten Strecke.
1. Feststellung der Verkreuzungsart.
Es kommt hiezu vor allem auf die Bestimmung der relativen Lage der Adern zueinander an. Die Betriebskapazitätswerte von nicht miteinander verdrillten Adern sind kleiner als jene von Adern, die gänzlich oder teilweise miteinander verdrillt sind. Fig. 1 zeigt eine einfache Brückenanordnung, die zur Messung der relativen Betriebskapazitätswerte dient. Darin bedeuten 1, 2,3, 4 die Adern der beiden gestörten Stromkreise I und II, Ri und R2 die Vergleichswiderstände, T den Messfernhörer und w die Wechselstromquelle.
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2. Bestimmung der Länge der verkreuzten Kabelstrecke.
Die Aufteilung der Teilkapazitäten ist aus Fig. 2 und Fig. 3 zu entnehmen, wobei die Teilerdkapazitäten in üblicher Weise in die Teilkapazitäten einbezogen sind. a, b, c sind die durch die Verkreuzungsstellen getrennten Längenabschnitte der Leitungen und I deren Gesamtlänge. Die Teilkapazitäten C zwischen Adern desselben Stromkreises und jene K zwischen Adern verschiedener Stromkreise werden im folgenden durch Zeiger a, b, c und l auf die betreffenden Leitungslängen bezogen.
Es werden zwei verschiedene Verfahren beschrieben, je nachdem die Kapazitäten der Brückenschaltung rein aus Teilkapazitätskombinationen der Leitungsadern oder aus solchen und Zusatzkondensatoren gebildet werden.
Verfahren 1.
Bei diesem enthalten zwei Brüekenzweige die Widerstände und R2, die andern zwei Brückenzweige lediglich Kapazitäten der Kabeladern. Es sind drei Messungen erforderlich.
Messung 1.
Die Messanordnung zeigt Fig. 4. Die Adern 113 und 114 sind an beiden Kabelenden kurzgeschlossen und liegen am veränderlichen widerstand R1. Die Ader I2 liegt am festen Widerstand R2.
Bei Tonminimum besteht die Beziehung
EMI2.1
Messung 2.
EMI2.2
EMI2.3
EMI2.4
EMI2.5
Die Auswertung der drei Gleichungen führt zum Ergebnis
EMI2.6
Der Vorteil dieses Messverfahrens besteht demnach besonders darin, dass mit Hilfe einer einfachen Widerstandsbrücke unter Verwendung eines Fernhörers und einer beliebigen Wechselstromquelle, etwa einer Magnetsumnierschaltung, exakte Messergebnisse erzielt werden. Bei längeren Kabelstrecken mit grösseren Leitungswiderständen ist es zweckmässig, zur Erzielung eines reinen Tonminimums veränderliche Kapazitäten parallel zu einer der Widerstandsseiten der Brücke oder veränderliche Widerstände in geeigneter Weise in Serie in die Zuleitungen zu den Kabeladern zu schalten.
Verfahren IL
EMI2.7
ersichtlichen Art angeordnet werden. Es wird auf Tonminimum eingestellt, wobei darauf zu achten ist, dass die Werte der beiden Kondensatoren K1 und K'l gleich gross gehalten werden. Die Kondensatoren können miteinander mechanisch gekuppelt sein. Es sind zwei Messungen erforderlich.
Messung 1.
Der Hörer liegt an 11 und 12, die Stromquelle an 113 und 114 (Fig. 7). Bei Tonminimum gilt
EMI2.8
Messung 2.
EMI2.9
EMI2.10
Die Auswertung beider Gleichungen ergibt
EMI2.11
Bei weniger grossen Ansprüchen an die Messgenauigkeit genügt die Verwendung von einem Zusatzkondensator, wobei die Ungenauigkeit der Messung um so weniger ins Gewicht fällt, je kleiner der Unter-
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schied der Kapazitätswerte C und K ist. Bei längeren Kabelstrecken gelten bezüglich der Drehung der Ausgleichsvektoren zur schärferen Einstellung des Tonminimums ähnliche Überlegungen wie bei Verfahren
3. Ortsbestimmung des Schwerpunktes der verkreuzten Strecke.
Das an sich bekannte Prinzip dieser Schwerpunktb@stimmung beruht darauf, dass die magnetischen Kopplungen zwischen den fehlerhaften Stromkreisen je nach der Lage der verkreuzten Strecke verschieden sind. Es wurde bisher noch nicht in Verbindung mit Nullpunktmethoden angewendet. Fig. 8 zeigt das Ersatzscherna der Prinzipschaltung. Die induktiv aufgedruckte Spannung e erzeugt im Abschlusswiderstand Rt des Stromkreises den Strom
EMI3.1
Hierin bedeutet C'= Ci + O2 die Gesamtbetriebskapazität des Stromkreises, R = R1 + R2 der Gesamtwiderstand des Stromkreises.
Wenn R, gross ist gegenüber Rundbei elektriseh kurzen Kabelstücken gilt für mittlere Frequenzen der Ausdruck
EMI3.2
Aus Fig. 9 ersieht man den Stromverlauf bei kurzgeschlossenem Sende-und offenem Empfangskreis.
Fig. 12 gibt einen Überblick über die Verteilung der den einzelnen Abschnitten des Empfangskreises zugeordneten bezogenen Betriebskapazitäts- und Gegeninduktivitätswerte. Die im Abschnitt dx induzierte Teilspannung ist jw. Ma. . J', wenn unter J'der konstant gehaltene Strom im Sendekreis und unter Ma der Koeffizient der gegenseitigen Induktion im Längenabschnitt a verstanden wird. Die Teilspannung ruft im Widerstand Rt den Teilstrom
EMI3.3
hervor.
Durch Integration über den Abschnitt a erhält man den sich auf den Abschnitt a beziehenden Gesamtstrom in RI'
EMI3.4
In gleicher Weise erfolgen die Berechnungen für die Abschnitte bund c. Man erhält schliesslich für den Gesamtstrom in R, (Hörer) den Ausdruck
EMI3.5
D ; e Zeiger bezeichnen bei dcn nachstehenden Formeln diejenigen Adern, an welchen der Hörer liegt, während die beiden andern Adern an die Stromquelle geschaltet und am fernen Ende kurzgeschlossen
EMI3.6
EMI3.7
EMI3.8
EMI3.9
Daraus ergibt sich auch die Beziehung
EMI3.10
Eine entsprechende Kompensationsschaltung ist in Fig. 13 dargestellt.
In dieser wird die eine Stromkomponente durch induktive Einwirkung eines aus Adein der fehlerhaften Stromkreise gebildeten
EMI3.11
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EMI4.1
Stromkreis und muss bei den einzelnen Messungen konstant bleiben.
Bei Tonminimum im Hörer T besteht die Beziehung
EMI4.2
Die bei den früher angeführten Schaltungen (Fig. 9,10, 11) erhaltenen Werte r23, r12 und r13 beziehen sich
EMI4.3
Als Kontrolle dient die Beziehung
EMI4.4
Den Abstand d des Verkreuzungsschwerpunktes vom fernen Kabelende entnimmt man der Gleichung
EMI4.5
Man erhält schliesslich für d
EMI4.6
l ist die Länge des Kabels, b die Länge der verkreuzten Strecke. Es ist zweckmässig, die Messungen von beiden Kabelenden durchzuführen und die erhaltenen Werte von d auf Grund der gegebenen Gesamtlänge des Kabels zu korrigieren.
Die geschilderten Messverfahren lassen sich an sich mit Hilfe von üblichen Gleichstrommessschaltungen durchführen, bei denen die Widerstände bifilar gewickelt und die Brückenpunkte zu besondern Klemmen geführt sind. Das schematische Schaltbild einer eigens für Verkreuzungsmessungen gebauten Brückenschaltung zeigt Bild 14. S1 und S2 sind Umschalter. Mit A bis M sind Klemmen bezeichnet.
U und U' sind symmetrische Übertrager mit dem Übersetzungsverhältnis 1 : 1. U1 ist ein Differential- übertrager. Der Kondensator Ch kann mittels des Umschalters S3 parallel zu den Brückenzweigen R1 oder R geschaltet werden und gestattet bei den Messungen 1 und 2 die Einstellung eines schärferen Minimums. Ein Trennstecker T,, erlaubt die bedarfsweise Einschaltung eines Widerstandes, um die Stromstärke des induzierenden Kreises bei der Schwerpunktmessung regeln zu können. Für die Messungen 1, 21 und 3 sind bei dieser Anordnung folgende Beschaltungen durchzuführen :
EMI4.7
hörer an J - K, die Schalter 81 und 82 auf Stellung II.
2. Bestimmung der Länge der verkreuzten Strecke. Wie unter 1.
3. Ortsbestimmung des Schwerpunktes der verkreuzten Strecke. Die kurzgeschlossenen Kabel-
EMI4.8
Zwecks Einstellung des Tonminimums müssen fallweise die Pole bei J-K vertauscht werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Fehlerbestimmung in elektrischen Leitungssystemen mit Adervertauschung durch Feststellung der Länge und (oder) des Schwerpunktes der verkreuzten bzw. rückgekreuzten Strecke, vorzugsweise in Fernsprechkabeln, dadurch gekennzeichnet, dass zu den hiefür notwendigen Messungen Nullpunktmethoden benützt und ausser den Leitern der fehlerhaften Stromkreise keine weiteren Adern des Leitungssystemes herangezogen werden.