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Ersatzkabelstück für die Ausbesserung von Pupinseekabeln Für die Ausbesserung
von Pupinseekabeln ist schon eine Reihe von Vorschlägen gemacht worden. Die Schwierigkeit
liegt darin, daß es bei größerer Wassertiefe erforderlich ist, zur Überbrückung
der beiden Schnittstellen Kabelstücke bestimmter Länge einzusetzen. Es entstehen
hierbei unregelmäßige Spulenfeldlängen, und die früher gemachten Vorschläge gehen
darauf hinaus, durch günstige Bemessung besonderer Zusatzspulen- dafür zu sorgen,
daß die Reflexionen an den unregelmäßigen Stellen gering gehalten werden.
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Alle diese Verfahren haben den Nachteil, daß sich erst an Ort und
Stelle während der Ausbesserungsarbeit ergibt, welche Zusatzlängen notwendig sind,
was von der Wassertiefe, der Wetterlage und anderen Umständen abhängt. Man muß dann
weiter feststellen, an welchen Stellen Spulen eingeschaltet werden sollen und welche
Größe sie haben müssen. Es ist nun für die Ausbesserungsarbeiten an Seekabeln von
sehr großer Bedeutung, daß sie schnell vonstatten gehen, da lange dauernde Arbeiten
sehr kostspielig sind.
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Nach der Erfindung wird die Möglichkeit, die Ausbesserung in kurzer
Zeit zu beenden, dadurch erreicht, daß fertige Zwischenstücke fester Längen vorbereitet
werden, die aus einem Kabelstück bestehen, das länger als ein normales Spulenfeld
und an beiden Enden mit Spulen ausgerüstet ist. Da das an der Fehlerstelle eindringende
Wasser nicht über die beiden anschließenden Spulenstücke hinausgehen kann, ist es
auf diese Weise möglich, unmittelbar hinter diesen Spulenstücken das Kabel zu schneiden
und mit dem Ersatzstück ohne weiteres zu verbinden. Vorteilhaft sind an die äußeren
Enden dieses Zwischenstückes bereits Kabelstücke angespleißt, die kürzer sind als
die normalen Spulenfelder. Die für die Reparatur notwendige Verlängerung wird so
auf mehrere Spulenfelder aufgeteilt, und es läßt sich dabei durch zweckentsprechende
Bemessung der Längen des mittleren Kabelstückes und der äußeren Stücke erreichen,
daß man sehr geringe Reflexionsfaktoren erhält. Das Vorgehen empfiehlt sich besonders,
weil es dann nicht nötig ist, für die Zwischenstücke besondere Spulen herzustellen.
In vielen Fällen wird man damit auskommen, einen Satz unter sich gleicher Zwischenstücke
mitzuführen, doch kann es unter besonderen Umständen, wenn man z. B. mit sehr verschiedenen
Wassertiefen zu rechnen hat, vorteilhaft sein, zwei oder mehrere Sätze solcher Zwischenstücke
vorzubereiten, die verschiedene Zusatzlängen ergeben.
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Die Ausbesserung kann sich dann sehr
rasch vollziehen.
Nachdem man das fehlerhafte Spulenfeld geschnitten hat, kann man das eine Ende aufnehmen,
bis man zur ersten Spule gelangt. Diese Spule wird dann weggeschnitten, und man
kann entweder das Zwischenstück sofort anspleißen oder, nachdem man das Ende wasserdicht
abgeschlossen hat, das andere Ende aufnehmen bis zur ersten Spule, die ebenfalls
weggeschnitten wird, und dort mit der Anspleißung des Zwischenstückes beginnen.
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Auf jeden Fall vollzieht sich die Ausbesserung sehr rasch mit zwei
Spleißungen.
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Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen
erläutert: Die Abb. i stellt zunächst das fehlerhafte Feld des Pupinseekabels dar.
Dieses Feld von der Länge s wird einschließlich der beiden angrenzenden Spulen L
weggeschnitten, also zwischen den Stellen i-i und 2-2, und durch das Zwischenstück
nach der Erfindung ersetzt.
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Ein solches Zwischenstück ist in Abb.2 beispielsweise dargestellt.
Es besteht aus einem Kabelstück von der Gesamtlänge s + D, in das nahe den Enden
zwei Spulen L1 eingesetzt sind. Zweckmäßig nimmt man Belastungsspulen L, die den
normalen Spulen L gleich sind. In der Regel liegen dann die Verhältnisse so (was
übrigens davon abhängt, wie hoch die Grenzfrequenz des Seekabels im Vergleich zur
höchsten durch das Kabel zu übertragenden Frequenz ist), daß man die äußeren Anschlußlängen
d1 und ds zweckmäßig gleich dem Überschuß d2 des mittleren Stückes über die
Feldlänge s macht, so daß d, - d2 = d, = D13. ist.
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Bei Belastung eines Vierpols mit einem Scheinwiderstand R=Z2 (1+A
( worin Z2 der Wellenwiderstand des Vierpols auf der Belastungsseite und ö klein
ist, ergibt sich nach F e 1 d t k e 11 e r , Telegraphen-und Fernsprechtechnik 1925,
Nr.7, Formeln 8a, g und Anmerkung q., der Scheinwilderstand U-ZI (_+&e-2yn)_
(2)
Hierin ist Z1 der Wellenwiderstand an der Stelle, wo der Scheinwiderstand
bestimmt «-erden soll, y =,B + j a die Fortpflanzungsgröße für die Längeneinheit
oder das Kettenleiterglied und ia die Länge oder Gliederzahl. Demnach ist der relative
Fehler ä.
Handelt es sich um einen Fehler in der Spule, so kann man sich den Belastungswiderstand
als Summe des Wellenwiderstandes für die halbe Spule
und des Scheinwiderstandes j co a L des Spulenüber schusses denken.
C ist die Kapazität der Längeneinheit und 77 das Verhältnis der Kreisfrequenz co
zur . Grenzfrequenz
Hieraus folgt nach (i) 8 = j co a LJZZ (6)
und der relative
Fehler
oder
y ist dabei durch ja. ersetzt worden, weil nur Frequenzen betrachtet
werden, bei denen die Dämpfung gering ist. Entsprechend ergibt sich für eine Kapazitätsabweichung,
d. h. für einen Überschuß an Kabellänge
Da nun für kleine Fehler nach W a g n e r und K ü p f m ü 11 e r, Archiv für Elektrotechnik,
Bd. g, S. 474 ig2i, das Superpositionsprinzip gilt, hat man für den Fall der Abb.2
den Betrag des gesamten Fehlers
Diese Gleichung zeigt, daß die einzelnen Fehler der Feldlänge und der Spuleninduktivität
jeweils um das Phasenmaß gedreht werden, das dem doppelten Abstand von der Stelle
entspricht, an der man den Fehler des Scheinwiderstandes feststellt, und daß die
Abweichungen der Feldlänge und der Spuleninduktivität mit entgegengesetztem Vor-.
zeichen auftreten. Außerdem zeigt der vor der Klammer stehende Faktor, daß der Scheinwiderstandsfehler
für sehr kleine Frequenzen verschwindet und für die Grenzfrequenz beliebig große
Werte annehmen kann.
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Die Fehler A, die unter diesen Umständen bei einem Seekabel mit der
Grenzfrequenz 4800 Hz, die für Pupinseekabel hauptsächlich verwendet wird, im Scheinwiderstand
vorkommen,
sind in Abb. 3 in Abhängigkeit von der Frequenz für die beiden Verhältnisse Dls
= o, i und Dls = o,2 dargestellt. Sie liegen im ersten Fall unter
3,6 0/0, im zweiten Fall unter 7,2 0lo.
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Diese Fehler sind praktisch nicht mehr von 'Bedeutung. Man kann sie
aber noch verkleinern, wenn man die Spule L, z. B. so einsetzt, daß di
= d2/2 - d@ = DI4 ist, und Li in entsprechendem Maße erhöht,
so daß Li = L (i -f- djs) ist. Man bekommt dann für das oben betrachtete
Kabel die in Abb. 4. dargestellten Kurven des relativen Fehlers in Abhängigkeit
von der Frequenz. Wird die Aufteilung in anderer Weise vorgenommen (wobei aber immer
d, = d3 bleibt), so hat es sich als zweckmäßig erwiesen, etwa verschwindet dann
für die Frequenz, die halb
zu machen. Der Fehler so groß ist als die Grenzfrequenz des Kabels. Diese entspricht
bei den heute üblichen Pupinseekabeln ungefähr der oberen Grenze des zu übertragenden
Frequenzbereiches. Wenn dies nicht der Fall ist, kann die zweckentsprechende Bemessung
der Spuleninduktivitäten und der Lage der Spulen im Zwischenstück leicht bestimmt
werden.
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Es ist auch möglich, die Längen von di und d3 gleich Null zu machen,
wenn man entsprechend vergrößerte Spulen auswählt. Bei der Fehlerkompensation wirken
dann nur die drei mittleren Glieder von Gleichung (9) mit. Die links und rechts
vom Zwischenstück liegenden Felder haben dann die normale Länge und nur das vom
Zwischenstück gebildete Feld weicht in der Länge vom normalen Spulenfeld ab. In
der Regel werden aber die Fehler nach Abb. 3 genügend klein sein, so daß es vorteilhafter
ist, in der zur Erläuterung dieser Abbildung beschriebenen Weise vorzugehen, weil
man dann für das Zwischenstück dieselben Spulen wie für das Seekabel verwenden kann.
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Eine andere Möglichkeit für die Ausbildung des Zwischenstückes ist
in Abb. 5 dargestellt. Hiernach ist das Zwischenstück an der einen Seite mit einer
normalen Spule L abgeschlossen, so daß di - o ist. Hierauf folgen ein Kabelstück
von der Länge s + d2
und eine Spule L." deren Induktivität von der Induktivität
der normalen Spulen abweicht. An diese Spule schließt sich noch ein Kabelstück von
der Länge d3 an. Im Anschluß an das Zwischenstück ist gestrichelt noch der benachbarte
Teil des Seekabels gezeichnet, und zwar folgt bis zur nächsten normalen Belastungsspule
L auf der rechten Seite der Abb.5 ein Kabelstück von der normalen Feldlänge s. Wenn
man d2 - d, wählt, liegt die Spule L2 symmetrisch zu den beiden benachbarten
normalen Spulen. Es ist auch in diesem Falle leicht möglich, der Spule L2 eine solche
Abmessung zu geben, daß die Scheinwider standsabweichungen gering bleiben. Kommen
z. B. vorwiegend nur Frequenzen in Frage, die erheblich kleiner sind als die Grenzfrequenzen,
was in der Praxis meistens der Fall sein wird, so erhält man eine gute Annäherung,
wenn man L2 = L (i -f- 2 d2ls) macht.
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Bei den normalen Spulenabständen von etwa 2 km hat man mit einer notwendigen
Verlängerung um etwa D = o,2 bis 0,4 km zu rechnen. Dies reicht im allgemeinen für
Wassertiefen von ioo bis Zoo m aus. In der Regel wird man mit Ausbesserungen in
größeren Tiefen kaum zu rechnen haben. Es empfiehlt sich daher, die Ersatzstücke
insgesamt um io bis 2o 010 länger zu machen als die normalen Spulenfelder.