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Einrichtung zum Beseitigen von Störungen durch die Schiffsbewegungen
bei Messungen an Seekabeln während der Verlegung Bei der Verlegung von Seekabeln
werden die zum überwachen des ordnungsmäßigen Zustandes des Kabels erforderlichen
elektrischen Messungen in der Regel in lerheblichem Maße durch die Schiffsbewegungen
gestört.
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Wenn das Schiff itn Seegang rollt oder stampft, so führt die Kabeltrommel
im ruhenden magnetischen Erdfeld Drehbewegungen aus, so daß in den Kabelwindungen
entsprechende Wechselspannungen induziert werden, deren Frequenz der - Frequenz
der Schiffsbewegungen entspricht. Diese Störspannungen können bei bewegter See,
insbesondere bei voll aufgewickelter Kabeltrommel, so stark werden, daß die Messungen
unmöglich werden. Gemäß der Erfindung wird dieser Nachteil durch die Verwendung
einer oder rnehrerer Hilfswicklungen beseitigt, die auf dem Schiff- so angeordnet
sind, daß sie die gleichen oder annähernd die gleichen Winkelbewegungen machen wie
das zu verlegende Kabel, und eine Vorrichtung zum Regeln der Wirkung der in den
Hilfswicklungen ent stehenden Ausgleichsspannung auf das Galvanometer zum Ausgleich
der infolge des Kabelablaufs sich allmählich verringernden Windungszahl des Kabels
auf der Trommel.
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Die durch die Schiffsbewlegungen in der Hilfswicklung auftretenden
Spannungen werden dem Galvanometer in der Weise zugeführt, daß sie sich mit den
im Kabel durch die Schiffsbewegungen erzeugten Spannungen in ihrer Wirkung ganz
oder nahezu aufheben.
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In manchen Fällen kann es erwünscht sein, eine Hilfswicklung zu benutzen,
die so bemessen ist, daß in ihr eine wesentlich kleinere Spannung induziert wird.
In diesem Falle kann man einen Verstärker benutzen, um eine
Ausgleichsspannung
geeigneter Größe zu erzeugen.
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Bei blDssungen an fest verlegten Mehrieiterkabeln sind bereits Anordnungen
bekanntgetvorden. bei denen zum Ausgleich von Störungen durch Fremdfelder ein Hilfsleitef
benutzt wird. der so an das Galvanometer angeschlossen ist, daß die in dem Hilfsleiter
und die in einem Kabelleiter erzeugten Spannungen sich in ihrer Wirkung auf das
Galvanometer ganz oder nahezu aufheben. Dabei wurde als Hilfsleiter ein anderer
Kabelleiter benutzt. Andererseits hat man zum Beseitigen von Erdstromstörungen in
langen, bereits verlegten Telegraphenkabeln eine das Kabel auf einer Teilstrecke
begleitende Hilfsleitung verwendet und die in dieser auftretende Störspannung entsprechend
verstärkt, um sie zum Ausgleich der Störspannungen in dem Telegraphenkabel zu benutzen.
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Im allgemeinen wird es bei der erfindungsgemäßen Einrichtunb zweckmäßig
sein, eine Hilfswicklung so anzuordnen, daß ihre Windungen parallel zu den auf der
Trommel liegenden Kabelwindungen liegen. Besonders vorteilhaft ist die Anordnung
einer Hilfswickimig im Inneren der Kabeltrommel. Wenn dies jedoch aus baulichen
Rücksichten nicht angängig ist, empfiehlt es sich eine Hilfswicklung so anzuordnen,
daß ihre Mitte mit der Mitte der Kabeltrommel in einer durch das Metazentrum des
Schiffes verlaufenden Linie liegt weil auch in diesem Fall die Bedingung. daß die
Hilfswiclilung im Erdfeld die gleichen Winkeldrehungen macht wie die Kabeltrommel.
erfüllt ist. Bei Verwendung mehrerer Hilfswicklungen sind diese so anzuordnen. daß
sie in ihrer Wirkung ersetzt werden könnten durch eine Wicklung, deren Mitte mit
der Mitte der Kabeltrommel in einer durch das Metazentrum verlaufenden Linie liegt.
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Die zum Ausgleich des Kabelablaufs erforderliche Regelvirrichtuug
kann in verschiedener Weise ausgebildet werden. Sie kann z. B. in der Anordnung
von regelbaren Vor-und Nebenwiderständen zum Galvanometer bestehen, wobei diese
von Hand nachgestellt werden. Gegebenenfalls kann dies auch selbsttätig dadurch
geschehen, daß die betreffende Regelvorrichtung mit der Ablaufvorrichtung für das
Kabel in geeigneter Weise mechanisch gekuppelt wird.
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In besonders einfacher Weise ist ein Ausgleich der durch das Ablaufen
des Kabels gegebenen Verringerung der Störspannung durch die Verwendung einer Vorrichtung
möglich, durch die der Draht der Hilfswicklung entsprechend dem Ablauf des Kabels
ebenfalls abgewickelt wird. Dabei muß allerdings dafür gesorgt werden, daß der abgewickelte
Draht nicht wieder Schleifen bildet, in denen infolge der Schiffsbewegungen Spannungen
induziert werden. Dies kann z. B. dadurch verhindert werden, daß der ablaufende
Draht in genügend kurzen Zeitabständen abgeschnitten oder kurzgeschlossen wird.
Bei Verwendung eines blanken Drahtes könnte dieser zu diesem Zweck in ein mit einer
leitenden Flüssigkeit gefülltes Gefäß ablaufen.
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Bei Benutzung eines isolierten Drahtes kann fiir das ablaufende Ende
aber auch eine Vorrichtung zum Aufwickeln vorgesehen werden, wobei die Wickelrichtung
in geeigneten Zeitabständen umgekehrt wird, so daß die entstehenden Spannungen sich
gegenseitig aufheben.
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Wenn die Hilfswicklung auf einer Spule angeordnet wird, die mit der
Kabeltrommel derart verbunden ist, daß sie mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit
umläuft, z. B. durch unmittelbare Kupplung der beiden Drehachsen, so wird die Hilfsspule
zweckmäßig so gestaltet, daß die Wicklungshöhe in jedem Augenblick annähernd die
gleiche ist wie die des Kabels auf der Kabeltrommel. Dies läßt sich am einfachsten
dadurch erreichen, daß die Hilfsspule eine axiale Länge erhält, die in dem gleichen
Verhältnis kleiner ist, als der Durchmesser des Drahtes der Hilfswick-'lung kleiner
gewählt wird als der Kabel. durchmesser. Man kann in diesem Falle die Ililfsspule
gleichachsig mit einer Seite der Kabeltrommel verbinden oder die Wicklung auch auf
zwei an je einer Stirnseite der Rabeltrommel angeordnete Spulen verteilen.
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Im allgemeinen wird es vorteilhaft sein, die Hilfsspule über ein
Übersetzungsgetriebe mit der Kabeltrommel derart zu verbinden, daß sie mit einer
größeren Winkelgeschwindigkeit umläuft, und dafür die Hilfswicklung so zu bemessen,
daß das Produkt aus der Windungszahl und dem Quadrat des Wickeldurchmessers bei
der Hilfsspule ebenso groß ist wie bei der Kabeltrommel. Dadurch gewinnt man den
Vorteil, daß der Durchmesser der Hilfsspule wesentlich kleiner als der Durchmesser
der Kabeltrommel gewählt werden kann. Wenn z. B. der mittlere Durchmesser der Kabeltrommel
5 m beträgt und das Kabel in 1000 Windungen aufgewickelt ist, so kann man eine Hilfsspule
mit einem mittleren Durchmesser von o,5m benutzen, wenn man diese mit einem entsprechend
dünnen Draht in 100000 Windungen be wickelt.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungs beispiele der Erfindung
in Schaltbildern dar gestellt. Dabei ist die Kabeltrommel nur durch eine Schleife
1 und die Hilfswicklung durch eine Schleife 2 angedeutet. Das ab laufende Kabel
ist mit 3 bezeichnet, die
Meßstromquelie mit 4 und das Galvanometer
mit 5.
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In Fig. I ist das Kabel mit dem Galvanometer 5 und der Hilfswicklung
2 so verbunden, daß die in der Kabelwicklung I entstehende Störspannung und die
in der Hilfs- -widdung 2 induzierte Ausgleichsspannung in Reihe geschaltet sind-
und sich sentgegenwirken, so daß in dem Galvanometer 5 nur die Differenz der Spannungen
zur Wirkung kommt. Um einen möglichst vollkommenen Ausgleich zu erreichen, ist ein
regelbarer Vorwiderstand 6 sowie ein regelbarer Nebenwiderstand 7 vorgesehen. Dabei
entsteht an den Klemmen des Widerstandes 7 eine wirksame Spannung, die geringer
ist als die in der Hilfswicklung 2 induzierte Spannung und deren Betrag durch Regeln
an den Widerständen 6 und 7 verändert werden kann. Um -einen genauen Ausgleich zu
,erhalten, muß also die Hilfswicklung 2 so bemessen werden, daß die in ihr induzierte
Spannung größer ist als die in dem Kabel 1 erzeugte. Im übrigen entsteht an dem
Galvanometer ein Ausschlag, dessen Größe von dem durch den Isolationswiderstand
des Kabels, d. h. durch die von dem Gleichstromanteil des in der Zeichnung mit S
bezeichneten Widerstandes bedingten Isolationsstrom abhängig ist.
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Statt der in Fig. 1 gezeichneten Reihen--schaltung könnte auch eine
Parallelschaltung der Hilfsspule zu dem Kabel oder auch zu dem Galvanometer vorgesehen
werden. Alle diese Schaltungen haben aber zunächst den Nachteil, daß der Isolationswiderstand
der Hilfswicklung gegen Kabel und Erde so groß gegenüber dem zu messenden Kabelisolationswiderstand
sein muß, daß die dadurch entstehenden Meßfehler vernachlässigbar klein werden.
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Dieser Übelstand kann bei der in Fig. 1 dargestellten Reihenschaltung
dadurch vermieden werden, daß das Galvanometer 5 in seiner Lage mit der Hilfsspulenanordnung
vertauscht wird, so daß es unmittelbar an das Kabel 1 angeschlossen ist. Eine derartige
Schaltung ist in Fig. 2 dargestellt. In diesem Falle wird die Messung durch den
Isolationswiderstand der- Hilfswicklunggegen Erde nicht mehr gestört, und der Isolationswiderstand
der Hilfswicklung gegen Kabel tritt nur noch als Nebenschluß zu der Galvanometerspule
5 auf. Da er aber im allgemeinen sehr hochohmig sein wird gegenüber dem Galyanometerwiderstand,
so ist dieser Fehler meist zu vernachlässigen.
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Fig. 3 zeigt eine Schaltung unter Benutzung eines Doppelspulgalvanometers.
Dabei ist das Kabel 1 an die eine Drehspule 5' und die Hilfswicklung 2 an die andere
Drehspule 5" des Galvanometers 5 angeschlossen, und zwar über die Abgriffkontakte
von als Spannungsteiler geschalteten Nebenwiderständen 9 bzw.
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10. Durch Verstellen der Abgriffkontakte kann die Wirkung der in
den Wicklungen I und 2 entstehenden Spannungen auf die Galvanometerspule geregelt
werden. Die Wicklungsrichtung der beiden Drehspulen 5' und 5" ist entgegengesetzt,
so daß die von den Spannungen erzeugten Ströme sich entgegenwirken, wenn die Richtung
der in der Hilfsspule 2 induzierten Ausgleichsspannung mit der Richtung der in der
Kabelwicklung entstehenden Störspannung übereinstimmt.
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Nun ist aber der in dem Kabel fließende, von der' in der Kabelwicklung
I erzeugten Störspannung herrührende Wechselstrom von der jeweiligen Größe des komplexen
Wechselstromscheinwiderstandes abhängig. Dabei handelt es sich in der Hauptsache
um den kapazitiven Eabelwiderstand. Um nun einen vollkommenen Ausgleich zu erhalten,
ist es zweckmäßig, in den Ausgleichsstromkreis eine Nachbildung des Wechselstromscheinwiderstandes
z. B. in Gestalt eines Kondensators II einzuschalten. Da nun die Kabelkapazität
mit fortschreitender Verlegung des Kabels zunimmt, ist es zu empfehlen, auch die
Nachbildung regelbar anzuordnen, um sich jederzeit den vorliegenden Verhältnissen
anpassen zu können. Gegebenenfalls könnte die Vorrichtung zum Verändern der Nachbildung
auch mit der Ablaufvorrichtung des Kabels in geeigneter Weise gekuppelt werden,
so daß die Regelung selbsttätig erfolgt.
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Bei der in Fig 3 dargestellten Schaltung ist die Hilfsspule 2 über
die Galvanometerspule 5' unter Vorschaltung des Kondensators I I über Erde geschlossen.
Dies hat den Nachteil, daß Fehlmessungen entstehen können, wenn der Isolationswiderstand
zwischen der Hilfswicklung und dem Kabel nicht genügend groß ist. In diesem Falle
würde nämlich von der Batterie 4 ein Strom über die Drehspule 5', den Isolationswiderstand
zwischen 2 und I und die Drehspule 5" zur Batterie 4 zurückfiießen, wobei die Wirkunkungen
des Stromes in den beiden Spulen sich addieren würden.
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Dieser Übelstand ist bei der in Fig. 4 dargestellten Schaltung vermieden,
die sich von der Schaltung nach Fig. 2 nur dadurch unterscheidet, daß die Hilfswicklung
2 mit der zugehörigen Drehspule 5" des Galvanometers 5 durch eine besondere von
Erde getrennte Rückleitung 12 geschlossen ist. Als Nachbildung des Wechselstromscheinwiderstandes
des Kabels ist ein Widerstand 13 vorgesehen.
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Wenn die in der Zeichnung nur schematisch durch eine Windung angedeutete
Hilfswicklung 2 in der beschriebenen Weise so
ausgebildet und angeordnet
ist, daß sie die gleichen oder annähernd die gleichen Winkelbewegungen ausführt
wie die Kabeltrommel, so gleichen sich die durch die Schiffsschwankungen in der
Kabelwicklung und in der Hilfswicklung entstehenden Spannungen in ihrer Wirkung
auf das Galvanometer ganz oder nahezu aus, so daß die betreffende Messung dadurch
nicht gestört wird.
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Die in der Zeichnung dargestellten Schaltungen zeigen die übliche
Isolationsmessung.
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In der gleichen Weise kann die Anordnung aber auch bei während der
Verlegung an Seekabeln vorzunehmenden Messungen anderer Art, z.B. bei Fehlerortsbestimmungen,
benutzt werden.