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Anordnung fair Untersuchungen (Messungen, insbesondere Kopplungs-,
Dämpfungs-und Betriebskapazitätsmessungen) an in Betrieb stehenden Fernmeldeleitungen
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Durchführung von Untersuchungen (Messungen,
insbesondere Kopplungs-, Dämpfungs-und Betriebskapazitätsmessungen) an in Betrieb
stehenden Fernmeldeleitungen. Es besteht hierbei die Aufgabe, mit der im folgenden
kurz Meßanordnung genannten Anordnung ° von Schaltgliedern in' der zu untersuchenden
Leitung, an die sie angeschlossen ist, keine Störungen hervorzurufen, insbesondere
nicht die durch bekannte Leitungsnachbildungen oder Ausgleichsmaßnahmen (Nebensprechausgleich,
Erdausgleich usw.) hergestellte Symmetrie der Leitung aufzuheben.
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Um solche Messungen auszuführen, ist es bekannt, eine Meßfrequent
zu verwenden, die außerhalb- des Betriebsfrequenzbereiches liegt. Hierdurch soll
verhindert werden, daß Betriebsfrequenzen und Meßfrequenz sich gegenseitig beeinträchtigen,
was für die Betriebsfrequenzen eine erhebliche Störung bedeuten würde, während andererseits
die Messungen bzw. Untersuchungen ungenau werden könnten. Weiterhin ist es bekannt,
beim Messen und Abgleichen der Spulenfeldbetriebskapazitäten von Pupinkabeln die
Messung bei einer - oberhalb der Grenzfrequenz der Leitung gelegenen Frequenz vorzunehmen.
Auch bei diesem bekannten Verfahren bzw. Anordnung ist es möglich, die Messung vorzunehmen,
ohne die Leitung zu unterbrechen.
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Bei einer Anordnung für Untersuchungen (Messungen, insbesondere Kopplungs,
Dämpfung- und Betriebskapazitätsmessungen) an
in Betrieb stehenden
Fernmeldeleitungen mittels Wechselströmen, deren Frequenz verschieden ist von der
Frequenz der Betriebsströme und höher ist als die Grenzfrequenz der Leitung, sind
nach der Erfindung die beiden Pole der Meßanordnung oder Meßstromquelle an die Mitten
zweier Blindwiderstände -enthaltender, elektrisch symmetrischer Spannungsteileranordnungen
angeschlossen, deren Enden jeweils an die Adern der Fernmeldeleitungen angeschlossen
sind und die so bemessen sind, daß sie für die Betriebsfrequenzen einen hochohmigen
Widerstand besitzen und daß die beiden Spannungsteilerzweige für die Meßfrequenz
einen niederohmigen Widerstand darstellen. Von der Leitungsseite aus gesehen wird
somit ein für die Betriebsfrequenzen hochohmiger Widerstand erzielt, während für
die Meßfrequenz die zu messende Leitung einen niederohmig geschlossenen Kreis darstellt.
Durch eine derartige Ausbildung der Schaltglieder wird eine einwandfreie Trennung
der Kreise für die Betriebsfrequenzen und für die Meßfrequenz erreicht. Weiterhin
ist es bei der Anordnung nach der Erfindung möglich, die Meßfrequenz nahe an die
Grenzfrequenz der zu untersuchenden Leitung zu legen, ohne daß eine.Beeinträchtigung
von Betriebsfrequenzen und Meßfrequenz eintritt. Hierdurch entsteht der Vorteil,
die Messungen mit einer Frequenz vorzunehmen, die nicht allzusehr von den Betriebsfrequenzen
der Leitung verschieden ist. Dies ist insofern von Wichtigkeit, als dadurch bei
der Messung ähnliche Verhältnisse untersucht werden können, wie sie für die Betriebsfrequenzen
auftreten. Um zu erreichen, daß die Meßanordnung im Betriebsfrequenzbereich der
Leitung einen vielfach höheren Widerstand hat als im Meßfrequenzbereich, kann man
in die Spannungsteileranordnung solche Schaltglieder einfügen, daß durch Auftreten
von Resonanzen im Meßfrequenzbereich und/oder im Betriebsfrequenzbereich sich Hochohmigkeit
für die Betriebsfrequenzen und Niederohmigkeit für die Meßfrequenzen ergibt. Insbesondere
ist anzustreben, daß die Spannungsteileranordnung oder Schaltglieder hiervon in
bezug auf die Meßfrequenz in Reihenresonanz, in bezug auf eine wichtige Betriebsfrequenz
der Leitung in Parallelresonanz stehen.
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Es sind an sich bereits bei einem Verfahren und einer Anordnung zum
Messen und Abgleich der Spulenfeldbetriebskapazitäten von Pupinkabeln, bei welchen
ebenfalls. wie bei der Erfindung die Meßfrequenzen oberhalb der Grenzfrequenz der
Leitungen liegen, die Einwirkungen von Resonanzstellen der in der Meßanordnung verwendeten
Übertrager bekannt. Hierbei soll jedoch durch entsprechende Wahl der Meßbrückenzweige
und unter Beachtung der Resonanzstellen der in der Meßanordnung verwendeten Übertrager
die Meßanordnung derart gewählt "-erden, daß sie nur eine geringe Veränderung des
Scheinwiderstandes des -jeweils zu messenden Spulenfeldes hervorruft, d. h. einen
praktisch zu vernachlässigenden Nebenschluß für die Betriebsfrequenzen darstellt,
und daß Messung und Abgleich bei in Betrieb befindlicher Leitung durchgeführt wird.
Demgegenüber sollen bei der erfindungsgemäßen Spannungsteileranordnung Resonanzen
in der Spannungsteileranordnung bewirken, daß im Betriebsfrequenzbereich der Leitung
die Meßanordnung für die Betriebsfrequenzen einen hochohmigen Widerstand ergibt,
während für die Meßfrequenz die zu messende Leitung einen niederohmig geschlossenen
Kreis darstellt.
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Die Anordnung nach der Erfindung eignet sich besonders für Untersuchungen,
die spulenfeldweise an pupinisierten Leitungen vorzunehmen sind. Durch geeignete
Wahl der Meßfrequenz, die in bekannter Weise höher gelegt wird als die Grenzfrequenz
der Leitung, gelangen die Meßströme nicht oder nurmehr sehr stark gedämpft in die
benachbarten Spulenfelder. Die Leitung braucht daher in den Spulenpunkten nicht
unterteilt zu werden, ohne daß das Meßergebnis darunter leidet. Umgekehrt kann durch
die Erfindung wirksam verhindert werden, daß die Betriebsströme der Leitung in störendem
Ausmaß in die Meßanordnung eintreten, was sich u. a. in vermehrtem Übersprechen
oder erhöhten Störgeräuschen in der Leitung, schlechter Verständigung, Pfeifen der
Verstärker usw. äußern würde.
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Bei den hier in Betracht kommenden Untersuchungen, vorzugsweise bei
der Messung des Mitsprechens zwischen Stamm und Vierer im Vierer, des Übersprechens
zwischen Nebenvierern oder zwischen Stämmen und benachbarten Vierern, der Betriebskapazität
von Viererkreisen, sollen die zwischen zwei Adern einer Doppelleitung liegenden
Schaltglieder im Betriebsfrequenzbereich hochohmig und im Meßfrequenzbereich niederohmig
sein. Sie sollen im letzteren Bereich wenn möglich reell sein, damit ihre Vektoren
zu jenen der kaparitiven Eigenwiderstände des Kabels senkrecht stehen und daher
den Betrag der letzteren wenig beeinflussen. Im Betriebsfrequenzbereich sollen sie
dagegen induktives Verhalten zeigen, also mit steigender Frequenz zunehmen, damit
sie im oberen Teil dieses Bereiches weniger wirksam sind und die dort z. B. für
die Leitungsnachbildung ohnedies bestehenden Schwierigkeiten nicht erhöhen. Die
Reihenresonanz im Meßfrequenzbereich
soll übrigens möglichst flach
sein, weil dann geringe Änderungen der Meßfrequenz den Resonanzzustand nicht beeinflussen.
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Fig. z der Zeichnung zeigt als Ausführungsbeispiel der Erfindung jenen
Teil einer Meßschaltung, durch den ein Pol einer Wechselstrom liefernden - Meßstromquelle
W an die in Betrieb stehenden Leitungsadern a und b angeschlossen wird. Dies geschieht
durch zwei Abzweigspulen L, und L2 und einen Kondensator C. Die Abzweigspulen bilden
einen induktiven Spannungsteiler, zu dessen Teil L1 die Kapazität des- Kondensators
C parallel liegt. Diese steht mit der Induktiv ität der Spule L1 in Parallelresonanz
in bezug auf eine Betriebsfrequenz, mit jener der Spule L2 (unter Berücksichtigung
der Parallelinduktivität L1) in Reihenresonanz in bezug auf die Meßfrequenz. Der
Widerstand der Schaltung ist daher für die Betriebsströme der Leitung hoch gegenüber
dem Widerstand für die an der Mittelanzapfung der Abzweigspule L1 zugeführten Meßströme.
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Die zwischen den Adern a und b liegenden Schaltglieder müssen außerordentlich
symmetrisch sein, und zwar sowohl in bezug auf die Meßstromquelle als auch in bezug
auf die in Betrieb stehende Leitung, damit die Messung, besonders die Mitsprechmessung,
mit der erforderlichen Genauigkeit und ohne Störung des Fernmeldebetriebs ausgeführt
werden kann.
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Unter Umständen genügt für die Anschaltung der Stromquelle TV schon
ein einfacher Spannungsteiler ohne Resonanzglieder, wenn er der Bedingung entspricht,
daß er für die in ihm abzweigenden Betriebsströme der Leitung einen hochohmigen
Widerstand darstellt und für den Strom der Meßstromquelle einen niederohmigen Widerstand,
z. B. eine Spannungsteileranordnung aus zwei genau gleich großen Kondensatoren,
deren Spannungsverbrauch bei der Meßfrequenz klein gegenüber dem der obersten Betriebsfrequenz
ist. Damit die unvermeidlichen zeitlichen Änderungen zweier zusammengehöriger Kondensatoren
möglichst genau gleich verlaufen, kann man sie z. B. in einem Block so zusammenbauen,
daß sich Druck und Temperatur für beide Kondensatoren gleichermaßen ändern.
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.Von induktiven Bauteilen lassen sich Abzweigspulen oder Ausgleichs-
(Differential-) Übertrager am besten symmetrisch herstellen. Ihr Widerstand kann
für den Strompfad von der einen Ader einer Doppelleitung zur anderen selbst für
die niedrigste Betriebsfrequenz leicht ausreichend hoch gehalten werden; aber dieser
Widerstand ist ohne Verwendung von Resonanzgliedern für die oberhalb der Grenzfrequenz
liegende' Meßfrequenz um so höher. Auch können zwischen der Spulen- oder Übertragerinduktivität
und irgendwelchen Teilkapazitäten des Kabels unerwünschte Resonanzerscheinungen
auftreten. Um Niederohmigkeit für die Meßfrequenz zu erhalten, ist es also notwendig,
diesen hohen Scheinwiderstand zwischen den beiden Adern der Doppelleitung für die
Meßfrequenz herabzusetzen.- Hierzu dienen Kondensatoren in der Art des Kondensators
C nach Fig. z, die mit der Induktivität des Spannungsteilers oder besser mit einem
Teil L2 davon in Reihe und zu einem anderen Teil L1 parallel geschaltet sind. Die
Spule L2 ist nach Fig. z in zwei symmetrische Hälften unterteilt, dagegen ist es
vorteilhaft, den Kondensator C nicht symmetrisch aufzustellen, sondern so anzuordnen,
daß er für die Differentialschaltung der Abzweigspule (des Übertragers) unwirksam
ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 liegt die aus zwei Spulen
L1, L2 und einem Kondensator C bestehende Schaltung an der Sekundärwicklung s eines
symmetrischen Ausgleichsübertragers p, s, dessen Wicklungen vorteilhaft statisch
abgeschirmt sind. Auch hier ist für niedrige Frequenzen die Reihenschaltung aus
L 1 und L2 wirksam; für eine mittlere unter der Meßfrequenz liegende Frequenz herrscht
Parallelresonanz zwischen L1 und C, für die Meßfrequenz selbst besteht Reihenresonanz
zwischen L, und
wenn C, L1 und L= zugleich die entsprechenden Blindwiderstände bedeuten. Für Messungen,
bei denen zwischen den beiden Adern a und b der Leitung nur hochohmige Schaltglieder
liegen sollen, kann durch Öffnen der Kondensatorzuleitung durch einen Schalter u
in einfacher Weise die Reihenresonanz aufgehoben werden.
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Die Spulen Lt und L2 können auch auf einem einzigen Spulenkern untergebracht
werden, wobei dann die Streuinduktivität von L2 mit der Kapazität in Resonanz tritt.
Die Spule kann man etwa so wickeln, daß auf dem Kern zunächst die Wicklung für L1
und dann über einen gegebenenfalls mit magnetisierbaren Stoffen ausgefüllten Zwischenraum
die Wicklung für L2 aufgebracht wird. Man kann auch z. B. einen ringförmigen Kern
mit einer magnetisierbarenQuerverbindung (Streujoch) verwenden, wobei die Wicklung
für LI beiderseits dieser Querverbindung, jene für L2 aber nur auf einer Seite davon
angeordnet ist.
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Nach Fig. 3 ist parallel zu einer Induktiv ität L3 eine Reihenschaltung
aus einer Induktivität L4 und einer Kapazität K angeordnet. Vorteilhaft wird die
Differentialwicklung des Übertragers so bemessen, daß sie zugleich die Induktivität
Ls bildet, wie dies in Fig. 4 gezeigt
ist. In diesem Falle wirkt
dann zwischen den Adern a und b der Leitung für die niedrigen Betriebsfrequenzen
praktisch nur der Leerlaufwiderstand des Differentialübertragers (die Induktivität
L3), für mittlere und hohe Betriebsfrequenzen der Parallelwiderstand aus der Induktivität
L3 und der (übersetzten) KapazitätK (bei einer bestimmten Frequenz tritt Parallelresonanz
ein) und bei der Meßfrequenz die Reihenschaltung aus der Kapazität K und der Induktivität
L4 (Reihenresonanz). Diese Reihenresonanz kann in den Ausführungsformen nach Fig.
3 und .a. sowohl durch Öffnen des Unterbrechers u im Stromzweig der Kapazität K
als auch durch Kurzschließen der Induktivität L4 mittels des Schalters t aufgehoben
werden. Durch die letzte Maßnahme wird die Parallelresonanz für die mittleren oder
höheren Betriebsfrequenzen praktisch nicht beeinträchtigt.
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Ein Beispiel für eine Anwendung der Schaltung nach Fig. d. für die
Messung der Mitsprechkopplung zwischen einem Phantomkreis a, b, c, d und
dem Aderpaar c, d ist in Fig. 5 wiedergegeben. Durch die aus L3, L4 und K gebildete
Schaltung wird der Widerstand zwischen a und b für die Meßströme niederohmig gemacht.
Wenn innerhalb eines Vierers sowohl die Übersprechkopplung als auch die beiden Mitsprechkopplungen
sehr genau ausgeglichen werden, so kann darauf verzichtet werden, L4 und K auf Reihenresonanz
abzustimmen. Allerdings wird man dann, besonders bei großen auszugleichenden Kopplungen,
nur schrittweise die für den Ausgleich erforderlichen Zusatzkondensatoren bestimmen
können. In ähnlicher Weise kann eine der Spannungsteileranordnungen nach F ig. i
bis q. oder eine andere Spannungsteileranordnung mit mehreren Resonanzstellen oder
eine kapazitive Spannungsteileranordnung auch zum Ausgleich der Übersprechkopplung
zwischen Nachbarvierern oder zwischen Vierer und benachbartem Stamm angewendet werden,
wenn sie derart aufgebaut ist, daß sie für die Betriebsfrequenzen einen hochohmigen
Widerstand besitzt und die Spannungsteilerzweige für die Meßfrequenz einen niederohmigen
Widerstand besitzen. Der Eintritt eines niederfrequenten Rufstromes in die Meßanordnung,
wodurch der nutzbare Anteil des Rufstromes unzulässig geschwächt würde, kann durch
symmetrisch aufgeteilte, in Fig. 5 nicht eingezeichnete Kondensatoren erfolgen;
diese sind derart bemessen, daß sie mit der Induktivität L3 eine hinreichend weit
unterhalb der niedrigsten Betriebsfrequenz liegende Reihenresonanz ergeben, so daß
die Hochohmigkeit der Spannungsteileranordnung für die Betriebsfrequenz gewahrt
bleibt. Fig. 6 enthält ein Schaltbild zur -Messung der Betriebskapazität des Vierers
a., b, c, d für den zwischen zwei Spulenpunkten Sm, S',n -1-, liegenden Kabelabschnitt.
Die Meßbrücke besteht aus den Kondensatoren C,, C_, C3 und C4, wobei die aus x1...x4
gebildete Viererkapazität des Kabels zum Kondensator C3 parallel geschaltet ist.
Die Schaltung bedient sich beispielsweise wieder der Anordnung nach Fig. ,4. Die
Spannungsteileranordnung ist so zu bemessen, daß der für die Betriebsfrequenzen
wirksame Nebenschluß zum Kondensator C3 ausreichend klein bleibt, so daß sich die
Meßanordnung und die in Betrieb stehende Leitung gegenseitig nicht beeinflussen.
Die Wechselstromquelle W und der Empfänger E können Vorschaltkondensatoren R erhalten,
die, wie dargestellt, auf der der Leitung -zugekehrten Übertragerseite, aber auch
unmittelbar in Reihe mit Ih oder E liegen können.