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Verfahren zur Ausführung von Wechselstrommessungen und von solchen
Gleichstrommessungen, bei denen Teile der Meßschaltung an Erde gelegt werden, an
in Betrieh befindlichen Fernmeldeleitungen Die starke Zunahme des Fernmeldeverkehrs
macht es häufig wünschenswert, neuverlegte Kabellinien schon zu einem Zeitpunkt
wenigstens behelfsmäßig in Betrieb zu nehmen, in dem die Verständigungsmöglichkeit,
beispielsweise durch Pupinisierung, zwar bereits gewährleistet, die Nebensprechfreiheit
aber noch nicht hinreichend vorhanden ist. Die in diesem Fall nachträglich durchzuführenden
Ausgleichsarbeiten würden bei Anwendung der üblichen Verfahren unliebsame Betriebsunterbrechungen
bewirken. Auch an bereits vollständig fertiggestellten und in Betrieb genommenen
Fernmeldeleitungen sind oft nachträgliche Arbeiten, beispielsweise Einspleißungen,
vorzunehmen, die eine Verschlechterung des elektrischen Zustandes der Anlage zur
Folge haben. Die dadurch erforderlich werdenden Messungen und Ausgleichsmaßnahmen
machen Freischaltungen von Leitungen notwendig oder verursachen unerwünschte Betriebsunterbrechungen.
Schließlich ist noch zu erwähnen, daß an ausgedehnten Fernkabelanlagen tägliche
Überwachungsmessungen, vorwiegend Isolationsmessungen, durchgeführt werden, die
man zur Vermeidung
größerer Betriebsstörungen zumeist an wenigen
außer Betrieb genommenen Leitungen vornimmt. Es wäre zwar vorteilhaft, zur besseren
Kontrolle auch die anderen Leitungen zu prüfen. Die für diesen Zweck erforderlichen
Umschaltungen lassen aber diese Maßnahme wegen der damit verbundenen Umständlichkeit
meistens nicht zu. Manche Kabelanlagen stehen mangels freier Leitungen überhaupt
nicht in elektrischer Überwachung.
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Es ist bereits eine Anordnung für Untersuchungen (Messungen, Ausgleichsarbeiten
u. dgl.) an in Betrieb befindlichen Fernmeldeleitungen bekanntgeworden, bei der
die an die zu untersuchende Leitung angeschlossene Anordnung von Schaltgliedern
(Meßanordnung) den in sie abzweigenden Betriebsströmen der Leitung einen wesentlich
höheren Widerstand bietet, als dem Strom der Meßstromquelle. Dabei erfolgt die Messung
auch mit einer außerhalb des Betriebsfrequenzbereichs (bei pupinisierten Leitungen
zweckmäßig oberhalb der Betriebsfrequenz) liegenden Frequenz, und es hat die an
die Fernmeldeleitung angeschlossene Meßanordnung im Betriebsfrequenzbereich der
Leitung einen vielfach höheren Widerstand als im Meßfrequenzbereich. Nach diesem
bekannten Meßverfahren, bei dem die Meßanordnung über Zweipole an die zu untersuchenden
Leitungen angeschlossen ist, können aber die Eigenschaften der Leitungen lediglich
in der jeweils betriebsmäßig vorliegenden Länge gemessen werden, da eine Begrenzung
des zu messenden Abschnittes nur durch Auftrennung der Leitungen möglich ist, was
zu einer Betriebsunterbrechung führen würde.
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Es ist ferner ein Verfahren zum feldweisen Ausgleich von Störungen
und Unsymmetrien, insbesondere Nebensprech- und Starkstromstörungen, Betriebskapazitäts-,
Scheinwiderstands- und Erdkapazitätsabweichungen, in Pupinfernmeldekabeln bekannt,
bei dem die die Störungen oder Unsymmetrien verursachenden kapazitiv en, induktiven
Wirk- und Scheinwiderstandsunsymmetrien mit Hilfe einer oberhalb der Grenzfrequenz
liegenden Frequenz gemessen und auf Grund der Meßergebnisse insbesondere durch zusätzliche
Ausgleichsmittel, wie Zusatzkondensatoren, ausgeglichen werden. Dieses Verfahren
ist aber lediglich für den feldweisen Ausgleich geeignet und beseitigt nur kapazitive,
also spannungsabhängige Unsymmetrien. Bei neuzeitlichen Kabelanlagen spielen jedoch
auch stromabhängige Unsymmetrien, beispielsweise magnetische Kopplungen, Widerstands-
und Induktivitätsdifferenzen, eine große Rolle. Der Ausgleich derartiger Unsymmetrien
geschieht oft mit Rücksicht auf das Gegennebensprechen nicht nur feldweise, sondern
auch über größere Längen. Bei in Betrieb befindlichen Kabelanlagen mußten bisher
für solche Messungen Teile des Leitungsnetzes freigeschaltet oder unterbrochen werden.
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Eine andere bekannte Schaltung für Messungen an Fernmeldekabeln, insbesondere
zur Temperaturregelung an Luftkabeln, ist gekennzeichnet durch die Verwendung von
dem Fernmeldeverkehr dienenden Doppeladern als Prüfkreis unter Ausschluß von Verstärkern
aus dem Prüfkreis, indem diese Doppeladern als Zweig einer Gleichstrommeß-I brücke
benutzt sind, von der die Fernmeldeströme durch Schaltmittel, z. B. Spulen oder
Spulenleitungen, abgehalten werden, während die Enden der insbesondere durch Verstärkerabschnitte
begrenzten Prüfleitungen an einem Ende durch Spulen, z. B. Verstärker oder Übertrager,
gleichstrommäßig kurzgeschlossen und gegebenenfalls nach außen durch Kondensatoren
blockiert sind. Die für diese Messungen an in Betrieb befindlichen Leitungen vorgesehene
Schaltung, mit der nur Gleichstromwiderstandsmessungen ausgeführt werden, ist jedoch
für Widerstandsdifferenzmessungen nicht verwendbar, weil sie die zur Durchführung
von Differenzmessungen erforderliche Symmetrie bei geerdeter Meßschaltung nicht
berücksichtigt.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausführung von Wechselstrommessungen,
z. B. magnetischen Kopplungs-, Induktivitätsdifferenz- und Erdkapazitätsdifferenzmessungen,
und von solchen Gleichstrommessungen, bei denen Teile der Meßschaltung an Erde gelegt
werden, z. B. Widerstandsdifferenz-, Fehlerorts- und Isolationsmessungen, an in
Betrieb befindlichen Fernmeldeleitungen, insbesondere an Fernmeldekabeln, wobei
die Frequenzen der Meßströme so gewählt sind, daß diese sowie die unmittelbar benachbarten
Frequenzen im Frequenzband der Betriebsströme entweder überhaupt nicht enthalten
oder an dem Übertragungsvorgang nicht wesentlich beteiligt sind. Gemäß der Erfindung
sind bei einem derartigen Verfahren beiderseits des zu untersuchenden Leitungsabschnittes
in Reihe zur Leitung derart ausgebildete vierpolige Netzwerke eingeschaltet, daß
diese den zu untersuchenden Leitungsabschnitt für die Meßströme begrenzen und gleichzeitig
durch die Anschaltung der Sende- und Empfangseinrichtungen der Meßapparate entstehende
Änderungen des Betriebszustandes verhindern.
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Dieses Verfahren bietet gegenüber den bekannten Meßverfahren verschiedene
Vorteile. Zum Unterschied von dem bekannten Verfahren, bei dem die Meßanordnung
über Zweipole an die zu untersuchenden Leitungen angeschlossen ist, wird allgemein
der Vorteil erreicht, daß beliebig lange Strecken der Fernmeldeleitungen
untersucht
werden können, ohne eine Auftrennung der Leitungen vornehmen zu müssen. Irgendweclhe
Betriebsstörungen werden selbst bei Anschaltung normaler. Meßgeräte sowie bei Ausführung
normaler Messungen mit Sicherheit vermieden, da die erfindungsgemäß vorgesehenen
Netzwerke im Betriebsfrequenzbereich an den Leitungswellenwiderstand angepaßt sind
und durch besondere Anordnung der Schaltmittel auch eine Störung der Leitungssymmetrie
- vermieden wird, selbst in dem Fall, daß die angeschlossenen Meßgeräte große Erdunsymmetrie
besitzen. Andererseits . sind die Meßströme nicht nur innerhalb des zu untersuchenden
Leitungsabschnittes von den Nachbarabschnitten abgeriegelt, sondern unterliegen
auch den für die exakte Ausführung der Messungen erforderlichen Bedingungen.
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Während die Netzwerke der bekannten Frequenzweichen nur eine passive
Rolle spielen, sind die Netzwerke nach der vorliegenden Erfindung aus meßtechnischen
Gründen unmittel-, bar Teile der Meßanordnung. Sie ermöglichen erst das störungsfreie
Anschalten normaler Meßgeräte, ohne bei Anwendung der üblichen Meßverfahren Erschwernisse
zur Folge zu haben. Die Wahl der Elemente dieser Netzwerke richtet sich naturgemäß
nach der Anpassungsfähigkeit an die Wellenwiderstände der Leitungen, um eine unzulässige
Verminderung der Pfeifsicherheit des Leitungssystems auszuschalten.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung ist sowohl für bespulte als auch
für unbespulte Leitungen verwendbar, d. h. sowohl bei niederfrequenter als auch
bei trägerfrequenter Ausnutzung der Leitungen und ohne Rücksicht auf die Art der
Fernmeldeübertragung. Im fölgenden wird die Anwendbarkeit des neuen Verfahrens für
drei verschiedene Hauptgruppen von Messungen an Hand der Figuren näher erläutert.
i. Messung magnetischer Kopplungen In den Fig. i und 2 sind Meßanordnungen dargestellt,
die sich besonders zum Messen magnetischer Kopplungen eignen. Derartige Unsymmetrien
sind bekanntlich stromabhängig. Bei denbekanntenMeßverfahreninduziert der im störenden
Stromkreis i fließende Strom T' iin gestörten Stromkreis 2 über die magnetische
Kopplung m eine EMK e"=iWm J,
gleichzeitig über eine geeichte komplexe Kopplung
feine Gegen-EMK Die Wirkung beider EMKs heben sich im Empfänger E auf. Die Größe
der Kopplung f bildet ein Kriterium für die gesuchte Kopplung m. Diese bekannte
Meßmethode kann auch bei dem Verfahren gemäß der Erfindung zur Anwendung gebracht
werden. Für den Fall der Messung magnetischer Kopplungen werden zweckmäßig Netzwerke
der in den Fig. i und 2 dargestellten Form verwendet. Es handelt sich dabei um Grundsiebketten
mit Reihenschwingkreisen 2C2. . . L2" . .2C2 oder 2 C2,". . . L2'
. . . 2 C2' in den Querzweigen und Para11elschwingkreisenCi ... L;
und C1' ... L1' in den Längszweigen. Statt der einzelnen Kettenglieder können
im Bedarfsfall auch Serienschaltungen solcher Kettenglieder verwendet werden, wodurch
die Sperrwirkung entsprechend höher wird. Derartige Siebe haben einen zweckmäßig
möglichst eng zuhaltenden Sperrbereich zwischen den Frequenzen fgl und fg2, innerhalb
dessen die Meßfrequenz zu wählen ist. Beiderseits des Sperrbereichs sind Durchlaßbereiche
für die Betriebsfrequenzen. Da magnetische Kopplungen im allgemeinen frequenzabhängig
sind, wird man die Meßfrequenz, soweit es der Betrieb zuläßt, in die Nähe der zu
übertragenden Schwerpunktsfrequenz verlegen.
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Bei der Meßanordnung nach Fig. i zur Messung des magnetischen Nebensprechens
befindet sich der Sender S am nahen Ende A der Meßstrecke
A ... B: Er erzeugt im Stromkreis i den StromT, der aber durch
die Sperrwirkung der Siebe nur im nichtunterbrochenen Abschnitt A
... B fließen kann. Er induziert über die magnetische Kopplung m im
Stromkreis 2 die EMK F", die durch die Gegen-EMK (2g: im Empfänger E kompensiert
wird. Um die Symmetrie des Leitungsnetzes nicht zu stören, ist der Kopplungsmesser
K in der Mitte der symmetrischen Induktivitäten der Querzweige der Siebe angeschlossen.
Die Streuinduktivitäten L"i und Lm' der Eingangskreise des Kopplungsmessers werden
bei der Dimensionierung der Querkreise der Siebe in der dargestelltenWeiseberücksichtigt,
indem die Induktivitäten der Querkreise, wie angegeben, die Werte
erhalten. Die Wellenwiderstände der Siebe passen sich den Wellenwiderständen der
Leitungen an. Ihre Nennwerte sind:
für den Stromkreis i und
für den Stromkreis 2. Die Meßfrequenz deckt sich angenähert mit der Resonanzfrequenz
Die nicht kompensierten Betriebsströme .werden im Bandpaß B. P.,
der nur das Frequenzband f91-fs2 durchläßt, eleminiert.
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Bei der Meßanordnung nach Fig. 2 befindet sich der Sender S am fernen
Ende B der Meßstrecke A ... B. Er ist über den Übertrager L'' in der Mitte
des Querzweiges des Siebes angeschlossen. Die Streuinduktivität Ls ist ebenfalls
bei der Dimensionierung des Siebes zu berücksichtigen. Diese Schaltung entspricht
dem Fall des Gegennebensprechens. 2. Messung von Erdkapazitätsdifferenzen In den
Fig. 3, q. und 5 sind Meßanordnungen dargestellt, die zur Bestimmung von Erdkapazitätsdifferenzen
dienen. Da es sich beim Erdkapazitätsausgleich im wesentlichen um die Beseitigung
niederfrequenter Störwirkungen handelt, ist es zweckmäßig, bei der Messung derartiger
Unsymmetrien Ströme zu verwenden, deren Frequenz unter dem zu übertragenden Sprachfrequenzband
liegt. In diesem Falle werden als Siebe zweckmäßig Kondensatorketten verwendet,
deren symmetrisch aufgebaute Induktivitäten (Abzweigspulen) in den Symmetriemittelpunkten
miteinander verbunden werden. Dadurch ergibt sich ein ganz wesentlicher Vorteil.
Schickt man nämlich in bekannter Art in den Bleimantel M einen Strom T,", so induziert
dieser in den Leitungen des Kabels trotz der eingeschalteten Netzwerke Längsspannungen
e, die dem natürlichen Potentialaufbau im Kabel beim tatsächlichen Beeinflussungsfall
entsprechen. Dies ist besonders in jenen Fällen außerordentlich wichtig, bei denen
durch abzweigende Leitungen der normalerweise konzentrische Potentialaufbau im Innern
des Kabels gestört wird, so daß durch den üblichen Außenerdkopplungsausgleich den
geänderten Verhältnissen gar nicht Rechnung getragen werden kann. Durch das neue
Verfahren wird demnach erst ein wirklich einwandfreier Erdausgleich ermöglicht.
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In Fig. 3 ist eine diesem Fall entsprechende Schaltung dargestellt.
Die Meßströme gelangen über den Abzweigübertrager U und über den Tiefpaß T. P. zum
Empfänger E. Die Einstellung des Tonminimums erfolgt mittels des Differentialkondensators
K und des hochohmigen Potentiometers P. Der Ausgleich erstreckt sich wieder nur
auf den Abschnitt A ... B, da die niederfrequenten Ströme nicht
über die Siebketten C ... L hinausgelangen. Der Tiefpaß verhindert
andererseits, daß die Betriebsströme, welche die Siebketten ungehindert durchfließen,
nicht bis zum Empfänger kommen.
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Eine andere Möglichkeit der künstlichen Störbeeinflussung zeigt Fig..I.
Diese Schaltung eignet sich besonders für geschirmte Leitungen. Die Störbeeinflussung
erfolgt in diesem Fall durch den Sender S über den sekundär hochohmigen Übertrager
tj, der einseitig am Schirm liegt, direkt auf die Mittelpunkte der symmetrischen
Induktivitäten des Siebes bei A oder B. Fig. 5 zeigt schließlich, wie die Induktivitäten
der Siebe für Stämme und Vierer, ähnlich wie bei der bekannten Schaltung der Pupinspulen,
nach dem Dreispulensystem geschaltet werden können. Es wurde dabei vorausgesetzt,
daß die Grenzfrequenz des Siebes für Stämme und Vierer die gleiche ist, nämlich
Das dargestellte Sieb dient für die Meßstelle bei A. Das Sieb bei B wäre analog
zu bauen. Eine ähnliche Schaltung wäre übrigens auch für die Bandsiebe bei der Messung
magnetischer Kopplungen geeignet. 3. Gleichstrommessungen Da Gleichstrommessungen
an in Betrieb befindlichen Leitungen aus Überwachungsgründen und bei Fehlerbehebungsarbeiten
eine große Rolle spielen, ist diese Verwendungsart des neuen Verfahrens von besonderer
Bedeutung. Zum Unterschied von den bisher angegebenen Meßschaltungen werden in diesem
Falle, wie aus den Fig. 6 und 7 ersichtlich ist, beispielsweise für die Siebe große
Kapazitäten C und große symmetrische Induktivitäten (Abzweigdrosseln) L verwendet,
da die Grenzfrequenz bereits in der Größenordnung von etwa 15 Hz liegen kann.
Für eine derartige tiefe Grenzfrequenz sind die beiderseitigen Wellenwiderständen
und 22 der in Fig. 6 dargestellten unsymmetrischen Siebketten angenähert gleich
groß. Es gelten nämlich bei Vernachlässigung der Verluste für die Sprachfrequenzen
die Beziehungen
Die Anpassung macht demnach auch hier keine Schwierigkeiten. Bei der Schaltung für
W''iderstandsdifferenzmessungen nach Fig.6 ist die symmetrische, für Sprachfrequenzen
hochohmige Induktivität L des Siebes an der Begrenzungsstelle B in der Mitte durch
eine große Kapazität Co überbrückt. Beiderseits dieser Kapazität ist an den Punkten
311 und M2 eine Meßbrücke für Widerstandsdifferenzmessungen mit den Widerständen
Ra und Rb angeschlossen. Das Galvanometer G liegt wie üblich in der Brückendiagonale.
Für Sprachfrequenzen fallen die Punkte :111 und I12 elektrisch zusammen, so daß
durch das Anschalten der Brücke die Symmetrie der Leitung nicht gestört wird. Ferner
wird eine Störung der Erdsymmetrie der v iererverseilten Leitungen dadurch vermieden,
daß die Verbindungen der
Symmetriepunkte der Induktivitäten mit
Erde über die Drosseln L' für Sprachfrequenzen hochohmig ausgeführt sind.
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Ähnlich ist die Schaltung zur Einmessung hochohmiger Erdschlüsse,
die den Betrieb noch nicht stören. Die hochohmige Erdung bei A fällt in diesem Falle
weg und wird durch den hochohmigen Fehler ersetzt. Bei der Auswertung des Meßergebnisses
werden wieder die Gleichstromwiderstände der Induktivitäten berücksichtigt.
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Fig. 7 macht ersichtlich, in welcher Weise, genügend hohe Isolationswiderstände
der Siebelemente vorausgesetzt, sogar Isolationsmessungen ohne Betriebsstörungen
durchgeführt werden können. Die Batterie Bt und das Galvanometer G liegen in Serie
zwischen den Punkten M, und M2, die wieder über eine große Kapazität Co für Sprachfrequenzen
kurzgeschlossen sind. Da die Meßvorschrift bei Messung einer Ader eines Paares verlangt,
daß die andere Ader an Erde gelegt wird, ist eine derartige Erdung der zweiten Ader
mit Hilfe des Umschalters U über eine für Sprachfrequenzen hochohmige Drossel L'
vorgesehen. Auch in diesem Fall ist die Symmetrie der Leitung nicht gestört. Bemerkenswert
ist, daß bei dieser Schaltung das Sieb bei A in umgekehrter Lage bzw. Schaltung
angeordnet sein muß, was infolge der Gleichheit der Wellenwiderstände 21 und 22
auf die Anpassung ohne Einfluß ist. Die Auswertung des Meßergebnisses ist die gleiche
wie bei. normalen Isolationsmessungen.