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Meßverfahren zur Ortsbestimmung von Kabelunterbrechungen Unterbrechungen
in Stark- und Schwachstromkabeln werden bekanntlich durch Kapazitätsmessung bestimmt.
Man mißt gewöhnlich mit ballistischem Spiegelgalvanometer die Kapazität Cx der unterbrochenen,
Ader bis zur Bruchstelle und die Kapazität Cl einer unbeschäddigten Ader l und berechnet
daraus die Länge der Teilstrecke x nach der Gleichung x = l Cx/Cl. (1) Dieses Verfahren
liefert aber nur mangeslhafte Ergebnisse, weil die Kapazität der Teilstrecke x nicht
genau längenproportional ist.
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Der Grund hierfür sei an Abb. 1 a näher erläutert. Die Abschnitte
der unterbrochenen Ader x und y haben gegen Erde (Bleimantel oder Bewehrung) die
Kapazitäten Cx und cy, gegen die benachbarte Ader l die Kapazitäten cx' und c,'.
Die Erdkapazität von list cl.
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Wenn mehrere Nebenadern vorhanden sind, kann man sie sich in l zusammengefaßt
denken, Bei Tastendruck erhält das Galvanvmeter
G einen Ladestromstoß,
der der Gesamtkapazität Cx der Teilstrecke x proportional ist. Diese beträgt nach
Abb. 1 b
Man erkennt unschwer, daß diese Funktion für Cx nicht linear ist. Die Berechnung
der Teilstrecke x nach Gleichung (1) wird daher ungenau; x wird zu groß gemessen,
insbesondere bei langen Kabeln. Eine Gegenmessung am anderen Kabelende liefert auch
für y einen zu großen Wert, so daß die beiden Meßwerte sich überlappen und die Bruchstelle
nur schwer zu finden ist.
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Um diesen Schwierigkeiten zu begegnen, macht man von einer erweiterten
Messung Gebrauch (Kabelmeßordnung der Deutschen Reichspost von 1926, Teil 1, # 22c,
S. 48a), bei der alle Teilkapazitäten theoretisch richtig berücksichtigt sind.
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Messung und Berechnung nach diesen Verfahren sind aber umständlich,
und die Ergebnisse sind ebenfallls! noch unbefriedigend, weil ballistische WIessungen
wegen der verhältnismäßig großen Ablesefehler an sich nicht genau sind.
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Bessere Ergebnisse erzielt man, wie ebenfalls schon bekannt ist,
unter gewissen Voraussetzungen durch Anwendung von Brückenschaltungen, die mit Wechselstrom
und Fernhörern betrieben werden. Dabei wird gewöhnlich der eine Abschnitt der unterbrochenen
Ader mit einer guten Ader verglichen, die am Ende mit dem anderen Abschnitt der
unterbrochenen Ader verbunden ist. Wie weiter unten gezeigt wird, ist diese Brückenschaltung
frei von den zu Anfang geschilderten Nichtlinearitätsfehlern. Dasselbe trifft auch
zu, wenn man, wie ebenfalls bekannt, die zur Brückenschaltung benutzten Adern am
Ende nicht schleift und den freien Abschnitt der unterbrochenen Ader über eine dritte
mit dem Brückeneckpunkt verbindet, der durch die beiden Ohmschen Brückenarme gebildet
wird.
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Diese Brückenschaltungen sind aber nur für kurze Kabel brauchbar,
bei denen der kapazitive Blindwiderstand in Abhängigkeit von der Kabellänge linear
ist. Bei langen Kabeln, insbesondere aber bei bespulten, ergeben sich Schwierigkeiten,
weil wegen der räumlichen Wellen ausbreitung eine Phasendrehung längs der Lelitung
auftritt. Um diese von der Meßfrequenz . abhängige Phasendrehung vernachlässigbar
zu halten, sind zur Brückenspeisung Stromwechsel niedriger Frequenz vorgeschlagen
worden. Bei den bekanntgewordenen Schaltungen dieser Art wird aber, offenbar in
Unkenntnis der vorerwähnten, weiter unten noch näher zu erläuternden günstigen Eigenschaften
einer dem unmittelbaren Vergleich der Kabeladern dienenden Brückenschaltung, die
Kapazität der unterbrochenen Ader mit einem Blockkondensator verglichen, so daß
bei dieser Brückenschaltung wiederum die zu Anfang geschilderten Schwierigkeiten
der Nichtlinearität auftreten, es sei denn, daß man alle nicht an der Messung beteiligten
Adern erdet, was meistens betrieblich nicht tragba.r ist.
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In der einschlägigen Literatur finden sich auch Hinweise, daß man
Kapazitäten in brückenschaltung mit Gleichstrom stößen messen kann. Soweit sich
die Vorschläge auf Kabelkapazitäten beziehen, sind zum Vergleich ebenfalls Blockkondensatoren
in Betracht gezogen worden, wodurch sich wiederum die mehrfach erwähnten Schwierigkeiten
der Nichtlinearität ergeben würden.
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Erfindungsgemäß werden alle diese Meßschwierigkeiten bei Aderbrüchen
in langen Kabeln, insbesondere in bespulten, dadurch vermieden, daß man die erwähnten
günstigen, bisher nur mit Wechselstrom verwandten Brückenschaltungen unter Benutzung
von Gleichstromstößen anwendet, wobei als Anzeigegerät ein ballistisches Galvanometer
dient.
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Die Brücke wird durch Verändern der Ohmschein Brückenarme so abgeglichen,
daß beim An- und Abschalten der Meßspannung kein Ausschlag am Galvanometer entsteht.
Bei diesem Verfahren treten auch in sehr langen Kabeln weder Nichtlinearitäts- noch
Phasenfehler auf, so daß ein einwandfreies Meßergebnis erzielt wird.
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Die Schaltungsanordnung ist in Abb. 2a an einem Beispiel dargestellt.
Die unterbrochene Ader ist mit einer unbeschädigten Ader 1 (wenn möglich nimmt man
dazu die Zwillingsader) am Ende geschleift. Der Abschnitt x bildet den einen Brückenarm,
die Ader.l mit dem Abschnitt y den zweiten. Die beiden andern Brückenarme bestehen
aus dem festen NViderstand ei und dem veränderbaren b.
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Zur Ahgleichung der Brücke verändert man b so lange bis das Galvanometer
beim Schlie ßen und öffnen der Taste T nicht mehr zuckt.
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Welche Kapazitäten dann wirksam sind, ersieht man am besten aus Abb.
2a. Die Kapazität cx' liegt dem Galvanometer parallel; sie ist bei abgeglichener
Brücke spannungslos und daher unwirksam; cy' ist kurzgeschlossen. Als Brückenarme
sind cx und c(l+y) wirksam. Bei Brückengleichgewicht ist, wenn die in die Kabeladern
fließenden Ladeströme ix und i(l+y) sind, a # ix = v # i(l+y).
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Da die Ladeströme den Kapazitäten und diese den Aderlängen proportional
sind, so folgt a # x = b(l+y) oder, wenn man y = l-x setzt, b x = 2l . (3) a + b
Die Kapazitäten cnx und cn(l+y) zwischen x, l und y und den Nachbaradern., die man
sich in n vereinigt denken kann, sind den Erdkapazitäten cx und c(1+y) verhältnisgleich.
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Die Brücke bleibt daher im Gleichgewicht, wenn man sich die Erdkapazitäten
wegdenkt.
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Die Kapazität cn liegt dann. in der Batteriediagonale und geht demnach
in die Messung nicht mit ein.
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Man kann die Batterie statt an Erde auch an eine oder mehrere Nachbaradern
legen; in Abb. 2a und 2b wäre sie mit n zu verbinden. Dann sind überwiegend die
Kapazitäten Cnx und Cn(l+y) wirksam, während cx und c(l+y) im Nebenzweig liegen
und über cn an den Brückeneckpunkt n angeschlossen sind.
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Die Abgleichung führt demnach zu demselben Ergebnis wie bei der Erdung
dlelr Batterie.
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Man kann in bekannter Weise auch Batterie und Galvanometer miteinander
vertauschein, ohne daß sich dadurch grundsätzlich etwas ändert. Ferner kann man
an Steile der Brückenarme a und b einen geeichten Schleifdraht verwenden, dessen
Widerstand man möglichst dem Grenzwiderstand des Galvanometers gleich macht, um
aperiodische Galvanometereinstellung zu erzielen.
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Falls der Schleifdraht einen vom Grenzwiderstand abweichenden Widerstandswert
hat, verwendet man zur Anpassung einen veränderbaren Zusatzwiderstand, den man dem
Galvanometer vorschaltet, wenn der Schleifdrahtwiderstand kleiner als der Grenzwiderstand
ist, hingegen parallel schaltet, wenn er höher ist. Diese Maßnahme gilt auch bei
Verwendung eines festen und eines veränderbaren Brückenarmes.
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Abb. 3 zeigt ein Anwendungsbeispiel der Erfindung bei der Bestimmung
einer Untefbrechung im Rückleiter eines Breitbandkabels.
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Mittelleiter und; Rückleiter sind am Ende miteinander verbunden. Als
Brücken arme sind überwiegend die Erdkapazitäten cx und cy wirksam, itl geringerem
Maße auch, wie bei Abb. 2b erläutert, die im gleichen Verhältnis stehenden Kapazitäten
cnx und cny. Die Kapazitäten cx' und cy' zwischen Mittelleiter und Rückleiter kommen
nicht zur Geltung, da beide Leiter stets a.uf gleicher Spannung sind.