DE887216C

DE887216C - Einrichtung zum Messen der Unsymmetrien von Scheinleitwerten

Info

Publication number: DE887216C
Application number: DEI3240D
Authority: DE
Inventors: Francis Vavaseur Fowles; Roland Webb
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1936-10-09
Filing date: 1937-09-25
Publication date: 1953-08-20
Also published as: FR827670A; NL50483C; CH204277A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Messung von Unsymmetrien der Scheinleitwerte zwischen den Leiterpaaren eines Kabels.

Das Übersprechen zwischen den Leiterpaaren eines Kabels beruht auf Unsymmetrien zwischen den Scheinleitwerten und kann durch Vorsichtsmaßregeln bei der Konstruktion und der Herstellung der Kabel weitgehend vermieden werden. Wie groß diese Vorsichtsmaßregeln jedoch auch sind, so wird ein geringes Übersprechen doch noch vorhanden sein und muß durch irgendwelche Ausgleichsmittel entfernt werden. Zur Bestimmung dieser Ausgleichsmittel müssen die Unsymmetrien zwischen den Scheinleitwerten gemessen werden.

Gegenstand der Erfindung ist es, Mittel zur Be-Stimmung des Grades der Unsymmetrien vorzusehen, um ein geeignetes Netzwerk kreuzweise über Kabeladerpaare zum Zwecke der Neutralisierung der Unsymmetrien zusammenschalten zu können. Dieses Netzwerk kann so mit dem Kabel verbunden werden, daß entweder die Übersprechkopplung an dem fernen Ende oder an irgendeinem Zwischenpunkt neutralisiert wird.

Für diesen Zweck wird ein Wheatstonesches Brückennetzwerk verwendet, welches mit den beiden Kabeladerpaaren des Kabels verbunden wird, um die Unsymmetrien in den Scheinleitwerten zwischen diesen Aderpaaren zu messen, und bei welchem jeder

Arm des Netzwerkes einen Widerstand enthält, zu welchem eine Kapazität im Nebenschluß liegt. Gemäß der Erfindung sind die Kondensatoren und Widerstände so angeordnet, daß die Kapazität in den vier Brückenarmen um den gleichen Betrag geändert werden kann, wobei dieser Kapazitätsbetrag gleichzeitig zu zwei entgegengesetzten Armen addiert .und von den beiden anderen entgegengesetzten Armen subtrahiert wird, und daß der Widerstand in jedem

ίο der vier Brückenarme um den gleichen Betrag veränderbar ist, wobei dieser Widerstandsbetrag gleichzeitig zu zwei entgegengesetzten Armen addiert und von den beiden anderen entgegengesetzten Armen subtrahiert wird.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. ι die in einem zwei Leiterpaare aufweisenden Kabel vorhandenen Kapazitäten, Fig. 2 das Schaltungsschema der in der Einrichtung verwendeten Wheatstoneschen Brücke, ·

Fig. 3 die vollständige "Schaltung einer beispielsweisen Ausführungsform der Wheatstoneschen Brücke, Fig. 4 den Aufbau des in den Stromkreisen der Fig. 2 und 3 verwendeten Doppeldifferentialluftkondensators und

Fig. 5 einen Schnitt durch einen Teil eines solchen Kondensators.
Fig. ι ist eine schematische Darstellung von zwei Leiterpaaren a, b und c, d in einem Kabel. Zwischen den verschiedenen Drähten untereinander bestehen Scheinleitwerte K₁, K₂, K₃, K_it K₅ und K₆, und zwischen den einzelnen Drähten und Erde bestehen die Scheinleitwerte K_a, K_b, K₀ und Kd- In der Figur sind alle diese Scheinleitwerte durch Kapazitäten dargestellt, im allgemeinen sind sie jedoch komplexe Größen.

In der Erfindung werden die Unsymmetrien in den Scheinleitwerten zwischen den Aderpaaren a, b und c, d als eine Größe

ZlY=(Y₁+Y₄)-(Y₂+Y₃)

definiert, worin Y₁, Y₂, Y₃ und Y₄ die totalen effektiven Scheinleitwerte in den Armen des in Fig. 1 gezeigten Netzwerkes sind

K · Τζ

et 1 6 I "^^ c 1 "^- d

Ähnlich lauten die Ausdrücke für Y₂, Y₃ und Y₄. Jeder dieser Scheinleitwerte hat die Form G + JS, worin G den Wirkleitwert und S den Blindleitwert darstellen.

Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen

Wheatstoneschen Brückennetzwerks ist in schematischer Form in Fig. 2 gezeigt. An der Verbindungsstelle der Arme A, D und D, B und ebenso an der Verbindungsstelle der Arme A, C und C, B sind Wirkleitwerteinheiten (Potentiometer) und Differentialkondensatoren derart angeordnet, daß gleiche Beträge von Wirkleitwert und Kapazität jeweils von dem einen auf den anderen Arm übertragen werden, so daß diese Beträge zu zwei entgegengesetzten Armen addiert und von den beiden anderen entgegengesetzten Armen subtrahiert werden. Die zwei Differentialkondensatoren sind als eine Einheit zusammengefaßt (Fig. 4), so daß gleiche Beträge von Kapazität von der einen Seite zu der anderen gleichzeitig in der oberen und unteren Hälfte der Brücke übertragen werden.

Der in Fig. 4 gezeigte doppelte Differentialluftkondensator enthält eine zentrale Spindel T, auf welcher zwei Plattensätze P und R einer über dem anderen isoliert befestigt sind. Jeder dieser beiden Plattensätze ist in der in Fig. 5 gezeigten Weise zwischen zwei aus Isoliermaterial bestehenden Scheiben W, die auf der zentralen Spindel T festgeschraubt sind, angeordnet. Diese beiden drehbaren Plattensätze P und R wirken mit jeweils zwei feststehenden Plattensätzen E, H und L, M zusammen. Die beiden feststehenden Plattensätze E und L sind an zwei Metallstangen befestigt, von denen jedoch nur die eine, nämlich N, gezeigt ist, und ähnlich werden die Plattensätze H und M an zwei Metallstangen befestigt, von denen ebenfalls nur eine, nämlich O, in der Figur dargestellt ist. Die Klemme A der Brücke wird mit der Stange N und die Klemme B mit der Stange O verbunden. Der obere bewegliche Plattensatz P steht mit der Klemme C der Brücke in Verbindung und ebenso der untere bewegliche Plattensatz R mit der KlemmeD. In ähnlicher Weise sind die drehbaren Kontaktglieder der Potentiometer auf einer gemeinsamen Spindel befestigt.

Gewöhnlich wird der in Fig. 2 gezeigte Meßbrückenkreis den beiden Kabeladerpaaren, die die in Fig. 1 gezeigte Form besitzen, überlagert. Auf diese Weise werden die Adern a, b, c, ä> des Kabels jeweils mit den Klemmen A₁B₁C₁D der Brücke verbunden. Wird der Brückenkreis z. B. verwendet, um die Unsymmetrien in Scheinleitwerten am fernen Ende des Kabels zu messen, so werden die schon erwähnten Verbindungen an dem fernen Ende des Kabels hergestellt, und ein Oszillator wird an eins der Aderpaare am diesseitigen Ende des Kabels angeschlossen. Das ferne Ende dieses Aderpaares und das diesseitige Ende des anderen Aderpaares müssen genau abgeschlossen werden. Die Meßbrücke wird dann so eingestellt, daß Symmetrie erzielt wird. Wenn Z₀ der Scheinleitwert eines jeden Meßbrückenarmes in der Nullstellung ist, dann sind die Scheinleitwerte in den vier Armen Z₀ — ζ für die Arme A, D und B, C und Z₀ -\- ζ für die Arme A, C und D, B. Die abgelesene Unsymmetrie in den Scheinleitwerten beträgt dann 4 z.

Die tatsächliche Unsymmetrie in den Scheinleitwerten Δ Y ist theoretisch nur dann 4 z, wenn gewisse Bedingungen erfüllt sind. Eine .dieser Bedingungen ist, daß die Scheinleitwerte in entgegengesetzten Armen des Netzwerkes, welches durch die beiden Kabeladerpaare gebildet wird, gleich sind. Wenn jedoch die Summe der Wirkleitwerte und die Summe der Blindleitwerte von allen Armen der Meßbrücke und des durch die Kabeladerpaare gebildeten Netz-Werkes groß ist, verglichen mit den Differenzen zwischen den Wirkleitwerten und den Blindleitwerten je zweier entgegengesetzter Arme des durch die Kabeladernpaare gebildeten Netzwerkes, so wird der Fehler vernachlässigbar klein, obgleich die Bedingungen, bei denen der Fehler Null wird, nicht erfüllt sind.

Eine vollständige Form der Meßbrücke ist in Fig. 3 gezeigt. Die Klemmen A, B, C und D dienen für den Anschluß der Adern des Kabels, an dem die Unsymmetrie in den Scheinleitwerten gemessen werden soll. Ferner sind Klemmen A%, Bt, Ct und D_T vorgesehen, die mit den Klemmen A₁B₁C und D jeweils durch abnehmbare Stege verbunden sind und zur Verbindung der Brücke mit den Eingangswicklungen der Transformatoren T₁ und T₂ dienen. Diese Transformatoren werden verwendet, wenn die Unsymmetrie in den Scheinleitwerten am fernen Ende des Kabels gemessen werden soll, um einen Detektorverstärker entweder an die Klemmen A, B oder die Klemmen C, D der Brücke anzuschließen, je nachdem, welches Kabeladerpaar als der gestörte Stromkreis angesehen, wird. Der andere Transformator ist dann durch das Entfernen zweier Stege, die die Brückenklemmen mit den Klemmen At, B?, C? und Dy verbinden, abgeschaltet.

Die Transformatoren T₁ und T₂ sind doppelt abgeschirmt, und die innere Abschirmung jedes Transformators ist in zwei gleiche Hälften geteilt, welche an den Enden der inneren Wicklung angeschlossen sind. Hierdurch wird sichergestellt, daß die Erdscheinleitwerte der Endpunkte der inneren Wicklungen annähernd gleich sind.

Die Ausgangswicklung jedes Transformators besitzt drei Anschlußklemmen 3, 4 und 5; die Klemmen 3 und 5 werden normalerweise verwendet; wenn jedoch die Frequenz zu niedrig ist, so verwendet man die Klemmen 3 und 4.

Um verschiedene Fehler auszugleichen, werden Kondensatoren C₂, C₃ und C₄ in der in der Fig. 3 gezeigten Weise angeschlossen. Der Kondensator C₂ ist ein Differentialluftkondensator, welcher zwei Sätze von feststehenden Platten besitzt, die jeweils mit den Klemmen A₁ B verbunden sind, und welcher ferner einen drehbar angeordneten Plattensatz besitzt, der mit der Klemme C in Verbindung steht. Dieser Kondensator C₂ wird so eingestellt, daß er den Nullfehler des Doppeldifferentialkondensators C₁ kompensiert und wird in der gefundenen Lage festgehalten.

Die Kondensatoren C₃ und C₄ werden parallel zu den Potentiometern geschaltet, um Kapazitätsunsymmetrien, die durch den Phasenwinkel der Ströme in den Potentiometerwiderständen hervorgebracht werden, zu kompensieren. Wird das Potentiometer aus seiner Nullstellung (Mittelstellung) heraus verdreht, so wird die Kapazitätssymmetrie um einen Betrag zerstört, welcher wächst, so wie die abgelesene Unsymmetrie des Wirkleitwertes zunimmt. Die Wirkung hiervon ist, daß der abgelesene Wert der Kapazitätsunsymmetrie zu niedrig ist, wenn die beiden Komponenten das gleiche Vorzeichen haben, und zu hoch, wenn sie entgegengesetzte Vorzeichen haben.

Es kann gezeigt werden, daß dieser Fehler beseitigt wird, wenn die totale Kapazität K, die parallel zu dem Potentiometerwiderstand liegt, folgenden Wert hat:

Τζ

K₀RI(R₀ +R) R(Rl — R* [ι — Λ²]) '

In dieser Gleichung ist 2 R der Widerstand des Potentiometers, R₀ der Widerstand eines Brückenarmes in Reihe mit dem Potentiometer, K₀ die effektive Kapazität im Nebenschluß zu diesem Widerstand und λ ein solcher Faktor, daß der Widerstand auf der einen Seite des Potentiometers R (1 — λ) und auf der anderen Seite R ( + λ) ist.

Der Wert von K ist abhängig von λ, das heißt von der Einstellung des Potentiometers. Die Kapazitäten C₃ und C₄ werden so gewählt, daß sie den Wert für K darstellen, wenn λ gleich 1, das heißt

K₀ (R₀ + R) R

ist. In einem Beispiel ist der Widerstand des Potentiometers 600 Ω und der zusätzliche Widerstand jedes Armes 6000 Ω. K₀ ist ungefähr 4,76 μμΡ und K ist auf 100 μμΒ eingestellt. Der Wert von K für λ = ο ist

K₀ Rl

Es ist klar, daß ein Fehler von 0,25 μμ¥ in einem Korrektionskondensator von 100 μμΈ unmerkbar ist _go und dementsprechend kann die Wirkung von λ auf einen Wert, der für die Kondensatoren C₃ und C₄ erforderlich ist, sicher vernachlässigt werden. Theoretisch kann eine Kompensation nur bei einer bestimmten Frequenz erzielt werden, aber in dem praktischen Bereich, in welchem eine Unsymmetrie vorkommt, ist der Einfluß der Frequenz vernachlässigbar klein.

	der	maximale	(R₀- R)	R	ist
und		K₀R	Fehler in	K	0,25^/iF
		R₀-R	476
	19

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Einrichtung zum Messen der Unsymmetrien von Scheinleitwerten, die ein Wheatstonesches Brückennetzwerk enthält, in welcher jeder Arm einen Ohmschen Widerstand und eine Kapazität im Nebenschluß aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren und Widerstände so angeordnet sind, daß die Kapazität in den vier Brückenarmen um den gleichen Betrag geändert werden kann, wobei dieser Kapazitätsbetrag gleichzeitig zu zwei entgegengesetzten Armen addiert und von den beiden anderen entgegengesetzten Armen subtrahiert wird, und daß der Widerstand in jedem der vier Brückenarme um den gleichen Betrag veränderbar ist, wobei dieser Widerstandsbetrag gleichzeitig zu zwei entgegengesetzten Armen addiert und von den beiden anderen entgegengesetzten Armen subtrahiert wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren als Differentialkondensatoren ausgebildet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei drehbare Plattensätze zweier Differentialkondensatoren isoliert an einer gemeinsamen Spindel befestigt sind und daß bei

beiden Differentialkondensatoren der eine feste Plattensatz mit dem einen, der andere feste Plattensatz mit dem anderen der beiden diagonal entgegengesetzten Punkte der Brücke verbunden ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Potentiometer, von denen jedes zwischen Widerständen benachbarter Brückenarme liegt, vorgesehen sind und daß diese Potentiometer mit auf einer gemeinsamen Spindel befestigten Gleitkontakten ausgerüstet sind, wobei der eine Gleitkontakt mit dem einen, der andere Gleitkontakt mit dem anderen der beiden diagonal entgegengesetzten Punkte der Brücke verbunden ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator in einem Brückenarm eingeschaltet ist, um den Nullfehler zu korrigieren.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Differentialkondensator so angeschlossen ist, daß seine Kapazitäten in benachbarten Brückenarmen liegen, und daß er einstellbar ist, um den Nullfehler zu korrigieren.

7. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Kondensatoren parallel zu den Potentiometern angeordnet sind, um Kapazitätsunsymmetrien, die durch den Phasenwinkel der Ströme in den Widerständen hervorgebracht werden, zu kompensieren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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