Diplomarbeit - Prof. Dr.-Ing. Kay Rethmeier

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„Simulation und messtechnische Überprüfung von Feldsensoren zur ortsselektiven TE-Messung an Hochspannungskabelgarnituren“ – Diplomarbeit an der TU-Berlin / IEE 1999 2 Richtkoppler Richtkoppler sind passive reziproke Bauelemente, die es ermöglichen, Signale in ihre Richtungsanteile aufzuspalten. In der einfachsten Form kann ein Richtkoppler als Viertor dargestellt werden, in dem ein Tor isoliert ist. Alle in dieser Arbeit beschriebenen Richtkoppler gehören zu der Familie der Rückwärtskoppler, bei denen das Signal in Gegenrichtung ausgekoppelt wird. Das Prinzip lässt sich durch die vereinfachte Darstellung in Abbildung 2-1 mit diskreten Bauelementen erläutern. Abb. 2-1: Funktionsprinzip Rückwärtskoppler Ein Signal auf Leitung 1, hier in Form des Stromes I dargestellt, bewirkt durch eine kapazitive Verkopplung die Ströme Ic, sowie durch eine induktive Verkopplung den Strom Im auf Leitung 2. Auf der signalzugewandten Seite addieren sich die überkoppelten Ströme konstruktiv, auf der signalabgewandten Seite überlagern sich diese destruktiv, idealerweise löschen sie sich sogar vollständig aus. Anhand der Spannungen an den Abschlusswiderständen von Leitung 2 kann nun die Richtung des Signals auf Leitung 1 bestimmt werden. Das Verhältnis der beiden Ausgangsspannungen auf Leitung 2 wird als Richtverhältnis bezeichnet und ist ein Maß für die Güte des Richtkopplers. Ein sehr hohes Richtverhältnis wird erzielt, wenn beide Leitungen den gleichen Wellenwiderstand besitzen und mit diesem an ihren Enden abgeschlossen sind. Prinzipiell müssen die durch die Verkopplung entstehenden Ströme gleich groß sein, was zu einem idealen Verhältnis zwischen Koppelinduktivität und Koppelkapazität führt. Diese Idealbedingung gilt aber wiederum nur für eine bestimmte Frequenz. Bei der Betrachtung von Impulsen auf Leitungen kann es K. Rethmeier Seite 6
„Simulation und messtechnische Überprüfung von Feldsensoren zur ortsselektiven TE-Messung an Hochspannungskabelgarnituren“ – Diplomarbeit an der TU-Berlin / IEE 1999 somit keine ideale Kopplung geben. Leider ist dieses aber der Normalfall beim Einsatz der Richtkoppler zur Messung von TE-Impulsen. So gilt es, durch eine geschickte Auswahl der Kopplergeometrie eine zufriedenstellende Lösung zu finden. Eine genaue Beschreibung von Richtkopplern findet sich in [1] [2] [3]. 2.1 Richtkoppler zur TE-Messung an Hochspannungskabelgarnituren Zur Messung von TE-Impulsen auf Hochspannungskabelgarnituren hat sich ein spezieller Aufbau als vorteilhaft erwiesen. Auf die äußere Leitschicht und unter den Schirm des koaxialen Hochspannungskabels wird über einen kleinen Bereich (meist ein rechteckiges Mantelsegment) ein leitfähiger Belag isoliert aufgebracht. Dieser bildet dann zusammen mit dem äußeren Schirm des Hochspannungskabels eine Streifenleitung, an die wiederum koaxiale Messleitungen angebracht werden können. K. Rethmeier Seite 7
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