Verdrillung

Verdrillung

Verdrillung ist das gegeneinander Verwinden und das schraubenförmige Umeinanderwickeln von Fasern oder Drähten. Bei der Verdrillung von Drähten und in der Fernmeldetechnik spricht man auch von Verseilung. Typische Anwendung bei elektrischen Leitungen ist das Twisted-Pair-Kabel, wie es im Bereich von Ethernet verwendet wird.

Bei einer verdrillten Leitung tauschen die einzelnen Leiter eines Stromkreises entweder in ihrem ganzen Verlauf (bei Kabeln) oder an bestimmten Punkten (bei Freileitungen) ihren Platz zueinander. Durch die Verdrillung wird die gegenseitige Beeinflussung von elektrischen Leitern reduziert. Die Verdrillung ist eine wirksame Maßnahme zur Reduktion induktiv eingekoppelter Gegentaktstörungen.

Acht paarweise verdrillte elektrische Leiter (Twisted-Pair-Kabel)

Inhaltsverzeichnis

Kommunikationstechnik

Paarverseilung
Sternverseilung
Dieselhorst-Martin-Verseilung

In der Fernmeldetechnik wird die Verseilung zur Verminderung der Übersprechkopplung eingesetzt. Das wesentliche Maß bei der Verseilung ist der Drall – auch Dralllänge, Drallschritt oder Schlaglänge genannt. Der Drall ist die Ganghöhe oder Steigung der Schraubenlinie, die sich bei der Verseilung der Drähte ergibt und hat Einfluss auf die Leitungsbeläge. Durch die Verseilung werden die Einzeladern länger als das Kabel selbst. Der Verseilungsfaktor gibt das Verhältnis Einzeladerlänge zu Kabellänge an; er beträgt bei Fernmeldekabeln etwa 1,02 bis 1,04.

Verseilungsarten

In der Praxis kommen folgende Verseilungsarten öfter vor:

Paarverseilung
Zwei Einzeladern sind zu einem Adernpaar (Doppelader) verseilt.
Dreierverseilung
Drei Einzeladern sind zu einer Dreiergruppe verseilt.
Viererverseilungen
Diese Gruppe unterteilt sich im Wesentlichen in die beiden speziellen Verseilungsarten:
Sternverseilung
Vier Einzeladern haben an jeder Stelle des Seils die gleiche Lage zueinander, wobei sich die Adern eines Adernpaares (Doppelader) einander diagonal gegenüberstehen.
Dieselhorst-Martin-Verseilung (DHM)
Zwei jeweils paarverseilte Adernpaare (Doppelader) sind wiederum miteinander verseilt. Dabei haben die beiden Doppeladern unterschiedliche Dralllängen, sodass die beiden Doppeladern an jeder Stelle des Seils eine andere Lage zueinander haben. Das führt zu einem größeren Platzbedarf als beim Sternvierer, etwa 15 %. Anwendung findet die DHM-Verseilung bei Fernmeldeleitungen zwischen Vermittlungsstellen um damit die Phantomschaltung zu ermöglichen.

Übertragungstechnik

Die Verseilungsarten haben unterschiedliche Übertragungseigenschaften. Wesentlich wirkt sich die Kapazität einer Verseilung aus. So verlaufen zum Beispiel bei der Sternverseilung die zwei Adernpaare eines Vierers über die gesamte Kabellänge parallel. Zwischen den Adernpaaren bildet sich dadurch eine wesentlich höhere Kapazität als bei der Dieselhorst-Martin (DM)-Verseilung, bei der sich die Lage der Adernpaare zueinander im Kabelverlauf fortlaufend ändert. Wegen der geringeren Betriebskapazität der DM-Verseilung ist es möglich, zusätzliche Stromkreise mit Hilfe der Phantomschaltung zu bilden. Da die Phantomübertrager an die Mitten der Stammübertrager angeschaltet sind, kompensieren sich die Ströme des Phantomkreises auf den beiden Stammstromkreisen.

Entstörung durch Verdrillung

Die Verdrillung bewirkt, dass eine durch ein Magnetfeld induzierte Störspannung reduziert wird. Durch das Verdrillen zählen die zwischen den Drähten aufgespannten Teilflächen abwechselnd negativ und positiv. Bei Integration einer magnetischen Flussdichte  \vec B über alle Teilflächen  \vec A wird der wirksame magnetische Fluss Φ , aus dem die induzierte Spannung folgt, sehr gering oder im Idealfall zu Null, so dass die induzierte Störspannung stark reduziert wird. Für den Fluss gilt:

\Phi= \int\limits_{A} \vec B \cdot \mathrm{d}\vec {A}

Für die induzierte Spannung gilt:

 U_i= - \frac{\mathrm{d \Phi }}{\mathrm{d} t}  = - \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d} t} \cdot \left ( \int\limits_{A} \vec B \cdot \mathrm{d}\vec {A} \right)

Energietechnik

Verdrillmast einer Freileitung

Bei längeren Freileitungen ohne Abzweige erfolgt die Verdrillung meist nach festen Verdrillschemen. Durch die Verdrillung wird auch die Unsymmetrie der Leitung, die zu unterschiedlichen kapazitiven Belägen gegenüber Erde in Drehstromsystemen führen können, verringert. Diese Symmetrierung der Erdkapazitäten ist zur Anwendung der Erdschlusskompensation wesentlich. Die Verdrillung wird bei Freileitungen meist an sogenannten Verdrillmasten durchgeführt.

Bei eng verzweigten Netzen und bei Parallelführung mehrerer Stromkreise – insbesondere mit mehreren Spannungsebenen – auf den gleichen Masten überwiegt oft die äußere unsymmetrische Leitung von den parallel geführten Stromkreisen. In diesen Fällen findet man große Abweichungen von den Verdrillschemen, indem zum Beispiel Verdrillungen realisiert werden, bei denen nur zwei der drei Leiter auf den Masten ihren Platz tauschen. Auch sind in solchen Anlagen Verdrillstellen an Masten unmittelbar vor der Einführung in die Schaltanlage anzutreffen, um eine möglichst optimale Anordnung des einspeisenden Systems, die Außenleiter (L1/L2/L3), innerhalb des Umspannwerkes zu ermöglichen (Kreuzungsfreiheit der Leiter).

Die Verdrillung erfolgt entweder im Spannfeld oder auf Verdrillmasten.

Da die gegenseitige Beeinflussung von Stromkreisen sich im Rahmen des Netzumbaus verändern kann, ist es möglich, dass bestimmte Verdrillstellen nach Baumaßnahmen im Stromnetz verschwinden oder hinzukommen.

Technische Mechanik

Die Verdrillung gibt die Verdrehung des Querschnittes eines auf Torsion beanspruchten Stabes auf die Länge bezogen an (Verdrehwinkel/Stablänge). Sie wird auch als relativer Verdrehwinkel bezeichnet.

Literatur

  • Manfred Ellrich: Magnetische Kopplung in Fernsprechkabeln mit Dieselhorst-Martin-Verseilung; Bamberg, 1971

Siehe auch

Weblinks

 Commons: Verdrillte Kabel – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

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