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Fernmeldeleitungen werden gegen unzulässige Spannungen gegen Erde in der Regel durch sogenannte Spannungs-oder Durchschlagssicherungen geschützt, die so angeordnet werden. dass jeder Leitungszweig in der Nähe des zu schützenden Apparates mit einer solchen Spannungs- sicherung versehen wird. Es ist äusserst schwierig, die Sicherungen so herzustellen. dass sie vollkommen gleichmässig sind, d. h. dass sämtliche Sicherungen mit denselben Nenndaten hei derselben Spannung und gleichzeitig ansprechen.
Vielmehr wird praktisch stets eine von mehreren Sicherungen zuerst überschlagen. Die Ladungen auf den nicht betroffenen mit der zuerst ansprechenden Sicherung in galvanischer Verbindung stehenden Leitungszweigen.werden sich über diese Sicherung gleichfalls auszugleichen versuchen und hiebei durch die Wicklungen der Betriebsapparate fliessen. Das stossartige Zustandekommen dieser Ausgleichsvorgänge bewirkt in den Fernhörprn von Fernsprechapparaten die bekannten, oft gesundheitsschädlichen Kna]]- geränsche.
Zur Vermeidung dieser Störungen werden bereits zwischen beide Leitungszweige sogenannte Erdungsdrosseln eingeschaltet. (tie zwecks Ableitung der störenden Energien im Wicklungsmittelpunkt ständig mit Erde verbunden sind. Diese Anordnungen haben erfahrungs- gemäss aber den verfolgten Zweck auch nicht erreicht, hatten jedoch den Nachteil. dass durch geringe, nicht zu beseitigende Unsymmetrien in den Leitungszweigen oder Spulen- hälften häufig Ausgleichsströme zustande kommen, die zum Teil die Betriebsapparate durch- fliessen und so eine Störung der Fernmeldeanlagen bedeuten : sie waren daher praktiselh nicht verwendbar.
Erfindungsgemäss werden die Fernmeldeleitungen derart gesichert, dass die Entladung der beiden Zweige vollkommen gleichzeitig erfolgt, und dass die Entladungsströme in jedem
Augenblick numerisch wie vektoriell einander gleich sind und somit keine Potentialdifferenz an den Klemmen der Betriebsapparate auftritt. Dies wird dadurch erreicht. dass die Leitungs. zweige durch Einschaltung von induktiven Widerständen, die magnetisch fest miteinander gekoppelt sind. miteinander verbunden werden und der Widerstandsmittelpunkt nicht unmittelbar. sondern über eine Spannungssichemng geerdet wird.
Dabei ist zu beachten, dass diese
Widerstände von derartiger Grösse sind. dass dadurch die Sprachintensität nicht unzulässig beeinflusst wird ; ferner gestattet genannte Spannungsicherung nur bei Überspannungen eine
Stromableitung nach Erde. ist dagegen unter normalen Verhältnissen stromlos und bietet infolgedessen keine Möglichkeit. Störungen der oben erwähnten Art hervorzurufen.
Die Anordnung wird gemäss der Erfindung so getroffen. dass maqn der Überbrückungs- widerstand der Abzweige vorwiegend induktiv wählt und die beiden gleichen Hälften magnetisch fest miteinander koppelt. beispielsweise dadurch, dass man die Wicklungen der beiden Hälften über eine gemeinsamen, geschlossenen Eisenkern wickelt. Wie bekannt. besitzt dann dieser Widerstand für Ausgleichsströme zwischen den Zweigleitungen einen sehr hohen Wert. während der Widerstand für Ausgleichsströme zwischen Leitungen und Erde
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praktisch auf Null sinkt, so lange die Potentiale und die Widerstandswerte der zueinander gehörigen Leitungszweige einander gleich sind, wie es unter den vorliegenden Verhältnissen normalerweise zutrifft.
Dadurch ist die Gewähr gegeben, dass die Überspannungsladungen der Leitungen in der kürzesten Zeit über die Spannungssicherungen zur Erde abgeleitet und unwirksam gemacht werden.
Sinngemäss kann man diese lediglich für Einfachleitungen beschriebenen Sicherungseinrichtungen auch auf Leitungen für Vielfachbetrieb (z. B. Phantomschaltung) anwenden, indem man die Sicherungen an solche Stellen legt, dass man ausser der Gleichzeitigkeit des Ansprechens auch die Gleichheit der Ströme für die Leitungen, welche gesichert werden sollen, aufrecht erhält.
In den Fig. 1 und 2 sind Ausführungsformen der angemeldeten Schaltungsanordnung wiedergegeben.
Da nun im normalen Zustande das System der Fernmeldeleitungen von Erde isoliert ist und bei Fehlermessungen, Fehlerortsbestimmungen u. dgl. an der Fernmeldeleitung eine
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Störungsfalle bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 und 2 die Schutzeinrichtung zwecks Fehlerbestimmung abgeschaltet werden. Dies wäre schaltungstechnisch unbequem, u. zw. besonders, wenn die Schutzeinrichtung nicht in der Station in unmittelbarer Nähe des Betriebsapparates, sondern wegen Änderung des Wellenwiderstandes an der Stossstelle zwischen Freileitung und Kabel eingebaut ist. Dies trifft häufig bei der Einführung von Fernleitungen in Städte und Ortschaften zu, wo also dann die Stossstelle an der Peripherie der Ortschaft liegt.
Erfindungsgemäss wird, insbesondere für den erwähnten Fall, die durch den in Fig. 1 und 2 angeführten Widerstand unmittelbar hervorgerufene metallische Verbindung der verschiedenen Leitungszweige durch Spannungssicherungen, die verschiedenartig angeordnet sein können, unterbrochen.
Nachstehend mögen einige Ausführungsbeispiele näher erläutert werden :
In Fig. 3 ist beispielsweise die Spannungssicherung, die nach Fig. 1 und : 2 im Null- punkt des Systems liegt, durch je eine Spannungssicherung in jedem Wicklungsteil des Widerstandes ersetzt, während der Nullpunkt des Widerstandes unmittelbar an Erde gelegt wird.
In diesem Fall wird im allgemeinen eine Spannungssicherung zuerst ansprechen und die Ladung des betreffenden Zweiges wird versuchen, über einen Wicklungsteil des Widerstandes nach Erde abzufliessen. Unter Vernachlässigung der Streuung der verschiedenen Wicklungsteile des Widerstandes, der in dem Ausführungsbeispiel als Drosselspule dargestellt ist, muss sich die Summe der Ströme infolge ihrer magnetischen Verkettung aufheben, d. h. wenn ein Wicklungsteil stromdurchflossen ist, muss auch in dem andern Wicklungsteil ein Strom von gleicher, aber magnetisch entgegengesetzter Wirkung fliessen. Es wird daher praktisch ohne Zeitverzögerung auch an der andern Spannungssicherung ein Überschlag erfolgen, so dass die Störungsenergie aller Zweige gleichmässig zur Erde abfliessen wird.
Man kann das Ansprechen der zweiten Spannungssicherung auch so erklären, dass der über die zuerst ansprechende Sicherung und den zugehörigen Wicklungsteil abfliessende Strom in dem andern Wicklungsteil eine Spannung induziert, die so gerichtet ist, dass sie den bereits vorhandenen Potentialunterschied an den Elektroden der andern Spannungssicherung erhöht und dadurch auch diese praktisch gleichzeitig zum Ansprechen veranlasst.
Das Ansprechen der einen Spannungssicherung wird gewissermassen mit Hilfe der transformatorischen Wirkung der Drosselspule durch das Ansprechen der andern Spannungssicherung erzwungen. Voraussetzung dabei ist, dass die verschiedenen Wicklungsteile der Drosselspule magnetisch miteinander gekoppelt sind.
Erfindungsgemäss ist es gleichgültig, an welcher Stelle die Spannungssicherungen eingeschaltet werden, sofern nur der erwähnte Zweck erreicht wird. Sie können z. B. zwischen Drosselspule und Leitungszweig angebracht werden, sie könnneu aber auch zwischen Drosselspule und Nullpunkt liegen. Beide Ausführungsarten sind in Fig. 3 zur Darstellung gebracht.
Der gleiche Zweck der Trennung der verschiedenen Leitungszweige einer Fernmeldeleitung wird auch erreicht, wenn jeder Wicklungsteil eine Sicherung geringerer Ansprechspannung besitzt, während die Hauptsicherung in der Verbindung des gemeinschaftlichen Nullpunktes mit der Erde liegt.
Auch in diesem Falle wird bei der Entladung des- einen Zweiges die Ladung des andern Zweiges vermöge der magnetischen Kopplung der verschiedenen Wicklungsteile der Drosselspule ohne weiteres mitgerissen. Falls die Untersicherungen genügend empfindlich sind, genügt es, nur den einen Wicklungsteil mit einer solchen Sicherung zu. versehen, da hiedurch eine elektrische Trennung der Zweige bereits erreicht wird. Beide Ausführungsarten sind in Fig. 4 dargestellt.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 5 dargestellt, wobei auch die Hauptsicherung jn der Erdverbindung fehlt ; nur ein Wicklungsteil ist mit einer Spannungssicherung versehen. Auch hier können vermöge der magnetischen Kopplung der verschiedenen Wicklungsteile nur in allen Teilen gleichzeitig praktisch nennenswerte Ströme fliessen, so dass eine gleichmässige und störungsfreie Ableitung von Überspannungen gewährleistet ist.
Es wurde bereits betont, dass bei Vielfachbetrieb die Sicherungen an solchen Stellen des zwischen den Zweigen befindlichen Widerstandes irgendwelcher Art gelegt werden sollen, dass ausser der Gleichzeitigkeit des Ansprechens auch die Gleichheit der Ströme für die gesicherten Leitungen aufrechterhalten wird und dass es ferner allgemein darauf ankommt, einen Zustand herzustellen, bei dem jede durch die Nachbarleitung hervorgerufene Spannungdifferenz an den Klemmen der Betriebsapparate beseitigt ist.
Die Einrichtungen gemäss Fig. 1 bis 5 haben in erster Linie zur Voraussetzung, dass die Aufladung der Hin- und Rückleitung symmetrisch erfolgt. Es gibt nun weiterhin Fälle, bei denen unsymmetrische Verhältnisse der Hin-und Rückleitung vorliegen, die beispielsweise durch Benutzung von Leitungen verschiedenen Querschnittes, durch Vielfachzuleitung mit gemeinsamer Riiekleitung oder irgendwelche andere Ursachen hervorgerufen sind. Auch bei dieser unsymmetrischen Leitungsführung wird erfindungsgemäss durch besondere Schaltungen der oben erwähnte Zustand der Spannullgslosigkeit an den Betriebsapparaten hergestellt, was nachstehend an einigen Beispielen erläutert wird.
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schnitt und infolgedessen einen von der Hinleitung verschiedenen Blind-und Wirkwiderstandswert besitzt.
Es ist oline weiteres ersichtlich, dass in diesem Falle bei der Entladung über die Sicherung infolge der unsymmetrischen Leitungskonstanten Ausgleichsströme über den Betriebsapparat (in der Figur als Telephon angedeutet) fliessen und infolgedessen störend wirken können, wenn man den Sicherungsabzweig genau im Mittelpunkt des Blind-und Wirkwiderstandes wählen würde. Erfindungsgemäss wird nun der Anschlusspunkt für die Sicherung an den Widerstand so lange verschoben, bis der über den Betriebsapparat abfliessende Störungstrom ganz oder angenähert auf Null bzw. auf den erreichbaren günstigsten Wert zurückgegangen ist. Hierbei sind auch solche Fälle berücksichtigt, bei denen die Unsymmetrie gegenüber den magnetischen und statischen Beeinflussungen verschieden ist.
Fig. 7 stellt eine Schaltung dar, bei der für mehrere Stromkreise (i,-P, j...) eine
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Fall gleiche Leitungskonstanten besitzen und infolgedessen durch Fremdleitungell in gleicher Weise aufgeladen werden, so kommt es zur Vermeidung von Spannungsdifferenzen an den Betriebsapparaten darauf an, dass die etwa vierfach so grosse Ladeenergie der Zuleitungen 1-4 in der gleichen Zeit über die Sicherungen abgeführt wird wie die einfache Ladeenergie der Rückleitung 0.
Um dieses zu erreichen, werden bei dem Beispiel Fig. 7, bei dem angenommen ist, dass die Leitungskonstanten bei Hin-und Rückleitung einander genau gleich sind, die zwischen Hin-und Rückleitung eingeschalteten Widerstände J ? im Verhältnis l : 4 angezapft und über eine Zickzackdrosselspule mit vier Schenkeln zu einem Sternpunkt geführt (künstlicher Nullpunkt), an den die einpolig mit Erde verbundene Sicherung angeschlossen wird.
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der Zickzackdrosselspule für Ströme in Richtung nach der Sicherung (Erde) praktisch sehr gering ist, dagegen für etwaige Ausgleichsströme zwischen den einzelnen Stromkreisen, wie sie bei Benutzung verschiedener Betriebsspannungen möglich sind, einen beliebig grossen Widerstand bieten.
Bei ungleichen Leitungskonstanten muss man ausser der passenden Wahl der Anzapfpunkte bei den Widerständen R auch die Windungszahl der Zickzackdrosselspule entsprechend abstufen.
Fig. 10 zeigt die vorerwähnte Schaltung angewendet für Fernsprechübertragungen, bei denen an Stelle der Widerstände R Übertrager benutzt sind. In diesem Falle ist die Anzapfung für den Anschluss der Zickzackdrosselspule an der Aussenspule der Übertrager angedeutet.
Aus dem oben Gesagten geht hervor, dass die Zahl der Schenkel der Zickzackdrosselspule je nach der Zahl der zu schützenden Leitungen veränderlich ist. Es würde für den praktischen Bedarf somit eine beträchtliche Anzahl von Typen verschiedener Zickzackdrosselspulen erforderlich sein. Durch passende Zusammenfassung von Leitungen gelingt es, eine vielschenklige Zickzackdrosselspule durch mehrere einschenklige Drosselspulen zu ersetzen (Fig. 11 und 12). Damit wird die erhebliche Zahl der Vielschenkeltypen auf eine EiDschenkeltype reduziert.
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.. Fig.. 11 zeigt eine Schaltmöglichkeit für vier symmetrische Leitungen, Fig. 12'eine solche für fünf, also eine ungerade Anzahl von Leitungen ; die durch Pfeile kenntlich gemachte
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Bei den beschriebenen Einrichtungen besteht die Möglichkeit, dass-die Widerstände infolge geringer, nicht zu vermeidender Unsymmetrien für plötzlich auftretende Störung- energien mit steiler Spannungsstirn namentlich atmosphärischer Herkunft vorübergehend einen gewissen, nicht mehr vernachlässigbaren Widerstand darstellen, es besteht daher die Möglichkeit, dass ein Teil der Störungsenergien doch in den Betriebsapparaten zur Auswirkung kommt. Um dies zu vermeiden, werden ferner alle Leitungszweige nochmals einzeln über
Spannungssicherungen (Fig. S"und Sb) mit Erde verbunden.
Diese Spannungssicherungen besitzen zweckmässigerweise eine höhere Ansprechspannung als die für alle zu schützenden Leitungen gemeinsame Spannungssicherung S, sie dienen also als Grobschutz. Fig. 13 gibt nur die prinzipielle Anordnung wieder ; sie lässt sich sinngemäss auf alle oben beschriebenen Spezialfälle anwenden.
Entsprechend dem oben erläuterten Prinzip lassen sich auch die Grobschutzsicherungen Sa und Sb. wie ohne weiteres einzusehen ist, zu einer einzigen Grobschutzsicherung vereinigen, so dass auch für den Grobschutz die störungsfreie Ableitung der unerwünschten Ladungen aufrechterhalten wird.
Um die Wirksamkeit des Grobschutzes zu erhöhen, kann man ferner zwischen den Anschlusspunkten der verschiedenwertigen Sicherungen, z. B. zwischen den Punkten 9 und ; bzw. und 7/ (Fig. 13) Drosselspulen in die Leitung einschalten, die derartig bemessen sind, dass dieselben für Ströme mit Sprechfrequenz nur einen geringen, für Ströme hoher Periodenzahl, namentlich solche mit Sprungwelleneharakter, einen grossen Widerstand darstellen.
Sinngemäss können die Schaltungen gemäss der Erfindung auch bei Starkstromleitungen angewendet werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Beseitigung der durch Überpannungen in Fernmeldeanlagen hervorgerufenen störenden Beeinflussungen und Knallgeräusche, dadurch gekennzeichnet, dass durch Einschalten einer Spannungssicherung in eine Erdleitung, die an den elektrischen Mittelpunkt (künstlichen Nullpunkt) eines zwischen die Leitungszweige geschalteten induktiven Widerstandes angeschlossen ist. dessen Teile magnetisch derartig fest miteinander gekoppelt sind, dass zwangsläufig sowohl die gleichzeitige Ableitung der auf den verschiedenen Leitungszweige befindlichen elektrischen Ladungen wie auch die numerische und vektorielle Gleichheit der Ausgleichsströme erreicht wird (Fig. 1).