Einrichtung zum Schutz -von Fernmeldeanlagen gegen Überspannungen. Fernmeldeleitungen werden gegen un zulässige Spannungen gegen Erde in der Regel durch sogenannte Spannungs- oder Durchschlagssicherungen <B>.</B> geschützt, le so angeordnet werden, dass jeder Leitungs zweig 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, das heisst, dass sämtliche Sicherungen mit den selben Nenndaten bei derselben Spannung und gleichzeitig ansprechen.
Vielmehr wird praktisch stets eine von mehreren Sicherun gen zuerst überschlagen. Die Ladungen auf den nicht betroffenen, mit der zuerst anspre chenden Sicherung in galvanischer Verbin dung stehenden Leitungszweigen werden sich über diese Sicherung gleichfalls auszuglei chen versuchen und hierbei durch die Wich- lungen der Betriebsapparate fliessen. # Das stossartige Zustandekommen dieser Aus gleichsvorgänge bewirkt in den Fernhörern von Fernsprechapparaten dieSekannten, oft gesundheitsschädlichen Knallgeräusche.
Zur Vermeidungdieser Störungen wurden bereits zwischen beide Leitungszweige soge- nannte Erdungsdrosseln eingeschaltet, die zwecks Ableitung der störenden Energien im Wieklungsmittelpunkt ständig mit Erde ver bunden sind.
Diese Anordnungen haben er fahrungsgemäss aber den verfolgten Zweck auch nicht erreicht, hatten jedoch den Nach- t#il, dass durch geringe, nicht zu beseitigende Unsymmetrien in den Leitungszweigen oder Spulenhälften häufig Ausgleichsströme zu stande kommen,- die zum Teil -die Betriebs apparate durchfliessen und sQ eine Störung der Ferumeldeanlagen bedeuten; sie waren daher praktisch nicht verwendbar.
Erfindungsgemäss werden #die Fernmelde leitungen derart gesichert, dass eine möglichst störungs- und gefährdungsfreie Ableitung der auf den verschiedenen Leitungszweigen befindlichen elektrischen Ladungen erfolgt und die prakt <B>'</B> iselie Gleichheit der Augen blickswerte der Ableitungsströme<B>-</B> erreicht wird, so dass keine Potentialdifferenz an den Klemmen der Betriebsapparate auftritt.
Dies .wird dadurch erreicht, dass <B>je</B> zwei Leitungs- zweige einer Leitung durch einen'Widerstand irgend welcher Art (Ohmsche-, Blind-, Im- pedanz-Widerstände) miteinander verbunden werden, der Widerstandsmittelpunkt geerdet und zwischen mindestens einem Leitungs zweig und Erde eine Spannungssicherung ein geschaltet wird.
Ausführungsformen des Erfindungsgegen- standes sind in Uen Fig. <B>1</B> -und<B>2,</B> dargestellt, gemäss denen die Sicherung der Fernmeldelei tung dadurch geschieht, dass beide Zweige durch einen induktiven Widerstand über brückt, werden, und der elektrische Null punkt, welcher mit dem Wicklungsmittel punkt zusammenfällt, über eine Spannungs sicherung mit Erde verbunden wird.
Die bei den Hälften des Widerstandes sind fest mit einander magnetisch gekoppelt, beispiels weise dadurch, dass man die Wicklungen der beiden Hälften über einen gemeinsamen ge schlossenen Eisenkern wiehelt. Wie bekannt ', besitzt dann dieser Widerstand für Aus- gleiehsströme zwischen den Zweigleitungen einen sehr hoben Wert, während der Wider stand für Ausgleichsströme zwischen Leitung n und Erde praktich auf Null sinkt, solange die Potentiale und die Widerstan-dswerte der zueinander gehörigen Leitungszweige ein ander gleich sind,
wie*es unter den vorlie genden Verhältnissen normalerweise zutrifft. Dadurch ist die Gewähr gegeben, dass die Überspannungsladungen der Leitungen in der kürzesten Zeit über die Spannungssicherun gen zur Erde abgeleitet und unwirksam ge- eD macht werden.
Fig. 2 unterscheidet sich von Fig. <B>1</B> da durch, dass statt des induktiven Widerstan des eine Wicklung eines als Transformator arbeitenden Übertragers benutzt wird.
Sinngemäss kann man diese<B>-</B> lediglich<B>f</B> ür Einfachleitungen beschriebenen Sieherungs- einrichtungen auch auf Leitungen für Viel- fachbetrieb (z. B. Phantomschaltung) anwen den, indem man die Sicherungen an solche Stelle legt, dass man ausser der Gleichzeitig keit des Ansprechens auch die Gleichheit, der Ströme für die Leitungen, welche gesichert werden sollen, aufrecht erhält.
Da, nun im normalen Zustand das System der Fernmeldeleitungen von Erde isoliert ist und bei Fehlermessungen, Fehlerortsbestim mungen und dergleichen an der Fernmeldelei tung eine getrennte Messung der verschiede nen Zweige der Fernineldeleitung nötig wird, so müsste im Störungsfalle bei der Schal tungsanordnung nach Fig. <B>1</B> und<B>29</B> die Schutzeinrichtun,#, zwecks Fehlerbestim mung abgeschaltet werden. Dies wäre schal tungstechnisch unbequem, und zwar beson ders, wenn die Schutzeinrichtung nicht in der Station in unmittelbarer Nähe des Betriebs apparates, sondern wegen Änderung des Wellenwiderstandes in der Stossstelle zwi schen Freileitung und Kabel eingebaut ist.
t' <B><I>kn</I></B> Dies trifft häufig bei der Einführung von Fernleitungen in Städten und Ortschaften zu, wo also dann die Stossstelle an der Peri pherie der Ortschaft liegt.
tn Es wird nun, insbesondere für den er wähnten Fall, die durch den in Fig. <B>1</B> und 2 aufgeführten Widerstand unmittelbar her vorgerufene metallische Verbindung der verschiedenen Leit'ungszweige durch Span- nungssieherungen, die verschiedenartig ange ordnet sein können, unterbrochen.
Nachstehend mö-,en einire Ausführun-s- beispiele näher erläutert werden.
In Filg. <B>3</B> ist beispielsweise die Spannungs sicherung, die nach Fig. <B>1</B> und 2 im Null punkt des Systems liegt, durch<B>je</B> eine Span nungssicherung in jedem Wiehlungsteil des Widerstandes ersetzt, während der Nullpunkt des Widerstandes -unmittelbar an Erde gelegt wird. In diesem Falle wird im allgemeinen eine Spannungssieherung zuerst ansprechen el 21 und die Ladung des betreffenden Zweiges wird versuchen, über einen Wicklun,-steil,des Widerstandes nach Erde abzufliessen.
Unter Vernachlässigung der Streuung der verschie denen Wiehlungsteile des Widerstandes, der in dem Ausführungsbeispiel als Drosselspule dargestellt ist, muss sieh die Summe der Ströme infolge ihrer magnetischen Verket- C tung aufheben, das heisst, wenn ein Wick lungsteil 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 Spannungssiclierung ein Überschlag erfolgen, so dass die Störungsenergie aller Zweige gleichmässig zur Erde abfliessen.
Man kann das Ansprechen Ader zweiten Spannungssicherung auch so erklären, dass der über die zuerst ansprechende Sicherung und zugehörigen Wicklungsteil abfliessende Strom in dem andern Wicklungsteil eine Spannung induziert, die so gerichtet ist, dass sie den bereits vorhandenen Potentialunter schied an den Elektroden der andern Span nungssicherung erhöht und dadurch auch diese praktisch gleichzeitig zum Anspreehen veranlasst. Das Ansprechen der einen Span nungssicherung wird gewissermassen mit Hilfe der transformatorischen Wirkung der Drosselspule durch das Ansprechen der an dern Spannungssicherung erzwungen.
Vor aussetzung dabei ist, dass die verschiedenen Wicklungsteile der Drosselspule magnetisch miteinander gekoppelt sind.
Es ist gleichgültig, an welcher Stelle die Spannungssicherungen eingeschaltet werden. sofern nur der erwähnte Zweck erreicht wird. Sie können zum Beispiel zwischen Drossel spule und Leitungszweig angebracht werden, sie können aber auch zwischen Drosselspule und Nullpunkt liegen. Beide Ausführungs arten sind in Fig. <B>3</B> zur Darstellung gebracht.
Der gleiche Zweck der Trennung der ver schiedenen Leitungszweige einer Fernmelde leitung wird auch erreicht, wenn jeder Wicklungsteil eine Sicherung geringer An- spreellspannung besitzt, während die Haupt- sieherung in der Verbindung des gemein schaftlichen Nullpunktes mit der Erde liegt. Auch in diesem Falle wird bei der Ent ladung des einen Zweiges die Ladung des andern Zweiges vermöge der magnetischen Kopplung der verschiedenen Wicklungsteile der Drosselspule ohne weiteres mitgerissen.
Falls die TJntersioherungen genügend emp findlich sind, genügt es, nur den einen Wick lungsteil mit einer solchen Sicherung zu ver sehen, da hierdurch eine elektrische Tren nung der Zweige bereits erreicht wird. Beide Ausführungsarten sind in Fig. 4'dargestellt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Er findung ist in Fig. <B>5</B> dargestellt, wobei auch die Hauptsicherung in der Erdverbindung fehlt; pur ein Wicklungsteil ist mit einer Spannungssicherung versehen. Auch hier können vermöge der magnetischen Koppluüg 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 Viel- - fachbetrieb -die Sicherungen an solchen Stel len des zwischen den Zweigen befindlichen Widerstandes irgendwelcher Art gelegt wer den sollen, dass ausser der Gleichzeitigkeit des Ansprechens auch die Gleichheit der Ströme für #die gesicherten Leitungen aufrecht er halten wird, und dass es ferner allgemein dar auf ankommt, einen Zustand herzustellen, bei dem jede durch die Naelibarleitung her vorgerufene Spannungsdifferenz an den Klemmen der Betriebsapparate beseitigt ist.
Die Einrichtungen gemäss Fig. <B>1</B> bis<B>5</B> haben in erst<B>'</B> er Linie zur Voraussetzung, dass die Aufladung der Hin- und Rückleitung symmetrisch erfolgt. Es gibt nun weiterhin Fälle, bei denen unsymmetrische Verhält nisse der Hin- und Rückleitung vorliegen, die beispielsweise durch Benutzung von Leitun gen verschiedenen Querschnittes, durch Viel- fachzuleitung mit gemeinsamer Rüekleitung oder irgendwelche andere Ursachen hervorge rufen sind.
Auch bei dieser unsymmetriselien Leitungsführung wird,durch besondere Schal tungen der oben erwähnte Zustand der Span- nungslosigkeit an den Betriebsapparaten her gestellt, was nachstehend an einigen Beispie len erläutert wird.
Fig. <B>6</B> zeigt eine einfache Leiterschleife, bei der die Rückleitung einen grösseren Quer- schnitt und infolgedessen einen von der Hinleitung verschiedenen Widerstandswert (Blind- und Wirk-) besitzt. Es ist ohne wei teres ersichtlich, dass in diesem Falle bei der Entladung über die Sicherung infolge der unsymmetrischen Leitungskonstanten Aus- .-leichsströme über den Betriebsapparat (in der Figur als Telephon angedeutet) fliessen und infolgedessen störend wirken können, wenn man den Sicherungsabzweig genau im Mittelpunkt des Widerstandes R (Blind- und Wirk-) wählen würde.
Es wird nun der An- schlusspunkt für die Sicherung an den Wi derstand so lange verschoben, 'bis der über den Betriebsapparat abfliessende Störungs strom ganz oder =genähert auf Null bezw. auf den erreichbaren günstigsten Wert zu- rückge,gangen ist. Hierbei sind auch solche Fälle berücksicht <B>'</B> igt, bei denen die Unsym- metrie gegenüber den magnetischen und sta tischen Beeinflussungen verschieden ist.
Fig. <B>7</B> stellt eine Schaltung dar, bei der für mehrere Stromkreise<I>(F, F, F,</I><B>...)</B> eine gemeinsame Rückleitung verwandt wird. <U>Nimmt</U> man an, -dass Hin- und Rückleitung in diesem Falle gleiche Leitungskonstanten besitzen und infolgedessen durch Fremdlei tungen in gleicher Weise aufgeladen wer den, so kommt es zur Vermeidung von Span nungsdifferenzen an den Betriebsapparaten darauf an, dass die etwa vierfach so grosse Ladeenergie -der Zuleitungen<B>1</B> bis 4 in der gleichen Zeit über die Sicherungen abgeführt wird wie die einfache Ladeenergie der Rück leitung<B>0.</B> Ilm dieses zu erreichen, werden bei dem Beispiel Fig. <B>7,</B> bei dem angenommen ist,
dass die Leitungskonstant<B>'</B> en bei Hin- und Rückleitung einander genau gleich sind, die zwischen Hin- und Rückleitung eingeschalte ten Widerstände<B>B</B> im Verhältnis<B>1 -</B> 4 ange zapft und über eine Zickzachdrosselspule mit vier Schenkeln zu einem Sternpunkt geführt (künstlicher Nullpunkt), an den die einpolig mit Erde verbundene Sicherung angeschlos sen wird.
In Fig. <B>8</B> und<B>9</B> ist durch die angedeu tete Stromriehtung gezeigt, dass der Wider- stand der Zickzachdrosselspule für Ströme in Richtung nach der Sicherung (Erde) prak tisch widerstandslos ist, dagegen für etwaige Ausgleichsströme zwischen den einzelnen Stromkreisen, wie sie bei Benutzung verschie dener Betriebsspannungen möglich sind, einen beliebig grossen Widerstand bieten. Bei un gleichen Leitungskonstanten muss man ausser der passenden Wahl der Anzapfpunkte 'bei den Widerständen<B>B</B> auch die Windungszahl der Zickzackdrosselspule entsprechend ab stufen.
Fig. <B>10</B> zeigt die vorerwähnte Schaltung angewandt für Fernsprechübertragunigen, bei denen an Stelle der Widerstände R Über trager benutzt sind. In diesem Falle ist die Anzapfung für den Anschluss der Zickzack- drosselspule an der Aussenspule der Cbertra- ger angedeutet.
Aus dem oben Gesagten geht hervor, dass die Zahl der Schenkel der Zickzwkdrossel- spule <B>je</B> nach der Zahl der zu schützenden Leitungen veränderlich ist. Es würde für den praktischen Bedarf somit eine beträchtliche Anzahl von Typen verschiedener Zickzack- drosselspulen erforderlich sein. Durch pas sende Zusammenfassung von Leitungen ge lingt es, eine vielselienklige Zickzackdrossel- spule durch mehrere einschenklige Drossel spulen zu ersetzen (Fig. <B>11</B> und 12).
Damit wird die erhebliche Zahl der Vielschenkel- typen auf eine Einsehenkeltype reduziert.
Fig. <B>11</B> zeigt eine Schaltmöglichkeit für vier symmetrische Leitungen, Fig. 12 eine solche für fünf, also eine ungerade Anzahl von Leitungen; die durch Pfeile kenntlich ge machte Anzapfbarkeit der Drosselspulen soll eine unter Umständen vorhandene, bei der Abgleichung zu berücksichtigende Unsymme- trie der Leitungen andeuten.
Bei den beschriebenen Einrichtungen be steht die Möglichkeit, dass die Widerstände infolge geringer, nicht zu vermeidender Un- symmetrien für plötzlich auftretende Stö rungsenergien mit steiler Spannungsstirn na mentlich atmosphärischer Herkunft vorüber gehend einen gewissen, nicht mehr vernach- lässigba,ren Widerstand darstellen, es bestellt daher die Möglichkeit, dass ein Teil,der Stö rungsenergien doch in den Betriebsapparaten zur Auswirkung kommt.
Um dies zu vermei den, werden<B>f</B>erner alle Leitungszweige noch mals einzeln über Spannungssielierungen (Fig. <B>13,</B> 8, und x9b) mit Erde verbunden. Diese Spannungssieherungen besitzen zweck- mässigerweise eine höhere Ausprechspannung als die für alle zu schützenden Leitungen ge meinsame Spannungssicherung<B>8,</B> sie dienen also als Grobschutz.
Fig. <B>13</B> gibt nur die prinzipielle Anord nung -wieder; sie lässt sich sinngemäss auf alle oben beschriebenen Spezialfälle anwenden.
Entsprechend den oben erläuterten Schal tungen lassen sieh auch die Grobsellutzsielie- rungen & und Sb, zum Beispiel induktiv mit einander kuppeln, so dass auch für den Grob- sellutz die störungsfreie Ableitung der un erwünschten Ladungen aufrecht erhalten wird.
Um die Wirksamkeit des Grobschutzes zu erhöhen, kann man ferner zwischen den An- schlusspunkten der verschiedenwertigenSiche- rungen, zum Beispiel zwischen den Punkten <B>g</B> und h, bezw. <B>g'</B> und h\ (Fig. <B>13),</B> Drossel spulen in die Leitung einschalten, die der artig bemessen sind, dass dieselben für Ströme mit Sprechfrequenz nur einen gerin gen, für Ströme hoher Periodenzalil, nament- lieli solche mit Sprungwelleneharakter,
einen grossen Widerstand darstellen.
Sinngemäss können die Schaltungen ge mäss der Erfindung auch bei Starkstromlei tungen angewandt werden.