Verfahren zur Verminderung der durch eine benachbarte Energieleitung induzierten Ströme in den Innenleitern koaxialer Leitungen mit Gleichstromfernspeisung in Fernmeldekabeln In neuester Zeit werden sehr dünne Koaxiallei- tungen mit weniger als 5 mm Aussendurchmesser, sogenannte Zwergtuben, zur übertragung von mehre ren Hundert Trägerfrequenzkanälen in Fernmeldeka beln verwendet.
Solche Zwergtuben werden in Ab ständen von wenigen Kilometern durch viele fern gespeiste und daher unbemannte, z. B. in der Erde versenkte Transistor-Zwischenverstärker verstärkt, so dass es genügt, die bemannten Hauptverstärkerämter in grossen Abständen von etwa 60 km und mehr anzu ordnen.
Die Fernspeisung erfolgt, zweckmässigerweise von den bemannten Verstärkerämtern aus, mittels Gleichstrom auf den Innenleitern der Zwergtuben, wo bei die Aussenleiter isoliert bleiben, um Induktions wirkungen in den Stromkreisen Innenleiter-Aussen- leiter möglichst zu vermeiden.
Die Innenleiter sind auf den langen Strecken zwischen den bemannten Ämtern durchgeschaltet, und es lässt sich deshalb nicht vermeiden, dass durch benachbarte, insbesondere parallel verlaufende Energieleitungen, insbesondere im Fall von Kurzschlüssen, trotz der als Abschirmung wirkenden, isolierten, Aussenleiter in den Innenleitern Ströme induziert werden, deren Grösse das für der artige Transistorschaltungen zulässige Mass weit über steigt.
Die Erfindung besteht in einem Verfahren zur Verminderung dieser Ströme mit dem Kennzeichen, dass zwischen die Aussenleiter und den metallischen Aussenmantel des Fernmeldekabels entweder an Ka- belabschnitts-Endstellen, die speisenden Hauptverstär- kerämtern zugeordnet sind, oder an möglichst gleich mässig auf die ganze Kabelstrecke verteilten Stellen, Induktivitäten mit Wirkwiderständen geschaltet wer den.
Ein ähnliches Verfahren ist bisher nur bei mehr adrigen Fernmeldekabeln mit isolierten metallenen Aussenmänteln zur Herabsetzung der Spannungen im Stromkreis Adernbündel-Kabelmantel vorgeschlagen worden.
Für die selektive Entstörung von durch Hoch frequenzsender beeinflussten konzentrischen Breit bandkabeln mit gegen Erde isoliertem Aussenleiter ist dagegen nur ein anderes Verfahren bekannt, nämlich die Einschaltung eines Netzwerkes zwischen dem Aussenleiter und Erde, wodurch die durch die Stör quelle hervorgerufene Spannung selbst zur Erzeugung der in der Phase entgegengestzt gerichteten Kompen sationsspannung verwendet wird.
Zur besseren Veranschaulichung der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles sollen die Figu ren der Zeichnung dienen. Fig. 1 zeigt die Einschal tung von Induktivitäten am Ende eines schematisch nur durch Linien dargestellten Fernmeldekabels mit einer Zwergtube. Fig. 2 zeigt in Form einer räum lichen Skizze den Fall eines Fernmeldekabels mit vier Zwergtuben. Fig. 3 zeigt in Anlehnung an Fig. 1
die Einschaltung von Induktivitäten an jedem zweiten Zwischenverstärker. Fig. 4 zeigt schliesslich das Er- satzschaltbild eines dadurch zwischen zwei über benachbarten Zwischenverstärkerpunkten vorhan denen Teilviercpoles.
Fig. 1 zeigt im einzelnen schematisch die Ver teilung des im Innenleiter 1 einer Zwergtube von der Energieleitung 0 induzierten Stromes, der sieh dem Fernspeisungsgleichstrom überlagert und dadurch die Verstärker gefährdet. Die voll ausgezogene Strom kurve f1 betrifft den Fall des isolierten Aussenleiters 2 ohne zugeschaltete Induktivitäten und die gestrichelte Kurve J'1 den Fall mit als komplexe Widerstände Re dargestellten
Induktivitäten an den Kabelenden zwi schen dem Aussenleiter 2 und dem Kabelmantel 3. Es ist hier der Fall dargestellt, dass der Kabelmantel 3 von der Erde E isoliert ist; diese Isolierung ist jedoch nicht unbedingt erforderlich.
Im Zuge des Innenleiters der Zwergtube, deren Länge
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ist, liegt eine grosse Anzahl von Zwi schenverstärkern T und an ihren beiden Enden je ein Hauptverstärker H. Infolge des in der Energieleitung 0 fliessenden Stromes J" wird im Innenleiter an dem Ort x von der Streckenmitte aus gerechnet der Strom J(x)
erzeugt. In den bemannten speisenden Haupt verstärkerämtern H sind erfindungsgemäss zwischen dem Aussenleiter und dem metallenen Kabelmantel die induktiven Widerstände Ne = Re <I>+</I> jo,)Le, zweck mässig mit möglichst kleinem Wirkwiderstand Re an geordnet, die bei geeigneter Wähl eine wesentliche Herabsetzung des Stromes J(x) in der durch die Kurve J'1 angedeuteten Form bewirken.
Zur Klärung der Wirksamkeit einer solchen Schaltung sei auf die Formel für den Strom J(x) bei elektrisch kurzen Leitungen verwiesen, wobei die Zugehörigkeit der Leitungsgrössen zu den Strom kreisen durch Fussindizes gekennzeichnet ist:
EMI0002.0028
Da es sich um technische Frequenzen handelt, ist die Annahme elektrisch kurzer Längen berechtigt. Für den Stromkreis Innenleiter-Aussenleiter gilt angenähert 9'12^ R121 #'12C12# <B>(2)
</B> Für den Stromkreis Aussenleiter-Kabelmantel gilt angenähert N23 ^ R231 1323 ^ .%(0 C23 rk ist der Kabelreduktionsfaktor des Innenleiters, x12 ist der resultierende Reduktionsfaktor. Um die reduzierende Wirkung zu charakterisieren, genügt es,
das Verhältnis<I>Q</I> der Ströme für @"ie jodle und für Ne = oo zu betrachten.
EMI0002.0052
Um also eine möglichst grosse Reduktionswirkung zu erzielen, muss man wählen:
EMI0002.0054
Der Wirkwiderstand der Induktivität soll, wie nochmals betont wird, möglichst klein sein.
Hat man beispielsweise mit einer Anlage zu tun, bei der für f = 50 Hz und bei einer Hauptverstärker feldlänge l = 60 km z. B. ein kilometrischer Kapazi tätswert C23 = 0,1 ssFIkm anzunehmen ist, und soll das Stromverhältnis Q nicht grösser als 0,01 sein, was damit gleichbedeutend ist, dass der induzierte Strom 1/100 vermindert werden soll, so errechnet man L, = 6,7 Henry,
R8 C 21,2 Ohm. Da es sich häufig um mehrere, also n Zwergtuben im gleichen Kabel handelt, deren Aussenleiter mitein ander direkten Kontakt haben, lauten für diese die obigen Formeln:
EMI0003.0003
Das besagt, dass in diesem Fall die auf den n-ten Teil verkleinerten Indüktivitäten zwischen die in direktem Kontakt miteinander befindlichen Aussen leiter und den metallenen Kabelmantel geschaltet wer den.
Handelt es sich beispielsweise um ein Viertuben kabel, wie Fig. 2 zeigt, so gilt für Zwergtuben bei den früher erwähnten rechnerischen Annahmen: L, = 1,68 Henry, Re 5,3 Ohm.
Auch eine Annäherung an die Werte dieser For meln würde bereits eine wesentliche Reduktionswir kung zur Folge haben. Es sei auch noch darauf ver wiesen, dass bei nur teilweiser oder bei überhaupt ungleichmässiger Beeinflussung durch die Energielei tung durch entsprechende ungleichmässig gewählte Induktivitäten Le die gleiche Reduktionswirkung er zielt werden kann.
Das Verfahren gemäss der Erfindung ist zwar bei Fernmeldekabeln mit Zwergtuben von besonderem Interesse und deshalb an ihrem Beispiel dargestellt worden; es kann aber auch bei Koaxialleitungen mit grösseren Querschnitten Verwendung finden, z. B. bei der vom CCITT genormten 2,6/9,5-Tube.
Da bei dünnen Koaxialleitungen viele zugängliche Zwischenverstärkerpunkte vorhanden sind, besteht auch die Möglichkeit, die Querinduktivitäten mög- lichst gleichmässig längs der ganzen Kabelstrecke zu verteilen und dadurch eine Art Querbespulung vorzu nehmen.
Fig. 3 zeigt einen solchen Fall, bei dem eine Querinduktivität Lq mit dem möglichst klein zu neh menden Wirkwiderstand R, .an jedem zweiten Zwi- schenverstärkerpunkt T1 <B>...</B> Tm zwischen Aussenlei ter und Kabelmantel geschaltet ist.
Man hat es dann mit m kurzen Teilstrecken der Länge s zu tun, auf die entsprechend Fig. 4 alle Leitungsgrössen zu beziehen sind. Wenn<I>l</I> die Gesamtlänge ist, so sind<I>m =</I> 1/s Teilstrecken vorhanden, wobei im vorliegenden Fall s der Abstand zweier überbenachbarter Zwischenver stärker ist.
Es silt dann:
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Für den Strom J(x) gilt dann die Gleichungsgruppe:
EMI0003.0064
Das Verhältnis Q der Ströme für 31" <I>=</I> R" + jcoL" " jcoLa und 9t" = oo ist hier:
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Um also eine möglichst grosse Reduktionswirkung zu erzielen, muss man wählen:
EMI0003.0075
Dass die Längsverteilung der Querinduktivitäten (Querbespulung die Anwendung des Verfahrens auch für elektrisch lange Kabelstrecken ermöglicht, ergibt sich aus der allgemein gültigen Gleichspannungs- gruppe für den Strom J(x):
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Setzt man in dem Klammerausdruck y'23 = O, was erlaubt ist, wenn man nicht nur die Bedingungs- gleichung (10) für L, erfüllt, sondern auch den Wirk widerstand R, und den Verlustwinkel des Dielektri- kums zwischen Aussenleiter und Kabelmantel mög lichst klein wählt, so wird der Klammerausdruck un abhängig von x angenähert gleich Null.
In diesem Fall spielt es offenbar keine Rolle, ob es sich um eine gleichmässige oder um eine ungleich mässige, z. B. nur teilweise Beeinflussung durch die Energieleitung handelt.
Method for reducing the currents induced by an adjacent power line in the inner conductors of coaxial lines with remote direct current feed in telecommunication cables Very thin coaxial lines with an outer diameter of less than 5 mm, so-called dwarf tubes, have been used recently for the transmission of several hundred carrier frequency channels in telecommunication cables.
Such dwarf tubes are at distances of a few kilometers by many remote-fed and therefore unmanned, z. B. submerged in the ground transistor intermediate amplifiers, so that it is sufficient to arrange the manned main amplifier offices at large distances of about 60 km and more.
The remote supply is carried out, expediently from the manned booster offices, by means of direct current on the inner conductors of the dwarf tubes, where the outer conductors remain isolated in order to avoid induction effects in the inner conductor-outer conductor circuits as far as possible.
The inner conductors are switched through on the long stretches between the manned offices, and it is therefore unavoidable that currents are induced in the inner conductors through adjacent, in particular parallel power lines, especially in the event of short circuits, despite the insulated outer conductor acting as a shield the size of which rises far beyond the amount permitted for such transistor circuits.
The invention consists in a method for reducing these currents with the characteristic that between the outer conductor and the metallic outer sheath of the telecommunication cable either at cable section end points assigned to the feeding main amplifier offices, or distributed as evenly as possible over the entire cable route Places, inductivities with active resistances switched to who.
A similar method has so far only been proposed for multi-core telecommunication cables with insulated metal outer sheaths to reduce the voltages in the wire bundle-cable sheath circuit.
For the selective interference suppression of concentric broadband cables influenced by high-frequency transmitters with an outer conductor isolated from earth, however, only one other method is known, namely the connection of a network between the outer conductor and earth, whereby the voltage caused by the interference source itself is used to generate the in the Phase oppositely directed compensation voltage is used.
To better illustrate the invention using an exemplary embodiment, the figures should serve ren of the drawing. Fig. 1 shows the switching device of inductors at the end of a telecommunication cable, shown schematically only by lines, with a dwarf tube. Fig. 2 shows in the form of a spatial sketch the case of a telecommunication cable with four dwarf tubes. FIG. 3 shows, based on FIG. 1
the switching on of inductances at every second repeater. Finally, FIG. 4 shows the equivalent circuit diagram of a partial quadrupole which is thus present between two adjacent intermediate amplifier points.
Fig. 1 shows in detail, schematically, the distribution of the Ver in the inner conductor 1 of a dwarf tube induced by the power line 0 current, which is superimposed on the remote supply direct current and thereby endangers the amplifier. The solid current curve f1 relates to the case of the insulated outer conductor 2 without connected inductances and the dashed curve J'1 the case with shown as complex resistances Re
Inductances at the cable ends between the outer conductor 2 and the cable sheath 3. It is shown here that the cable sheath 3 is isolated from the earth E; however, this isolation is not absolutely necessary.
In the course of the inner conductor of the dwarf tube, its length
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there is a large number of intermediate amplifiers T and a main amplifier H at both ends. As a result of the current J "flowing in the power line 0, the current J (x) is calculated in the inner conductor at location x from the middle of the route
generated. In the manned feeding main amplifier offices H, according to the invention, the inductive resistances Ne = Re <I> + </I> jo,) Le are arranged between the outer conductor and the metal cable sheath, appropriately with the smallest possible effective resistance Re cause a substantial reduction in the current J (x) in the form indicated by the curve J'1.
To clarify the effectiveness of such a circuit, reference is made to the formula for the current J (x) for electrically short lines, with the line sizes belonging to the current circuits being indicated by foot indices:
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Since these are technical frequencies, the assumption of electrically short lengths is justified. For the inner conductor-outer conductor circuit, approximately 9'12 ^ R121 # '12C12 # <B> (2)
</B> For the outer conductor-cable jacket circuit, N23 ^ R231 1323 ^.% Applies (0 C23 rk is the cable reduction factor of the inner conductor, x12 is the resulting reduction factor. To characterize the reducing effect, it is sufficient to
consider the ratio <I> Q </I> of the currents for @ "ie yodle and for Ne = oo.
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In order to achieve the greatest possible reducing effect, one must choose:
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As is emphasized again, the effective resistance of the inductance should be as small as possible.
For example, if you are dealing with a system in which f = 50 Hz and a main amplifier field length l = 60 km z. B. a kilometric capacity value C23 = 0.1 ssFIkm is to be assumed, and the current ratio Q should not be greater than 0.01, which means that the induced current is to be reduced 1/100, so one calculates L = 6.7 henry,
R8 C 21.2 ohms. Since there are often several, i.e. n, miniature tubes in the same cable, the outer conductors of which are in direct contact with each other, the above formulas are:
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This means that in this case the inductances reduced to the nth part are connected between the external conductors that are in direct contact with one another and the metal cable sheath.
If, for example, it is a four-tube cable, as shown in FIG. 2, then for dwarf tubes with the mathematical assumptions mentioned earlier: L, = 1.68 Henry, Re 5.3 ohms.
Even an approximation to the values of these formulas would already have a significant reduction effect. It should also be pointed out that if the power line is only partially or at all unevenly influenced by corresponding, unevenly selected inductances Le, the same reduction effect can be achieved.
The method according to the invention is of particular interest in telecommunication cables with dwarf tubes and has therefore been illustrated using its example; but it can also be used for coaxial lines with larger cross-sections, e.g. B. in the CCITT standardized 2.6 / 9.5 tube.
Since there are many accessible intermediate amplifier points with thin coaxial lines, there is also the possibility of distributing the transverse inductances as evenly as possible along the entire length of the cable, thereby creating a kind of cross-winding.
3 shows such a case in which a shunt inductance Lq with the active resistance R, which is to be made as small as possible, is connected at every second intermediate amplifier point T1 ... Tm between the outer conductor and the cable jacket.
One then has to deal with m short sections of length s to which all line sizes are to be related according to FIG. If <I> 1 </I> is the total length, then <I> m = </I> 1 / s subsections are available, where in the present case s is the distance between two super-adjacent intermediate amplifiers.
It then silts:
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The group of equations then applies to the current J (x):
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The ratio Q of the currents for 31 "<I> = </I> R" + jcoL "" jcoLa and 9t "= oo is here:
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So in order to achieve the greatest possible reducing effect, one must choose:
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The fact that the longitudinal distribution of the transverse inductances (transverse winding enables the method to be used for electrically long cable sections as well) results from the generally applicable DC voltage group for the current J (x):
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If you put in the bracket expression y'23 = O, which is allowed if you not only fulfill the condition equation (10) for L, but also the real resistance R and the loss angle of the dielectric between the outer conductor and the cable sheath If you choose to be as small as possible, the expression in brackets will be approximately zero regardless of x.
In this case it does not seem to matter whether it is a uniform or a non-uniform, e.g. B. is only partially influenced by the power line.