DE1016785B - Schutzeinrichtung fuer Schwachstromleitungen gegen die Auswirkungen der magnetischen Beeinflussung durch Starkstromleitungen - Google Patents

Description

Schwaehstromleitungen, insbesondere Fernmeldeleitungen, die auf längere Strecken ihrer Linienführung in der Nähe von Starkstromleitungen, angeordnet sind, werden bekanntlich von den Starkstromleitungen beeinflußt.

Die Beeinflussung durch das elektrische (Spannungs-) Feld der Starkstromleitung kann vermieden werden, wenn die Schwaehstromleitungen als Kabel im Erdboden verlegt sind. Die magnetische Beeinflussung der Leitungen jedoch läßt sich durch eine solche Verkabelung nicht ausschließen, da die magnetischen Kraftlinien! auch den Erdboden und die Hüllen des Kabels durchsetzen.

Bei den üblichen Fernmeldekabeln mit einer metallischen Hülle (Bleimantel und gegebenenfalls Eisenbewehrung) ergibt sich bereits eine gewisse Dämpfung der magnetischen Beeinflussung. In der metallischen Hülle werden von den magnetischen Feldern Spannungen induziert, die in dieser Hülle einen Kompensationsstrom fließen lassen. Die Eisenbewehrung der Kabel kann — wenn sie stark genug ausgeführt wird — die Fernmeldeleitungen im Inneren der Eisenbewehrung schützen, weil das Eisen, infolge seiner großen Permeabilität die magnetischen Kraftlinien gewissermaßen aufsaugt und aus dem Innenraum des Kabels fernhält.

Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß die Verstärkung der Eisenbewehrung oder die Erhöhung der Leitfähigkeit des Kabelmantels recht kostspielig ist und meist doch nicht ausreicht, um jede unzulässige Beeinflussung der Fernmeldeleitung durch das magnetische Feld der Starkstromleitung auszuschließen. Besonders bei Kurzschlüssen in der Starkstromleitung, bei denen sehr hohe Ströme fließen, oder bei Erdschlüssen, bei denen das magnetische Feld der gestörten Starkstromleitung sehr weit greift, genügen diese Schutzmaßnahmen nicht. Vor allem können die einphasigen Fahrleitungsanlagen elektrischer Bahnen, bei denen der Betriebsstrom durch die Schienen der Bahnanlage und durch den Erdboden zurückfließt, sehr hohe Spannungen in mit ihnen parallel laufenden, verkabelten Fernmeldeleitungen induzieren.

Aus diesem Grunde hat man es vorgezogen, in den Leitungszug der Fernmeldeleitungen Übertrager einzubauen und insbesondere an. den Leitungsenden die neutralen Punkte dieser Übertrager durch. Verbinden mit dem Bleimantel des Kabels zu erden. Da die induktiven Übertrager die Leitungen für Gleichstrom unbenutzbar machen, wird durch ihren Einbau die Verwendbarkeit der Fernmeldeleitungen in unerwünschter Weise eingeschränkt.

Die obenerwähnten, bisher bekanntgewordenen Gegenmaßnahmen sind also¹ entweder kostspielig — wie z. B. die Verstärkung der Eisenbewehrung oder Schutzeinrichtung

für Schwaehstromleitungen

gegen die Auswirkungen

der magnetischen Beeinflussung

durch Starkstromleitungen

Anmelder:

Krone. Kommanditgesellschaft,
Berlin-Zehlendorf, Beeskowdamm 3-5

Gustav Krone, Berlin-Zehlendorf,

Heinz Krone, Ludwigsburg (Württ),

und Wilhelm Salzmann, Krailling bei München,

sind als Erfinder genannt worden

die Erhöhung der Leitfähigkeit des Kabelmantels — oder sie erschweren — wie der Einbau von Übertragern — den Betrieb der Fernmeldeleitungen.

Es ist auch bereits bekanntgeworden, die bei der magnetischen Beeinflussung durch Starkstromleitungen auftretenden Spannungen in der Schwachstromleitung dadurch zu verringern, daß in die Schwachstromleitung Sperrglieder eingeschaltet werden, die den von der Starkstromleitung induzierten Strömen einen verhältnismäßig hohen, den Fernmeldeströmen aber einen nur sehr niedrigen Widerstand entgegensetzen. Diese Sperrglieder bestehen aus Induktivitäten, d. b. Spulen, die in jeweils eine der Fernmeldeleitungen eingeschaltet werden und auf einem gemeinsamen Ringkern in der Weise angeordnet sind, daß die Störströme, die sämtliche auf einem Ringkern sitzenden Spulen in der gleichen Richtung durchfließen, durch Addition der von ihnen erzeugten Magnetflüsse eine gegenseitige Verstärkung der Induktivität der Spulen hervorrufen. Die Fernmeldeströme durchfließen die Spulen jeweils in der Weise, daß sich die von den Fernmeldeströmen herrührenden Felder — bis auf die geringen Streufelder der einzelnen Spulen ·— gegenseitig¹ aufheben.

Eine derartige Maßnahme ist in der deutschen Patentschrift 496 845 beschrieben. Nach den in dieser Patentschrift enthaltenen Anweisungen sollen jedoch die Spulen, die jeweils auf einem gemeinsamen Ringkern angeordnet sind, in der Weise ausgelegt werden, daß der Betrag des Fortpflanzungsmaßes der Fernmeldeleitung vergrößert wird. Eine entsprechend dieser Patentschrift durchgeführte Vergrößerung des

709 695/299

Fortpflanzungsmaßes, dis lediglich durch eine Vergrößerung des Phasenmaßes erreicht wird, führt aber dazu, daß das Dämpfungsmaß — auf das es bei der Verlängerung der Höhe der Stärspannungein entscheidend ankommt — sogar noch verkleinert wird. Eine derartige Schutzeinrichtung hat deshalb Nachteile, die ihrer Verwendung in. der Praxis entgegenstehen. Es hat sich gezeigt, daß bei Schutzeinrichtungen dieser Art — wenn man sie an Leitungen von

einzelnen Spulen sehr gering ist, so kann sich doch eine unerwünschte Dämpfung der Fernmeldeströme ergeben, wenn die nach dem Ausgleich der Flüsse in jeder der Fernmeldeleitungen wirksam bleibende Streuinduktivität jeweils einer Spule, zu der der Kondensator des Resonanzkreises parallel geschaltet ist, zusammen mit der Kapazität dieses Kondensators einen Parallelresonanzkreis bildet, dessen Resonanzfrequenz in dem Übertragungsbereich der Fernmelde-

weniger als 150 km Länge verwendet — statt der io leitung, d. h. im Bereich der Frequenzen von 300 bis Sp annungs verringerung sogar eine wesentliche Span- 3000 Hz liegt, nungserhöhung gegenüber der ungeschützten Leitung

auftreten kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu-

Bei einer Streuinduktivität der einzelnen Spulen von etwa 1 °/o und einer durch die Resonanzkreise zu unterdrückenden Störfrequenz von 50 Hz ·— atotf

gründe, die Nachteile der bekannten Schutzmaß- 15 die die Spuleninduktivität und die Kondensatornahmen zu vermeiden und eine Schutzeinrichtung für kapazität abgestimmt sind — würde sich für die

»Streuinduktivitätsresonanz« eine Frequenz von 500 Hz ergeben, die mitten in dem Frequenzbereich der Fernmeldeleitung liegt. Die »Streuinduktivitäts-

Schwächstrottileitungen gegen, die Auswirkung der
magnetischen Beeinflussung durch Starkstromleitungen zu schaffen, mit deren Hilfe auch für Gleichstrom
durchlässige Fernmeldeleitungen unabhängig von der 20 resonanz« würde dann eine durchaus unerwünschte jeweiligen Leitungslänge einwandfrei gegen die Aus- starke Dämpfung der Frequenzen zwischen 400 und Wirkungen der magnetischen Beeinflussung durch 600 Hz (mit einem Maximum bei 500 Hz) bewirken. Starkstromleitungen geschützt werden können. Die Frequenz einer solchen »Streuinduktivitäts-

Die Erfindung beruht auf der an sich nicht mehr resonanz« muß also durch geeignete Auslegung der neuen Erkenntnis, daß vor allem die Grundwelle des 25 Schutzeinrichtungen in ein Gebiet gelegt werden, das in den Starkstromleitungen fließenden Stromes für so weit außerhalb des zu übertragenden, Frequenzdie Höhe der magnetischen Beeinflussung verkabelter
Schwachstromleitungen maßgebend ist. Es genügt
also-, wenn man die durch diese Grundwelle in den
Schwachstromleitungeni induzierte Störspannung klein 30 »Streuinduktivitätsresonanz« — die sich aus der hält, um dadurch das Auftreten von Störströmen ge- Parallelschaltung der Streuinduktivität mit der Resofährlicher Größe in der Fernmeldeleitung zu verhindern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in die Schwachstromleitungen als Resonanzkreise ausgebildete Sperrglieder eingeschaltet werden, die der Grundwelle des von der Starkstromleitung induzierten Stromes einen sehr hohen, den Fernmeldeströmen aber einen nur sehr niedrigen

bandes der Fernmeldeleitung liegt, daß eine unerwünschte Dämpfung der Frequenzen dieses Frequenzbandes nicht eintritt. Dies bedeutet, daß die

Widerstand entgegensetzen.

Diese als Resonanzkreise ausgebildeten glieder sollen aus Induktionsspulen mit parallel zu diesen Induktionsspulen geschalteten Kondensatoren bestehen und so in die Stamm- und Viererleitungen

nanzkreiskapazität ergibt — bei einer Frequenz von weniger als 150 Hz oder mehr als 3000 Hz liegen muß.

Um die Frequenz der »Streuinduktivitätsresonanz« der Sperrkreise in das Frequenzgebiet oberhalb 3000 Hz zu verlegen, müßte die Streuinduktivität der Spulen außerordentlich klein gemacht werden, was technisch nur schwer durchführbar ist, insbesondere wenn die Spulen für eine störende Netzfrequenz von Sperr- 16²/₃ Hz (Bahnstromfrequenz) ausgelegt werden müssen. Die zweckmäßigste Ausführung ergibt sich daher dadurch, daß man die Wirkung der Streuinduktivität der Spulen des Resonanzkreises durch

einer Fernmeldeleitung eingeschaltet werden, daß in 45 Einbau einer zusätzlichen, nur im Stromkreis der an sich bekannter Weise die zu einem Vierer ge- Fernmeldeströme wirksamen Induktivität so weit vergrößert, daß die auf der Wirkung der Streuinduktivität beruhende Resonanzfrequenz des durch die Reihen

hörenden vier Spulen der Resonanzkreise auf einem gemeinsamen Kern derart angeordnet werden, daß die Störströme sämtliche vier Spulen in gleicher Richtung

schaltung der Induktivitäten und den parallel zu

durchfließen, was die bereits obenerwähnte gegen- 50 dieser Reihenschaltung liegenden Kondensator gebilseitige Verstärkung der Induktivität der einzelnen deten Parallelresonanzkreises unter 150 Hz liegt. Spulen ergibt. Die Fernmeldeströme durchfließen Diese zusätzlichen Induktivitäten, die nur für die

diese Spulen jedoch jeweils in einander entgegen- Fernmeldeströme voll wirksam sein sollen, werden gesetztem Richtungen, ihre Felder heben sich infolge- zweckmäßig auf zusätzlichen Kernen so angeordnet, dessen in, dem gemeinsamen Kern praktisch voll- 55 daß sich, die von den Fernmeldeströmen herrührenden

Felder in ihnen gegenseitig verstärken., diie Felder der Störströme sich jedoch praktisch aufheben. Mit Rücksicht auf eine einwandfreie Symmetrie

in,
ständig auf.

Der Kern kann gemäß der Erfindung als ungescherter Ferritkern ausgeführt werden. Die hohe
Permeabilität eines solchen Kernes ohne Luftspalt
gestattet es, die Abmessungen und damit den Kosten- 60 samen Induktivitäten aus jeweils zwei getrennten aufwand für das Sperrglied klein zu halten. Die gegen- Spulen gebildet, die zusammen mit den entsprechenden

werden in diesem Falle die für die Störströme wirk-

über einem gebräuchlichen verlustarmen, Kern — z. B. einem Pupinspulenkern aus Carbonyleisen — etwas höheren Verluste des Ferritkernes spielen keine Rolle¹, da der Kern nur mit niedrigen Frequenzen beansprucht wird, während die Tonfrequenzströme vorzugsweise über den Kondensator des Resonanzkreises fließen.

Wenn auch ein Ringkern der obenerwähnten Art

Spulen der anderen Adern des Vierers auf je einem gemeinsamen Kern sitzen, während die zusätzlichen Induktivitäten jeweils zwischen diesen beiden Spulen eingeschaltet und zu zweien auf einem besonderen Zusatzkern angeordnet sind.

Die auf die Frequenz der störenden Starkstromleitung abgestimmten Resonanzkreise stellen für die durch die Ströme der Starkstromleitung in den Fern

derart bewickelt werden kann, daß die Streuung der 70 meldeleitungen hervorgerufenen Störströme eine»

hohen — bei kleinen. Verlusten der Kreise sogar einen sehr hohen — Widerstand dar. Die in den Fernmeldes,tromkreisen wirksam bleibenden Induktivitäten ·— die durch die Reihenschaltung der Streuinduktivitätein der »Hauptspulen« mit der Induktivitat der »Zusatzspulen« gegeben sind — liegen parallel zu den Kondensatoren und ergeben eine Resonanzfrequenz, die weit unterhalb des zu übertragenden Frequenzbandes liegt, so daß keine störende Dämpfung in diesem Frequenzband auftritt.

Da der Widerstand der Resonanzkreise für den beeinflussenden Starkstrom reell ist, wird für ihn die Leitungsdämpfung mindestens ebenso· erhöht wie das Phasenmaß. Damit wird erreicht, daß auch bei beliebigen kurzen Lei-tumgslängen eine Schutzwirkung auftritt.

Wenn die Schutzeinrichtungen gemäß der Erfindung in eine von einer Starkstromleitung beeinflußte Fernmeldeleitung eingebaut werden, so tritt an den Resonanzkreisen beim Fließen auch nur eines kleinen Störstromes ein derartig großer Spannungsabfall für die induzierten Spannungen auf, daß die Leitung sich praktisch, so· verhält, als wenn sie jeweils an der Einbaustelle einer Schutzeinrichtung aufgetrennt wäre. Es können sich also·, wenn die Schutzeinrichtungen in entsprechendem Abstand voneinander in die Fernmeldeleitung eingebaut sind, in dieser Leitung keine gefährlichen induzierten Spannungen einstellen. Für Frequenzen außerhalb des Resonanzgebietes jedoch bilden diese Kreise nur einen, sehr geringen Widerstand. Demnach wird ein die Leitung durchfließender Gleich- oder ton-frequenter Wechselstrom nur geringfügig gedämpft.

Der Einbau der Schutzeinrichtungen gemäß der Erfindung gestattet es also·, eine Schwachstromleitung, insbesondere eine Fernsprechleitung mit Stamm- und Viererleitungen in der Weise zu beschälten und zu betreiben, wie es bisher nur bei unbeeinflußten Schwachstromleitungeni möglich war.

In der Zeichnung ist die Erfindung an dem Beispiel eines Leitungsvierers dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 ein Sperrglied mit nur einem Kern,
Fig. 2 ein Sperrglied mit zusätzlichen Induktivitäten im Zuge der Fernmeldeleitungen.

Das in Fig. 1 dargestellte Sperrglied besteht aus einem Kern K aus verlustarmem Material, vorzugsweise einem ungescherten Ferritkern, auf den vier Induktionsspulen L₁ bis L₄ gewickelt sind. Parallel zu den Spulen sind jeweils Kondensatoren C₁ bis C₄ geschaltet. Die Anschlüsse der ankommenden Adern C₁ bis a₄ und die der abgehenden Adern.-O₁₁ bis a_u sind in der Weise an die Spulen L₁ bis L₄ angeschlossen, daß in allen Adem in gleicher Richtung fließende Störströme — durch, einen voll ausgezogenen: Pfeil dargestellt — die vier Spulen in gleichem Windungssinn durchfließen. Die Fernmeldeströme in den Stammleitungen a_v a₂ und a_z, O₄ — dargestellt durch strichpunktierte Pfeile — fließen durch L₂ und L₄ im gleichen, durch L₁ und L₃ im entgegengesetzten Sinne, ihre Wirkungen heben sich also innerhalb des Kernes K auf. Die Fernmeldeströme des Vierers (^₁ und a„ als Hinleitung, a₃ und α·₄ als Rückleitung), die durch gestrichelte Pfeile dargestellt sind, fließen durch L₁ und L₂ im gleichen, durch L₃ und L₄ im entgegengesetzten Sinne, ihre Wirkungen heben sich ebenfalls innerhalb des Kernes K auf.

Infolge der Abstimmung der in gleicher Richtung durchfluss enen Spuleninduktivitäten L₁ und L₄ mit ihren entsprechenden Kondensatoren C₁ bis C₄ auf die Frequenz der störenden Starkstromleitung stellen die so gebildeten Resonanzkreise einen hohen — bei kleinen Verlusten sogar sehr hohen — Widerstand für Ströme der Starkstromfrequenz dar.

In Fig. 2 ist ein Sperrglied mit zusätzlichen· Induktivitäten in den Fernnieldestromkreisen dargestellt, bei dem die Schaltung der Spulen L₁₁, L₂₁ L₃₁ und L₄₁ auf dem Kern-K₁ — wie ohne weiteres ersichtlich ist

— der Schaltung der Spulen L₁ bis L₄ auf dem Kern K in Fig. 1 entspricht.

Auf dem Kern AT₂ liegen die in den, Zug der Leitungen Bi₁ und a₂ geschalteten Spulen L₁₂ und L₂₂, die

— wie die strichpunktierten Strompfeile zeigen — als Induktivität nur für die Fernmeldeströme des ersten Stammes ^₁ und a₂ wirksam sind, während sich die Wirkungen der Viererströme, die als gestrichelte Pfeile dargestellt sind, und die der Störströme, die als ausgezogene Pfeile gezeichnet sind, gegenseitig aufheben.

Entsprechend sind die Spulen L₃₂ und L₄₂ auf dem Kern /C₃ nur für die Fernmeldeströme des zweiten Stammes, d. h. die Leitungen Ui₃ und o₄ wirksam.

Die auf dem Kern/C₄ liegenden Spulen schließlich wirken als Induktivitäten nur im Zuge der Viererleitungen O₁, a₂ und a₃, O₄.

Durch diese Anordnung sind also in die drei Fernmeldekreise zusätzliche Induktivitäten eingeschaltet; durch die entsprechende Wahl ihres Induktivitätswertes ist es möglich, die Resonanzfrequenz der in den Fernmeldestromkreisen wirksamen Resonanzkreise unter 150 Hz harabzudrücken.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Schutzeinrichtung für Schwachstromleitungen gegen die Auswirkung der magnetischen Beeinflussung durch Starkstromleitungen., dadurch gekennzeichnet, daß in die Schwachstromleitungen als Resonanzkreise ausgebildete Sperrglieder eingeschaltet sind, die der Grundwelle des von der Starkstromleitung induzierten Stromes einen sehr hohen, den Fernmeldeströmen aber einen nur sehr niedrigein Widerstand entgegensetzen.

2. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Induktionsspulen mit parallel zu ihnen liegenden¹ Kondensatoren bestehenden Resonanzkreise so in die Stamm- und Viererleitungen einer Fernmeldeleitung eingeschaltet sind, daß die zu einem. Vierer gehörenden vier Spulen der Resonanzkreise auf einem gemeinsamen. Kern angeordnet sind¹.

3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern der Resonanzkreise als ungescherter Ferritkern ausgebildet ist.

4. Schutzeinrichtung nach den. Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen von den durch die Starkstromleitung induzierten Strömen in gleicher Richtung, von den Fernmeldeströmen jedoch in jeweils entgegengesetzter Richtung durchflossen werden.

5. Schutzeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die sich aus der Streuinduktivität der Spulen ergebende, im Fernmeldekreis wirksame Resonanz durch entsprechende Auslegung der Spulen und Kondensatoren in einen Frequenzbereich gelegt ist, der für die Ausnutzung der Fernmeldeleitung nicht in Anspruch, genommen wird.

6. Schutzeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkung der Streuinduktivität der jeweils parallel zu einem Kondensator

liegenden Spulen durch Reihenschaltung zusätzlicher Spulen so weit erhöht ist, daß die sich im Farnmeldekxeis ergebende Resonanzfrequenz unter 150 Hz liegt.

7. Schutzeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Spulen der Resonanzkreise weitere Induktivitäten in Reihe geschaltet sind, die derart auf getrennte

Kerne aufgebracht und angeschlossen sind, daß diese Induktivitäten nur im Zuge der Fernmeldeleitungsströme, nicht aber im Zuge der von der magnetischen Beeinflussung der Starkstromleitung herrührenden Ströme wirksam sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 496 845, 316 804.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen