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Schaltungsanordnung zur Entsendung von Signalisierungsströmen erhöhter
Frequenz auf Starkstromleitungen Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Überlagerung
von Signalisierungsströmen erhöhter Frequenz (etwa ¢0o bis i2oo Perioden) auf elektrische
Kraftleitungen mit Niederfrequenzströmen. Während die überlagerung keine erheblichen
Schwierigkeiten bietet, wenn es sich um Hochfrequenzströme handelt, bei denen die
Induzierung durch Spulen ohne Eisenkern erfolgen kann, ergeben sich nicht unerhebliche
Schwierigkeiten, wenn sich die Frequenz des zu überlagernden Stromes derjenigen
des Starkstromes nähert, wie im vorliegenden Falle.
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In bekannten Anlagen zur Überlagerung von Signalisierungsströmen hat
man versucht, Zwischenstromkreise vorzusehen, die auf die Frequenz der zu überlagernden
Signalströme abgestimmt sind und dazu dienen sollten, so weit -als möglich zu verhindern,
daß die Niederfrequenzströme der Anlage durch das Überlagerungsgerät flößen. Es
ist jedoch bisher noch nicht gelungen, dieses Ziel zu erreichen und die durch Eintritt
von Niederfrequenzströmen in die Signalapparate entstehenden Gefahren mit Sicherheit
zu verhindern. Zwar hat man vorgeschlagen, Sperrkreise anzuwenden, die auf die Niederfrequenz
abgestimmt sind. Da diese jedoch sehr niedrig ist, so erfordern die Spierrkreise
sehr große und kostspielige Kondensatoren.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht es hingegen, mit einfachen Mitteln
den Niederfrequenzstrom gegenüber den Signalapparaten abzusperren, und zwar mit
Hilfe von Drosseleinrichtungen, die auf die Frequenz der Signalströme .abgestimmt
sind.
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In den beiliegenden Zeichnungen ist die Erfindung schematisch an einigen
Ausführungsbeispielen erläutert. Abb. i stellt eine Einrichtung zur Entsendung von
Hochfrequenzströmen über eine Starkstromleitung dar. Abb.2 zeigt .eine abgeänderte
Ausführungsform. Abb. 3 stellt .eine Abänderung dieser dar. Abb. q: zeigt, wie man
zwischen Hin- und Rückleitung einer Starkstromanlage die Hochfrequenzströme entnehmen
kann. Abb. 5 ist eine abgeänderte Ausführungsform der Abb. ¢, und Ab'b. 6 stellt
die Anwendung der Anordnung nach Abb. 2 auf eine Anlage mit einer größeren Anzahl
von Speiseleitungen dar, die von einem Elektrizitätswerk oder einer Unterstation
ausgehen.
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In Abb. i bezeichnet i eine elektrische Verteilungsleitung, die von
einem Strom I im
Sinne des Pfeiles/ durchflossen wird. 2
und 3 sind zwei einander gleiche Stromwandler, deren erster mit der Primärwicklung
q. und der Sekundärwicklung 5 versehen ist und deren zweiter die Wicklungen 6 und
7 .,enthält. Die Primärwicklungen q. und 6 liegen in Reihe mit der Verteilungsleitung
i. Die Magnetgestelle der Stromwandler sind bei 8 und 9 angedeutet. Weiter ist ein
Stromwandler io vorgesehen, der drei Wicklungen hat. Die Wicklungen i i und 12 sind
entgegengesetzt gewickelt und liegen in Reihe mit den Sekundärwicklungen 5 und 7
der vorerwähnten Stromwandler. Die dritte Wicklung 13 liegt in dem Stromkreis einer
Wechselstrommaschine 15, die Hochfrequenzströme erzeugt. Das Magnetgestell des Stromwandlers
io ist bei 14 angedeutet. Schließlich liegen in dem Stromkreis; -der durch die Wicklungen
7 und 12 gebildet wird, im Nebenschluß zueinander ein Kondensator 16 und eine Drosselspule
i7. Dieser Nebenschlußstromkreis wird in Resonanz gebracht mit dem Hochfrequenzstrom
der Wechselstrommaschine 15.
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Die Wirkungsweise dieser Anlage ist die folgende Im normalen Betrieb
erzeugt der Stram I in den Sekundärstromkreisen 5, 11 und 7, 12, 16,17 zwei Ströme,
deren Stärke wegen des Vorhandenseins der Spule 17 etwas voneinander abweicht. Durch
die Spulen i i und 12 erzeugen nun die hier fließenden Ströme -in dem Magnetgestell
14 des Stromwandlers i o zwei Magnetfüsse von entgegengesetztem Sinn. Die Wicklungen
i i und 12 sind so bemessen, daß diese beiden Flüsse gleich stark werden. Das rotierende
Magnetfeld im Gestell 14 ist also Null, und die Stromwandler 2 und 3 verhalten sich
wie zwei Wandler, deren Sekundärstromkreise kurzgeschlossen sind.
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Wenn ein Signal gegeben werden soll, so wird die Wechselstrommaschine
15 in Betrieb gesetzt und auf die Spule 13 geschaltet. Der alsdann von der Spule
13 induzierte Strom kann nun wegen der Drosselwirkung im System 16, 17 nicht entstehen.
Viehmehr entsteht ein. induzierter Strom nur in dem Stromkreis der hintereinandergeschalteten
Spulen i i und 5 und erzeugt daher in der Primärspule q. des Stromwandlers 2 einen
Strom von der entsprechenden Frequenz, der sich dem Strom l überlagert.
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So fließt also der zu verteilende Nutzstrom 1 von der für solche Ströme
gebräuchlichen Frequenz nicht durch die Wechselstrommaschine 15, die den Hochfrequenzstrom
erzeugt, und man braucht nur einen Resonanzstromkreis, in dem der Hochfrequenzstrom
verläuft.
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In der Ausführungsform der Abb.2 verwendet man nur einen Stromwandler
18, dessen Primärwicklung i 9 in der Verteilungsleitung i liegt. Der Stromwandler
hat zwei Sekundärwicklungen 5 und 7, die den mit denselben Bezugsziffern bezeichneten
Wicklungen der Abb. i entsprechen.
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Die Wirkungsweise der Anlage ist in jeder Beziehung identisch mit
derjenigen der Abb. i..
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Selbstverständlich kann man in normalem Betrieb, d. h. wenn keine
Signalströme von hoher Frequenz entsendet werden, die Primärwicklung i9 kurzschließen,
wozu ein. einpoliger Schalter Verwendung finden kann. Man vermeidet dadurch die
Widerstandsverluste in der Wicklung.
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Tn.' der -vorbeschriebenen Anordnung (Abb.2) muß der Niedrigfrequenzstrom
in dem Stromkreis 7, 16, 17, 12 in Phasenverschiebung sein mit dem Niedrigfrequenzstrom
im Stromkreis 5, 11 wegen der Drosselwirkung im Nebenschluß 16, 17, so daß die durch
die Spülen ii und 12 erzeugten Magnetflüsse nicht vollkommen gleich miteinander
sein können, und daraus ergibt _ sich, daß notwendigerweise ein resultierendes Feld
entstehen muß, das einen Niedrigfrequenzstrom in der Wicklung 13 hervorruft und
durch diesen den Sender i 5 für die Signalströme beeinflußt. Ferner haben die Anschlußklemmen
der Spulen 5, 7 und 11, 12 nicht genau dasselbe Potential, so daß in der sie verbindenden
Leitung ebenfalls ein Niedrigfrequenzstromentstehen muß. Diesen Nachteilen wird
abgeholfen durch die abgeänderte Schaltung der Abb. 3, und zwar durch die Einschaltung
.einer Drosselspule 31 in den Stromkreis 5, 7, die identisch ist der Drosselspule
17 im Stromkreis 7, 16, 17, 12 und eignes Kondensators 32 in Hintereinanderschaltung
mit dieser Drosselspule 31 in die Leitung 33. Dieser Kondensator 322 ist
so bemessen, daß er sich bei der Frequenz der Signalströme in Resonanz befindet
mit der Drosselspule ,3 i und deal Nebenschlußinduktanzen der Wicklungen 5 und 7.
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Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform ist die folgende: Der Niedrigfrequenzstrom
in der Leitung i und der Primärwicklung i9 induziert in den Wicklungen 5 und 7 einen
Strom, der durch den Stromkreis 7, 17, 12, 1 i;, 31 fließt, wobei der durch den
Kondensator 16 -fließende Nebenschlußstrom vernachlässigt werden kann. Ebenso fließt
praktisch kein Niedrigfrequenzstrom durch den Kondensator 32, dessen Anschlußpunkte
an den Wicklungen 5, 7 -und i i, r2 dank der Wirkung der Drosselspule 31 gleiches
Potential haben. Demgemäß erzeugen die einander entgegengesetzt gewickelten Spulen
i i und 12 zwei gleiche und einander entgegengerichtete Magnetfüsse. Die Wirkungen
dieser
heben also einander auf, und es wird kein Niedrigfrequenzstrom
in der `Vicklung 13 hervorgerufen.
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Wenn ein Hochfrequenzsignalstrom entsendet wird, so fließt dieser
durch die Wicklung 13, die dann einen Magnetfluß im Magnetstromkreis 14 hervorruft.
Dieser Magnetfluß erzeugt wieder in den Wicklungen i i und 12 zwei elektromotorische
Kräfte, die einander gleich und entgegengesetzt gerichtet sind. Die elektromotorische
Kraft in der Spule 12 kann einen Strom wegen des Vorhandenseins der Drosseln 16,
17 nicht hervorrufen, während die in der Wicklung i i erzeugte elektromotorische
Kraft ohne weiteres einen Strom in dem Stromkreis 31, 5, 3-2 erzeugt, da ja der
Kondensator 32 sich in Resonanz befindet mit der Drosselspule 31 und den Nebenschlußinduktanzen
der Wicklungen 5 und i i, bei der Frequenz der Signalströme. Selbstverständlich
wird man darauf bedacht sein, die Nebenschlußinduktanzen der Wicklungen 5 und 7,
so sehr als möglich zu vermindern.
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Die vorbeschriebene Anordnung (Abb.3) ist verwendbar sowohl in Fällen,
in denen die überlagerten Signalströme auf elektrischen Verteilungsleitungen in
Reihe mit dem Niedrigfrequenz-Nutzstrom sich befinden, als auch in solchen, in denen
sie parallel mit dem letzteren verlaufen.
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In der Ausführungsform der Abb. 4 speist ein Stromerzeuger 2o mit
der- gebräuchlichen verhältnismäßig niedrigen Frequenz die Verteilungsleitungen
21 und 22. Zwischen diesen sind in Reihe miteinander die Primärwicklungen. 24 und
25 zweier Stromwandler 23 und 29 eingeschaltet. Der Stromwandler 23 entspricht dem
Stromwandler 18 der Abb. 2. Die Sekundärwicklung 26 des zweiten Stromwandlers 29
liegt in Reihenschaltung mit einem Kondensator 27 und einer Drosselspule 28, beide
sind abgestimmt auf die Nebenschlußinduktanz des Stromwandlers 29, in solcher Weise,
daß dieser letztere seinen geringsten scheinbaren Widerstand bei der hohen Frequenz
des durch die Wechselstrommaschine15 erzeugten Stromes hat, während er bei der niedrigen
Frequenz des durch die Maschine 2o erzeugten Nutzstromes einen hohen scheinbaren
Widerstand darbietet.
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Die Anlage arbeitet in folgender Weise: Die Potentialdifferenz zwischen
den Leitungen 21 und 22 ist an den Klemmen der Spule 24 praktisch Null, während
sie praktisch ein Maximum beträgt an den Klemmen der Spule 25, weil ja der scheinbare
Widerstand der letzteren sehr hoch sein soll gegenüber dem Durchfluß des Niedrigfrequenzstromes,
den die Maschine 20 erzeugt.
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Wenn aber die Sendemaschine i 5 Hochfrequenzströme entsendet, auf
die die beiden Resonanzstromkreise 16, 17 und 26, 27, 28 bzw. abgestimmt sind, so
ist der Potentialfall dieses Stromes praktisch ein Maximum zwischen den Klemmen
der Wicklung 24 und praktisch Null zwischen den Klemmen der Wickhmg 2 5. Daraus
folgt, daß der Hochfrequenzstrom sehr leicht durch die Leitungen 21 und 22 geht,
während der von der Wechselstrommaschine 2o erzeugte Niedrigfrequenzstrom auf die
Sendemaschine 15 nicht zurückwirken kann.
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In der abgeänderten Ausführungsform nach Abb. 5 ist der Stromwandler
29 der Ausführungsform nach der vorbeschriebenen Abb. 4 ersetzt durch einen Kondensator
3o. Dieser Kondensator ist abgestimmt auf die Primärwicklung 24 des Stromwandlers
23, so daß der scheinbare Widerstand des Stromkreises 24, 30 ein Minimum
wird für den Hochfrequenzstrom, den die Sendemaschine 15 erzeugt. überdies ist die
Potentialdifferenz an den Enden der Spule 24, die durch den Fluß des Niedrigfrequenzstromes
in der Verteilungsanlage erzeugt wird, wie vorher schon erwähnt, praktisch Null,
während die Potentialdifferenz an den Klemmen des Kondensators 3o alsdann ein Maximum
ist. Im übrigen arbeitet die Anlage der Abb. 5 genau so wie diejenige der Abb. 4.
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Die Abb.6 zeigt schematisch die Anwendung der Anordnung nach Abb.2
auf eine Verteilungsanlage, die - im Ausführungsbeispiel - vier Speiseleitungen
hat: Eine Dynamomaschine 51 speist mit einem Strom von der üblichen niedrigen Frequenz
die Sammelschienen 52 und 53, von denen die Speiseleitungen 34 und 35, 36 und 37,
38 und 3.9
und 40 und 41 abgezweigt sind. In diesen sind Empfangsapparate
42 für die Signalströme eingeschaltet, die über die Speiseleitungen entsendet werden
sollen. Die vier Stromwandler i8, die vier Stromwandler io, die vier Drossel-Nehenschlußleitungen
16, 17, die Hochfrequenz-Sendemaschine 15 sind ebenso angeordnet wie die entsprechenden
Teile in Abb.2. In. den Primärwicklungen der Stromwandler 18, die beispielsweise
in die Leitungen 3 5 und 39 eingeschaltet sind, mögen die Ströme il und i2 entstehen,
im Sinne der Pfeile f1. Im Gegensatz dazu werden die Primärwicklungen der Stromwandler
18, die in den Leitungen 37 und 41 liegen, von Strömen j1 und j2 durchflossen, die
im entgegengesetzten Sinne verlaufen, nämlich im Sinne der Pfeile t2. Ein Kondensator
44 und eine Drosselspule 43 sind abgestimmt für die Frequenz des von der Sendemaschine
15 erzeugten Hochfrequenzstromes. Der Nebenschlußstromkreis 44, 43 ist zwischen
die Sammelschienen 52 und 53 geschaltet.
Die Wirkungsweise derAnlage
ist folgende: Der von der Sendemaschine 15 erzeugte Hochfrequenzstrom verläuft im
Sinne der Pfeile f, auf den Leitungen35 und 39, während er im Sinne der entgegengesetzt
gerichteten Pfeile f2 in den Leitungen 37 und 41 verläuft. Demnach werden die Dynamomaschine
5i und der Nebenschluß 44, 43 nur von demjenigen Strom durchflossen, der sich aus
der Differenz zwischen der Summe der Ströme il + i2 und der Summe der. Ströme 7i
+ 12 ergibt. Der Strom kann natürlich Null sein, wenn der Stromverbrauch
in den verschiedenen Speiseleitungen gleich hoch ist, und praktisch wird er um so
kleiner sein, je größer die Zahl der Speiseleitungen ist.