DE518800C

DE518800C - Schutzschaltung gegen aussergewoehnliche Belastung von Stromempfaengern, insbesondere fuer Telephonanlagen

Info

Publication number: DE518800C
Application number: DEST42216D
Authority: DE
Original assignee: Standard Elektrizitaetas Gesellschaft AG
Current assignee: Standard Elektrizitaetas Gesellschaft AG
Priority date: 1926-02-10
Filing date: 1927-02-11
Publication date: 1931-02-19
Also published as: DE521133C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzschaltung gegen außergewöhnliche Belastung von Stromempfängern, insbesondere für Telephonanlagen, bei welcher mit dem Stromkreis des Empfängers ein Transformator verbunden ist, dessen Schutzwirkung darin besteht, daß die Impedanz geändert wird, wenn Strom oder Spannung außergewöhnlich hohe Werte annimmt, wodurch verhindert wird, daß die

ίο Spannung an den Klemmen des Empfängers einen im voraus festgesetzten Maximalwert übersteigt.

Die bekannten Schutzschaltungen dieser Art weisen einen Schutztransformator auf, dessen Primärwicklung in Reihe mit dem Stromempfänger verbunden und in drei Teile zerlegt ist, die in verschiedenen Richtungen gewickelt und auf den Schenkeln des Transformators angeordnet sind, wobei der eine Schenkel noch eine kurzgeschlossene Sekundärwicklung aufweist. Der magnetische Stromkreis dieses Transformators ist derart bemessen, daß die Joche schon unter normalen Betriebszuständen gesättigt, aber die Schenkel ungesättigt sind.

Derartige Anordnungen eignen sich selbstverständlich nicht für Stromkreise, über welche Sprechströme gesandt werden sollen, da diese Ströme in nachteiliger Weise beeinflußt werden würden. Die vorliegende Erfindung bezweckt deshalb, eine Schaltung zu schaffen, bei welcher die Übertragung von Sprechströmen unter normalen Zuständen in keiner Weise beeinträchtigt wird.

Gemäß der Erfindung ist der Transformator im Nebenschluß zum Empfänger angeordnet und die Impedanz des Transformators ist bei gewöhnlicher Betriebsspannung sehr hoch, während sie bei größer werdender Spannung schnell abnimmt. Sobald durch den Strom die Belastungsgrenze des Empfängers überschritten wird, wird der Teil der Spannung, welcher über der zulässigen Betriebsspannung liegt, durch den Nebenschluß aufgenommen.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Erfindung auf eine Fernsprechanlage angewandt.

In der Zeichnung ist eine Fernsprechleitung 1 dargestellt, welche durch eine benachbarte Kraftleitung 2 induktiv beeinflußt wird. Die Fernsprechleitung 1 ist durch einen Übertragers 5a mit einer Station ohne Nebengeräusch am Platze einer Beamtin verbunden. Die Station enthält ein Mikrophon 5 itnd ein Telephon 6, welche in bekannter Weise geschaltet sind, um

Nebengeräusch zu vermeiden. Der Widerstand 8 dient zum Ausgleich. Das Viereck mit dem Bezugszeichen 9 stellt die gebräuchliche Rufeinrichtung der Beamtin dar. Da die Spannung der auszusendenden Rufströme größer ist als ioo Volt, ist ein Schalter io vorgesehen, welcher den lokalen Telephonkreis von der Leitung abschaltet, wenn Rufstrom ausgesandt wird.

Die Schutzvorrichtung, welche gemäß der Erfindung vorgesehen ist, um hohe Ströme, die der Leitung ι übermittelt werden, von dem Telephon fernzuhalten, besteht aus einem Transformator, welcher aus den Kernteilen ii, 12 und 13 besteht. Die Kernteile 11 und 12 bestehen aus demselben Material, z. B. aus Siliciumstahl oder gutem Magneteisen. Das Kernstück 13 jedoch ist aus einem magnetischen Material hergestellt, welches für kleine magnetische Kräfte einen bedeutend kleineren magnetischen Widerstand besitzt als Eisen oder Siliciumstahl, während bei verhältnismäßig großen magnetischen Kräften der magnetische Widerstand bedeutend größer ist als der des Eisens oder des Siliciumstahls. Ein magnetisches Material, welches diese Bedingungen erfüllt und daher für den Ankerteil 13 benutzt wird, ist Permalloy. Eine geeignete Zusammensetzung des Permalloys ist eine Legierung von Nickel und Eisen, welche aus 78¹J₂ ⁰J₀ Nickel und 21¹I₂ ⁰I₀ Eisen besteht. Das Permalloy hat bei sehr kleinen magnetischen Kräften eine sehr große Permeabilität. Während z. B. für eine magnetische Kraft = 0 die Permeabilität des Permalloys 6000 beträgt, ist der entsprechende Wert für die beste Art Eisen nur ungefähr 300. Dieser Wert für die Permeabilität bei einer magnetischen Kraft — 0 ist aus einer Reihe von Werten für äußerst kleine Kräfte, z. B. o,i bis 0,5 Gauß, gefolgert worden. Die Ergebnisse liegen auf einer Geraden, so daß der Wert für H = ο durch Extrapolation ermittelt worden ist.

Eine andere wichtige Eigenschaft dieser Legierung ist der verhältnismäßig kleine Wert der Kraftliniendichte bei Sättigung, so daß zur magnetischen Sättigung verhältnismäßig kleine magnetische Kräfte genügen. Das Maximum der Magnetisierung für handelsübliches Permalloy, welches aus 78¹I₂ ⁰I₀ Nickel und Zi¹I₂ ⁰I₀ Eisen besteht, ist bei ungefähr 10 500 Kraftlinien cm², und die Sättigung des Permalloys wird bereits durch eine magnetische Kraft von 1 Gauß erreicht.

Die verschiedenen Kernstücke bestehen aus einer Mehrzahl von Platten oder Lamellen. Die lameliierten Kernstücke der Kernteile 11 und 13 greifen zweckmäßig übereinander, um einen besseren Übergang der Kraftlinien von dem Siliciumstahl- oder Eisenstück zum Permalloy zu schaffen. In der dargestellten Konstruktion sind die Lamellen des Kernstückes 12 nicht mit den Platten der anderen Kernstücke überlappt, sondern in einem Bündel zusammengefaßt, das durch zwei Haltestücke 14 und zwei Schraubenbolzen 15, welche auch zur Befestigung der Kernteile 11 und 13 dienen, zusammengehalten wird. Die Primärwicklung 16 auf dem Kernstück 11 liegt in Brücke zum Telephon 6. Diese Wicklung wird entsprechend den Bedingungen, welche der Transformator zu erfüllen hat, bemessen, und zwar muß die Impedanz so groß sein, daß die Wirkung, welche dieser Nebenschluß zur Leitung zum Telephon 6 ausübt, bei den gewöhnlichen Betriebsströmen vernachlässigt werden kann. Die Wicklung 16 ist induktiv gekoppelt mit einer Kurzschlußwicklung 17 von sehr kleiner Impedanz, welche in Form einer Kupferhülse auf dem Kernteil 12 angebracht ist. Die Art der Kupplung zwischen den Wicklungen 16 und 17 ist' von dem besonderen Zweck, den der Transformator zu erfüllen hat, abhängig. Im allgemeinen ist die Kupplung fest. Ein Wechselstrom, welcher über die Primärwicklung 16 fließt, ruft ein magnetisches Kraftfeld von wechselnder Stärke hervor, welches durch Induktion in dem Transformatorkern ein Kraftlinienfeld wechselnder Stärke zur Folge hat.

Aus der obigen _ Beschreibung der magnetischen Eigenschaften des Permalloys geht her- go vor, daß bei den gewöhnlichen Betriebsspannungen, welche dem Telephon übermittelt werden, der magnetische Widerstand des Permalloy-Kernteils 13 bedeutend kleiner ist als der des Kernstücks 12, welches aus Siliciumstahl oder Eisen besteht, und daher verläuft der magnetische Kraftfluß, welcher durch den Strom in der Wicklung 16 erzeugt wird, durch die Kernteile 11 und 13.

Wenn die Spannung über die Primärwicklung 16 größer wird, steigt auch das magnetische Kraftfeld in den Kernteilen 11 und 13 und damit die Permeabilität des Kernstücks 13 sehr rasch an. Die Permeabilität des Kernstücks 13 erreicht ihr Maximum bei einer magnetischen Kraft, bei welcher die Permeabilität des Kernstücks 12 noch weit von ihrem Maximum entfernt ist. Mit größer werdender Spannung wächst daher der magnetische Widerstand des Kernstücks 13 sehr rasch an und ruft einen entsprechend vermehrten Kraftlinienfiuß in dem Kernstück 12 hervor.

Da das Kernstück 12 mit einer Kurzschlußwicklung 17 versehen ist, ruft dieser vermehrte Kraftlinienfluß im Kernstück "13 einen größeren Stromfluß in der Kurzschlußwicklung 17 hervor. Hierdurch wird wieder ein Ansteigen des Kraftlinienflusses in der primären Wicklung 16 hervorgerufen, und infolgedessen wird die Impedanz dieser Wicklung herabgesetzt, und ein größerer Teil des Stroms kann über den Kurzschluß fließen. Hierdurch wiederum wird eine

größere magnetische Kraft im Kern hervorgerufen, welche den magnetischen Widerstand des Kernstücks 13 weiter vergrößert und einen größeren Kraftlinienfluß im Kernstück 12 und einen größeren Stromfluß in der Kurzschlußwicklung hervorruft. Die Impedanz der Wicklung 16 wird dadurch weiter herabgesetzt. Schließlich wird in dieser Wechselbeziehung ein Gleichgewichtszustand erreicht, bei welchem es unmöglich ist, den Strom über den Kreis noch größer werden zu lassen. Der magnetische Stromkreis des Transformators wird daher so bemessen, daß diese Maximalspannung einen Wert hat, über den die Spannung im

>5 Kreise nicht steigen soll.

Claims

Patentansprüche:

1. Schutzschaltung gegen außergewöhnliche Belastung von Stromempfängern, insbesondere für Telephonanlagen mittels Transformators mit veränderlicher Impedanz, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator im Nebenschluß zum Empfänger (z. B. dem Telephon 6) liegt und so bemessen ist, daß seine Impedanz bei gewöhnlicher Betriebsspannung sehr hoch ist, bei größer werdender Spannung dagegen schnell abnimmt.

2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern des Transformators aus drei Teilen (11, 12 und 13) besteht, deren jeder mit jedem der beiden anderen Teile einen geschlossenen magnetischen Kreis bildet.

3. Schutzschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der Kernteile (11, 12) aus einem Material bestehen, welches eine hohe Sättigungsgrenze und bei kleinen Spannungen eine kleine Permeabilität besitzt, während der dritte Kernteil (13) aus einem Material besteht, welches eine niedere Sättigungsgrenze und bei kleinen Spannungen eine große Permeabilität besitzt.

4. Schutzschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden aus demselben magnetischen Material hergestellten Kernteile (11 und 12) aus Magneteisen oder Siliciumstahl bestehen, während der dritte Kernteil (13) aus Permalloy gebildet ist.

5. Schutzschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der eine (11) der beiden aus demselben magnetischen Material bestehenden Kernteile mit einer Wicklung (16) versehen ist, welche im Nebenschluß zum Stromempfänger liegt, während auf dem anderen Kernteil (12) eine Kurzschlußwicklung (17) angebracht ist.

6. Schutzschaltung nach Anspruch 5. g₀ dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußwicklung (17) als Kupferhülse ausgebildet ist und gleichzeitig zum Zusammenhalten des lamellierten Kern teils (12) dient.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen