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Einrichtung zur elektrischen Meldung von Störungen zur Nachrichtenübertragung
benutzter Leitungen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur elektrischen Meldung
von Störungen in zur Nachrich tenübertragung bentutzten Leitungen unter Anwendung
eignes dauernd oder in gewissenAbständ'en über die am fernen Ende gleichstrommäßig
'hochohmig abgeschlossene Leitung ;geschickten Gleichstroms. Die Erfindung hat sich
die Aufgabe gestellt, die Betriebszustände dIer Leitung dauernd zu überwachen und
dabei die benutzten Einrichtungen so auszubilden, daß aus der Art der Meldung bereits
hervorgeht, um welche auftretenden Störungen der Leitung es sich handelt. Insbesondere
sollen dabei auch schon solche Nebenschluß- bzw. Is ,laton.swiderstä:nde gemeldet
werden, die noch 'keine unmittelbare Störung verursachen.
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Es ist bereits bekannt, zur Untersuchung der Betriebszustände
von Leitungen Gleichstrom zu verwenden, jedoch war es bei den bisherigen Verfahren
und Einripchtiunge.n nichtmöglich, die jeweils vorliegende Störung eindeutig nach
ihrem Charakter zu mel(den., es sei denn., daß durch besonderes Überwachun;gspers,onal
ständig diesbezügliche Messungen ausgeführt wurden. So ist z. B. eine Prüf-und Überwachungseinrichtung
für den Isolationszustand verlegter Kabel bekannt, bei der eine Gleichstromquelle
über einen hochohmia n Widerstand zeitweilig oder dauernd an Teile des zu überwachenden
Kabels angeschlossen ist und der entstehende Spannungsubfall .am Widerstand auf
das Gitter einer Elc#lctronenröhre übertragen wird!, in deren Anodenkreis Anzeige-
und Kontaktgeräte angeordnet sind. Die Prüfeinrichtung kann dabei auf einen. regelbaren
Widerstand umschaltbar sein, mittels dessen durch Kompensation der Isol'ationswiderstand
fdes`
Kabels meßrbar ist. -MIt-idieser Einrichtung ist es möglich, einen zu 'hohen oder
zu niedrigen Isolationswiderstand zu. messen, wenn, besonderes überwachungspersonal
-vo.rhanden, ist. Durch einen Meßvorgang allein ist jedoch noch nicht der Isolationszustand
gegen Erde bestimmt. Vielmehr ist hierzu nochmals ein besonderer Meßvo,rgang erforderlich.
Erstrebenswert ist jedoch eine selbsttätige dauernde Überwachung, durch die zumindest
die Art :des Fehlers angegeben, wird, wobei es wünschensw@ert ist, .daß bereits
bei solchen Widerstandswerten Meldungen erfolgen, durch die noch keime unmittelbare.Störung,bedingt
ist.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch die Anwendung
einer durch die Zufügung eines gleichzeitig betriebenen Vergleichsgleichstromweges
entstandenen Brückenschaltung, die so bemessen ist, -daß der -Meß.gleichstrorn und
der Vergleichsgleichstrom (bzw: Spannungsabfälle an in beiden Gleichstromwegen angeordneten
Widerständen) für den störungsfreien Fall (Sollfall) gleich sind, durch bei Abweichungen
rder beiden Gleichströme (bzw. der SpännungsaMälle) voneinander ansprechende Mittel;
die verschiedene Meldevorgänge auslösen, je nachdem eine Abweichung in einem oder
arnderem-Sinn vorliegt,. durch Erdung der Gleichstromquelle über einen hohen Widerstand,
über den :bei zu kleinem Isolationswiderstand der Leitung gegen Erde ein Gleichstrom
fließt, und durch Mittel zur Auslösung eines Meldevorganges in Abhängigkeit von
diesem Gleichstrom.
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An sich sind Meßeinrichtungen bekannt, bei denen für den Sollwert
eine Kompensation durch einen gleichzeitig über- einen Vergleichsweg fließenden
Strom erfolgt, z. B. wird bei jeder Nullmethode eine solche Kompensation vorgenommen.
Die Erfindung besteht demgegenüber aber in der Anwendung derartiger abgeglichener
Brückenschaltungen zur elektrischen Meldung von Störungen in zur Nachrichtenübertragung
benutzten Leitungen, wobei der Erdungszweig der Gleichstromquelle noch in besonderer
Weise auszubilden ist.
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Durch die Ausbildung gemäß der Erfindung wird es möglich, alle möglichen
Leitungsfehler getrennt anzuzeigen; wobei die Anordnung so getroffen wer-,den kann,
*daß Nebenschluß- bzw. Isolationswiderständswerte-bereits .dann gemeldet werden,
«renn noch keine unmittelbare Störung vorliegt. Die zu prüfende Leitung kann je
nach ihrer Länge in einzelne -Abschnitte unterteilt werden, die -durch Kondensatoren
gleichstrommäßig getrennt sind. Diese Abschnitte sind dann gegen den Wellenwiderstand
,der 'Leitung hochohrnig abzuschließen, z. B. mit 3:Megohm.-In Ämtern ist es auch
möglich, um Kondensatoren zu. sparen, die Übertragenvicklungen . durch einen -Kondensator
zu unterteilen und parallel zur Überträgerwicklung dann den hochohmigen Abschlußwiderständ
zu schalten.
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In den Fig. i und 2 sind beispielsweise Einrichtungen-dargestellt,
die eine Arbeitsweise gemäß der Erfiildürig .erlauben. Wesentlich für beide Einrichtungen
ist; daß durch die Widerstände der Meßanordnüng die Mitsprechdämpfüng nicht wesentlich
verringert wird, also sehr hoch bleibt, und daß auch die Unsymmetriedämpfung; die
durch die Meßanordnung hervorgerufen wird, weit über dem betriebsmäßigen Wert liegt.
Beispielsweise sind die Widerstände so bemessen, daß auch im ungünstigsten Fall
(bei Berücksichtigung der Toleranz von ±- i 1/o der Widerstände) ein Mitsprechdämpfiungswert
von 13,8 Neper nicht unterschritten wird. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.
i besteht die Meßeinrichtung aus einer Brückenschaltung, in deren einer Diagonale
die Gleichstromquelle Ui (z. B. ioo V) und in deren anderer Diagonale die die Meldung
auslösende Vorrichtung liegt. Zur Auslösung der Meldung ist insbesondere ein steuerbarer
Widerstand zu benutzen, vorzugsweise ist die Gitter-Kathoden-Strecke einer Entladungsröhre
i' in- die Brückendiagonale eingeschaltet. Die Brückenzweige des einen Gleichstromweges
(Meßstromkreis) sind einmal durch einen hohen Ohmschen Vorschaltwiderstand R5, durch
die Leitungswiderstände RL und den gleichstrommäßig hochobmigen Leitungsabschlußwiderstand
RA und einmal durch einen hochohmigen Vorschaltwiderstand R, gebildet. Die Ansc'haltrung
der Leitung erfolgt dabei an :den Punkten a und b. Die Brückenzweige des
anderen Gleichstromweges (Vergleichsstromkreis) sind durch Ohmsche Widerstände R7
und R, gebildet. Diese sind so bemessen, daß für den Sollfall, also für Störungsfreiheit,
in der die die Meldung auslösende Vorrichtung enthaltenden Diagonale kein Gleichstrom
fließt. Zwischen den Brückendiagonalpunkten im Vergleichsstromkreis und die die
Meldung auslösende Vorrichtung ist ein hochohmiger geerdeter Widerstand R, geschaltet.
Die Widerstände R$ und R, sind dabei vorteilhaft veränderbar, rum die Widerstandswerte,
bei denen die die Meldung auslösende Vorrichtung ansprechen soll, einstellen zu
können.
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Im ungestörten Zustand wird der Spannungsabfall an R., der durch den
über die Leitungsschleife und den hochohmigen Abschlußwiderstand fließenden Gleichstrom
verursacht wird, kompensiert mittels der Spannung an R8, die aus der gleichen Spannungsquelle
durch Spannungsteilung R7, R8 entnommen wird. Die Gittervorspannung zwischen dem
Gitter der Röhre und Erde beträgt dann beispielsweise Null.
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Im gestörten Zustand Bind drei Fälle zu unterscheiden. Der erste Fall
ist die Aderberührung :bzw. die Bildung eines Nebenschlußwiderstandes, der einen
zu geringen Wert hat, beispielsweise gleich oder kleiner als i Megohm ist. Hierdurch
wird an R6 ein Spannungsabfall bewirkt, der größer ist, als dem Sollwert entspricht.
Durch die positiver werdende Gittervorspannung wird der Gleichstromwiderstand der
Röhre verringert. Beim Aderriß, dem zweiten Störungsfall, fällt die positive Spannung
an R6 fort, so daß die Gittervorspannung der Röhre V negativer wird. Beim dritten
Störungsfall schließlich, bei zu kleinem Isolationswiderstand der Leitung gegen
Erde; entsteht an R9 ein zusätzlicher negativer Spannungsabfall. Der weitere Vorgang
verläuft .dabei wie -beim Ad-erriß. -
Vorzugsweise bildet die Anoden-Kathoden-Strecke
der Entladungsröhre h Teile einer -weiteren Brückenschaltung R1, R@, R3, R4, deren
einer Diagon,ale eine Gleichspannung U, von z. B. 220 V zugeführt wird, während
in der anderen Diagonale ein polarisiertes Relais P angeordnet ist, dessen Anker
sich beim Sollwert in der Mittelstellung befindet, d. h. wenn die Spannung zwischen
dem Gitter der Röhre und Erde Null beträgt, ist die Brücke abgeglichen, so daß das
polarisierte Prüfrelais P nicht anspricht. Das Relais P legt bei Stromfluß von d
nach c den Anker in die Stellung r, bei Stromfluß von c nach d den Anker in die
Stellung 2. Die sich im ungestörten Zustand der Leitung ergehende Gitterspannungskompensation
ist von Schwankungen der Spannung Ui ohne weiteres unabhängig. Aber auch Schwankungen
der Spannung L?, ändern das Brückengleichgewicht nicht meri:lich, da der Gleichstromwiderstand
der Röhre von der Anodenspannung wenig abhängt, dieser Einfluß außerdem durch die
automatische Gitterspannungser7eugung am Kathodenwiderstand R4 noch verringert wird.
Es können hierbei Schwankungen der Spannung L7., um etwa 15 % noch nicht
störend in Erscheinung treten. Größere Änderungen des Gleichstromwiderstandes der
Röhre können jedoch durch Alterung auftreten. Die Widerstandsänderung durch Alterung
kann -beispielsweise nach rooo Betriebsstunden etwa ro°/a betragen. Die Ansprechempfindlichkeit
des Gerätes ist jedoch aus Gründen der Störungsmeldung so bemessen, daß diese Widerstandsänderung
nicht ins Gewicht fällt. Beispielsweise ist die Ansprechempfindlichkeit so bemessen,
daß zum Ansprechen der Gleichstromwiderstand der Röhre um 30°1a gemindert werden
muß. Es ist also ein sicheres Arbeitender Einrichtung über einen längeren Zeitabschnitt
ohne jegliche Wartung möglich.
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Bei der in der F'ig. r dargestellten Brücke ergibt sich bei Aderberührung
eine Diagonalspannung von d nach c. Das Relais P legt also seinen Anker in die Stellung
r um und schaltet damit die Signalvorrichtungen ein. Vorzugsweise werden dabei sowohl
akustische als auch optische Signale benutzt. In der Stellung i werden z. B. die
Lampe L1 und die Hupe S eingeschaltet. Bei Aderriß tritt eine Spannung von c nach
d auf. Das Relais P legt den Anker also nach 2 um. Hierbei werden die Hupe S und
die Lampe L, an Spannung gelegt. Ebenso tritt auch bei zu kleinem Isolationswiderstand
gegen Erde eine Spannung von c nach d auf. Um in einfacher Weise Aderriß und Fehlerisolation
gegen Erde unterscheiden zu können, die beide durch das Aufleuchten der Lampe L2
angezeigt werden, kann mittels der Taste T der Widerstand R9 kurzgeschlossen werden.
Liegt Aderriß vor, so ändert sich dadurch nichts. Bei Fehlerisolation jedoch fällt
die Spannung an R9 fort, der Anker des Relais P geht in die Ruhelage zurück, und
die Hupe und die Lampe L , werden ausgeschaltet.
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Die Größe des Isolationswiderstandes gegen Erde ist nach oben begrenzt
durch den für die Röhre zulässigen größten Gitterwiderstand. Mit dem für technische
Röhren geltenden Wert von etwa 1,5 Megohm liegt die Grenze bei etwa zoo Megohm.
Der Widerstandswert, bei dem Ansprechen erfolgen soll, kann unterhalb ioo Megohm
durch Regeln von R9 in Stufen geändert werden.
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Die notwendigen Spannungen können einem Netzanschlußgerät entnommen
werden. Anoden-und Heizspannung können aber auch aus einem im allgemeinen vorhandenen
Gleichspannungsnetz von 22o V entnommen werden. Als Spannungsquelle für Ui kann
beispielsweise eine Trockenbatterie benutzt werden, deren Betriebsdauer wegen der
auftretenden kleinen Ströme der Lebensdauer der Batterie gleichgesetzt werden kann.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. z ist ein Gleichstromverstärker
benutzt. Es ist ohne weiteres jedoch auch möglich, einen Wechselstromverstärher
zu verwenden. Zu diesem Zweck kann z. B. die der Verstärkerröhre zuzuführende Gleichspannung
zunächst mittels eines Zerhackers od. dgl. moduliert und die modulierte Spannung
dann einem normalen Wechselstromverstärker zugeführt werden. Die verstärkte Spannung
kann dann z. B. in einem Zerhacker der gleichen Zerhackerfrequenz gleichgerichtet
und der so erhaltene Gleichstrom der Anzeigevorrichtung zugeführt werden.
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Bei der Einrichtung nach Fig. r wird ein Fehler der an b angeschalteten
Leitung gegen Erde nicht ohne weiteres angezeigt. Bei Kabeln ist das unwichtig,
da der Isolationszustand der mit a verbundenen Ader (wegen unmittelbarer Nachbarschaft)
gleich dem Zustand der anderen Ader ist. Bei Freileitungen trifft das jedoch nicht
mehr zu. Zwischen Gitter und die mit b verbundene Leitung ist daher :in diesem Fall
ein Widerstand Rio zu schalten, wie es die Fig. r a zeigt. Eine Brückenseite der
Schaltung wird dann gebildet aus den Widerständen R5 + RLa + RA
+ RLV + Rio. Die durch Einschaltung :des Widerstandes Rio hervorgerufene
Unsymmetrie gegen Erde kann für Wechselstrom wieder behoben werden, indem von der
mit b verbundenen Leitung oder vom Gitter über einen Kondensator ein Widerstand
gegen Erde geschaltet wird.
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Damit .die Einrichtung nicht auf Wechselspannungen anspricht, können
dem Gitter der Röhre entsprechende Siebglieder aus Kondensatoren C
und Widerständen
R' vorgeschaltet werden.
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Statt der in Fig. r dargestellten Einrichtung kann mit Vorteil auch
eine Einrichtung verwendet werden, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Bei dieser
Einrichtung ist ein polarisiertes Relais A mit Mittelstellung des Ankers und zwei
gegeneinandergeschalteten Wicklungen verwendet, von denen die eine von dem durch
die Leitungsschleife (Leitungswiderstände, Leitungsabschlußwi.derstand und hohe
Vorschaltwiderstände R) fließenden Gleichstrom und die andere durch einen konstanten
Hilfsstrom der gleichen Stromquelle E derart durchflossen ist, daß sich im Sollfall
der Anker des polarisierten Relais A in der Mittelstellung befindet. Die Gleichstromquelle
E ist auf der Seite des für beide Wicklungen des polarisierten Relais gemeinsamen
Stromkreises
über einen hohen Widerstand R' und ein empfindliches Relais D geerdet. Parallel
zu der im Meßstromkreis liegenden Wicklung des polarisierten Relais A kann noch
ein Kondensator C geschaltet sein.
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Die Arbeits-,veise dieser Einrichtung ist die folgende: Bei Aderberührung
überwiegt die Durchfiutung durch den vergrößerten Leitungsstrom. Das Relais A legt
seinen Anker auf den Kontakt ei um, und Hupe S und Lampe L, werden eingeschaltet.
Bei Aderriß fällt,die Durchfiutung durch den Leitungsstrom fort, und durch die Hilfsdurchflutung
wird der Anker nach Kontakt a2 umgelegt. Es tritt dann die Hupe S in Tätigkeit,
und die Lampe L2 leuchtet auf. Bei Erdisolätiousfehler spricht das empfindliche
Drehspulrelais D an und legt das Hilfsrelais H
an Spannung, das sich über
den Kontakt hl selbst hält und über den Kontakt h2 den Stromkreis für Hupe S und
Lampe L3 schließt. Das Drehspulrelais benötigt zum Ansprechen einen verhältnismäßig
hohen Strom von beispielsweise 3,uA. Zum Melden eines Isolationswiderstandes von
loo Megohm könnte man also z. B. 30o V anwenden. Derartig hohe Spannungen sind aber
infolge der Schreokwirkung unerwünscht, wenngleich auch durch entsprechende Größe
der Widerstände R jede Lebensgefahr vollkommen ausgeschaltet ist (eine genügend
kleine Leitungskapazität vorausgesetzt). Die Anwendung .der Einrichtung nach Fig.
ä ist daher im allgemeinen auf Fälle beschränkt, wo kleinere Isolationswiderstände
(etwa < 30 Megohm) gemeldet werden sollen. Nachteilig gegenüber der Anordnung
nach Fig. r ist auch die geringe Genauigkeit des Ansprechwertes des empfindlichen
Relais D.
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Die Erfindung sieht weiter vor, die Leitungen, z. B. die einzelnen
Aderpaare eines Kabels, nacheinander durch die gleiche Vorrichtung zu überwachen.
Zu diesem Zweck ist eine Vorrichtung vorgesehen, die die Meßeinrichtung selbsttätig
auf andere Leitungspaare weiterschältet, beispielsweise ein Schrittschaltwerk. Eine
hierfür geeignete Anordnung ist in Fig. 3 dargestellt. Der Kondensator C2 wird über
einen Widerstand R13 bis zur Zündspannung der Glimmlampe GLI aufgeladen, die in
Reihe mit einer Wicklung des polarisierten Relais A liegt. Durch den Stromstoß heim
Zünden der Lampe Gl, wird der Anker a nach r gelegt und das Weiterschaltendes Schrittschaltwerkes
bewirkt. ,Damit das Prüfrelais P infolge des Stromstoßes beim Aufladen ,des Kabels
nicht anspricht, wird es vorher abgeschaltet und erst nach Beendigung der Ladung
eingeschaltet. Zu diesem Zweck wird die Weiterschaltung- nicht unmittelbar durch
das Relais A ausgelöst, sondern mittelbar durch das von A eingeschaltete Hilfsrelais:
B mit den Kontakten b1, b2, b3. Der Kontakt b3 trennt das Prüfrelais ab, mittels
b2 wird der Kondensator C2 über den niederöhmigen Widerstand R15 entladen und mittels
b1 -der Schaltmagnet M des Schrittschaltwerkes an Spannung ;gelegt (benutzt wird
ein Vorwähler). Durch den Kondensator C3 mit parallel geschaltetem hochohmigem Widerstand
R1. wird erreicht, daß infolge des kräftigen Ladestromstoßes ein sicheres Schalten
gewährleistet ist, während der Dauerstrom klein :bleibt und .damit das Abschalten
funkenlos erfolgt. Das Anschalten des Prüfrelais nach erfolgter Aufladung des Kabels
wird bewirkt durch einen zweiten Kippkreis, bestehend aus dem Kondensator Cl, dem
Widerstand R" und der Glimmlampe GZII, .die mit einer Zweitwicklung des Relais A
in Reihe liegt. Die Aufladung des Kondensators Cl über R1, bis zur Zündspannung
der Glimmlampe G1II beginnt im Augenblick des Umlegens des Ankers a nach z, d. h.
des Weiterschaltens auf die nächste Leitung, und ist auf etwa z Minute bemessen,
damit auch längere Kabel mit großer Erdkapazität bei der entsprechenden Ladezeitkonstante
(-c = 8sbei Cl = 8/GF, R12 - z MOhm) vollständig aufgeladen sind. Nach Umlegung
des Ankers a auf Stellung 2 mittels des Stromstoßes durch AII beim Zünden der Lampe
GZII fällt das Relais B ab, gibt die Prüfung durch P, wie oben beschrieben, frei
und hebt die Überbrückung des Kondensators C2 auf, so daß der erste Kippkreis, wie
erläutert, wieder in Tätigkeit tritt. Die Ladezeit von C2 richtet sich nach der
gewünschten Einschaltdauer der Hupe im Störungsfall.
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Falls erforderlich, könnte erreicht werden, daß nach Feststellung
eines Fehlers .die Bürsten des Schrittschaltwerkes auf den Kontakten der fehlerhaften
Leitung stehenbleiben und die Hupe bis zur Abschaltung von Hand in Betrieb bleibt.
Die Anordnung nach Fig. 3 könnte auch durch einen Motor mit entsprechendem Untersetzungsgetriebe
und Schaltwalze ersetzt werden.