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Schaltungsanordnung zur Ermittlung des Fehlerorts in elektrischen
Leitungs-bzw. Kabelstrecken mit in Reihe liegenden stromdurchflossenen Widerständen,
vorzugsweise bei Speisestromkreisen in Seekabelverstärkern Die Erfindung bezieht
sich auf eine Schaltungsanordnung zur Ermittlung des Fehlerorts in eleldrischen
Leitungs- bzw. Kabelstrecken mit in Reihe liegenden stromdurchflossenen Widerständen,
vorzugsweise bei Speisestromkreisen im Seekab_elverstärkexn, in der beim Auftreten
einer durch. beispielsweise Kabelriß oder Heizfadenunterbrechung nicht geshunteter
Verstärkeirröhren verursachten Stromkreisunterbrechung an einer vor dem Fehlerart
liegenden Stelle, beispielsweise im nächstgelegenen Verstärker, vorgesehene Mittel
Schaltvorgänge auslösen. Während bisher bei Seekabeln die Lage eines z. B. durch
Ka,belriß oder Ku@rzschluß entstandenen Fehleiroirtes nach den bekannten klassischen
Ortungsverfahren gemessen wurde, geht die Erfindung von dem allgemeines Gedanken
aus, in Teilen des Kabels selbst Mittel vorzusehen, die es ermöglichen"die stromversoTgungsmäßig
gestörte Kabelstrecke bis in die Nähe- des Fehlerortes wieder in Betrieb nehmen
zu können, so daß die in der Strecke liegenden Verstärker, denen in bekannter Weise
charakteristische Signale zur Kennzeichnung fhxes Betriebszustandes zugeordnet sind,
sich über diese Kabelstrecke in der Landsta;tiom automatisch melden können., wobei
aus der Zahl der eingehenden Meldungen der Fehlerort ohne zusätzlich notwendige
Messungen festzustellen ist. Es sind Schaltungsanordnungen für Trägerfrequenzsysteme
bekannt, in denen umbemannte Verstä-rkerämter mittels Pilotfrequenzen überwacht
und beim Auftreten von Fehlern automatisch auf im Kabel vorhandene Ersatzleitungen
umgeschaltet werden.. Für den Fall eines Kabelrisses, d. h. also, für das gleichzeitige
Ausfallen der Normalleitung und! Ersatzleitung in. derartigen Schaltungsanlagen
sind jedoch keinerlei Mittel vorgesehen, die einen Teil der Kabelstrecke stromversorgungsmäßig
bis in die- Nähe des Fehlerortes in Betrieb halten und bewirken, daß sich die in.
dieser Strecke liegenden. Verstärker automatisch melden können. Man m@uß also in
diesem Fall nach dem Auftreten des Fehlers den Ort erst nach, den klassischen Fehlerortme:ßverfahren
ermitteln, was einen erheblichen Zeit- und damit Kostenaufwand. verursacht.
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Demgegenüber sieht die Schaltungsanordnung nach der Erfindung vor,
daß durch Schaltvorgänge bei einer Stromkreisunterbrechung der voir dem Fehlerort
liegende Kreisabschnitt für sich allein geschlossen wird. Damit bleibt der nicht
gestörte Abschnitt bis zu .dem der Fehlerstelle nächstgelegenen Verstärker betriebsfähig.
Diese Schaltungsanordnung ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung auch
in mittels Ko-axialkabelnhintereinandergesch.alteten Verstärkerketten möglich, in
denen an, einem voir der Fehlerstelle liegenden Ort durch Sehaltvo,rgänge eine zur
Stromversorgung dienende Überbrückung zwischen dem Innen- und, Außenleiter eines
koaxialen Kabels bewirkt wird. Nach einer anderen Weiterhildung der Erfindung können
auch in mittels symmetrischer Kabel über einzelne oder parallel geschaltete Adern
gespeiste hintereinandiergeschaltete Verstärkerketten beim Auftreten von Kabelfehlern
Schaltvorgänge an einem vor der Fehlerstelle liegenden Ort ausgelöst werden, die
eine zur Stromversorgung dienende Überbrückung zwischen den Speiseleitungen bewirken.
Es ist im Zusammenhang mit der Verwendung von ganzen Adergruppen zur Stromversorgung
schon vorgeschlagen worden, die Fernstromversorgung der Verstärker im symmetrischen
Kabel in dler Weise vorzunehmen, d,a.B die im Kern des Kabelquerschnittes gelegenen
Adeirgruppen. mit einer- höheren Versorgungsspannungbeaufschlagt werden als die
in Mantelnähe gelegenen Adergrupen, so @daß das Potential der Versorgungsspannung
gleichmäßig über den ganzen Kabelquerschnitt verteilet ist. Die weitere Ausbildung
des Erfindungsgedankens sieht vor, in den Verstärkergehäusen Relais unterzubringen,
die, teils von dem normalen Betriebsstrom durchflossen, beim Abfall des Speisestromes
für die Verstärker Verbindiungen zwischen die Speiseleitungen einschalten. Diese
Verbindungsleitungen können nun in einer anderen Weiterbildung der Erfindung ein
zusätzliches Relais en.thalten, dessen Ansprechstromwert kleiner ist als der des
im normalen Betriebszustand dauernd vom Speise strom der Verstärker durchfiossenen
Rellais, wobei die
Ansprech- und Abfallstromwerte dieser betreffenden
im Längs- und Querkreis der Schaltung liegenden Relais in bestimmten Verhältnissen
zueinander stehen müssen. Desgleichen ruß auch der ohmsche Widerstand des Relais
im Querzweig im bestimmten Verhältnis zu den ihm parallel geschalteten Widerstandswerten
-dies nächstfolgenden Verstärkers stehen. An Stelle der im Querkreis der Schaltung
liegenden Relais kann in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung :des Erfindungsgedankens
auch ein ohmscher Widerstand vorgesehen sein, dessen Wert ebenfalls in einem bestimmten
Verhältnis zu den ihm parallel geschalteten Widerstandswerten des nächstfolgenden
Verstärkers steht.
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In der Zeichnung werden einige Ausführungsformen von Schaltungsanordnungen
nach der Erfindung angegeben. Fig. 1 stellt ein Kabel, z. B. Seekabel, mit in Reihe
liegenden Verstärkern KV, bis KVIII dar. Der zur Fernspeisung der Verstärker KVI,
KVII, KVII, vorgesehene Gleichstromkreis besteht aus der in der Zentrale B an Land
stationierten Batterie B1, die gegen Wechselstrom durch eine Drossel D 1 abgeriegelt
ist. Die mit a, b bezeichneten Leiter des Versorgungskreises können z. B.
durch den Innen- und Außenleiter eines koaxialen Kabels oder durch symmetrische
Kabeladern. oder durch mehrere parallel geschaltete, in einem Kabelquerschnitt befindliche
Adern gebildet werden. Gemäß Fig. 1 ist die gesamte von B nach A verlegte Kabelstrecke
in mehrere Abschnitte eingeteilt. Die einzelnen Kabelfelder sind mit F,, F,1, F,n,
FIv bezeichnet. In diese Übertragungsstrecken sind in periodischen Abständen die
Verstärker KVI, Kl%II, KVII, eingeschaltet, um den durch :die Leitungsdämpfung abgesunkenen
Signalpegel wieder anzuheben. Diese Verstärker KV, bis KVII, sind in das Kabel eingespleißt
und werden von der an Land befindlichen Zentrale B gleichstrommäßig ferngespeist.
Die im Verstärkergehäuse VI, VII, t1,11 angeordneten Widerstände W l, W2,
W 3 stellen symbolisch den Gleichstromverbraucher des jeweiligen Verstärkers,
d. h. den für ihren Betrieb benötigten Heiz- bzw. Anodenstromverbrauch dar. Um den
Gleich- vom Wechselstromkreis im Verstärker zu trennen, sind die aus L- und C-Gliedern
bestehenden Frequenzweichen eingebaut. Gemäß der Erfindung sind weiterhin in :den
Verstärkergehäusen die Relais R 11, R12, R13, R21, R22, R23 mit ihren Kontakten
r 11, r12, r13, r21, r22, r23 angebracht. Die Übertragung des Signals
geschieht in der Richtung von A nach B. Jeder Verstärker in dieser
Kette sendet zusätzlich ein ihn kennzeichnendes Signal, z. B. ein Rauschspektrum,
in einem sehr schmalen Frequenzband aus, das in der Landstation B empfangen -wird
und :die Betriebsbereitschaft der einzelnen Verstärker anzeigt. Die in Fig. 1 dargestellte
Schaltung kennzeichnet den Betriebszustand, d. h., die Relais R 11, R12,
R13 sind stromdurehfflossen und haben ihre Kontakter 11, r12, r13 geöffnet;
dadurch sind die Relais R21, R22, R.23 stromlos.
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An möglichen Kabelfehlern kann in einem Extremfall ein Kurzschluß
im Kabel auftreten, d. h., an der Fehlerstelle ist der Speisestromkreis niederohrig
kurzgeschlossen, und im anderen Extremfall ein Kabelriß, d. h., an der Fehlerstelle
ist der Speisestromkreis unterbrochen und weist einen sehr großen Widerstand auf.
Alle anderen Fehler, wie z. B. der Erdschluß einer Ader od. dgl., werden sich zwischen
diesen Extremwerten bewegen. Im folgenden wird nun der Fall des Kurzschlusses an
der Fehlerstelle nicht diskutiert, da ja im einem solchen Fall der Speisekreis bis
zur Störungsstelle intakt bleibt, so daß die betriebsfähigen Verstärker ihr Rauschspektrum
aussenden können, aus dem sich der Fehlerort leicht ermitteln läßt. Anders dagegen
verläuft der Vorgang im Fall eines Kabelrisses oder einer Heizfadenunterbrechung
bei nicht geshunteten Verstärkerröhren, wie er im folgenden Beispiel an Hand der
Fig. 1 gezeigt wird. Die Schaltung unterscheidet nur nach beiden Extremen (Kurzschluß
oder Unterbrechung), Widerstände werden entweder dem einen oder dem anderen Fall
zugeordnet.
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Tritt z. B. im Seekabelfeld F", ein Kabelriß auf, so. wäre die Verstärkerkette
ohne das Vorhandensein der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung an dieser Stelle
unterbrochen und insgesamt stromlos. Eine Feststellung des Fehleroirtes wäre :dann
nur ungenau, z. B. durch Kapazitätsmessung am Restkabel zwischen den Adern a und
b möglich. In der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung wird nun bei einer
Kabelunterbrechung im Feld F", die Versorgungsspannung im Kabel zunächst automatisch
von der Landstation B über den Schalter S 'l abgeschaltet, dadurch fallen die Relais
R11 und R12 ab und schließen ihre Kontakte r 11 und r12. Wird nun der Schalter S
1 geschlossen und der aus den Kabelfeldern F, und F" gebildete Reststromkreis über
den veränderbaren Regelwi.-derstaavd R in Station B wieder unter Strorl ;<;esetzt,
so spricht das vorn Gesamtstrom durchflossene Relais R 11 zuerst an und öffnet
seinen Kontakt r 11; bevor r21 ansprechen kann. Der ohmsche Widerstand des Relais
R21 ruß dabei im bestimmten Verhältnis zu dem Widerstand des nachfolgenden Abschnittes
sein, damit der Strom sieh auch wirklich so aufteilt. Der Widerstand des Reststromkreises
wird nach dem Öffnen des Kontaktes r11 größer, . h., der Gesamtstrom I wird bei
gleichbleibender Versorgungsspannung L' kleiner. Das Relais R11 ruß nun so ausgelegt
sein, daß es bei diesem kleiner gewordenen Stroms nicht abfällt. Der im Verstärkergehäuse
L1,1 gelegene Stromkreis mit den Relais R12 und R22 wird vorn gleichen Gesamtstrom
durchflossen. Das Relais R22 und allgemein alle im Querzweig gelegenen Relais R21,
R23 sind so ausgelegt, @daß sie bei einem niederen Stromwert ansprechen als :die
in den. Längskreisen liegenden Relais R 11, R 12, R 13. Wenn nuaz also die Relais
R12 und R22 vom gleichen Gesamtstrom durchflossen werden, :dann spricht R22 zuerst
an, schließt seinen Kontakt y22 und überbrückt damit das Relais R12, d. h., der
Speisestromkreis ist dadureh bis zu dem der Fehlerstelle am nächsten gelegenen Verstärker
geschlossen, und die stromversorgten Verstärker KT', und KVI, können ihre charakteristischen
Signale zu,r Landstation. B aussenden, wodurch zu erkennen ist, bis zu welchem Verstärker
der nicht gestörte Kreisabschnitt verläuft.
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Fig. 2 stellt ein anderes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung dar. Die Ausrüstung der Landstation B,, der Gleich- und Wechselstromweichen,
Übertragtingsrichtu:ng und Einteilung in Kabelfelder F, bis FIv und Verstärkergehäuse
l% I bis 171,1 ist die gleiche wie in Fig. 1. Nur der Stromkreis innerhalb der Verstärkergehäuse
VI bis L'In verläuft ohne die in Fig. 1 vorhandenen Relais im Querzweig. An deren
Stelle tritt hier in Fig. jeweils ein ohms:cher Widerstand W11 bis W33. Die Schaltung
ist wiederum im Betriebszustand daxgestellt, d. h., die im Längszweig liegenden
Relais R 11; R12, R13 sind strolndurchflossen und haben ihre Kontakte y 11,
r 12, r 13 geöffnet. Im folgenden Bei spiel wird nun wieder der Fall des
Kabelrisses in
Feld F", angenommen. Die Anlage wird automatisch
von der Landstation B über den Schalter S 1 abgeschaltet, d. h., die Relais R
11 und R 12 der nicht gestörten Abschnitte sind stromlos und, haben ihre
Kontakter 11 und, r12 geschlossen. Beim Wiedereinschalten verzweigt sich
der Strom über den Widerstand W 11 und den aus Relais R 11, W 2 und W22 gebildeten
Kreis. Das Relais R 11 ist nun so ausgelegt, da,ß es bei :diesem Teilstrom anzieht
und seinen Kontakt r 11 öffnet. Dadurch wird W 11 abgeschaltet, und
der nicht gestörte Stromkreis ist nur über den Kontakt r 12 und ohmschen
Widerstand W 22 geschlossen, d. h., die V erstärker 11 L'1 und K L'n erhalten
ihre betriebsnotwendige Gleichstromversorgung und senden ihre charakteristischen
Signale zur Landstation B, woraus sich der Fehlerort ermitteln läßt.
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Um bei längeren Seekabelübertragungsstrecken mit vielen hintereinanderges-chalteten
Verstärkern die Spannung an der Versorgungsstelle nicht zu hoch wählen zu müssen,
z. B. im Hinblick auf zu erwartende Überschläge zwischen dem Innen- und Außenleiter
eines koaxialen Kabels, wird, wie in Fig. 3 dargestellt, vorgeschlagen, die Verstärkerkette
voll beiden Kabelendpunkten A und B zu speisen. Dabei vo11-zieht sich die Inbetriebnahme
der Kette in folgender Weise: Der Einschaltvorgang geht in Fig. 3 nur vom Amt
B nach Amt A vor sich. Dabei ist stromversorguugsmäßig das Kabel im
Amt A durch eine Brücke K kurzgeschlossen. Für das Einschalten der vor diesem Kurzschluß
liegenden Verstärker gilt das bereits oben Ausgeführte. Nachdem der Einschaltvorgang
für alle Verstärker beendet ist, wird über einen doppelpoligen Schalter S1 die Kurzschlußverbindu:ng
geöffnet und gleichzeitig über S2 die Batterie B,1 mit dem Widerstand Ri = O eingeschaltet.
Danach werden Spannung und Strom mittels Ri auf normalen Wert ein.-geregelt. Auch
bei einer solchen von zwei Punkten A und B her gespeisten erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
treten z. B. bei einem Kabelriß oder Heizfadenbruch in ungeshunteten Verstärkerröh.ren
bis zur Fehlerstelle betriebsfähige Kreisabschnitte auf, und der Kabelfehler läßt
sich aus den charakteristischen Signalen der Verstärker leicht erkennen. Mit diesem
Beispiel sollte nur gezeigt werden, daß auch bei zweiseitiger Speisung das Prinzip
nach der Erfindung verwendbar ist. Bei reinen Vierdrahtsystemen, in denen :die Verstärker
nur in einer Richtung übertragen, hat es nur geringen technischen Wert, nach dem
Auftreten des Fehlers die Strecke von beiden Seiten in Betrieb zu nehmen, ,da .ran
die charakteristischen Signale der Verstärker nur in einer Richtung übertragen kann.
Die zweiseitige Speisung läßt sich selbstverständlich in analoger Weise auch bei
einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung durchführen, bei der die Relais in
den Querzweigen durch ohmsche Widerstände ersetzt sind.