DE3027800C2

DE3027800C2 - Circuit arrangement to avoid interference voltages during measurements with DC Murray bridge circuits on cables

Info

Publication number: DE3027800C2
Application number: DE19803027800
Authority: DE
Inventors: Udo 5000 Biedermann; Klaus Dipl.-Ing. 5060 Bergisch-Gladbach Volkmann
Original assignee: Philips Kommunikations Industrie AG
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1980-07-23
Filing date: 1980-07-23
Publication date: 1983-03-24
Also published as: DE3027800A1; FR2487525B1; FR2487525A1; GB2080957B; GB2080957A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Vermeidung von Störspannungen bei Messungen mit Gleichstrom-Murray-Brückenschaltungen an Kabeln mit einer spannungsstabilisierten Meßspannungsquelle.The invention relates to a circuit arrangement for avoiding interference voltages during measurements with DC Murray bridge circuits on cables with a voltage-stabilized measuring voltage source.

In den Adern von verlegten Kabeln treten durch induktive Einkopplung von Fremdspannungen häufig hohe Störspannungen mit den Frequenzen 50 Hz und 16²/j Hz auf. Es handelt sich dabei im wesentlichen um Gleichtaktspannungen. Gleiche Adern desselben Kabels führen dabei gegen einen beliebigen Meßpunkt gleiche Spannungen, bei gleicher Belastung der beiden Adern führen sie keine Spannung gegeneinander. Beim Orten von Isolationsfehlern werden die zur Messung benutzten Adern durch die Meßschaltung in der Regel unsymmetrisch belastet, so daß auch Spannungen von mehreren Volt zwischen den zur Messung benutzten Adern auftreten können. Bei der Fehlerortung mit einer bekannten Murray-Meßbrücke liegt diese Spannung zwischen den beiden zu messenden Adern am Eingang des Nullindikators und bewirkt häufig eine Verfälschung der Meßergebnisse.Due to the inductive coupling of external voltages, high interference voltages with frequencies of 50 Hz and 16 ² / j Hz often occur in the cores of installed cables. These are essentially common-mode voltages. The same cores of the same cable carry the same voltages against any measuring point, with the same load on the two cores they carry no voltage against each other. When locating insulation faults, the wires used for the measurement are usually loaded asymmetrically by the measuring circuit, so that voltages of several volts can also occur between the wires used for the measurement. When locating faults with a known Murray measuring bridge, this voltage is between the two wires to be measured at the input of the zero indicator and often causes a falsification of the measurement results.

Bekannt ist eine Reihe von Maßnahmen, welche die Auswirkungen der durch die unsymmetrische Belastung der Kabeladern durch die Meßschaltungen entstehenden Gegentaktspannungen zwischen den Adern auf die Meßschaltung vermindern sollen (ETZ-B, 1972 Band 24, Heft 22, S. 563-567).A number of measures are known which reduce the effects of the unbalanced load of the cable cores through the measuring circuits resulting push-pull voltages between the cores on the Measuring circuit should reduce (ETZ-B, 1972 Volume 24, Issue 22, pp. 563-567).

Die bekannten Maßnahmen und Schaltungsanordnungen haben den Nachteil, daß sie die Ursache für das Entstehen der Gegentaktspannungen zwischen den zu messenden Adern, nämlich deren unsymmetrische Belastung, nicht beseitigen können.The known measures and circuit arrangements have the disadvantage that they are the cause of the The emergence of push-pull voltages between the wires to be measured, namely their asymmetrical ones Load, can not eliminate.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Auftreten von Gegentaktspannungen zwischen den Meßadern weitgehend zu verhindern.The invention is based on the object of the occurrence of push-pull voltages between the To largely prevent measuring veins.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Stabilisierung der Meßspannungsquelle mit geringem Innenwiderstand für Gleichspannung, aber hohem Innenwiderstand für Wechselspannungen ausgeführt wird. Eine Ausgestaltung der Erfindung ist im Unteranspruch 2 angegeben.This object is achieved according to the invention in that the stabilization of the measurement voltage source with low internal resistance for direct voltage, but high internal resistance for alternating voltages will. An embodiment of the invention is specified in dependent claim 2.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is shown in the drawing and will be described in more detail below described.

Die einzige Figur zeigt schematisch eine Schaltungsanordnung zur Unterdrückung von Störspannungen. Im oberen Teil der Figur ist ein fehlerhaftes Kabel mit der gesunden Ader b, ihrem Aderwiderstand Rb und der fehlerhaften Ader a angedeutet. Der Widerstand der fehlerhaften Ader a bis zum Fehlerort ist mit Rx bezeichnet, der Widerstand der Ader a bis zum fernen Kabelende mit Ry. Am fernen Ende des Kabels sind die beiden Adern a und b miteinander verbunden. Der Widerstand der Fehlerstelle gegen Erde ist mit RF gezeichnet. An den Anfängen der zu messenden Adern a und b ist die Murray-Meßbrücke mit ihrem Abgleichpotentiometer P und dem Nullinstrument N gezeigt. Die Meßspannung wird von einer Meßspannungsquelle Um geliefert, die im Beispiel als Batterie angedeutet ist. Für die Messung größerer Kabellängen mit hohen Aderwiderständen oder für die Messung großer Fehlerwiderstände /?Fkann die Meßspannungsquelle Um durch eine zusätzliche Spannungsquelle Uz e^rgänzt werden, wie im Beispiel dargestellt. Der negative Pol der Meßspannungsquelle Um liegt über eine Schaltung zur Spannungsstabiliuicrung am Schleifer des Abgleichpotentiometers P. der positive Pol liegt an Erde E und somit am erdseitigen Ende des Fehlerwiderstandes RF. Der Weg des Meßstromes vom positiven Pol der Meßspannungsquelle über die Erde E, den Fehlerwiderstand RF, über die Meßschaltung, den Schleifer des Potentiometers P zum Kollektor C des Längstransistors T, dessen Emitter E, den Begrenzungswiderstand R 2, den Operationsverstärker V zum negativen Pol der Spannungsquelle ist außerhalb der Meßschaltung durch einen verstärkten Linienzug gekennzeichnet. Vom Kollektor C des Transistors T wird eine Gegenkopplungsspannung abgegriffen und über das /?C-Glied aus dem Widerstand R 1 und dem Kondensator Cl an den invertierenden Eingang des Verstärkers V geführt.The single figure shows schematically a circuit arrangement for suppressing interference voltages. In the upper part of the figure, a faulty cable with the healthy wire b, its wire resistance Rb and the faulty wire a is indicated. The resistance of the faulty wire a up to the fault location is designated with Rx , the resistance of wire a up to the far end of the cable with Ry. At the far end of the cable, the two wires a and b are connected to one another. The resistance of the fault location to earth is drawn with RF. At the beginning of the wires a and b to be measured, the Murray measuring bridge with its adjustment potentiometer P and the zero instrument N is shown. The measurement voltage is supplied by a measurement voltage source Um , which is indicated as a battery in the example. For the measurement of longer cable lengths with high wire resistances or for the measurement of large fault resistances /? F, the measuring voltage source Um can be supplemented by an additional voltage source Uz e ^r , as shown in the example. The negative pole of the measuring voltage source Um is connected to the wiper of the adjustment potentiometer P. via a circuit for voltage stabilization. The positive pole is connected to earth E and thus to the earth-side end of the fault resistor RF. The path of the measuring current from the positive pole of the measuring voltage source via the earth E, the fault resistor RF, via the measuring circuit, the wiper of the potentiometer P to the collector C of the series transistor T, its emitter E, the limiting resistor R 2, the operational amplifier V to the negative pole The voltage source is marked outside the measuring circuit by a reinforced line. A negative feedback voltage is tapped from the collector C of the transistor T and fed to the inverting input of the amplifier V via the /? C element from the resistor R 1 and the capacitor C1.

Es ist nun erkennbar, daß zwei auf den Kabeladern a und b induzierte, gleich große Spannungen bei direktem Anschluß des Abgleichpotentiometers P an die Meßspannungsquelle Um durch die Brückenschaltung mit verschiedenen Widerständen belastet werden, wodurch am Nullinstrument N beträchtliche Spannungsdifferenzen von mehreren Volt auftreten können. Sie können das Meßergebnis erheblich verfälschen und in vielen Fällen eine Messung völlig unmöglich machen. Die gezeigte Stabilisierungsschaltung aus dem Transistor T und dem Verstärker V simuliert nun, ihrem Zweck entsprechend, einen niedrigen Innenwiderstand der Spannungsquelle Um für Gleichstrom, stellt jedoch für Wechselstrom oberhalb einer durch das /?C-Glied R 1, CX bestimmten Grenzfrequenz einen gegenüber allen Widerständen in der Meßschaltung sehr hohen Widerstand dar. Damit ist das zu messende Aderpaar symmetrisch abgeschlossen, eine Umwandlung der auf den Adern vorhandenen Gleichtaktspannung in eine Gegentaktspannung und damit eine Verfälschung des Meßergebnisses wird weitgehend vermieden.It can now be seen that two equally large voltages induced on the cable cores a and b are loaded with different resistances by the bridge circuit when the adjustment potentiometer P is directly connected to the measurement voltage source Um , which can result in considerable voltage differences of several volts at the zero instrument N. They can significantly falsify the measurement result and, in many cases, make a measurement completely impossible. The stabilization circuit shown consisting of the transistor T and the amplifier V now simulates, in accordance with its purpose, a low internal resistance of the voltage source Um for direct current, but for alternating current above a cutoff frequency determined by the /? C element R 1, CX , it represents a limit frequency compared to all resistances in the measuring circuit represents a very high resistance. The wire pair to be measured is thus symmetrically terminated, a conversion of the common-mode voltage present on the wires into a push-pull voltage and thus a falsification of the measurement result is largely avoided.

Eine weitere Meßunsicherheit ergibt sich dadurch, daß die Größe des Fehlerwiderstandes RFskh während der Messung verändern kann. Es ist daher nützlich. während der Fehlerortung den Wert des Fehlerwiderstandes zu beobachten. In der in der Figur dargestelltenA further measurement uncertainty results from the fact that the size of the error resistance RFskh can change during the measurement. It is therefore useful. to observe the value of the fault resistance during fault location. In the one shown in the figure

Schaltung ist der Meßstrom durch die Verwendung einer konstanten Meßspannung dem Fehlerwiderstand RF umgekehrt proportional. Eine beispielsweise am Begrenzungswiderstand R 2 abgegriffene Spannung könnte daher als Maß für den Fehlerwiderstand verwendet werden. Da sich der Wert des Fehlerwiderstandes aber während einer Fehlerortung über mehrere Zehnerpotenzen ändern kann, wäre eine solche Beobachtung nur bei einer logarithmischen Anzeige des Fehlerwiderstandes ohne Schwierigkeiten möglich. .-Jun ist allgemein bekannt, daß die Spannung zwischen Basis ß und Emitter E eines Transistors T in Basisschaltung dem Logarithmus des über Kollektor C und Emitter E fließenden Stromes ist. Wird also in der dargestellten Schaltung die Basis-Emitter-Spannung des Transistors rdurch das Anzeigeinstrument /gemessen, ergibt sich aus der Anzeige bei entsprechender Skaleneichung eine Darstellung des Fehlerwiderstandes RF in einem für die Messung besonders nützlichen logarithmischen Maßstab. In der Praxis wird man die Basis-Emitter-Spannung des Transistors Tuber einen Impedanzwandler und einen Meßverstärker zur Anzeige bringen. Wird für die Impedanzwandlung ein dem Transistor T gleicher, in der Figur nicht dargestellter weiterer Transistor verwendet, der thermisch mit dem Transistor Γ so verbunden ist, daß er die gleiche Temperatur annimmt wie dieser, ergibt sich damit die Möglichkeit, die Abhängigkeit des Anzeigewertes von der Temperatur des Transistors T zu kompensieren. Für diesen Zweck eignen sich besonders im Handel befindliche Anordnungen mit zwei gleichen Transistoren in einem Gehäuse. Auf eine Darstellung der Schaltungseinzelheiten für die geschilderte Aufbereitung der Meßspannung wurde verzichtet, da sie an sich bekannt sein dürfte.Circuit, the measuring current is inversely proportional to the fault resistance RF through the use of a constant measuring voltage. A voltage tapped, for example, at the limiting resistor R 2 could therefore be used as a measure for the fault resistance. Since the value of the fault resistance can change over several powers of ten during fault location, such an observation would only be possible without difficulty with a logarithmic display of the fault resistance. .-Jun is generally known that the voltage between base β and emitter E of a transistor T in base connection is the logarithm of the current flowing through collector C and emitter E. If the base-emitter voltage of the transistor r is measured by the display instrument / in the circuit shown, the display shows the error resistance RF on a logarithmic scale that is particularly useful for the measurement. In practice, the base-emitter voltage of the transistor T will be displayed using an impedance converter and a measuring amplifier. If the same transistor T , not shown in the figure, further transistor is used for the impedance conversion, which is thermally connected to the transistor Γ so that it assumes the same temperature as this, there is the possibility of the dependence of the display value on the Compensate temperature of transistor T. Commercially available arrangements with two identical transistors in one housing are particularly suitable for this purpose. The circuit details for the described preparation of the measurement voltage have not been shown, since they should be known per se.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Circuit arrangement to avoid interference voltages during measurements with direct current Murray bridge circuits on cables, with a voltage-stabilized measuring voltage source, characterized in that the stabilization of the measuring voltage source (Um) is carried out with low internal resistance for direct voltage, but high internal resistance for alternating voltage.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the stabilization of the measuring voltage source (Um) takes place via an integrator circuit with a series transistor (T) and a counter-coupled operational amplifier (V) and that the integrator circuit is provided by an RC-G \\ ed (Ri, C 1) between the collector (C) of the transistor (T) and the inverting input (-) of the amplifier (V) is switched depending on the frequency in such a way that the stabilization is fully effective for direct voltage, for alternating voltages above the value given by the RC-G \ ied (Ri, Ci) but exposes a certain cut-off frequency.