Verfahren zur Ermittlung von Reflexionsstellen in Leitungen.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Ermittlung von Reflexionsstellen in Leitungen, beispielsweise zur Ermittlung von Leitungslängen und zur Fehlerortbestimmung, insbesondere zur schnellen und genauen Ermittlung der Lage von Fehlern in Hochspannungsleitun- gen, so dass es nicht notwendig ist, die ganze Leitung abzugehen.
Es ist bereits bekannt, zu diesem Zweck einen Hochfrequenzsender an n die Leitung an- zuschliessen, dessen Frequenz einen bestimmten Frequenzbereich durchläuft. Wenn im Zuge der Leitung eine Kurzschluss stelle, eine Erdschlussstelle oder eine Leitungsunterbrechung liegt, so treten an diesen Fehlerstellen Reflexionen auf, die dazu führen, dass sich auf der Leitung stehende Wellen ausbilden. Diese Wellen haben je nachdem, ob die Hochfrequenz kurzgeschlossen oder unterbrochen wird, an der Fehlerstelle Spannungsknoten oder Spannungsbäuche. Infolgedessen entstehen auch am Leitungsanfang, an dem die Prftffrequenz auf die Leitung gegeben wird, bei bestimmten Frequenzen Spannungsknoten und Spannungsbäuche bezw. Stromknoten und Strombäuche.
Die Verteilung der Spannung U auf einer Leitung bei verschiedenen Frequenzen ist in Fig. 1 dargestellt. Dabei ist angenommen, dass an der Fehlerstelle F ein Kurzschluss vorliegt, so dass dort die Spannung immer gleich Null sein muss. Am Leitungsanfang A tritt dann der erste Spannungsbauch bei der Frequenz fl (erste Resonanzfrequenz) auf, wenn die Entfernung von A-F = 1/4 der Wellenlänge ist. Steigert man die Frequenz weiter, so entsteht der nächste Spannungsbauch bei der Frequenz J (zweite Resonanzfrequenz), bei der die Entfernung A-F 34 Wellenlängen beträgt. Der dritte Spannungsbauch entsteht bei der Frequenz f, entsprechend 5/4 Wellenlängen.
Der Abstand zweier Resonanzfrequenzen, bei denen ein Spannungsbauch auftritt, ist also eine halbe Wellenlänge. Wenn die Fortpflanzungs maxima) angezeigt wird, und es entsteht ferner noch der Vorteil, dass man eine genügende Messgenauigkeit erhält, ohne dass ein übermässig grosser Frequenzbereich durchlaufen werden muss.
Die Messung der Zahl der Resonanzstellen in der Zeiteinheit kann durch einen Zungenfrequenzmesser erfolgen oder auch durch einen mit Kondensatorumladung arbeitenden, direkt zeigenden Frequenzmesser (Feckerscher Frequenzmesser, Elektrische Nachrichtentechnik 1936, Seite 205 ff.).
Man kann die Zahl der Resonanzstellen in der Zeiteinheit jedoch auch durch einen Oszillographen zur Anzeige bringen, dessen Kippfrequenz so eingestellt wird, dass ein stehendes Bild der Resonanzstelle entsteht, so dass die eingestellte Kippfrequenz ein Mass für die Zahl der Resonanzstellen in der Zeiteinheit ist. Hierbei ist jedoch darauf zu achten, dass man die niedrigste Kippfrequenz einstellt, bei der ein stehendes Bild erhalten wird.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung ist in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt Fig. 2 die Schaltung des Hoehfrequenzsenders. Die Fig. 3 und 4 zeigen verschiedene Arten der periodischen Frequenzänderung, und die Fig. 5 zeigt eine weitere Mögliehkeit, die periodische Frequenzänderung auszuführen.
In Fig. 2 ist ein Hochfrequenzsender dargestellt, der periodisch einen bestimmten Fre q uenzbereich durchläuft. Der Sender besteht aus der Generatorröhre VX mit dem Schwingkreis aus dem Kondensator C1 und der Spule E5, die auf die gewünschte Frequenz abge stimmt sind. Die Spule L1 ist mit der Spule L2 im Gitterkreis der Röhre rückgekoppelt. wodurch die Schwingungserzeugung eintritt.
An der Kathode der Röhre V1 liegt zur Erzeugung der Gittervorspannung der Kathodenwiderstand R1, dem der Kondensator C3 zur Ableitung der Hochfrequenz parallel geschaltet ist. Die Sekundärwicklung der Spule L2 liegt am Gitter der Verstärkerröhre V3.
Diese hat den Kathodenwiderstand R6 mit dem Parallelkondensator C zur Erzeugung geschwindigkeit der Wellen auf der Leitung v bekannt ist, kann man, wie die Rechnung in Fig. 1 zeigt, aus der Geschwindigkeit v und der Differenz d zweier Resonanzfrequenzen, bei denen ein Spannungsbauch auftritt, die Entfernung L zwischen dem Fehlerort F und der Stelle A, an der gemessen wird, berechnen.
Diese Verhältnisse sind aus der Leitungstheorie bekannt, und man hat auch hiernach Fehlerortbestimmungen in Leitungsnetzen durchgeführt, indem man die Frequenz einen weiten Bereich, z. B. von 1 kHz bis 100 kliz, langsam durchlaufen liess und die entstehende Stromkurve aufgezeichnet hat. Diese Kurve wurde dann ausgewertet, indem man den Mittelwert des Frequenzabstandes zwischen zwei Strombäuchen ausgemessen und daraus den Fehlerort berechnet hat. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass einerseits die Aufzeichnung der Kurve und die darauffolgende Auswertung recht langwierig ist, und dass die Kurve durch zufällige Störungen gefälscht werden kann. Ferner ist zur Erzielung einer ausreichenden Genauigkeit ein sehr grosser Frequenzbereich zu durchlaufen.
Im praktischen Betrieb ist jedoch ein solches Gerät nur brauchbar, wenn eine Fehlerortbestimmung in kürzester Zeit durch das Betriebspersonal ausgeführt werden kann, das häufig nicht in der Lage ist, eine Berechnung des Fehlerortes aus Kurven vorzunehmen.
Diese Nachteile des bekannten Verfahrens werden gemäss der Erfindung dadurch vermieden, dass durch periodische Änderung der Sendefrequenz über einen bestimmten Frequenzbereich und Messung der Zahl der auftretenden Resonanzstellen in der Zeiteinheit eine stetige ablesbare Anzeige der Lage der Reflexionsstelle erzielt wird.
Durchläuft man den Frequenzbereich periodisch, beispielsweise 20mal in der Sekunde, so erhält man hierdurch den Vorteil, dass kurzzeitige Störungen, die auf Leitungen häufig auftreten. die Anzeige praktisch nicht beeinflussen, da der Mittelwert aus einer grossen Zahl von Resonanzstellen (Strom- oder Spannungs der Gittervorspannung sowie den Spannungsteiler R7, R8 zur Erzeugung der Schirmgitterspannung aus der Anodenspannung der Batterie UM. Im Anodenkreis der Röhre V liegt der Übertrager 82, durch den die Hochfrequenz gegebenenfalls über einen weiteren Verstärker V an den Übertrager til ; gelangt, dessen Isolation so bemessen ist, dass das Hochfrequenzgerät durch Überspannungen an der Leitung nicht gefährdet wird.
Zu diesem Zweck sind ferner die Sicherungseinrichtungen Si vorgesehen, über die die Hochfrequenz zu den Kopplungskondensatoren K und zur Hochspannungsleitung L geführt wird. Diese Leitungsausrüstung wird zweckmässig ebenso ausgeführt, wie es bei der Hochfrequenztelephonie über Leitungen bekannt ist, und man kann eine für diesen Zweck vorhandene Leitungsausrüstung auch für die Fehlerortbestimmungen mitbenutzen.
In diesem Fall wird jedoch zweckmässig das Hocbfrequenztelephoniegerät abgeschaltet, da sonst ein erheblicher Teil der Hochfrequenz in das Gerät abfliessen würde. Wenn die Leitungsausrüstung Abstimmittel enthält, muss darauf geachtet werden, dass diese mit abgeschaltet werden oder dass sie den von der Mess einrichtung bestrichenen Frequenzbereich durchlassen.
Der llochfrequenzstrom, der in die Leitung fliesst, wird als Spannungsabfall an dem Messwiderstand Ru gemessen, an dem als Messgerät beispielsweise ein direkt zeigender Frequenzmesser angeschlossen ist, der auf die Zahl der Resonanzstellen in der Zeiteinheit anspricht.
Der Frequenzbereich, der zu durchlaufen ist, hängt davon ab, welche Fehlerentfernungen noch gemessen werden sollen. Ferner wird man die Lage des Frequenzbereiches so wählen, dass keine zu grossen Verstimmungen des Senders erforderlich werden. Hierfür ist es zweckmässig, die Lage des Frequenzberei ches hoch zu wählen. Anderseits steigt mit wachsender Frequenz die Dämpfung der Leitung stark an, so dass die Resonanzstellen ebenfalls gedämpft werden. Aus diesen gründen ist es am zweckmässigsten, die Lage des Frequenzbereiches in derselben Grössenordnung zu wählen, wie er auch bei der Hochfrequenzübertragung über Starkstromleitungen üblich ist.
Die periodische Änderung des Frequenzbereiches kann auf verschiedene Weise erfolgen, z. B. mechanisch durch Verstellung eines Drehkondensators oder eines Vario meters mit je Hilfe eines Motors. Zweckmässiger sind jedoch Anordnungen, bei denen die Änderung elektrisch erfolgt, da diese Anordnungen einfacher sind und keine beweglichen Teile aufweisen. In dem Ausführungsbeispiel ist - eine Röhrenschaltung dargestellt, wie sie in ähnlicher Weise von der automatischen Scharfabstimmung von Rundfunkempfängern bekannt ist (vergl. Zeitschrift"Tele- funkenröhre", Dezember 1937, Seite 220 ff.).
Die Röhre V2 enthält zwischen Gitter und Kathode den Widerstand R2 und zwischen Gitter und Anode den Kondensator C2. Eine solche Anordnung hat die Eigenschaft, dass zwischen Anode und Kathode ein kapazitiver Widerstand für angelegte Wechselspannun- gen entsteht, dessen Grösse sich in Abhängigkeit von der Steilheit der Röhre ändert.
Durch Änderung der Gitterspannung der Röhre V2 liegt also parallel zum Abstimmkondensator Cl des Hochfrequenzgenerators eine veränderliche : Kapazität, durch die die erzeugte Frequenz beeinflusst wird. Durch periodische Änderung der Gitterspannung entsteht also die gewünscht periodische Anderung der Sendefrequenz.
Ebenso lässt sich mit einer solchen Röhrenschaltung auch eine Induktivität oder ein komplexer Widerstand herstellen, so dass hierdurch eine beliebige Frequenzsteuerung möglich ist. Statt der dargestellten Röhrenschaltung kann man beispielsweise auch die Abstimmspule L1 als Eisenkernspule ausführen. Die Induktivität dieser Spule ist von der Permeabilität des Eisenkernes abhängig, und diese Permeabilität kann dadurch geändert werden, dass der Eisenkern vormagnetisiert wird. Durch periodische Änderung der Vormagnetisierung, erhält man ebenfalls eine periodische Änderung der Sendefrequenz,
Die Änderung der Frequenz mit der Zeit kann entweder nach einer sägezahnförmigen Kurve verlaufen, wie es Fig. 3 zeigt, oder auch periodisch ansteigen und abfallen, wie es die Fig. 4 zeigt.
Entsprechend muss der Verlauf der Steuerspannung gewählt werden.
In Fig. 2 wird die Steuerspannung durch eine Kippschaltung als sägezahnförmige Kurve erzeugt. Die Rippschaltung besteht aus dem Kondensator C-, der von der Batterie UM über den Widerstand R1o aufgeladen wird. Entsprechend der Zeitkonstante dieses Rreises lädt sich der Kondensator langsam auf, bis die Ansprechspannung der Gasentladungsröhre V4 erreicht ist. In diesem Augenblick zündet die Röhre und entlädt den Kondensator sehr schnell über den Widerstand R5. Nach Entladung des Kondensators setzt die Entladung in der Röhre wieder aus, und der Rondensator wird von neuem aufgeladen.
Der Ladestrom des Rondensators fliesst durch den Widerstand Rll, der zugleich im Gitterkreis der Steuerröhre V liegt, so dass der Spannungsabfall am Widerstand Rll die Frequenz des Hochfrequenzsenders periodisch ändert.
Zur Erhöhung der Messgenauigkeit kann man diese Kippschaltung in gleicher Weise, wie es bei Oszillographen üblich ist, durch den Messstrom am Widerstand RM so synehronisieren, dass der nächste Durchlauf des Frequenzbereiches immer bei einem bestimmten, stets gleichbleibenden Wert des Messstromes, insbesondere beim Maximum oder Minimum erfolgt. Hierdurch wird vermieden, dass ein Stromanstieg noch gemessen wird, wenn das Maximum bezw. das Minimum dieses Stromanstieges nicht mehr in dem durchlaufenden Frequenzbereich liegt.
Durch diese Steuerung der Sendefrequenz entstehen leicht auch Amplitudenschwankungen, die jedoch in bekannter Weise, z. B. durch frequenzabhängige Widerstände, in den Verstärkerstufen entzerrt werden könaen. Ebenso kann man in bekannter Weise zusätzliche Mittel vorsehen, um einen möglichst linearen Anstieg bezw. Abfall der Steuerspannungen in dem gewünschten Bereich zu erhalten.
Eine Frequenzkurve und demgemäss auch eine Steuerspannungskurve, wie sie Fig. 4 zeigt, kann man erreichen, wenn man gemäss Fig. 5 an eine Induktivität eine konstante, periodisch ihre Polarität wechselnde Spannung 14 anlegt. Diese Spannung kann man durch eine Röhre erhalten, an deren Gitter eine Wechselspannung solcher Grösse gelegt wird, dass die Röhre im wesentlichen im Sättigungsbereich arbeitet. Bei Anlegen einer solchen Spannung an eine Drossel, fliesst in dieser ein annähernd dreieckförmiger Strom 1, der zur Steuerung der Steuerröhre verwendet werden kann.
Zur Messung wird es in manchen Fällen genügen, die Hochfrequenz zwischen zwei Phasen der Leitung oder zwischen eine Phase und Erde zu legen. Falls hierdurch noch kein eindeutiges Ergebnis erzielt wird, kann man leicht Vergleichsmessungen zwischen verschiedenen Phasen sowie zwischen verschiedenen Phasen und Erde durchführen, wodurch die Messgenauigkeit des Verfahrens erhöht wird. Den Frequenzmesser wird man zweckmässig direkt in der Fehlerortentfernung eichen.
Procedure for the determination of reflection points in lines.
The invention relates to a method and a device for determining reflection points in lines, for example for determining line lengths and for determining the location of faults, in particular for quickly and accurately determining the location of faults in high-voltage lines, so that it is not necessary to do the whole thing To leave the line.
It is already known for this purpose to connect a high-frequency transmitter to the line, the frequency of which passes through a specific frequency range. If there is a short circuit, an earth fault or a line break in the course of the line, reflections occur at these fault locations, which lead to standing waves forming on the line. Depending on whether the high frequency is short-circuited or interrupted, these waves have voltage nodes or voltage bulges at the fault location. As a result, at the beginning of the line, where the test frequency is applied to the line, voltage nodes and voltage bulges occur at certain frequencies. Electricity nodes and bellies.
The distribution of the voltage U on a line at different frequencies is shown in FIG. It is assumed that there is a short circuit at the fault location F, so that the voltage there must always be zero. At the beginning of the line A, the first voltage bulge occurs at the frequency fl (first resonance frequency) when the distance from A-F = 1/4 of the wavelength. If the frequency is increased further, the next voltage bulge occurs at frequency J (second resonance frequency), at which the distance A-F is 34 wavelengths. The third voltage bulge occurs at frequency f, corresponding to 5/4 wavelengths.
The distance between two resonance frequencies at which a tension bulge occurs is therefore half a wavelength. If the propagation maxima) is displayed, and there is also the advantage that a sufficient measurement accuracy is obtained without having to run through an excessively large frequency range.
The number of resonance points in the unit of time can be measured by a tongue frequency meter or by a direct-pointing frequency meter that works with capacitor recharging (Feckerscher frequency meter, electrical communications technology 1936, page 205 ff.).
However, the number of resonance points in the time unit can also be displayed using an oscilloscope, the tilt frequency of which is set in such a way that a still image of the resonance point is created, so that the set tilt frequency is a measure of the number of resonance points in the time unit. However, it is important to ensure that the lowest tilt frequency is set at which a stationary image is obtained.
An embodiment of the device according to the invention is shown in the drawing. 2 shows the circuit of the high frequency transmitter. Figures 3 and 4 show different types of periodic frequency change, and Fig. 5 shows another way of performing the periodic frequency change.
In Fig. 2, a high-frequency transmitter is shown, which periodically passes through a certain frequency range. The transmitter consists of the generator tube VX with the resonant circuit of the capacitor C1 and the coil E5, which are matched to the desired frequency abge. The coil L1 is fed back to the coil L2 in the lattice circle of the tube. whereby the vibration generation occurs.
The cathode resistor R1 is connected to the cathode of the tube V1 in order to generate the grid bias and the capacitor C3 is connected in parallel to it to derive the high frequency. The secondary winding of coil L2 lies on the grid of amplifier tube V3.
This has the cathode resistance R6 with the parallel capacitor C for generating the speed of the waves on the line v is known, one can, as the calculation in Fig. 1 shows, from the speed v and the difference d of two resonance frequencies at which a voltage bulge occurs, Calculate the distance L between the fault location F and the point A where the measurement is being made.
These relationships are known from line theory, and according to this, fault location determinations have also been carried out in line networks by setting the frequency over a wide range, e.g. B. from 1 kHz to 100 kliz, ran slowly and recorded the resulting current curve. This curve was then evaluated by measuring the mean value of the frequency distance between two current bulges and calculating the fault location from this. This method has the disadvantage that, on the one hand, the recording of the curve and the subsequent evaluation is very time-consuming, and that the curve can be falsified by random disturbances. Furthermore, a very large frequency range must be traversed to achieve sufficient accuracy.
In practical operation, however, such a device can only be used if the fault location can be determined in the shortest possible time by the operating personnel, who are often not able to calculate the fault location from curves.
These disadvantages of the known method are avoided according to the invention in that a constant readable display of the position of the reflection point is achieved by periodically changing the transmission frequency over a certain frequency range and measuring the number of resonance points occurring in the time unit.
If you run through the frequency range periodically, for example 20 times a second, you get the advantage that short-term disturbances that often occur on lines. practically no influence on the display, since the mean value from a large number of resonance points (current or voltage of the grid bias voltage and the voltage divider R7, R8 for generating the screen grid voltage from the anode voltage of the battery UM. In the anode circuit of the tube V, the transformer 82 is through which the high frequency reaches the transformer til; possibly via a further amplifier V, the insulation of which is dimensioned so that the high frequency device is not endangered by overvoltages on the line.
For this purpose, the safety devices Si are also provided, via which the high frequency is fed to the coupling capacitors K and to the high-voltage line L. This line equipment is expediently designed in the same way as it is known in high-frequency telephony via lines, and line equipment available for this purpose can also be used for the determination of the fault location.
In this case, however, the high frequency telephony device is expediently switched off, since otherwise a considerable part of the high frequency would flow into the device. If the line equipment contains tuning means, it must be ensured that these are also switched off or that they allow the frequency range covered by the measuring device to pass.
The hole frequency current that flows into the line is measured as a voltage drop across the measuring resistor Ru, to which, for example, a directly indicating frequency meter is connected as a measuring device, which responds to the number of resonance points in the time unit.
The frequency range that has to be traversed depends on which error distances are still to be measured. In addition, the position of the frequency range will be chosen so that the transmitter does not need to be detuned too much. For this purpose, it is advisable to select the position of the frequency range high. On the other hand, the attenuation of the line increases sharply with increasing frequency, so that the resonance points are also attenuated. For these reasons, it is most expedient to choose the position of the frequency range in the same order of magnitude as is usual for high-frequency transmission over power lines.
The periodic change in the frequency range can be done in various ways, e.g. B. mechanically by adjusting a variable capacitor or a vario meter with the help of a motor. However, arrangements in which the change takes place electrically are more expedient, since these arrangements are simpler and have no moving parts. In the exemplary embodiment, a tube circuit is shown, as it is known in a similar manner from the automatic setting of radio receivers (cf. magazine "Tele funkenröhre", December 1937, page 220 ff.).
The tube V2 contains the resistor R2 between the grid and the cathode and the capacitor C2 between the grid and the anode. Such an arrangement has the property that a capacitive resistance for applied alternating voltages is created between the anode and cathode, the size of which changes depending on the steepness of the tube.
By changing the grid voltage of the tube V2, there is a variable capacitance parallel to the tuning capacitor C1 of the high-frequency generator, by which the generated frequency is influenced. The periodic change in the grid voltage thus produces the desired periodic change in the transmission frequency.
An inductance or a complex resistor can also be produced with such a tube circuit, so that any frequency control is possible as a result. Instead of the tube circuit shown, the tuning coil L1 can also be designed as an iron core coil, for example. The inductance of this coil depends on the permeability of the iron core, and this permeability can be changed by pre-magnetizing the iron core. By periodically changing the premagnetization, you also get a periodic change in the transmission frequency,
The change in frequency over time can either follow a sawtooth curve, as shown in FIG. 3, or also rise and fall periodically, as shown in FIG. 4.
The course of the control voltage must be selected accordingly.
In Fig. 2, the control voltage is generated by a flip-flop as a sawtooth curve. The ripple circuit consists of the capacitor C-, which is charged by the battery UM via the resistor R1o. In accordance with the time constant of this circuit, the capacitor charges slowly until the response voltage of the gas discharge tube V4 is reached. At that moment the tube ignites and discharges the capacitor very quickly through resistor R5. After the capacitor is discharged, the discharge in the tube stops again and the capacitor is charged again.
The charging current of the round capacitor flows through the resistor Rll, which is also in the grid circle of the control tube V, so that the voltage drop across the resistor Rll changes the frequency of the high-frequency transmitter periodically.
To increase the measurement accuracy, this flip-flop can be synchronized in the same way, as is usual with oscilloscopes, through the measurement current at the resistor RM so that the next run of the frequency range always takes place at a certain, always constant value of the measurement current, especially at the maximum or minimum he follows. This prevents a current increase from being measured when the maximum or the minimum of this current rise is no longer in the frequency range passed through.
This control of the transmission frequency also easily results in amplitude fluctuations, however, in a known manner, for. B. can be equalized in the amplifier stages by frequency-dependent resistors. You can also provide additional means in a known manner to BEZW as linear an increase as possible. Get the control voltage drop in the desired range.
A frequency curve and, accordingly, also a control voltage curve, as shown in FIG. 4, can be achieved if, as shown in FIG. 5, a constant voltage 14 whose polarity changes periodically is applied to an inductor. This voltage can be obtained by means of a tube, to whose grid an alternating voltage of such magnitude is applied that the tube works essentially in the saturation range. When such a voltage is applied to a choke, an approximately triangular current 1 flows in it, which can be used to control the control tube.
In some cases it will be sufficient for the measurement to place the high frequency between two phases of the line or between one phase and earth. If this does not yet produce a clear result, it is easy to carry out comparative measurements between different phases and between different phases and earth, which increases the measurement accuracy of the method. The frequency meter will expediently be calibrated directly in the distance from the fault location.