Verfahren zur Ermittlung von Renexionsstellen in Leitungen.
Das Hauptpatent betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Ermittlung von Re flexionsstellen in Leitungen, z. B. zur Er mittlung von Leitungslängen oder zur Feh lerortsbestimmung, insbesondere in Hochspan- nungsleitungen, bei dem in die Leitung ein Strom gesandt wird, dessen Frequenz einen bestimmten Frequenzbereich durchläuft. Die auf die Leitung gegebene Schwingung pflanzt sich entlang der Leitung fort und wird am Leitungsende bezw. am Fehlerort reflektiert, so daB auf der Leitung stehende Wellen entstehen. Je nachdem, ob an der Reflexionsstelle ein Kurzschluss oder Leerlauf vorliegt, befindet sich an dieser Stelle ein Spannungsknoten oder ein Spannungsbauch.
Infolgedessen entstehen an der Mess- stelle bei bestimmten Frequenzen (Resonanzfrequenzen) Spannungsbäuche bezw. Strombäuche. Durch periodische Veränderung der Sendefrequenz über einen bestimmten Frequenzbereich und Messung der Zahl der in der Zeiteinheit auftretenden Resonanzstellen (z. B. Spannungsbäuche), z. B. durch einen Frequenzmesser, wird eine stetige ablesbare An- zeige der Lage der Reflexionsstelle erzielt.
Die mit dem Verfahren erzielbare Messgenauigkeit hängt sehr von der genauen Einhaltung der Zahl der in der Zeiteinheit vorgenommenen periodischen Frequenzänderun- gen, das heiBt der Zahl der durchlaufenden Frequenzhübe ab. Eine Veränderung der sekundlichen Zahl der Frequenzhübe würde einen entsprechenden Messfehler zur Folge haben.
GemäB dem Verfahren nach vorliegender Erfindung erfolgt nun die periodische An.- derung der Sendefrequenz im Takte einer von der Frequenz des die Messeinrichtung speisenden Wechselstromnetzes abhängigen Frequenz. Die periodische Anderung der Sendefrequenz kann im Takt der Netzfrequenz oder eines ganzzahligen Teils oder Vielfachen dieser Netzfrequenz erfolgen. Ge- mass Patentanspruch II des Hauptpatentes weist die zur Durchführung des Verfahrens dienende Einrichtung einen Röhrengenerator auf, in dessen Abstimmkreis ein periodisch veränderlicher Blindwiderstand vorgesehen ist.
Wie im Hauptpatent beschrieben, kann dieser veränderliche Blindwiderstand durch eine Röhre veränderlicher Steilheit, die in Verbindung mit einer Spule oder einem Kon- densator eine veränderliche induktive bezw. kapazitive Impedanz darstellt, gebildet sein, wie es bei der automatischen Scharfabstimmung von Rundfunkempfängern bekannt ist, wobei dem Steuergitter dieser Röhre eine sägezahnförmige Steuerspannung zugeführt wird. Eine Synchronisierung einer solchen sägezahnförmigen Spannung, mit deren Hilfe, wie im Hauptpatent beschrieben, die Veränderung der Sendefrequenz erfolgt, mit der Netzfrequenz, ist mit sehr einfachen Mitteln betriebssicher durchzuführen, während die anderweitige Erzeugung einer frequenzkon- stanten Kippspannung einen wesentlich grö- sseren Aufwand erfordern würde.
Die säge- zahnförmige Spannung erzeugt man im allgemeinen mit einem Kippkreis. Verwendet man in diesem Kippkreis ein dampf-oder gasgefülltes Kipprohr, so kann man zur Aus übung des Verfahrens nach der Erfindung in dessen Gitterkreis zum Beispiel eine netzfrequente Wechselspannung spitzer Wellenform einfügen und dadurch die gewünschte Synchronisierung durchführen.
Da die Netzfrequenz grösserer Netze zum Beispiel schon wegen des Anschlusses von Wechselstrom- synchronuhren im allgemeinen sehr genau konstant gehalten wird, ist bei diesem Verfahren der Fehler, der durch eine Verände- rung der sekundlichen Anzahl der durchlaufenden Frequenzhabe entstehen kann, sehr gering.
Um den durch Abweichen der Netzfrequenz von ihrem Sollwert noch entstehenden Fehler weiter zu verringern, sind bei der zur Durchführung des Verfahrens dienenden Einrichtung gemäss vorliegender Erfindung an dem die Zahl der pro Zeiteinheit auftretenden Resonanzstellen anzeigenden Frequenzmesser, der ein mit Kondensatorumladung arbeitender Frequenzmesser sein kann, Mittel zur Korrektion vorgesehen, mit deren Hilfe der Frequenzmesser vor jeder Messung nach der jeweils vorhandenen Netzfrequenz als Normale geeicht werden kann, so dass er bei der Messung nicht die auftretende Frequenz selber, sondern das Verhältnis dieser Frequenz zu der von der Netzfrequenz abhängigen Frequenz anzeigt.
Durch Messen der Netzfrequenz mit dem zum Beispiel in Kilometer geeichten Frequenzmesser und Einregelung seiner Anzeige auf den für die einfache Netzfrequenz einmal festgelegten Entfernungswert kann dann, ganz unabhängig von der in Wahrheit gerade vorliegenden Abweichung der Netzfrequenz von ihrem Sollwert, der hierdurch mögliche Fehler immer dann völlig beseitigt werden, wenn nur die Netzfrequenz zwischen Korrektion und Messung ; ihren Wert beibehält.
Ist beispielsweise die sekundliche Hubzahl durch Synchronisierung immer gleich der Netzfrequenz und die Grösse des Hubes so gewählt, daB ein Spannungsbauch 1 km Leitungslänge entspricht, so stellt die mit dem Frequenzmesser gemessene, gerade vorliegende Netzfrequenz auch immer 1 km Leitungslänge dar, und die Fehlerortsentfernung von zum Beispiel 30 km wird mit dem Frequenzmesser als Dreissigfaches dieser gerade vorliegenden Netzfrequenz richtig gemessen.
Zur Vermeidung von Fehlmessungen durch die begrenzte Laufgeschwindigkeit der elektrischen Wellen auf der Leitung ist es vorteilhaft, die Zahl der sekundlich durchlaufenen Frequenzhübe nicht zu gross zu wählen. Man wird also vorzugsweise als Frequenz der Spannung, die die Anderung der Sendefrequenz bewirkt, einen ganzzahligen Bruchteil der Netzfrequenz nehmen, z. B. 1, zut der Netzfrequenz = 12, 5 Hz. Um die Vorgänge noch im Oszillographen beobachten zu kiinnen, ist es allerdings zweckmässig, mit der Änderungsfrequenz nicht wesentlich unter diesen Wert zu gehen, da dann ein sehr starkes Flimmern des Bildes auftreten witrde.
Zur Erzeugung einer sägezahnförmigen Spannung zum Steuern der den veränder- lichen Blindwiderstand nachbildenden Rohre und damit zum periodischen Ändern der Sendefrequenz im Takte eines Bruchteils der Netzfrequenz kann beispielsweise die Anordnung nach Fig. 1 benutzt werden. Der Kondensator 1 wird hier über die dampf-oder gasgefüllte Entladungsstrecke 2 von der Spannung der Gleichspannungsquelle 4 in sehr kurzer Zeit aufgeladen und über den ohmschen Widerstand 3 langsam entladen.
Die Entladung erfolgt nach einer e-Funktion.
Im Gitterkreis des Entladerohres 2 liegt nun die Summe aus der Kondensatorspannung, einer Gleichspannung und einer netzfrequenten Spannung spitzer Wellenform, ferner ein Strombegrenzungswiderstand 5. Die Gittergleichspannung wird vorteilhaft der ohnehin vorhandenen Spannungsquelle 4, zum Beispiel über den Spannungsteiler 9 entnommen ; die netzfrequente Spannung spitzer Wellenform wird in bekannter Weise aus der Netzspannung 8 mit Hilfe eines Transformators 6 mit leicht sättigbarem Eisenkern und einer damit in Reihe liegenden Drossel 7 gewon- nen. Aus der Fig. 2 ist die Wirkungsweise der Anordnung zu erkennen.
Die Spannung zil ist die nach einer e-Funktion abfallende Kondensatorspannung, die sich mit der Spannung U6, der netzfrequenten Wechselspannung spitzer Kurvenform, zu der stark ausgezogenen Spannung zusammensetzt. Nimmt man die Gitterspannung für Zünden der Ent ladungsstrecke 2 zu 0 Volt an, dann zündet diese bei Erreichen der Spannung 0 durch die Summe der Spannungen it, + u,, + u,, oder, nach der Abbildung, die Zündung erfolgt bei Erreichen der Spannung Me durch die Spannung M-)-Me. In diesem Augenblick erfolgt eine neue Aufladung des Kondensators l auf die Spannung der Spannungsquelle 4 und das Spiel beginnt von neuem.
Durch geeignete Wahl der einzelnen Teilspannungen kann man erreichen, dass die Kondensatorspannung sich fast geradlinig ändert, da nur der erste, annähernd geradlinige Teil der e-Funktion ausgenutzt wird.
Die sägezahnformige Spannung des Eonden- sators 1, die allerdings noch eine konstante Gleichspannung in Hoche u9 enthält, kann an dem Kondensator 1 oder, wenn nur ein Teil dieser Spannung benötigt wird, an dem dann als Spannungsteiler auszubildenden Widerstand 3 abgegriffen werden. Man kann auch eine kapazitive Spannungsteilung vorsehen, indem der Kondensator 1 aus zwei in Reihe geschalteten Teilkondensatoren zusammen- gesetzt und die gewünschte Teilspannung an einem dieser Kondensatoren abgenommen wird.
Eine in ihrer Wirkungsweise ähnliche Anordnung zur Erzeugung einer sägezahn- formigen Spannung, deren Frequenz ein ganz zahliger Bruchteil der Netzfrequenz ist, ist in Fig. 3 dargestellt. Hier erfolgt über die dampf-oder gasgefüllte Entladungsstrecke 2 nicht die Aufladung, sondern die Entladung des Kondensators 1, während dessen Aufladung über den Widerstand 3 aus der Span nungsquelle 4 bewirkt wird. Die übrigen Schaltungselemente sind mit denen der Fig. l gleichlautend beziffert. Hier ist die Kondensatorspannung eine rein sägezahnförmige Spannung, ohne eine unterlagerte konstante Gleichspannung.
Die genaue Konstanthaltung des ge wünschten Frequenzhubes erfordert eine gute Einhaltung der Amplitude der in dem Kippkreis erzeugten Spannung. Es ist daher vorteilhaft, als Spannungsquelle 4 eine in be kannter Weise zum Beispiel durch einen Glimmstabilisator konstantgehaltene Gleichspannung zu verwenden. Es besteht auch die Möglichkeit, das Potentiometer 9 fortzu- lassen und die Spannung u, einer geeigneten Stabilisatorstufe zu entnehmen, wie es zum.
Beispiel in der Fig. 4 gezeigt ist. Hier wird der Kondensator 1 von der am ganzen Stabilisator 10 liegenden Spannung über den Widerstand 3 aufgeladen ; die Aufladung erfolgt wieder nach einer e-Funktion. Im Git terkreis der dampf-oder gasgefüllten Rohre 2 liegt auBer der von der Anordnung 6, 7 gelieferten netzfrequenten Wechselspannung spitzer Kurvenform und einer an zwei Sta- bilisatorstufen abgegriffenen Gleichspannung der durch den Ladestrom des Kondensators 1 im Widerstand 3 entstehende Spannungsab- fall. Ist der Kondensator 1 weit genug aufgeladen und dementsprechend der Spannungsabfall am Widerstand 3 gering geworden, zündet das Rohr 2, und der Kondensator 1 wird entladen.
Um das Arbeiten dieses Frequenzunter- setzungskreises von den Vorgängen in den nachfolgenden Kreisen, die die Kippspannung verwerten, unabhängig zu machun, kann man nach Fig. 4 einen weiteren Kippkreis vorsehen, der von dem ersten Kreis gesteuert wird und dementsprechend eine Kippspannung gleicher Frequenz erzeugt. In dem gewiihlten Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung wird der Kondensator 14 über die Widerstände 15, 17 und 19 von einer am Stabilisator 10 abgegriffenen Gleichspannung aufgeladen, und bei Freigabe des dampf-oder gasgefüllten Rohres 12 ilber dieses entladen.
Im Gitterkreis des Rohres 12 liegt ausser dem Spannungsabfall am Widerstand 15 die Sekundärspannung des klei- nen Transformators 11, der immer bei Entladung des Kondensators 1 über das Rohr 2 einen kurzzeitigen Ziindimpuls auf das Gitter des Rohres 12 gibt. Auf diese Weise arbeitet das Rohr 12 im gleichen Rhythmus wie das Rohr 2, also in dem gewählten Bei. spiel ebenfalls mit 12, 5 Hz. Die Spannung des Kondensators 14, oder wie in dem Beispiel der Spannungsabfall an einem im Ladekreis dieses Kondensators liegenden Wi derstand 19 weist dann den gewiin6chten synchronisierten, sägezahnförmigen Verlauf auf und kann, wie in dem Hauptpatent beschrieben, zum Steuern der Penthode 20 benutzt werden.
Diese bildet mit Hilfe des Widerstandes 19 und des Kondensators 21 eine von der Eöhe der Gleichspannung am Widerstand 19 abhängige Kapazität nach. Um Hochfrequenzbeeinflussungen des Kippkrei- ses zu vermeiden, kann eine Hochfrequenzdrossel 18 vorgesehen werden. Zur Einstellung der erforderlichen Spannungsverhält- nisse ist es vielfach zweckmässig, die einzelnen Schaltungselemente, insbesondere Widerstände, in den beschriebenen Ausführungs- beispielen veränderbar zu machen.