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.
Procedure for the determination of points of renunciation in pipes.
The main patent relates to a method and a device for determining Re flexionsstellen in lines such. B. to determine line lengths or to determine the location of errors, especially in high-voltage lines, in which a current is sent into the line, the frequency of which passes through a certain frequency range. The vibration given to the line is propagated along the line and is BEZW at the end of the line. reflected at the fault location, so that standing waves arise on the line. Depending on whether there is a short circuit or an open circuit at the reflection point, there is a voltage node or a voltage bulge at this point.
As a result, at the measuring point at certain frequencies (resonance frequencies), stresses or bumps arise. Current bellies. By periodically changing the transmission frequency over a certain frequency range and measuring the number of resonance points occurring in the time unit (e.g. voltage antinodes), e.g. B. by a frequency meter, a constant readable display of the position of the reflection point is achieved.
The measurement accuracy that can be achieved with the method depends very much on the exact adherence to the number of periodic frequency changes made in the time unit, that is to say the number of frequency swings passed through. A change in the number of frequency swings per second would result in a corresponding measurement error.
According to the method according to the present invention, the periodic change of the transmission frequency now takes place in the cycle of a frequency dependent on the frequency of the alternating current network feeding the measuring device. The periodic change in the transmission frequency can take place at the rate of the network frequency or an integral part or multiple of this network frequency. According to claim II of the main patent, the device used to carry out the method has a tube generator in whose tuning circuit a periodically variable reactance is provided.
As described in the main patent, this variable reactance can be achieved by a tube of variable steepness, which, in conjunction with a coil or a capacitor, generates a variable inductive or represents capacitive impedance, be formed, as it is known in the automatic sharpening of radio receivers, the control grid of this tube being supplied with a sawtooth control voltage. Synchronization of such a sawtooth-shaped voltage, which, as described in the main patent, is used to change the transmission frequency with the mains frequency, can be performed reliably with very simple means, while the other generation of a frequency-constant breakover voltage requires significantly greater effort would.
The sawtooth-shaped voltage is generally generated with a tilting circle. If a steam-filled or gas-filled tilting tube is used in this tilting circuit, for example, a line-frequency alternating voltage with a sharp waveform can be inserted into its grid circle to perform the method according to the invention and thereby carry out the desired synchronization.
Since the network frequency of larger networks is generally kept very precisely constant, for example because of the connection of AC synchronous clocks, the error that can arise from a change in the number of seconds passing frequency is very small with this method.
In order to further reduce the error still occurring due to the deviation of the mains frequency from its nominal value, the device according to the present invention used to carry out the method has means on the frequency meter indicating the number of resonance points occurring per unit of time, which can be a frequency meter operating with capacitor reversal intended for correction, with the help of which the frequency meter can be calibrated as a normal before each measurement according to the existing network frequency, so that it does not display the frequency itself, but the ratio of this frequency to the frequency dependent on the network frequency.
By measuring the network frequency with the frequency meter calibrated in kilometers, for example, and adjusting its display to the distance value once specified for the simple network frequency, the error possible as a result of this can then always be completely independent of the actual deviation of the network frequency from its setpoint can be eliminated if only the line frequency between correction and measurement; maintains its value.
If, for example, the number of second strokes is always equal to the mains frequency through synchronization and the size of the stroke is selected so that a voltage curve corresponds to 1 km of line length, then the current mains frequency measured with the frequency meter always represents 1 km of line length and the distance from the fault location to Example 30 km is correctly measured with the frequency meter as thirty times this current network frequency.
To avoid incorrect measurements due to the limited running speed of the electrical waves on the line, it is advantageous not to select too large the number of frequency swings passed through in seconds. So you will preferably take an integer fraction of the network frequency as the frequency of the voltage that causes the change in the transmission frequency, z. B. 1, for the mains frequency = 12.5 Hz. In order to be able to observe the processes in the oscilloscope, however, it is advisable not to go significantly below this value with the change frequency, since a very strong flicker of the image would then occur.
The arrangement according to FIG. 1, for example, can be used to generate a sawtooth-shaped voltage for controlling the tubes which simulate the variable reactance and thus for periodically changing the transmission frequency in the cycle of a fraction of the network frequency. The capacitor 1 is charged here in a very short time by the voltage of the DC voltage source 4 via the vapor-filled or gas-filled discharge path 2 and slowly discharged via the ohmic resistor 3.
The discharge takes place according to an e-function.
In the grid circle of the discharge tube 2 is now the sum of the capacitor voltage, a direct voltage and a line-frequency voltage with a sharp waveform, furthermore a current limiting resistor 5. The grid direct voltage is advantageously taken from the voltage source 4, which is already present, for example via the voltage divider 9; the line-frequency voltage with a sharp waveform is obtained in a known manner from the line voltage 8 with the aid of a transformer 6 with an easily saturable iron core and a choke 7 in series with it. The mode of operation of the arrangement can be seen from FIG.
The voltage zil is the capacitor voltage, which drops according to an exponential function, which is combined with the voltage U6, the mains frequency AC voltage with a sharp curve, to form the strongly extended voltage. If the grid voltage for igniting the discharge path 2 is assumed to be 0 volts, it ignites when the voltage reaches 0 through the sum of the voltages it, + u ,, + u ,, or, according to the figure, the ignition takes place when the voltage is reached Tension Me through tension M -) - Me. At this moment the capacitor 1 is charged again to the voltage of the voltage source 4 and the game begins again.
With a suitable choice of the individual partial voltages, one can achieve that the capacitor voltage changes almost in a straight line, since only the first, approximately straight line part of the exponential function is used.
The sawtooth voltage of the capacitor 1, which, however, still contains a constant DC voltage in high u9, can be tapped on the capacitor 1 or, if only part of this voltage is required, on the resistor 3, which is then designed as a voltage divider. A capacitive voltage division can also be provided in that the capacitor 1 is composed of two partial capacitors connected in series and the desired partial voltage is taken from one of these capacitors.
An arrangement for generating a sawtooth-shaped voltage, the frequency of which is an integral fraction of the network frequency, is shown in FIG. 3, which is similar in its mode of operation. Here, the discharge path 2, which is filled with vapor or gas, is not used for charging, but for discharging the capacitor 1, while the capacitor 1 is charged via the resistor 3 from the voltage source 4. The remaining circuit elements are numbered identically to those of FIG. Here the capacitor voltage is a purely sawtooth voltage, without an underlying constant DC voltage.
The exact maintenance of the desired frequency deviation ge requires good compliance with the amplitude of the voltage generated in the breakover circuit. It is therefore advantageous to use a DC voltage kept constant in a known manner, for example by a glow stabilizer, as voltage source 4. It is also possible to leave the potentiometer 9 away and to take the voltage u from a suitable stabilizer stage, as is the case with.
Example shown in FIG. 4. Here the capacitor 1 is charged by the voltage across the entire stabilizer 10 via the resistor 3; the charging takes place again after an e-function. In the grid circle of the steam-filled or gas-filled tubes 2, apart from the mains-frequency AC voltage with a sharp curve shape and a DC voltage tapped at two stabilizer stages, the voltage drop resulting from the charging current of the capacitor 1 in the resistor 3 is located. If the capacitor 1 is charged enough and accordingly the voltage drop across the resistor 3 has become low, the tube 2 ignites and the capacitor 1 is discharged.
In order to make the operation of this frequency reduction circuit independent of the processes in the subsequent circuits that utilize the breakover voltage, a further breakover circuit can be provided according to FIG. 4, which is controlled by the first circuit and accordingly generates a breakover voltage of the same frequency. In the selected embodiment of a device for carrying out the method according to the invention, the capacitor 14 is charged via the resistors 15, 17 and 19 by a DC voltage tapped at the stabilizer 10, and discharged via the latter when the steam or gas-filled tube 12 is released.
In the grid circle of the tube 12, apart from the voltage drop across the resistor 15, there is also the secondary voltage of the small transformer 11, which always sends a brief ignition pulse to the grid of the tube 12 via the tube 2 when the capacitor 1 is discharged. In this way, the tube 12 works in the same rhythm as the tube 2, that is, in the selected case. also play with 12.5 Hz. The voltage of the capacitor 14, or as in the example the voltage drop across a resistor 19 located in the charging circuit of this capacitor, then has the desired synchronized, sawtooth curve and can, as described in the main patent, for Controlling the penthode 20 can be used.
With the help of the resistor 19 and the capacitor 21, this simulates a capacitance that is dependent on the level of the direct voltage across the resistor 19. In order to avoid high-frequency influences on the breakover circuit, a high-frequency choke 18 can be provided. To set the required voltage ratios, it is often useful to make the individual circuit elements, in particular resistors, changeable in the exemplary embodiments described.