Verfahren zur Ortsbestimmung einer schwachen Stelle in einer elektrischen Übertragungsleitung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ortsbestimmung von schwachen Stellen in elektrischen Übertragungsleitungen, welche sich besonders zur Fehlerortsbestimmung in Koaxialka beln eignet.
Die in Femmeldeanlagen verwendeten Koaxialkabel sind gewöhnlich luftisoliert, das heisst, der äussere rohrförmige Leiter wird auf einer Reihe von aus Isoliermaterial bestehender Abstandsscheiben gehalten, die auf dem innern Leiter montiert sind, so dass das die Leiter trennende Isoliermaterial vorwiegend aus Luft oder, falls erwünscht, aus einem Gas, wie z. B. Stickstoff, besteht.
Es ist üblich, derartige Kabel mit einer ziemlich hohen Gleichspannungsdifferenz zwischen den beiden Leitern zu betreiben, wobei diese Spannung dazu dient, den in das Kabel an einer oder mehreren Stellen seines Verlaufes eingefügten Verstärker zu speisen.
Wenn die Spannungsdifferenz allmählich erhöht wird, erreicht man einen Punkt, bei welchem ein Durchschlag durch die Isolation zwischen den beiden Leitern erfolgt. Dieser Durchschlag erfolgt normalerweise längs der Oberfläche einer der Isolierscheiben, aber er kann an irgendeiner Stelle auftreten, wo die Leiter gebogen worden sind, so dass sie unter sich einen geringeren Abstand aufweisen als vorgesehen. Aus diesem Grund werden solche Kabel einer Hochspannungsprüfung unterworfen, um schwache Stellen ausfindig zu machen, welche üblicherweise als Hochspannungsfehler bezeichnet werden. Falls es gelingt, den Fehlerort zu bestimmen, kann der Fehler durch eine Reparatur behoben oder die mit einem Fehler behaftete Kabellänge ausgewechselt werden.
Selbstverständlich gestattet das normale Verfahren zur Prüfung des Isolationswiderstandes, bei welchem eine Gleichspannung verwendet wird, nicht, solche schwache Stellen ausfindig zu machen, da tatsächlich kein Fehler offenbar wird, bis ein Durchschlag erfolgt, und ferner ist es nicht leicht, den Ort eines solchen Fehlers zu bestimmen, da der Fehler verschwindet, wenn die Spannung herabgesetzt wird.
Es ist bekannt, den Ort von Impedanzunregelmässigkeiten in einer Übertragungsleitung dadurch zu bestimmen, dass man Impulse in die Leitung sendet und die Zeit misst, welche zwischen dem Aussenden eines Impulses und dem Empfang des von einer Unregelmässigkeitsstelle reflektierten Echoimpulses verstreicht. Es ist zweckmässig, die Impulse in regelmässigen Zeitabständen auszusenden und die abgehenden Impulse und die zurückkehrenden Echoimpulse auf einer Kathodenstrahlröhre abzubilden, so dass der Abstand zwischen einem. ausgesendeten Impuls und seinem Echo auf einer auf der Kathoden strahlröhre angebrachten Skala eine Anzeige für den Abstand der Impedanzunregelmässigkeit von der Prüfstelle aus ergibt.
Man erkennt, dass dieses Verfahren bei der Ortsbestimmung eines Hochspannungsfehlers oder einer Durchschlagstelle nur dann Erfolg hat, wenn die Impulsspannung genügend hoch ist, damit der Durchschlag praktisch bei jedem der aufeinanderfolgenden Impulse auftritt. Es hat sich gezeigt, dass die Erhöhung der Impulsspannung auf einem Wert, welcher einen Durchschlag gewährleistet, tatsächlich keine zufriedenstellenden Ergebnisse liefert, da im Kabeldielektrikum eine Ionisation entsteht, so dass ein Durchschlag nicht nur an der eigentlichen schwachen Stelle, sondern auch an andern Stellen erfoigen kann. Insbesondere kann ein Durchschlag am Sende ende des Kabels erfolgen, und zwar wegen der Impedanzänderung an dieser Stelle. Die vorstehende Schwierigkeit kann durch das erfindungsgemässe Verfahren umgangen werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Ortsbestimmung einer schwachen Stelle in einer elektrischen Übertragungsleitung ist dadurch gekennzeichnet, dass man an die die Übertragungsleitung bildenden Leiter eine Dauergleichspannung anlegt, welche nicht genügt, um an der schwachen Stelle einen Durchschlag zu erzeugen, dass man weiter der genannten Spannung in regelmässigen Abständen Impulse überlagert, deren Spannung genügt, um an der schwachen Stelle einen Durchschlag zu bewirken, und dass man den Abstand der Durchschlagstelle bezüglich der Sendestelle dadurch bestimmt, dass man die Zeit beobachtet, welche zwischen dem Aussenden eines Impulses und dem Empfang des von der Durchschlagstelle reflektierten Echoimpulses verstreicht.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben, deren einzige Figur ein Blockschema zeigt, aus welchem ersichtlich ist, wie die verschiedenen zur Ortsbestimmung benötigten Apparate zusammengeschaltet sind.
Auf schaltungstechnische Einzelheiten der durch die Blöcke dargestellten Apparate wird nicht näher eingegangen, da sie für das Verständnis der Erfindung nicht von Bedeutung sind.
Die Figur zeigt einen Impulsgenerator 1, welcher Impulse mit einer vorgegebenen und einstellbaren Wiederholungsfrequenz an den Impuls sender 2 und ausserdem zur Erzeugung der Zeitablenkung an die Horizontal-Ablenkplatten einer Kathodenstrahlröhre 3 abgibt. Im Sender 2 werden die Impulse verstärkt, so dass ihr Spannungsspitzenwert von ungefähr 150 Volt auf irgendeinen benötigten Spitzenwert erhöht wird, der zwischen 2000 und 5000 Volt liegt. Vom Sender 2 werden die Impulse an das zu prüfende Kabel 4 abgegeben. Die Impulswiederholungsfrequenz des Generators 1 wird auf einen ziemlich tiefen Wert von beispielsweise 50 Wiederholungen pro Sekunde eingestellt, im Gegensatz zur üblicherweise bei der Prüfung auf Impedanzunregelmässigkeiten venvendeten Wiederholungsfrequenz, welche beispielsweise ungefähr 2000 Impulse pro Sekunde beträgt.
Es wird eine niedrige Wiederholungsfrequenz gewählt, da die dadurch erzielte Leistungseinsparung eine bedeutende Vereinfachung in schaltungstechnischer Hinsicht bedeutet.
Der Impulssender 2 weist eine Thyratron-Schaltung und ein einstellbares Verzögerungsnetzwerk auf, welch letzteres die Länge des abgegebenen Impulses dadurch bestimmt, dass das Ausgangsthyratron nach Ablauf einer vorgegebenen Verzögerung gelöscht wird, nachdem es durch einen vom Impulsgenerator 1 abgegebenen Impuls gezündet worden ist.
Für den vorliegenden Zweck ist es erwünscht, die Länge des Impulses auszudehnen, da auf diese Weise für eine zugeführte Gesamtleistung pro Impuls die Spitzenspannung herabgesetzt und damit die Wahrscheinlichkeit der Ionisation im Kabeldielektrikum während der Impulsanlegung ebenfalls herabgesetzt wird. Die Verwendung einer niedrigen Wiederholungsfrequenz hat insofern einen Nachteil, als irgendein Bild auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre pro Sekunde nur 50mal und nicht 2000mal wie bei der üblichen Prüftechnik wiederholt wird, wodurch sich ein blasseres Bild ergibt, was sich jedoch teilweise durch bekannte Mittel beheben lässt.
Die niedrige Wiederholungsfrequenz hat jedoch den Vorteil, dass die durch die Dämpfung der zu prüfenden Leitung bewirkte Verzerrung der Impulskanten keine merkliche Ungenauigkeit mit sich bringt, da das Verhältnis zwischen den Impulszwischenräumen und die Dauer der Impulse hoch ist, was die Verwendung grosser Impulsdauern praktisch möglich macht. Gleichzeitig mit der Anlegung des Ausgangssignals des Impulssenders 2 an das Kabel 4 wird eine hohe Gleichspannung vom Generator 5 an das Kabel angelegt, wie dies ohne weiteres aus der Zeichnung ersichtlich ist.
Die Verbindungsstelle zwischen den vom Impulssender 2 und der Hochspannungsquelle 5 kommenden Leitern und dem Kabel 4 ist über einen Kondensator 6 und einen Widerstand 7 mit einem einstellbaren Dämpfungsglied 8 und über einen weiteren Widerstand 9 mit Erde verbunden. Die vom Sender 2 abgegebenen Impulse und die von einer Fehlerstelle im Kabel 4 reflektierten Echoimpulse gelangen über das Dämpfungsglied 8 an die Vertikal Ablenkplatten der Kathodenstrahlröhre 3, und der Abstand der beiden auf dem Bildschirm zur Anzeige gelangenden Impulse ist ein Mass für die Zeit, welche zwischen der Aussendung des Impulses und dem Empfang des Echoimpulses verstreicht, und daher ein Mass für die Entfernung der Durchschlagstelle, da die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Impulse im Kabel durch die elektrischen Eigenschaften gegeben ist.
Die der Röhre 3 zugeordnete Schaltung ist mit den üblichen Steuermitteln versehen, so dass die abgehenden Impulse auf den Anfang der auf dem Röhrenschirm vorhandenen Skala gebracht werden können, und durch geeignete Einstellung kann die vom fernen Ende des Kabels kommende Reflexion mit dem andern Ende der Skala in Übereinstimmung gebracht werden. Die Entfernung bis zur Fehlerstelle wird dann durch die Lage der durch die Reflexion bewirkten Spannungsspitze angezeigt.
Zur Ermittlung eines tatsächlich vorhandenen Hochspannungsfehlers, das heisst einer schwachen Stelle, wird im einzelnen wie folgt vorgegangen:
Bevor irgendein Impuls an das zu prüfende Kabel angelegt wird, wird die Gleichspannung vom Generator 5 erhöht, bis ein Durchschlag erfolgt, worauf die Spannung vermindert wird, bis die Entladung an der Fehlerstelle aufhört. Das Auftreten eines Durchschlags und seine Beendigung kann auf verschiedene Arten zur Anzeige gebracht werden. Zweckmässigerweise geschieht dies z. B. mit Hilfe einer Neonröhre, welche derart in den Stromkreis eingesetzt ist, dass sie aufleuchtet, wenn zwischen den zu prüfenden Kabelleitern ein Strom fliesst.
Wenn die angelegte Spannung so weit herabgesetzt worden ist, dass die Entladung aufhört, werden die Impulse vom Sender 2 angelegt und deren Spannung so weit erhöht, bis sich ein regelmässiger Durchschlag ergibt. Bei diesem Zustand wird die Durchschlagstelle auf der Kathodenstrahlröhre in der vorstehend beschriebenen Weise angezeigt.
Method for locating a weak point in an electrical transmission line
The present invention relates to a method for determining the location of weak points in electrical transmission lines, which is particularly suitable for fault location determination in Koaxialka cables.
The coaxial cables used in telecommunication systems are usually air-insulated, that is, the outer tubular conductor is held on a series of spacer discs made of insulating material which are mounted on the inner conductor so that the insulating material separating the conductors is predominantly air or, if desired, from a gas, such as B. nitrogen.
It is customary to operate such cables with a fairly large DC voltage difference between the two conductors, this voltage being used to feed the amplifier inserted in the cable at one or more points along its course.
As the voltage difference is gradually increased, a point is reached at which breakdown occurs through the insulation between the two conductors. This breakdown normally occurs along the surface of one of the insulating washers, but it can occur anywhere where the conductors have been bent so that they are less spaced than intended. For this reason, such cables are subjected to a high-voltage test in order to find weak points, which are commonly referred to as high-voltage faults. If it is possible to determine the location of the fault, the fault can be rectified by repair or the cable length affected by the fault can be replaced.
Of course, the normal method of testing insulation resistance using DC voltage does not allow such weak spots to be found, since no fault will actually be revealed until breakdown occurs, and furthermore, it is not easy to locate such fault to be determined because the error disappears when the voltage is decreased.
It is known to determine the location of impedance irregularities in a transmission line by sending pulses into the line and measuring the time which elapses between the transmission of a pulse and the reception of the echo pulse reflected from a point of irregularity. It is useful to send out the pulses at regular time intervals and to map the outgoing pulses and the returning echo pulses on a cathode ray tube, so that the distance between one. The transmitted pulse and its echo on a scale attached to the cathode ray tube gives an indication of the distance of the impedance irregularity from the test point.
It can be seen that this method is only successful in determining the location of a high-voltage fault or a breakdown point if the pulse voltage is high enough for the breakdown to occur practically with each of the successive pulses. It has been shown that increasing the pulse voltage to a value that ensures breakdown does not actually provide satisfactory results, since ionization occurs in the cable dielectric, so that breakdown occurs not only at the actual weak point, but also at other points can. In particular, a breakdown can occur at the transmission end of the cable because of the change in impedance at this point. The above difficulty can be avoided by the method according to the invention.
The method according to the invention for determining the location of a weak point in an electrical transmission line is characterized in that a permanent DC voltage is applied to the conductors forming the transmission line, which is not sufficient to generate a breakdown at the weak point Intervals pulses superimposed whose voltage is sufficient to cause a breakdown at the weak point, and that the distance of the breakdown point with respect to the transmission point is determined by observing the time between the transmission of a pulse and the reception of the breakdown point reflected echo pulse elapses.
The invention is described in more detail below using an exemplary embodiment with reference to the drawing, the single figure of which shows a block diagram from which it can be seen how the various apparatuses required for location determination are interconnected.
Circuitry details of the apparatus represented by the blocks are not discussed in greater detail, since they are not important for understanding the invention.
The figure shows a pulse generator 1 which emits pulses with a predetermined and adjustable repetition frequency to the pulse transmitter 2 and also to the horizontal deflection plates of a cathode ray tube 3 to generate the time deflection. In the transmitter 2, the pulses are amplified so that their voltage peak value is increased from approximately 150 volts to any required peak value which is between 2000 and 5000 volts. The impulses are emitted from the transmitter 2 to the cable 4 to be tested. The pulse repetition frequency of the generator 1 is set to a fairly low value of, for example, 50 repetitions per second, in contrast to the repetition frequency usually used when checking for impedance irregularities, which is, for example, approximately 2000 pulses per second.
A low repetition frequency is selected because the power saving achieved thereby means a significant simplification in terms of circuitry.
The pulse transmitter 2 has a thyratron circuit and an adjustable delay network, the latter determining the length of the emitted pulse in that the output thyratron is deleted after a predetermined delay has elapsed after it has been ignited by a pulse emitted by the pulse generator 1.
For the present purpose it is desirable to extend the length of the pulse, since in this way the peak voltage for a total power supplied per pulse is reduced and thus the probability of ionization in the cable dielectric during the pulse application is also reduced. The use of a low repetition frequency has a disadvantage in that any image on the CRT screen is repeated only 50 times per second and not 2000 times as in conventional testing techniques, which results in a paler image, which can, however, be partially remedied by known means.
However, the low repetition frequency has the advantage that the distortion of the pulse edges caused by the attenuation of the line to be tested does not result in any noticeable inaccuracy, since the ratio between the pulse intervals and the duration of the pulses is high, which makes the use of long pulse durations possible in practice . Simultaneously with the application of the output signal from the pulse transmitter 2 to the cable 4, a high DC voltage is applied from the generator 5 to the cable, as can be readily seen from the drawing.
The connection point between the conductors coming from the pulse transmitter 2 and the high voltage source 5 and the cable 4 is connected via a capacitor 6 and a resistor 7 to an adjustable attenuator 8 and via a further resistor 9 to earth. The pulses emitted by the transmitter 2 and the echo pulses reflected by a fault in the cable 4 pass through the attenuator 8 to the vertical deflection plates of the cathode ray tube 3, and the distance between the two pulses displayed on the screen is a measure of the time between the transmission of the pulse and the reception of the echo pulse elapses, and therefore a measure for the distance of the breakdown point, since the speed of propagation of the pulses in the cable is given by the electrical properties.
The circuit associated with the tube 3 is provided with the usual control means so that the outgoing pulses can be brought to the beginning of the scale present on the tube screen, and by suitable adjustment the reflection coming from the far end of the cable can be brought to the other end of the scale be brought into agreement. The distance to the point of failure is then indicated by the position of the voltage peak caused by the reflection.
To determine an actually existing high-voltage fault, i.e. a weak point, the following procedure is followed:
Before any pulse is applied to the cable under test, the DC voltage from the generator 5 is increased until a breakdown occurs, whereupon the voltage is reduced until the discharge ceases at the fault location. The occurrence of a breakdown and its termination can be indicated in various ways. Appropriately, this is done z. B. with the help of a neon tube, which is inserted into the circuit that it lights up when a current flows between the cable conductors to be tested.
When the applied voltage has been reduced so far that the discharge stops, the impulses are applied by the transmitter 2 and their voltage is increased until there is a regular breakdown. In this state, the breakdown point is displayed on the cathode ray tube in the manner described above.