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Die
Erfindung betrifft eine Ortungsschleife nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
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Zum
Orten von Erd- und Kurzschlüssen
bei Kabeln kann das sogenannte Schleifenverfahren angewendet werden.
Hierzu wird an dem einen Ende des Kabels zwischen die fehlerhafte
Ader und eine fehlerfreie Ader des Kabels eine Meßbrücke geschaltet
und am anderen Ende des Kabels werden diese beiden Adern kurzgeschlossen.
Die Meßbrücke enthält einen
Zweig einer Widerstandsbrücke,
während die
beiden zusammengeschalteten Adern des Kabeln deren anderen Zweig
bilden. Ein in der Meßbrücke vorgesehenes
Galvanometer ermöglicht
einen Abgleich des in der Meßbrücke ausgebildeten Zweigs
mit dem durch das Kabel gebildeten Zweig der Widerstandsbrücke. Anhand
des Abgleichs läßt sich
der Fehlerort in Längsrichtung
des Kabels ermitteln.
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Aus
DE 3027800 A1 ist
beispielsweise ein Verfahren zur Unterdrückung von Störspannungen und
ein Verfahren zur Anzeige des Fehlerwiderstandes bei Messungen mit
Gleichstrom-Murray-Brückenschaltungen
an Kabeln mit einer spannungsstabilisierten Messspannungsquelle
bekannt. Bei dieser Lösung
wird die Murray-Messbrücke
am Anfang des zu messenden Kabels angeschaltet und die fehlerhafte
Ader a und die fehlerfreie Ader b werden am fernen Ende des Kabels
miteinander verbunden (kurzgeschlossen). Aufgabe dieser Lösung ist
es, die Auswirkung von Störspannungen
auf Kabeladern auf das Messergebnis wesentlich zu vermindern und
das Auftreten von Gegentaktspannungen zwischen den Kabeladern weitestgehend
zu verhindern. Gelöst wird
die Aufgabe im wesentlichen dadurch, dass die Stabilisierung der
Messspannungsquelle mit geringem Innenwiderstand für Gleichspannung,
aber hohem Innenwiderstand für Wechselspannungen
ausgeführt
wird, und das eine vom Messstrom und somit vom Fehlerwiderstand
abhängige
Spannung gemessen und als Messwert für den Fehlerwiderstand benutzt
wird. Die Lösung
wird vorzugsweise bei der Fehlerortung an gestörten Kabeln, insbesondere Fernmeldekabeln,
eingesetzt. Wenn mindestens zwei Adern eines Kabels an einer Fehlerstelle
so beschädigt
sind, daß diese
jeweils einen Erdschluß aufweisen,
kann die Ortung der Fehlerstelle häufig nur mit dem Doppelbrücken-Schleifenverfahren
durchgeführt
werden. Bei diesem werden an dem einen Ende des Kabels die beiden
fehlerhaften Adern ebenfalls durch die Meßbrücke verbunden. Am anderen Ende des
Kabels hingegen werden die beiden Adern abwechselnd kurzgeschlossen
und wieder getrennt. Im Fall der kurzgeschlossenen Adern umfaßt der vom Kabel
gebildete Zweig der Widerstandsbrücke somit die beiden Adern über die
gesamte Kabellänge
und im Fall der getrennten Adern umfaßt dieser Zweig die beiden
Adern im Abschnitt von der Meßbrücke bis
zur Fehlerstelle, da an dieser die beiden Andern durch die beiderseitigen
Erdschlüsse
elektrisch miteinander verbunden sind. In jedem dieser beiden Fälle muß der Abgleich
in der Meßbrücke stattfinden,
und aus den beiden Abgleichergebnissen kann der Ort der Fehlerstelle
ermittelt werden. Da jedoch bei einem derartigen Fehler die elektrischen
Verhältnisse an
der Fehlerstelle instabil sind und daher die Meßergebnisse schwanken können, werden
stets mehrere aufeinander folgende Messungen durchgeführt und der
Fehlerort anhand des Mittelwertes der Meßergebnisse festgestellt.
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In
SINEMUS, E.: Fehlerortungstechnik in Energie- und Nachrichtenkabeln.
VDE-Verlag Berlin 1981, S. 117–120
ISBN 3-8007-1211-3 werden verschiedene Messverfahren zur Fehlerortung
in Kabeln aufgezeigt, wobei auf Seite 120 (Bild 6.10) ein Fehlerortungsverfahren
mit Brückenschaltung
beschrieben wird, bei dem die Brückenschaltung
am Kabelanfang eines fehlerbehafteten Kabels Xa; Xb angeschaltet
ist. Am fernen Ende des fehlerbehafteten Kabels sind die zwei Kabelenden
(Xa; Xb) miteinander verbunden, wobei über ein Umschaltelement wechselweise
der Messwert der kurzgeschlossenen Schleife mit Wechselspannung
und der Messwert der kurzgeschlossenen und geerdeten Schleife mit Gleichspannung
ermittelt werden kann. Anhand der gemessenen Werte kann über eine
entsprechende Gleichung der Ort der Fehlerstelle lokalisiert werden.
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Da
Kabel üblicherweise
in feuchter Umgebung verlegt sind, entsteht durch den doppelten
Erdschluß meist
ein galvanisches Element. Beim Doppelbrücken-Schleifenverfahren ist
es zweckmäßig, den
Einfluß der
das Meßergebnis
verfälschenden Fremdspannung
des galvanischen Elements dadurch zu eliminieren, daß die Zeiten
des abwechselnden Kurzschließens
und Trennens der fehlerhaften Adern an dem anderen Ende des Kabels
einander gleich gemacht werden, wodurch die Lade- und Entladezeiten
für das
galvanische Element faktisch aufheben.
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Das
Doppelbrücken-Schleifenverfahren
wird bisher in der Weise durchgeführt, daß an jedem Kabelende sich eine
Person aufhält,
nämlich
eine Person, die an dem einen Ende die Meßbrücke bedient und den Abgleich
vornimmt, und eine Person, die an dem anderen Ende periodisch die
Adern kurzschließt und
trennt.
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Dieses
Verfahren hat den Nachteil, daß es personalaufwendig
ist und auch Verfälschungen
des Meßergebnisses
nicht ausschließen
kann, wenn die am anderen Ende tätige
Person nicht genau darauf achtet, daß die Kurzschließ- und Trennzeiten
einander gleich sind.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ortungsschleife
für die
Ermittlung des Fehlerortes in Längsrichtung
eines mit einem örtlich
begrenzten Fehler behafteten, mindestens zwei von dem Fehler betroffene
Adern aufweisenden Kabels mittels des Doppelbrücken-Schleifenverfahrens, bei
welchem die beiden Adern an dem einen Ende des Kabels mit einer
Meßbrücke mit
einem Abgleichpotentiometer und einem Galvanometer verbunden sind,
zu schaffen, mit der die Fehlerortung mit weniger Personalaufwand
und damit kostengünstiger
sowie auch genauer durchgeführt
werden kann.
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Dies
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildung
der erfindungsgemäßen Ortungsschleife
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Dadurch,
daß zur
abwechselnden Ausbildung der beiden Brückenschaltungen die beiden Adern
an dem anderen Ende des Kabels über
einen Schalter miteinander verbunden sind, der durch eine Steuerschaltung
periodisch mit einem Tastverhältnis von
1:1 geöffnet
und geschlossen ist, erfolgt das Öffnen und Schließen der
Verbindung zwischen den beiden fehlerhaften Adern automatisch und
mit hoher Präzision,
so daß das
Doppelbrücken-Schleifenverfahren
nur von einer Person durchgeführt
werden kann und zu dem Meßergebnisse
mit einem Höchstmaß an Genauigkeit
erhalten werden.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Figur dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Diese
zeigt das Blockschaltbild einer Steuerschaltung für den periodisch
zu öffnenden
und zu schließenden
Schalter in der Verbindung zwischen den beiden fehlerhaften Adern
an dem der Meßbrücke entgegengesetzten
Ende des Kabels.
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Der
durch ein Reed-Relais 1 galvanisch von der Steuerschaltung
getrennte Schalter 2 ist mit den Enden von zwei fehlerhaften
Adern 3 und 4 eines Kabels verbunden. Mit dem
Relais 1 ist ein bipolarer Transistor 5 in Reihe
geschaltet. Im leitenden Zustand des Transistors 5 ist
das Relais 1 erregt, wodurch der Schalter 2 geschlossen
wird, während
im nichtleitenden Zustand des Transistors 5 der Schalter 2 geöffnet ist.
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Der
Transistor 5 kann von einem von zwei Ausgangssignalen eines
Zählers 6 über NAND-Glieder 7, 8 und 9 angesteuert
werden. Jeder der beiden Ausgänge
des Zählers 6 ist
mit einem Eingang eines der beiden NAND-Glieder 7 oder 8 verbunden.
Der jeweils andere Eingang der NAND-Glieder 7 und 8 ist an
einen der beiden Ausgänge
eines Flip-Flops 10 angeschlossen. Durch den Schaltzustand
des Flip-Flops 10 wird daher bestimmt, welches der Ausgangssignale
des Zählers 6 zur
Steuerung des Transistors 5 verwendet wird.
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Ein
weiteres Flip-Flop 11 dient zum Ein- und Ausschalten des
Zählers 6.
Der Zähler 6 ist über einen
Feldeffekttransistor 12 mit den Anschlüssen 13, 14 einer
Batterie verbunden. Das Gate des FET 12 ist an den Q\-Ausgang
des Flip-Flops 11 angeschlossen.
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Die
Flip-Flops 10 und 11 werden durch Betätigung einer
Taste 15, die in Reihe mit einem Widerstand 16 zwischen
die Anschlüsse 13, 14 der
Batterie geschaltet ist, umgeschaltet. Hierzu ist der Takteingang
des Flip-Flops 10 direkt an die Verbindung zwischen der
Taste 15 und dem Widerstand 16 angeschlossen.
Die beiden Eingänge
zum Setzen und Zurücksetzen
des Flip-Flops 11 sind
jeweils über
eine Verzögerungsschaltung
bestehend aus einer Reihenschaltung eines Kondensators 17 bzw. 18 und
eines Widerstands 19 bzw. 20 an die Verbindung
zwischen der Taste 15 und dem Widerstand 16 angeschlossen.
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Die
Arbeitsweise der gezeigten Steuerschaltung ist wie folgt.
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Bei
jeder Betätigung
der Taste 15 unabhängig
von deren Dauer gelangt ein Impuls zu dem Takteingang des Flip-Flops 10,
so daß dieses
bei jeder Tastenbetätigung
umgeschaltet wird. Dementsprechend ändern sich die Pegel der beiden
Ausgangssignale des Flip-Flops 10 jeweils von hoch auf
niedrig bzw. niedrig auf hoch. Daher liegen an den entsprechenden
Eingängen
der NAND-Glieder 7 und 8 jeweils ein hohes und
ein niedriges Signals an, wobei dieser Zustand bei jeder Betätigung der
Taste 15 wechselt.
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Wenn
die Betätigung
der Taste 15 länger
als bei spielsweise 0,3 Sekunden dauert, tritt über den Kondensator 17 ein
ausreichend hohes Potential am Rücksetzeingang
des Flip-Flops 11 auf, so daß das Signal am Ausgang Q\
den hohen Pegel annimmt (oder beibehält). Hierdurch wird der FET 12 in
leitenden Zustand gesteuert und legt den Zähler an Spannung, so daß dieser
mittels der Taktsignale eines integrierten Oszillators umlaufen
kann.
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Wird
demgegenüber
die Taste 15 länger
als z.B. 1,5 Sekunden gedrückt,
dann erreicht die Spannung über
das RC-Glied 18, 20 am Takteingang des Flip-Flops 11 einen
solchen Pegel, daß das
Flip-Flop 11 durch die positive Flanke umgeschaltet wird
und der Pegel des mit dem Gate des FET 12 verbundenen Ausgangs
Q\ auf den niedrigen Pegel fällt.
Der FET 12 wird nun gesperrt, wodurch der Zähler spannungslos
wird, d.h. die Steuerschaltung ausgeschaltet ist.
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Durch
die unterschiedlichen Ansprechzeiten der Flip-Flops 10, 11 ist es
möglich,
diese über
nur eine Taste 15 unabhängig
voneinander in den gewünschten
Schaltzustand zu bringen.
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Der
Zähler 6 ist
beispielsweise ein 14-stufiger Binärzähler mit integriertem Oszillator.
Er besitzt mehrere Ausgänge,
an denen jeweils das Signal zwischen dem hohen und dem niedrigen
Pegel periodisch wechselt, wobei an jedem Ausgang die Dauer des
hohen Pegels und die Dauer des niedrigen Pegels einander gleich
sind. Die Dauer einer Periode aus einem hohen und einem niedrigen
Signalabschnitt ändert
sich zwischen jeweils zwei benachbarten Ausgängen im Verhältnis 1:2,
so daß jeder
Ausgang ein Signal mit eigener Frequenz abgibt.
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Das
Signal des mit den NAND-Glied 7 verbundenen Ausgangs des
Zählers 6 hat
beispielsweise eine Periodendauer von einer Sekunde, während das
Signal des mit dem NAND-Glied 8 verbundenen Ausgangs beispielsweise
eine Periodendauer von 16 Sekunden hat.
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Soll
das Doppelbrücken-Schleifenverfahren durchgeführt werden,
dann wird das Flip-Flop 10 nach dem Anschluß des Schalters 2 an
die fehlerhaften Adern 3, 4 des Kabels und nach
dem Einschalten des Zählers 6 über den
FET 12 so eingestellt, daß sein Ausgang Q\ und damit
der hiermit verbundene Eingang des NAND-Glieds 8 auf hohem Signalpegel sind.
Das zum NAND-Glied 8 geführte Ausgangssignal
des Zählers 6 mit
einer Periodendauer von ca. 16 Sekunden wird somit zum NAND-Glied 9 und über dieses
zum Steueranschluß des
Transistors 5 weitergegeben. Der Schalter 2 wird
somit periodisch während
etwa 8 Sekunden geschlossen und während einer genauso langen
Zeit geöffnet,
d.h. die Adern 3 und 4 sind jeweils exakt die
gleiche Zeit kurzgeschlossen und getrennt. Die jeweils 8 Sekunden,
in denen eine der beiden Brücken
gebildet ist, sind ausreichend, um den Abgleich in der Meßbrücke durchzuführen.
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Ist
das Flip-Flop 10 so eingestellt, daß an seinem Q-Ausgang der hohe
Signalpegel auftritt, dann wird das Ausgangssignal des Zählers 6 mit
einer Periodendauer von ca. einer Sekunde zum Transistor 5 durchgeschaltet.
Das durch das Öffnen
und Schließen
des Schalters 2 mit dieser Periodendauer erzeugte Signal
kann für
andere Kabelmessungen benutzt werden, beispielsweise für die Messung
der Laufzeiten von an Fehlerstellen reflektierten Impulsen. Hierfür können kürzere Periodendauern
als beim Doppelbrücken-Schleifenverfahren
verwendet werden.
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An
den Ausgangs des NAND-Gliedes 7 ist eine LED 21 angeschlossen.
Wenn der Zähler 6 über den
FET 12 eingeschaltet ist, leuchtet sie ständig bei der
Schaltperiode von 16 Sekunden oder blinkt bei der Schaltperiode
von einer Sekunde mit dieser Periode.
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Der
parallel zur Taste 15 geschaltete Kondensator 22 dient
zum Entprellen von dieser.