DE2319290B2

DE2319290B2 - Verfahren und Gerät zur Längenmessung und Fehlerortung einer elektrischen Leitung

Info

Publication number: DE2319290B2
Application number: DE19732319290
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Ing. Hauset-Frepert Kirschvink (Belgien)
Original assignee: Balteau SA
Current assignee: Balteau SA
Priority date: 1973-04-17
Filing date: 1973-04-17
Publication date: 1979-03-08
Also published as: DE2319290A1; DE2319290C3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Längenmessung und Fehlerortung einer elektrischen Leitung durch Aussenden eines Impulses auf die Leitung, von dem ein reflektierter Teil nach Intensität, Phasenlage und

κι Laufzeit mittels einer Elektronenstrahlröhre r.nd eines Phasenschiebers ausgewertet wird und erstreckt sich auf ein Gerät zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist allgemein bekannt, daß zur genauen Bestimmung einer Leitungslänge oder einer Fehlerlokalisie-

I) rung ein Primärimpuls erzeugt wird, der mit einer gleichbleibenden Impulsfolgefrequenz auf die zu messende Leitung gegeben wird. Fehler- oder Inhomogenitätsstellen der zu messenden Leitung rufen Echoimpulse hervor, die mittels einer Elektronenstrahlröhre sichtbar gemacht und ausgewertet werden können. Die Laufzeit des Primärimpulses bis zum anzumessenden Ort der Leitung ergibt, verknüpft mit der Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Primärimpulses auf der Leitung, die Länge der Leitung bis zu diesem anzumessenden Ort.

Zur genauen Bestimmung der Laufzeit des Sendeimpulses ist es bekannt, sich eines zeitgeeichten Phasenschiebers zu bedienen, der es gestattet, die anzumessende Reflektion in die Ausgangslage des Primärimpulses zu verschieben (DE-PS 8 28 716). Die Genauigkeit der

ίο Zeitmessung durch den Phasenschieber ergibt die Genauigkeit der Längenmessung, da die zu messende Länge durch Multiplikation der Fortpflanzungsgeschwindigkeit mit der durch den Phasenschieber bestimmten Laufzeit ermittelt wird.

ü Als Primärimpulsgeneratoren werden oft Schaltungsanordnungen verwendet, welche eine Kondensatorentladung mittels eines gesteuerten Stromventils in die zu prüfende Leitung hervorrufen. Will man bei diesen Schaltungsanordnungen die Impulsfolgefrequenz erhöhen oder energiereiche Impulse durch Erhöhen der Kapazitätswerte des Ladekondensytors erzielen, stößt man auf die Schwierigkeit, das gezündete Stromventil wiederum in den Sperrzustand zu führen, damit die Aufladung des Kondensators wieder erfolgen kann.

3 Um genaue Fehlerortbestimmungen einer mehradrigen Leitung, z. B. in einem Dreileiterkabel durchzuführen, ist es oft notwendig, auf der Kathodenstrahlröhre die Differenz der Reflektogramme einer gesunden und einer kranken Ader darzustellen, da durch die

-,n Differenzbildung der Fehlerort der kranken Ader eindeutig festzustellen ist.

Da die verwendeten Primär impulsgeneratoren nur einen Impuls aussenden, geschieht die gewünschte Differenzbildung mittels eines Transformators, der aber

y-, die zur genauen Fehlerortbestimmung benötigte kurze Anstiegszeit verlängert und dadurch die Genauigkeit der Messung herabsetzt. Oft ist es auch erwünscht, einen Vergleich der Differenz der Reflektogramme eines Mehrleitersystems durchzuführen. Man bringt deshalb

bo auf der Kathodenstrahlröhre zyklisch, z. B. die Differenz einer gesunden Ader und einer kranken Ader und die Differenz einer anderen gesunden Ader und der gleichen kranken Ader zur Darstellung. Die benötigte zyklische Umschaltung des Impiilsgenerators bringt

hi aber oft Störungen mit sich, so daß die beiden dargestellten Reflektogramme nicht leicht auszuwerten sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

Verfahren zur Längenmessung und Fehlerortung zu entwickeln, mit dem ein hohes Maß an Meßgenauigkeit erzielbar ist, ohne daß z. B. durch die Umschaltung eines Impulsgenerators Störungen ausgelöst werden, die eine Reflektogrammauswertung erschweren. Außerdem soll eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.

Diese Aufgabe wird ausgehend von dem eingangs beschriebenen Verfahren gemäß der Erfindung entsprechend den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich die Längenmessung und Fehlerortung einer elektrischen Leitung mittels eines Elektronenrechners und eines Primärimpulsgeneraton: durchführen, wobei der elektronische Rechner an eine zur Laufzeitbestimmung dienende Phasenschiebenchaltung beliebiger Art gekoppelt ist und der Primärimpulsgenerator es gestattet, an einer Mehraderleitung Differenz- und Differenzvergleichsmessungen synchron durchzuführen.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird so verfahren, daß der durch den Vorwahlzähler mit der Vorwahl eingestellte Zahlenwert entsprechend uem festgelegten Zahlenwert des Teilers und der Frequenz des Oszillators entweder der Fortpflanzungsgeschwindigkeit oder deren Hälfte entspricht.

Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß durch das Aussenden eines positiven Impulses mittels eines Stromventils auf die Ader einer Leitung und durch das Aussenden eines ersten negativen Impulses gleicher Intensität und Form auf eine andere Ader der Leitung und durch das Aussenden eines zweiten negativen Impulses von ebenfalls gleicher Intensität und Form auf eine weitere Ader der Leitung und durch das synchrone Auswerten einer ersten erhaltenen Differenz des reflektierten Teils des positiven Impulses und des reflektierten Teils des ersten negativen Impulses, z. B. mittels eines ersten V-Verstärkers eines Zwei-Kanal-Oszillographen, und einer zweiten erhaltenen Differenz des reflektierten positiven Impulses und des reflektierten Teils des zweiten negativen Impulses, z. B. mittels eines zweiten K-Verstärkers des Zwei-Kanal-Oszillographen, zwei dadurch erhaltene Reflektogramme verglichen werden.

Es versteht sich, daß auch die Möglichkeit besteht, so zu verfahren, daß durch das Aussenden eines positiven Impules auf eine Ader der Leitrng und durch das Aussenden eines negativen Impulses gleicher Intensität und Form auf eine andere Ader der Leitung eine Auswertung eines aus der Differenz des jeweils reflektierten Teiles de·* positiven und des negativen Impulses erhaltenen Reflektogrammes mittels eines mit einer Kathodenstrahlröhre ausgestatteten Fehlerortungsgerätes erfolgt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, so zu verfahren, daß der Sperrzustand des Stromventils nach dem Aussenden der Impulse durch einen hierzu synchronisierten Nulldurchgang oder durch ein hierzu synchronisiertes Absenken der Spannung der speisenden Spannungsquclle erzwungen wird.

Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 5 wiedergegeben.

Als Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schemaiisch dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben:

In Fig. 1 ist ein Ausgangssignal einer Schallung in Form eines Rechleckimpulses dargesistellt, dessen Dauer die doppelte Laufzeil 2 7", angibt

In F i g. 2 ist eine Schaltung dargestellt, in welcher der in F i g. 1 abgebildete Rechteckimpuls verwendet wird;

In Fig. 3 ist eine Anordnung dargestellt, mit der an einer Mehraderleitung Differenz- und Differenzvergleichsmessungen zwischen einer Ader und anderen Adern synchron vorgenommen werden.

Ist /, eine unbekannte Kabellänge, angegeben in Längeneinheiten und v_p eine Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Primärimpulses in Längeneinheit pro Zeiteinheit und 2 7", eine durch den Phasenschieber angegebene Laufzeit des Impulses in Zeiteinheiten vom Leitungsanfang bis zur angemessenen Stelle und wieder zum Leitungsanfang zurück, so gilt:

I_x = '-f- ■ 2 7;, (Gleichung I)

Es sei ίο die Periode eines frequen?-.*.abilen Oszillators der Frequenz ίο. Werden mittels einer Zählschaltung alle begonnenen Perioden dieses Oszillators während der Laufzeit 2 T, gezählt, so gilt nach Fig. 1:

2T_x Zm₁,

oder

2 T_x g (ι/

) /„

wobei η eine ganze Zahl darstellt.

Summiert man die Resultate von m Messungen, wobei sichergestellt ist, daß die Frequenz /o kein ganzes Vielfaches der gewählten Wiederholfrequenz der Γι Messungen ist, so gilt:

oder

;» ■ 2 T_x * r₍₎ (/j · m + ι/)

• 2 7", * »ir,, (η + '- J (GIeichurm 2)
V m)

wobei in und </ ganze Zahlen sind und — S I ist.

Pt

Schreib! man nun:

v_p ₌ /)i
2 a

wobei ι/ eine ganze Zahl der Größe Zeit pro Längeneinheit ist. so gilt nach der Gleichung I

und mit der Gleichung 2 ·

/, * f(i(''+ ) (Gleichuni: 3)

c. \ m J

Der Zahlen wert /V, der Größe/, ist;

in ■ η t-

(Gleichung 4)

mil /' -

Die Gleichung J gilt allgemein mind stellt clic Multiplikation einer Größe mit einem Vielfachen der Periode in dar. Fs sei darauf hingewiesen, daß die Größe ~ jede physikalische Größe darstellen kann und somit

das Ergebnis der Gleichung anderer Größen als Längeneinheit ergeben kann, so daß die im folgenden beschriebene Schaltungsanordnung, die der Gleichung 3 genügt, auch Anwendung auf andere Gebiete der Technik, insbesondere in der Ullraschalltechnik. finden kann.

In Cig. 2 ist das beschriebene Rcchenpriii/ip am Beispiel einer Schaltung verwendet.

Kin Mutteroszillator I der P'rec|iien/ I steuert einen Phasenschieber 2. einen Impulsgenerator 3 und einen Vorwahlzähler 6.

Der Impulsgenerator 3 sendet einen l'rimänmpuls in die /u messende Leitung 5. und der Phasenschieber 2 gestattet die liesummung der Impiilslauf/cit. indem mittels eines Sägezahngeneralors 7 auf einer Elektronenstrahlröhre 4 der F.choimpiils der angemessenen Stelle in die Ausgangslage des Primärimpulses gebracht wird. Der Phasenschieber 2 arbeitet z. B. nach der Art eines monostabilen Multivibrators oder eines Phasenschiebers für die Frequenz f mittels einstellbarer W-C-Glieder. Das Ausgangssignal der Schaltung habe die Form eines Rechteckimpulses, dessen Dauer die doppelte Laufzeit 2 7", angibt, so wie dies F i g. 1 zeigt.

Dieser Rechteckimpuls der Dauer 2 7", wird einem Und-Tor 8 mil drei Eingängen ./. b und c am Eingang b zugeleitet. Am Eingang a des Und-Torcs 8 liegt die Spannung eines sehr frequenzstabilen Oszillators 9 der Frequenz /Ό und der Periode In an.

Am Eingang c des Und-Tores 8 steht das Ausgangssignal des Vorwahlzahlers 6 an. Dieses Ausgangssignal hat die Form einer Rechleckspannung, welche nur vorliegt, solange der Zähler 6 eine eingestellte Vorwah¹ 10 nicht erreicht hat. Der Vorwahlzähler 6 zählt die ihm zugeführten Perioden der Frequenz /des Mutteroszillators I. wobei sichergestellt ist. daß die Frequenz fa des Oszillators 9 kein ganzes Vielfaehes der Frequenz, /"des Mutteroszillators I ist.

Erreicht der Vorwahlzähler 6 die eingestellte Vorwahl 10. so hat ein Zähler 11 alle Perioden in des Oszillators 9. die ihm während der durch den Phasenschieber 2 festgelegten Dauer 2 T_x und für die Anzahl der eingestellten Perioden des Mutteroszillators 1 zugeführt werden, gezählt. In einem Teiler 14 wird die Anzahl der Perioden U₁ durch den Zahlenwert i> geteilt und das Resultat durch eine Ziffernanzeige 12 angegeben. -line Rückstellschaltung 13 besorgt nach Erreichen der Vorwahl 10 das Nullen des Zählers 11 und des Vorwahlzählers 6. Der Zählvorgang beginnt dann von neuem. Nach der Gleichung 3 wird der Zählvorgang m mal wiederholt, so daß m durch die Vorwahl 10 angegeben wird.

Der Zähler 11 erhält pro Zählschritt des Vorwahlzählers 6 η oder n+\ Perioden in des Oszillators 9 und beinhaltet nach beendetem Aufsummieren der m Zählschritte den Zahlenwert m ■ n + q. Dieser Zahlenwert wird durch den Zahlenwert der Größe b in einem Teiler 14 geteilt und die Ziffernanzeige 12 gibt den Zahlenwert an. der dem der Länge /, nach der

Gleichung 4 entspricht.

Der Primärimpuisgenerator gestattet es, an einer Mehraderleitung Differenz- und Differenzvergleichs-

messungen zwischen einer Ader und anderen Adern synchron vorzunehmen. Nach I i g. 3 lädt eine durch den Muttergenerator I gesteuerte Spannungsquclle 17 die Kondensatoren Ci und ("> des Impulsgenerators 1 über einen Widerstand W und über einstellbare, mechanisch auf gleiche Werte gekoppelte Widerslände R\ und R; auf. die den Kondensatoren G und C) in der angegebenen Weise zugeordnet sind. Ein steuerbares .Stromventil Th mil einer Zündelektrode /befindet sich im .Sperrzustand.

An der Kathodenscile des Stmmvcntils 77» befindet sich ein einstellbarer Widersland Wi. der den Stromkreis nach Wi und Wj schließt.

Vom Punkt ι/ausgehend hegt die Reihenschaltung der Widerstände W-, und W₁ zum Punkt n. Vom Punkt ι liegt die Reihenschaltung der Widerslände W„ und W-ebenfalls zum Punkt ii. der Kathode des Stromventils Th. Die Widerstände W₁. W-,. W* und Ri haben alle den gleichen Widerstands«crt. An den Punkten ii. rund n sind die Leiter der mehradrigen Leitung 15 angeschlossen.

Zündet der Mutteroszillator I das Stromvcntil lh über die Zündelektrode /.. so entlädt sich der Kondensator G über die Widerslände Wi und Wi und der Kondensator O entlädt sich über die Widerstände W. und W>. Am Widersland W, entsteht in diesem Moment ein positiver Spannungsabfall, während an den Widerständen Wi und W: jeweils ein negativer Spannungsabfall em.iieht. so daß in an die Punkte t/und ν angeschlossene Adern i/und Vder Leitung 15 ein negativer Impuls und in eine am Punkt »angeschlossene Ader Wein positiver Impuls einläuft.

Stellt man nun die mechanisch gekoppelten einstellbaren Widerstände Wi und W; und den Widerstand W) so ein. daß an Punkte I und II. wo ein Zweikanaloszillograph mit 2 Kanälen gleicher Empfindlichkeil angeschlossen werden kann, keine Spannung auftritt, so ist sichergestellt, daß der positive Impuls am Punkt w die gleiche Amplitude hat wie die negativen Impulse, die an den Punkten // und ν auftreten. Ist G gleich G.·. so ist auch sichergestellt, daß alle Impulse die gleiche Abklingzeit haben.

Am Punkt I entsteht nun ein Rcflektogramm. das die Differenz der Reflektogramme der Adern VV und Ll darstellt, während am Punkt Il ein Reflcktogramm entsieht, da die Differenz der Reflektogramme der Adern Wund V'darstellt.

Die an den Punkten I und Il aufgenommenen Reflektogramme gestatten also den Vergleich zweier Reflektogramme. die die Differenz der Reflektogramme der Adern Wund i/bzw. Wund Vdarstellen Möchte man keinen Vergleich der Differenzreflektogramme anstellen, genügt es. einen Schalter 16 zu öffnen. Die beschriebene Anordnung liefert dann noch die Differenz der Reflekogramme der Adern Wund U.

Um eine neue Aufladung der Kondensatoren G und C2 zu gestatten, ist es nötig, das Stromventil 77j in einen stromlosen Zustand zu bringen. Dies erreicht man normalerweise dadurch, daß der Widerstand W so bemessen ist. daß der nach dem Entladen der Kondensatoren C\ und C2 durch das Stromventil 77? fließende Strom den Haltestrom des Ventils unterschreitet und es somit löscht, d. h. in den Sperrzustand überführt.

Möchte man nun die Frequenz /des Mutteroszillators 1 erhöhen, so gestattet der zur Löschung des Stromventils 777 be.iötigte hohe Wert des Widerstandes W nicht die volle Aufladung der Kondensatoren Q und

C), da die Zeitkonstante der Aufladung durch R bedingt wird. Somit nimmt die impulsenergie mil steigender Frequenz des Mutteroszillators I ab. Dies wird aber erfindungsgemäß verhindert, indem die Spannung der Spannungsquelit: 2 mit dem Mutteroszillator gesteuert wird und bei jeder Zündung des Stromventils Th die Spannung der Spannungsquelle 17 gleich null macht, und so mit Sicherheit den Sperrzustand des .Stromvcntils "ι !erzwingt.

Dies kann /. B. durch einen auf die Frequenz f des Mutteroszillators 1 synchronisierten Sperrschwinger erreicht werden, der einen Oleichrichter .>hne Siebkondensator betreibt. Durch die Synchronisierung wird erreicht, daß sich die gleichgerichtete Spannung in einem Nulldurchgang befindet, wenn das Stromventil

Th gezündet wird.

Ist die Spanniingsquclle 17 als stabilisierte Spannungsquelle mit einem Serientransistor als Regelelement ausgeführt, so ist es z. B. auch möglich, diesen .Serientransistor während des Zündimpulses des Stromventils 77» zu sperren und somit die Ausgangsspannung soweit abzusenken, daß der Haltestrom im Ventil mit Hilfe des Widerstandes R unterschritten wird.

Die hier als Beispiel angeführten Schallungsmaßnahmen gestatten eine gleichbleibende L.adespannung der Kondensatoren G und C2. auch wenn die Kapazitatswerte dieser Kondensatoren erhöhl werden, um energiereiche Impulse an den Ausgängen des Impulsgenerator 3 zu erhalten.

llicr/u ."ί likilt

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Längenmessung und Fehlerortung einer elektrischen Leitung durch Aussenden von Impulsen auf die Leitung, von denen ein reflektierter Teil nach Intensität, Phasenlage und Laufzeit mittels einer Elektronenstrahlröhre und eines Phasenschiebers ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst mit Hilfe einer Ziffernanzeige bis zu einer angemessenen Stelle der angeschlossenen Leitung die Entfernung mittels des Phasenschiebers und der Elektronenstrahlröhre angegeben wird, indem ein an die Ziffernanzeige über einen Teiler angeschlossener Zähler über eine Und-Torschaltung während einer durch den Phasenschieber bestimmten Zeitdauer und einer durch einen Vorwahlzähler mit einer Vorwahl bestimmten Anzahl Perioden eines Mutteroszillators, der den Phasenschieber und einen Impulsgenerator synchronisiert, die Perioden eines frequenzstabilen Oszillators zählt, worauf beim Erreichen der vorgewählten Anzahl von Perioden des rviuiterosziiiators im Vorwahlzähler durch eine Rückstellschaltung das Nullen des Zählers und des Vorwahlzählers erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den Vorwahlzähler mit der Vorwahl eingestellte Zahlenwert entsprechend dem festgelegten Zahlenwert des Teilers und der Frequenz des Oszillators entweder der Fortpflanzungsgeschwindigkeit oder deren Hälfte entspricht.

3. Verfahren nach den Ansprüchen I und 2, dadurch gel^nnzeichnet, daß durch das Aussenden eines positiven Impulses mi»««:Is eines Stromventils auf die Ader einer Leitung und durch das synchrone Aussenden eines ersten negativen Impulses gleicher Intensität und Form auf eine andere Ader der Leitung und durch das weiterhin synchrone Aussenden eines zweiten negativen Impulses von ebenfalls gleicher Intensität und Form auf eine weitere Ader der Leitung und durch das synchrone Auswerten einer ersten erhaltenen Differenz des reflektierten Teils des positiven Impulses und des reflektierten Teils des ersten negativen Impulses und einrT zweiten erhaltenen Differenz des reflektierten Teils des positiven Impulses und des reflektierten Teils des zweiten negativen Impulses zwei dadurch erhaltene Reflektogramme verglichen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrzustand des Stromventils nach dem Aussenden der Impulse durch einen hierzu synchronisierten Nulldurchgang oder durch ein hierzu synchronisiertes Absenken der Spannung der speisenden Spannungsquelle erzwungen wird.

5. Meßgerät mit einer Elektronenstrahlröhre und einem Phasenschieber zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I und 3, gekennzeichnet durch eine Zwei-Kanal-Elektronenstrahlröhre (4) und einen Mutteroszillator (1) in Verbindung mit einem Impulsgenerator (3), dem der an einem Sägezahngenerator (7) angeschlossene Phasenschieber (2) nachgeschaltet ist, der mit einer Und-Torschaltung (8) in Verbindung steht, der unter Zwischenschaltung eines Zählers (11) und eines Teilers (14) eine Ziffernanzeige (12) zugeordnet ist, wobei die Und-Torschaltung (8) auch mit einem Vorwahlzähler (6) und einem frequenzstabilen Generator (9) sowie der Zähler (11) und der Vorwahlzähler (6) mit einer Rückstellschaltung (13) in Verbindung steht.