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Verfahren zur Bestimmung der Frequenz einmaliger gedämpfter Schwingungszüge,
insbesondere zur Bestimmung der Frequenz und des Ursprungsortes von Wanderwellenstörungen
in elektrischen Übertragungsleitungen In der Meßtechnik ist es eine wesentliche
Aufgabe, die Frequenz gedämpfter Schwingungszüge zu bestimmen. Es ist z. B. erforderlich,
die Schwingungsdauer der gedämpften Wanderwelle zu messen, welche auftritt, wenn
in einer Leitung eine Störung eintritt; aus der Wellenlänge dieser Wanderwelle kann
man sodann auf den Fehlerort schließen.
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Es sind für diese Zwecke bereits Methoden bekanntgeworden. Die ideale
Methode ist die oszillographische Erfassung des ganzen Schwingungszuges. Bei rasch
verlaufenden Vorgängen muß man sich dabei des Kathodenoszillographen bedienen. Ein
anderes Verfahren besteht darin, die #ku untersuchende Schwingung periodisch anzustoßen,
wodurch die Frequenzmessung mit dem üblichen Weilenmess.er ermöglicht wird.
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Mit den genannten Methoden ergeben sich jedoch in den meisten Fällen
große Schwierigkeiten.
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Hinsichtlich der kathodenoszillographischen Messung wird für die meisten
Zwecke die erforderliche Apparatur relativ umfangreich und kostspielig und steht
dann, insbesondere bei Vielfachanwendung, in keinem Verhältnis zum Resultat. Bei
der Messung mit dem Wellenmesser sind besondere Aufwendungen erforderlich, um die
Schwingung periodisch auszulösen. Diese Aufwendungen werden noch erheblicher, wenn
es sich darum handelt, etwa einem Hochspannungsnetz diese zur Messung erforderliche
Schwingung im Betrieb aufzudrücken. Insbesondere fehlt bei diesem System, wenn es
sich z. B. um die Aufgabe der Fehlerortsbestimmung auf Leitungen handelt, die ständige
Betriebsbereitschaft.
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Es ist daher ein technisch dringendes Erfordernis, einen Apparat zu
schaffen, der bei ständiger Betriebsbereitschaft die Schwingungsdauer eines gedämpften
Schwingungszuges bei geringem Aufwand sicher und genügend genau zu erfassen gestattet.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erreicht,
daß die Frequenz und damit im Sonderfall der Ursprungsort der Störungen durch die
Zeitdauermessung einer einzigen Halbwelle der auftretenden Schwingung mittels elektrischer
Relaisanordnungen unter Vermeidung der Einwirkung der übrigen Halbwellen die Zeitmeßvorrichtung
durch zusätzliche Relaisschaltungen bestimmt wird.
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Es ist an sich selbstvcrstäridlicll, daß man die Frequenzbestimmung
immer auch durch die Feststellung der Dauer einer Halbwelle ersetzen kann. Je größer
die Dauer einer Halbwelle ist, desto kleiner wird die Frequenz des Schwingungszuges.
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Die technische Ausführung des der Erfindung zugrunde liegenden Gedankens
kann auf verschiedene Arten geschehen. Wir bringen hier eine beispielsweise Anordnung
zur Ausübung
des Verfahrens gemäß der Erfindung.
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In der Figur sei A ein Kondensator, der durch eine Batterie B über
einen sehr hohen Widerstand C aufgeladen wird. Parallel zum Kondensator liegt zunächst
die Elektronenröhre D, deren Gitter über einen Widerstand E und eine Gittervorspannung
F mit der Kathode verbunden ist. Mit dem Gitterwiderstand E verbunden ist ein elektrisches
oder magnetisches Koppelglied G, das die Verbindung der Leitung H herstellt.
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Angenommen, es trete auf der Leitung H ein Schwingungsvorgang auf,
so wird derselbe über die Kopplung G am Gitterwiderstand E einen Spannungsabfall
erzeugen, der, unserer Annahme nach, in der ersten Halbwelle durch die Röhre D einen
Strom fließen läßt. Die Kopplung sei hierbei so dimensioniert, daß auch bei der
kleinsten in H möglichen Spannung durch die Röhre D der Sättigungsstrom fließt.
Es wird also für die Dauer dieser die Röhre freigebenden Halbwelle aus dem Kondensator
A Strom entnommen und während dieser Zeit, etwa durch die Anodenzuführung der Röhre
D, eine meßbare Elektrizitätsmenge fließen, die der Dauer der Halbwelle proportional
ist. Die Messung dieser Elektrizitätsmenge, die von der Amplitude der Schwingung
unabhängig ist, kann durch ballistische Methoden oder auch über einen Zeitdehner
leicht erfolgen.
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Zur Frequenzbestimmung ist es erforderlich, durch eine zusätzliche
Anordnung dafür Sorge zu tragen, daß mir während dieser einen Halbwelle Strom durch
die Röhre D und damit durch die Meßanor.dnung selbst fließen kann. Dies wird dadurch
erreicht, daß beispielsweise in der nächsten Halbwelle, die ja entgegengesetzte
Polarität hat, der Kondensator A über eine weitere Röhre I, die hohen Strom führen
kann, entladen wird. Das Rohr I hat eine Gittervorspannung K und einen
Gitterwiderstand L. Die Gittervorspannung ist hier ebenfalls so eingestellt, daß
im Ruhezustand kein Strom durch die Röhre T abfließen kann. Wird aber auf die Kopplung
11l eine Spannung passender Polarität induziert, so wird der Strom durch die Röhre
T freigegeben und der Kondensator A
in kürzester Frist entladen. Die zur Freigabe
der Röhre T führende Polarität ist hierbei so gewählt, daß die Röhre I bei entgegengesetzter
Polarität von H anspricht wie die Röhre D.
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Es wird also folgende Wirkungsweise der beispielsweisen Anordnung
erzielt: In der ersten Halbwelle wird die Röhre D freigegeben. Es fließt dann durch
die Anodenleitung eine der Dauer einer Halbwelle des Schwingungszuges proportionale
und der Frequenz der Schwingung umgelehrt proportionale amplitudenunabhängige Elektrizitätsmenge,
die dort gemessen wird. In der nächsten Halbwelle entlädt das Rohr I den
Kondensator A
völlig und verhindert so, daß während der folgenden Halbwelle
noch Strom über D und damit durch die im Anodenkreise von D angebrachte Meßanordnung
fließt. Da die Batterie B den Kondensator A über den hohen Widerstand
C nur sehr langsam aufladen kann, wird hierdurch der eigentliche Meßvorgang nicht
beeinflußt, während anderseits das Relais automatisch in seinen betriebsbereiten
Zustand zurückkehrt.
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Der Ausschlag der Meßanordnung wird proportional der Halbwellendauer
und umgekehrt proportional der Frequenz des zu messenden Schwingungszuges sein.
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An Stelle einfacher Elektronenröhren können sowohl für das erste System,
das die Dauer der Halbwelle mißt, als auch in dem anderen System, das die Einwirkung
der Schwingung auf dieeigentlicheMeßanordnung auf eine Halbwelle beschränkt, beliebige
andere elektrische Relais Verwendung finden.
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Ist die Polarität der ersten Halbwelle des Schwingungszuges nicht
fest gegeben, wie dies beispielsweise dann der Fall sein wird, wenn man die im Betrieb
von Hochspannungsnetzen bei Überschlägen von Isolatoren oder Kabelstellen auftretenden
Schwingungszüge zur Bestimmung der Überschlagsorte heranziehen will, so verwendet
man zweckmäßig zwei Relaissätze, deren beide Systeme einander entgegengesetzt geschaltet
sind. je nach der Polaritätenreihenfolge der einzelnen Halbwelle des einfallenden
Schwingungszuges wird dann entweder der eine oder der andere Relaissatz das Meßsystem
beeinflussen.