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Anordnung zur Ermittlung der Frequenz einmaliger, gedämpfter Schwingungszüge
In Starkstromnetzeti wird beim Auftreten von Fehlern, beispielsweise durch Erd-
oder Kurzschluß, eine Wanderwelle vom Fehlerort aus längs der Netzleitungen ausgesandt,
die einen einmaligen, gedämpften Schwingungszug darstellt. Die Frequenz ist bestimmt
durch die Lage des Ursprungsortes auf der Leitung, so daß es möglich ist, am Anfang
oder Ende der Leitung -ans der Höhe der Frequenz die Entfernung des Fehlerortes
zu bestimmen.
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Zur Messung der Frequenz eines derartigen einmaligen, gedämpften
Schwingungszuges hat man bereits eine EntLadungsröhre mit konstantem Strom verwendet,
deren Gitter durch die Wanderwelle gesteuert wird. Bei ihrem Auftreffen wird die
Röhre leitend gemacht, und es entlädt sich über sie ein aufgeladener Kondensator.
Bei konstantem Entladestrom ist der Ausschlag. eines zwischengeschalteten Meßgerätes,
das die Elektrizitätsmenge mißt, nur abhängig von der Zeit des Stromdurchganges.
Man kann auf diese Weise die Zeitdauer der ersten Halbwelle messen, wenn die Meßeinrichtung
dem Einfluß der nachfolgenden Halbwelle entzogen ist.
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Zur Erzielung des konstanten Stromes, unabhängig von der Höhe der
einfallenden Wanderwelle,>muß die Entladeröhre im Sättigungsgebiet ihrer Charakteristik
arbeiten.
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Es hat sich gezeigt, daß die Genauigkeit der bekannten Anordnung nicht
zur eindeutigen Fehlerortshestinnnung ausreicht, da die Höhe der einfallenden Wanderwelle
außerordentlich stark schwankt. Die Forderung, daß Röhren unabhängig von der Höhe
der Gitterspannung einen konstanten Strom liefern, läßt sich nicht mit genügender
Genauigkeit verwirklichen.
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Die Entladungsgefäß e ändern insbesondere im Sättigungsgebiet ihre
Charakteristik; zudem zeigt der Strom im Sättigungsbereich immer noch ansteigende
Tendenz. Bei Verwendung von Mehrfachgitterröhren können durch 5 ekundäremi ssion
Fehlmessungen auftreten.
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Dieser Nachteil wird gemäß der Erfindung durch eine derartige Ausbildung
der Anordnung vermielden, daß in einer Indikatorröhre ein Ruhestrom fließt', der
am Gitter einer Meßröhre ein Sperrpotential erzeugt und der in der zu messenden
Halibwelle durch nega- -tive Aufladung des Gitters der Indikatorröhre zum Verschwinden
gebracht wird und damit die einen konstanten Meßstrom liefernde Meßröhre freigibt.
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Auf diese Weise wird der Einfluß der nicht schon vorher bestimmbaren
Höhe der Wander welle völlig ausgeschaltet; denn der Strom in
der
Indikatorröhre kann nicht kleiner als Null werden, gleichgültig wie weit die negative
Vorspannung ihres Gitters anwächst. Die eigentliche Meß röhre arbeitet infolgedessen
immer an dem gleichen Punkt ihrer Charakteristik. Dieser kann an eine hierfür günstige
Stelle der Charakteristik gelegt werden. Die Röhre braucht keine Sättigungskennlinie
zu haben. Der Einfluß der nachfolgenden Halbwellen wird durch ein besonderes Kipprelais,
welches von der Wanderwelle gesteuert wird, ausgeschaltet.
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In der Abbildung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Mit 1 ist eine Entladungsröhre bezeichnet, deren Kathode I von einem Transformator
2 über einen Regelwiderstand 3 geheizt wird. Die Anode 4 des im folgenden als Indikatorröhre
bezeichneten Entladungsgefäßes I liegt über einen hochohmigen Widerstand 5, etwa
von einem Megohm, an dem Pluspol, etwa bei 200 Volt, einer Anodenbatterie 6. Ein
geringes Potential dieser Anodenbatterie, etwa + 6 Volt, liegt dabei an der Kathode
I der IndikatorröhreI. An das Gitter 7 ist der Nullpunkt der Batterie über zwei
hochohmige Widerstände 8 und 9 geschaltet, so daß das Gitter im Ruhezustand der
Anordnung positiv aufgeladen ist. Der Widerstand g dient dabei als Schutzwiderstand
und hat einen Wert von etwa IOOOOO Ohm, der Widerstand 8 zum Anschluß an die Koppelungseinrichtung,
über die die Wanderwelle eintrifft. Er besitzt einen Wert von 0,5 Megohm.
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Der Spannungsabfall an dem Widerstand 5 erzeugt nun in dem Gitter
10 eines zweiten im folgenden als Meßröhre bezeichneten Entiadungsgefäßes II ein
Sperrpotential, das im Anodenkreis dieser Röhre keinen Strom fließen läßt. Die Kathode
dieser Röhre ist zu diesem Zweck an die Anodenbatterie 6, etwa bei 150 Volt, angeschaltet,
die Anode etwa bei 300 Volt. Das im Anodenkreis liegende Meßorgan II, das beispielsweise
als ballistisches Galvanometer ausgebildet ist, zeigt infolgedessen keinen Ausschlag.
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Sobald nun der Widerstand 8 eine auftreffende Wanderwelle, die beispielsweise
mit ihrer negativen Halbwelle zuerst in Ersciheinung tritt, einen entsprechenden
Spannungsabfall erzeugt, wird das Potential am Gitter / von seinem ursprünglichen,
etwa -6 Volt betragenden Wert auf etwa - 20 Volt erhöht.
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Dadurch wird der Stromdurchgang durch die Röhre I gesperrt und der
Spannungsabfall am Widerstand 5 zum Verschwinden gebracht.
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Infolgedessen wird die Röhre II leitend und ein Strom in dem Meßorgan
II hervorgerufen.
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Die Größe des Aussehlages am Meßgerät ist dabei abhängig von der Zeitdauer
und der Höhe des Stromes. Da aber die Höhe lediglich durch die Batteriespannung
bestimmt wird, die sehr genau konstant gehalten werden kann, ist als einzige Veränderliche
nur noch die Zeitdauer des Durchgangs stromes für die Amplitude des Ausschlages
maßgebend.
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Damit die Zeit genügend genau ermittelt werden kann, ist es zweckmäßig,
einen sogenannten Zeitdämpfer oder Zeittransformator zwischen das Meßorgan II und
den Anodenkreis zu schalten.
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Der Wert des Widerstandes 8 muß natürlich so gewählt werden, daß
bei. allen auftretenden Wanderwellen, die von einem Fehler hervorgerufen werden,
die Potentialänderung an dem Gitter 7 genügend groß ist, um die Röhre I in den Sperrbereicll
zu bringen. Da man die Amplitude der Schwingung ungefähr abschätzen kann, ist die
Bestimmung der ausreichenden Größe des Widerstandes 8 sehr einfach.
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Es besteht nun die weitere Aufgabe, den Einfluß der auf die erste
Halbwelle nachfolgenden Halbwelle auf die Meßeinrichtung auszuschalten. Zu diesem
Zwecke wird nach dem Verschwinden der ersten Halbwelle der Spannungsabfall am Widerstand
5 in einer derartigen Größe hervorgerufen, daß er den Stromdurchgang durch die Röhre
II sperrt.
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Dies kann dadurch erreicht werden, daß die Indikatorröhre I nach dem
Verschwinden Xder zu messenden Halbwelle durch ein ebenfalls von der Wanderwelle
gesteuertes Kipprelais iiberbrückt wird.
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Bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel ist als Kipprelais eine
Entladungsröhre III mit selbsttätiger Entladung verwendet, wie beispielsweise ein
gittergesteuertes, dampfgefülltes Entladungsgefäß. Das Gitter I2 dieses Gefäßes
steht derart unter dem Einfluß der auftretenden Wanderwelle, daß es bei deren positiven
Werten einen Anodenstrom zum Fließen bringt, so daß der Stromkreis im Widerstand
5 den erforderlichen Spannungsabfall erzeugt, der über die Anode I3 und die Kafhode
14 des Entladungsgefäßes hervorgerufen wird. Das<GitterI2 des Gefäßes III ist
dabei mit dem Gitter 7 parallel geschaltet.
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Um nun das Entladungsgefäß III wieder zum Erlöschen zu bringen und
damit die Einrichtung wieder betriebsbereit zu machen, ist in den Anodenkreis dieser
Röhre ein Widerstand 15 von solcher Höhle, etwa 5 Megohm, eingeschaltet, daß nach
dem Ven schwinden der positiven Gitterspannung der Anodenkreis die Entladung nicht
aufrechtzuerhalten vermag. Die Entladung wird jedoch dann unter dem Einfluß einer
mit entsprechend niedrigem Widerstand im Anodenkreis liegenden Spannungsquelle aufrechterhalten.
Diese
Spannungsquelle besteht aüs einem Kondensator I6 von etwa 0,5 Mikrofarad, zu dem
ein Schutzwildersband I7 in Serie geschaltet ist. Dieser Kondensator 16 ist vor
der Messung aufgeladen. Der Ladestromkreis wird dabei zweckmäßig so geführt, daß
er an der Anzeigevorrichtung, also der Röhre, ein Sperrpotential. erzeugt. Zu diesem
Zwecke wird der Ladestrom gezwungen, über den Widerstand 5 zu fließen, dessen Spannungsabfall
die Röhre II steuert.
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Wenn dann nach dem Verschwinden der ersten Halbwelle das Gitter 12
positiv wird, wird die Röhre III zur Entladung gebracht.
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Dadurch wird im Widerstand 5 ein Spannungsabfall erzeugt, der die
Röhre II wieder sperrt. Die Röhre III würde nun nach dem Verschwinden des positiven
Gitterpotentials ihre Entladung nicht mehr weiter aufrechterhalten können, wenn
nicht von dem Kondensator I6 ein entsprechendes Potential erzeugt würde. Dies dauert
so lange, bis der Kondensator 16 über den Schutzwiderstand 17 entladen ist. Dementsprechend
muß die Zeitkonstante des Entladekreises des Kondensators I6 derart groß, etwa I
Sek., bemessen sein, daß der Entladevorgang sich auf einen Zeitraum erstreckt; während
dessen die Wanderwelle mit Sicherheit abgeklungen ist.
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Nach diesem Vorgang wird der Kondensator I6 über den Wilderstand
5 aufgeladen.
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Der Ladestrom sperrt dabei dauernd den Anodenstrom der Meßröhre II.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung hängt davon ab, daß die erste Periode
der betreffenden Wanderwelle einen negativen Amplitudenwert besitzt. Sollte jdies
nicht der Fall sein, dann bleibt die Einrichtung gesperrt. Es ist daher erforderlich,
zwei gleiche Meßvorriohtungen vorzusehen, von denen eine mit Sicherheit immer einen
richtigen Meßwert liefert.
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Es können natürlich auch Zusatzeinrichtungen vorgesehen werden, die
die Einrichtung beim Auftreten des ersten negativen Amplituldenwertes des Sohwingungszages
erst in Gang setzen.