DE901297C

DE901297C - Anordnung zur Feststellung des Ortes von Leitungsfehlern in elektrischen UEbertragungsanlagen

Info

Publication number: DE901297C
Application number: DEP32921D
Authority: DE
Inventors: William Henry Bernhard Cooper
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1947-10-03
Filing date: 1949-02-01
Publication date: 1954-01-11
Also published as: US2611041A; NL83200C; NL142629B; GB654380A

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 11. JANUAR 1954

p 32921 VIIIa/2ia²D

ist als Erfinder genannt worden

ist in Anspruch genommen

Die Erfindung findet Anwendung in elektrischen Übertragungsanlagen, mit Endstationen und wenigstens einer Zwischenverstärkerstation, bei der jede Zwischenverstärkerstation und Endstation Filter für den Durchlaß von Signalströmen in einem niedrigen Frequenzband in der einen Richtung und Filter für den Durchlaß von Signalströmen in einem oberen Frequenzband in der entgegengesetzten Richtung besitzt.

Es ist bekannt, bei derartigen Anlagen die Lage einer Fehlerstelle im elektrischen Kabel durch die Reflexion von elektromagnetischer Energie an der Fehlerstelle zu ermitteln. Kommt jedoch diese Ermittlung bei langen Kabeln in Frage, so begrenzt die Dämpfung des reflektierten Signals die Entfernung, innerhalb der eine Fehlerstelle genau bestimmt werden kann. Zweck der Erfindung ist die Schaffung verbesserter Einrichtungen, durch die eine Fehlerstelle im Übertragungsmittel, das beispielsweise ein Unterseekabel sein kann, auf jede ao Entfernung einwandfrei feststellbar ist.

Gemäß der Erfindung sind daher in einer Endstation Einrichtungen zur Aussendung eines Impulses bestimmter Frequenz und Dauer in die Anlage vorgesehen, ferner Anordnungen zur Frequenz- as umsetzung zwischen den Empfangs- und Sendefiltern in einer Zwischenverstärkerstation sowie Mittel für die wunschgemäße Einschaltung jener Frequenzumsetzer in das Übertragungssystem, wodurch es einem von einer Fehlerstelle reflektierten

Signal in Form eines Impulses einer bestimmten Frequenz ermöglicht wird, über zwischen der Fehlerstelle und der Endstation angeordnete Verstärkerstationen zur Sendestation zurückzugelangen; ferner sind an jener Endstation Mittel vorgesehen, durch die je nach der Laufzeit des reflektierten Signals die Lage der Fehlerstelle ermittelt werden kann. Hierbei werden vorzugsweise an der Endstation Einrichtungen zum Messen des Zeitverzuges

ίο zwischen der Aussendung eines Impulses von bestimmter Frequenz und dem Empfang des von der Fehlerstelle reflektierten. Signals vorgesehen.

Beide Endstationen können- mit Einrichtungen zum Aussenden von Impulsen versehen sein. Dabei wird gewöhnlich eine Station so ausgestattet, daß sie einen Impuls von einer bestimmten Frequenz aussendet, während die andere Station gleichzeitig Impulse von verschiedenen bestimmten Frequenzen aussenden kann, wobei getrennte Frequenzumsetzer in jeder Zwischenverstärkerstation angeordnet und so ausgebildet sind, daß sie unabhängig voneinander in den Übertragungskreis eingeschaltet werden können.

Weiterhin können Einrichtungen vorgesehen werden, um in einer Endstation ein zum reflektierten Signal zusätzliches Signal als Folge der Übertragung eines Impulses von bestimmter Frequenz oder bestimmten Frequenzen aufuznehmen, wobei die Endstation mit Vorrichtungen versehen ist, durch die der Zeitverzug zwischen dem Empfang der zusätzlichen und reflektierten Signale gemessen werden kann.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise dargestellt.

Fig. ι zeigt die Blockschaltung einer Zweiband-Übertragungs anlage mit einer Anzahl von Zwischenverstärkerstationen ;

Fig. 2 stellt die Blockschaltung einer Zwischenverstärkerstation dar;

Fig. 3 zeigt die Blockschaltung! einer Impulserzeuger- und Sendeausrüstung;

Fig. 4 stellt die vom Impulserzeuger erzeugten rechteckigen Impulse dar.

Nach Fig. ι steht eine Endstation A über die Leitung L und über Zwischenverstärker RA von Relaisstationen R mit einer Endstation B in Verbindung. Mit Ausnahme der Impulssendeeinrichtungen, der Impulsempfänger und der Meßvorrichtungen an den Endstationen sowie der Frequenzumsetzer in den Zwischenverstärkerstationen weisen die Endstationen A und B sowie die Zwischenverstärker RA mit ihren zugehörigen Filtern LP₁, LP₂ und HP₁, HP₂ und den Dämpf ungsgleichern E die übliche bekannte Bauart auf.

Bei der Anlage nach Fig. 1 sind beim normalen Arbeiten die von der Station^ aus übertragenen Signale auf ein Band niedriger Frequenzen beschränkt, das sich beispielsweise von 12 bis 60 kHz erstreckt, während die von der Station B aus übertragenen Signale auf einem Band höherer Frequenzen, beispielsweise zwischen 72 und 120 kHz, liegen. Die von der Station^! gesendeten Signale gelangen über eine Spulenkette LPΆ zur Leitung L und über die Spulenketten LP₁ und LP₂ sowie die Spulenkette LP_B zur Station B. Diese Spulenketten haben eine Grenzfrequenz von 60 kHz. In gleicher Weise gelangen die von· der Station B gesendeten Signale über die Kondensatorkette HP_B zur Leitung L und über die Kondensatorketten HP₁ und HP₂ und schließlich über die Kondensatorkette HP_A zur Station A. Diese Kondensatorketten haben eine Grenzf requenz von 72 kHz.

Im praktischen Betrieb werden die Zwischenverstärker RA so ausgelegt, daß sie einen hohen Grad von Linearität in der Amplitudencharakteristik besitzen, um das Entstehen von unerwünschten Zwischenmodulationsgeräuschen in der Anlage zu vermeiden.

Die schematisch in Fig. 1 dargestellte Anlage besitzt an der Station^ einen Impulssender, der in das mit gestrichelten Linien dargestellte und mit PS bezeichnete Rechteck eingeschlossen ist, einen Empfänger innerhalb des gestrichelten Rechteckes PR sowie Schalter a¹ und α². Wenn diese Schalter α¹ und a? die in ausgezogenen Linien gezeichneten Lagen einnehmen, so befinden sie sich in ihrer normalen Betriebsstelkmg für die Übertragung von Nachrichtensignalen von der Station A zu der StationS und umgekehrt von der StationB zur Station A Soll ein Fehler im Kabel ermittelt werden, so werden die Schalter a¹ und α² in die gestrichelt gezeichneten Lagen gebracht, worauf der Schalter a¹ den Impulssender PS mit der Leitung L und der Schalter a² die Leitung L mit dem Impulsempfänger Pi? verbindet.

Für die Messung, während der sich die Schalter ß¹ und a² in ihrer gestrichelten Lage befinden, sendet der Impulssender PS eine Folge von Impulsen aus, die im vorliegenden Beispiel 30 kHz als Trägerfrequenz aufweisen. Jeder Impuls hat 10c eine Dauer von etwa 50 ^s. Eine Wiederholung der Impulse findet mit einer Impulsfolgefrequenz von loo/Sek. statt. Wie im folgenden noch beschrieben wird, besitzt der Impulssender PS an der Station A zwei Oszillatoren O₁ und O₂, die Sinuswellen von ioj 30 bzw. 100 kHz erzeugen. Außerdem besitzt der Impulssender PS an der Station^ einen Impulserzeuger PG und einen Modulator SM. Der Impulserzeuger PG enthält einen Phasendreher PC und zwei Rechteckwellenerzeuger SWG₁ und SWG₂ nc üblicher Bauart (vgl. Fig. 3), die Rechteckwellen erzeugen, wie sie etwa durch Fig. 4 dargestellt sind. Der Impulsempfänger an der Station A besitzt einen frequenzselektiven Verstärker PSA, einen in üblicher Weise aufgebauten Kathodenstrahloszillo- "£ graphen CRO sowie einen Ablenkzeitkreis TB. Der Oszillograph verwendet zweckmäßig die Y-Ablenkplatten auf einer linearen Zeitbasis, um die aus der Leitung L erhaltenen Signale darzustellen. Ein die Zeitgrundlage synchronisierendes Signal wird dem ^iac Ablenkzeitkreis TB vom Oszillator im Impulssender PS über die Leitung S übermittelt.

Die 30-kHz-Impulse werden durch die Spulenketten LP_Al LP₁, LP₂ undLP_B von der Station^ zur StationB übermittelt. Sobald man die Lage i*£ eines Fehlers im Kabel festzustellen wünscht, bei-

spielsweise im Abschnitt des Kabels rechts von einem Zwischenverstärker, so wird ein in Fig. 2 dargestellter Relaiskontakt C₂ geschlossen, um einen Frequenzumsetzer NR in die Leitung einzuschalten, die zur Kondensatorkette HP₁ (Sendefilter) führt. Die Impulse von 30 kHz, welche über die Spulenkette LP₂ (Empfangsfilter) und den Gabelübertrager HBC₁ ankommen, werden vom Fehlerort reflektiert und durch die Wirkung des Frequenzumsetzers NR in eine Frequenz umgewandelt, die frei durch die Ketten HP₁, HP₂ und HP_A hindurchlaufen kann.

Das vom Fehlerort reflektierte Signal gelangt auf diese Weise zurück zur Station A und über ¹S den Verstärker FSA zum Oszillographen CRO, durch welchen der Zeitverzug zwischen der Aussendung eines 30-kHz-Impulses und dem Empfang des reflektierten Signals angezeigt wird. Aus diesem Zeitverzug kann die Lage des Fehlers in bekannter Weise errechnet werden. Das reflektierte Signal wird natürlich durch jeden Zwischenverstärker, durch den es hindurchtritt, verstärkt.

Die Rechteckwellenerzeuger SWG₁ und SWG₂ (Fig. 3) sind gleichartig. Die Eingangsspannung zum Erzeuger SWG₂ wird über einen Phasendreher PC vom ioo-kHz-Oszillator O₂ geliefert. Durch den Phasendreher wird die Rechteckwelle, die in Fig. 4 mit W₂ wiedergegeben ist, so verlagert, daß sie nicht ganz i8o° außerhalb der Phase der Welle W₁ liegt. Durch entsprechende Einstellung des Phasendrehers PC kann die Länge der mit W_s in Fig. 4 bezeichneten Impulse gewählt werden. Die Ausgänge der Rechteckwellenerzeuger SWG₁ und SWG₂ sind an den Modulator SM gelegt. Der 30-kHz-Oszillator O₁ ist ebenfalls an den Modulator gelegt. Der Impulsausgang des Modulators SM ist schließlich über einen einstufigen Verstärker PS_A (Fig. 3) an die Übertragungsleitung geführt. Die 30-kHz-Impulse, die auf diese Weise über die Leitung L übertragen werden, gehen durch jede Relaisstation R zur Station B. Wie bereits oben hervorgehoben, werden die Impulse, die von einem Fehler im Kabel reflektiert werden, zur Station^ und zum Impulsempfänger Pi? zurückgeleitet. Sie werden aufgenommen durch den Verstärker FS_A, der so abgestimmt ist, daß er die besondere vom Fehler ausgestrahlte Frequenz aufnimmt. Der Ausgangskreis des Verstärkers FS_A ist in der üblichen Weise mit dem Oszillograph CRO verbunden. Der Oszillograph stellt die aufgenommenen Impulse als eine Anzahl· im Abstand voneinander befindlicher Signale dar, die auf einer linearen Zeitbasis entsprechend dem Abstand des Fehlers von der Station A liegen.

Soll auch an der Station B ein Impulsübertrager und -empfänger vorgesehen werden, so muß die Anlage gegenüber der Ausführung an der Station^ etwas abgeändert werden. Da die Station über das obere Frequenzband von 72 bis 120 kHz sendet, ist es jetzt nicht möglich, mit einer in der beschriebenen Weise ausgebildeten Anordnung Impulse mit einer solchen Frequenz auszusenden und Impulse mit einer harmonischen Frequenz aufzunehmen. Infolgedessen sind an der Station B zwei Oszillatoren O₃ und O₄ vorgesehen, die Sinuswellen von 80 bzw. 110 kHz erzeugen. Ferner ist noch ein Oszillator O₅ vorhanden, der Impulse mit einer Impulsfolgefrequenz von ioo/Sek. erzeugt. Ein Impulserzeuger PG ist wie der Erzeuger der Station^ angeordnet, ferner sind noch zwei Modulatoren SM₂ und SM₃ vorgesehen, die die Wellen von den Oszillatoren O₃ und O₄ modulieren.

Die resultierenden Impulse von 80 und 11 ο kHz werden auf der Leitung L und über die Verstärker RA übertragen. Sobald die Lage eines Fehlers im Kabel von der Station B aus festgestellt werden soll, wird der Relaiskontakt C₁ (vgl. Fig. 2) geschlossen und damit der Frequenzumsetzer NR₁ eingeschaltet. Dieser Frequenzumsetzer erzeugt einen neuen Impuls mit der Frequenz von 2 X 80 — ι no = 50 kHz, welcher nach, Reflexion des Fehlers etwa links vom Verstärker RA zur Station B über die Spulenketten LP₁, LP₂ und LP_B und zum Impulsempfänger PR an der Station B zurückgeleitet wird. Der Impulsempfänger ist dabei in der gleichen Weise aufgebaut wie derjenige an der Station A. Der aufnehmende Verstärker ist im vorliegenden Fall ungefähr auf 50 kHz abgestimmt. Die Dauer der übertragenen Impulse ist etwa die gleiche, wie sie bei Station A angegeben war.

Wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, steht die Übertragungsrichtung A-B des Kabels mit der Eingangsseite des Zwischenverstärkers durch einen Gabelübertrager HBC₂ und die Richtung B-A des Kabels durch einen Gabelübertrager HBC₁ mit der Ausgangsseite des Verstärkers in Verbindung. Sollte ein Fehler am Kabel rechts von der Relaisstation gemäß Fig. 2 auftreten, d. h. zwischen dieser Relaisstation und der nächstfolgenden Relaisstation nach rechts hin, so wird der Relaiskontakt C₂ durch ein Signal geschlossen, welches von der Station,^ auf einen mit der Primärwicklung des Transformators NCp abgestimmten Kreis¹ übertragen wird. Die Sekundärwicklung NC_t ist mit der das Relais betätigenden Wicklung TVC über die Gleichrichter NF verbunden, Bei einer vorzugsweisen Anordnung hat das Relais eine ein wenig verzögernde Bauart, so daß die Fehlerfeststellung durch Übertragung des Impulssignals kurz nach Unterbrechung des das Relais betreibenden Signals durchgeführt werden kann. Die Anordnung ist dabei derart, daß gleichzeitig nur ein Relaiskontakt, beispielsweise der Kontakt C₂, geschlossen werden kann. Das Schließen des Kontakts C₂ legt nun den Frequenzumsetzer NR in den Kreis, so^! daß bei der beschriebenen An- ¹¹S Ordnung nur ein Frequenzumsetzer in die Anlage eingeschaltet ist, wenn ein Fehler festgestellt werden soll. Die Auswahl der in Frage kommenden Relaisstation, bei der der Frequenzumsetzer eingeschaltet werden muß, erfolgt dadurch, daß man ¹^o jede Station der Reihe nach einschaltet, bis an der Station A ein reflektiertes Signal empfangen wird. Sobald der Frequenzumsetzer NR in den Kreis gelegt ist, wird der Teil der Energie, welchen der Fehler bei Übertragung eines Meßimpulses, reflektiert, vom Frequenzumsetzer in die gewünschte

höhere Frequenz, im vorliegenden Beispiel also in eine Frequenz von 90 kHz umgewandelt. Der Gabelübertrager HBC₁ kann die 30-kHz-Impulse vollständig vom Frequenzumsetzer NR ausschließen. Bei einer besonderen Ausführung kann jedoch der Gabelübertrager so ausgebildet sein, daß etwas von der Energie von 30kHz zum Frequenzumsetzer durchsickert. Dieses Durchsickern von 30-kHz-Energie wird nach Umwandlung in 90 kHz einen besonderen Markierimpuls an der Station A hervorrufen. Der Zeitverzug zwischen diesem Markierimpuls und dem vom Fehler reflektierten Impuls gibt dann den Abstand des Fehlers von der Relaisstation R an.

Der Frequenzumsetzer NR ist in Fig. 2 in einer Lage Aa dargestellt. Er kann aber auch in die Lage Ba verlegt werden. In diesem Fall wird der von der Station y4 übertragene Impuls auf die höhere Frequenz gebracht, bevor er den Fehler erreicht. Wenn sich jedoch der Frequenzumsetzer in der Lage Aa befindet, dann spielt sich das Verhalten des Kreises so ab, wie beschrieben wurde.

Wird ein Impulskomplex von der Station B zur Feststellung eines Fehlers links von der Relaissation R der Fig. 2 übertragen, so wird der Frequenzumsetzer NR₁ in den Kreis eingeschaltet. Wie aus Fig. 2 zu entnehmen ist, befindet sich der Frequenzumsetzer NR₁ in der Lage C. Sein Verhalten ist gleich demjenigen, das beim Frequenzumsetzer NR in der Lage Aa erläutert wurde. Der Frequenzumsetzer NR₁ kann jedoch auch in die Lage D gebracht werden, worauf sein Verhalten gleich demjenigen ist, wie es im Zusammenhang mit dem Frequenzumsetzer Wi? in der Lage Aa beschrieben wurde. Die Lage C wird für den Frequenzumsetzer NR₁ der Lage D gegenüber vorgezogen, da die Lage C an einem Punkt von höherem Signalniveau liegt als die Lage Z?, was die Arbeit der Frequenzumsetzung erleichtert. Weiter ist auch die Dämpfung des Kabels für Impulse der von den Frequenzumsetzern erzeugten Frequenz geringer als die Dämpfung bei den von der Station B aus übertragenen Frequenzen.

Die Frequenzumsetzer NR und NR₁ können +5 nichtlineare Elemente sein, d. h. Elemente mit einer nichtlinearen Spannungsstromcharakteristik, sie können jedoch auch als Vierpole mit vier Klemmen geschaltet sein. Die Gabelübertrager können auch durch andere bekannte Vorrichtungen, die auf die Übertragungsrichtung ansprechen, ersetzt werden. Die Frequenzumsetzer müssen äußerst wirksame Vorrichtungen sein, d. h. sie müssen imstande sein, einem großen Teil der ihnen zugeführten Energie von einer Frequenz in die gewünschte andere Frequenz umzuwandeln. Verschiedene Bauarten von nichtlinearen Vorrichtungen können zur Anwendung kommen einschließlich Diodenröhren, Metallgleichrichtern oder Siliziumkarbidwiderständen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Anordnung zum Feststellen des Ortes von Leitungsfehlern in elektrischen Übertragungsanlagen mit Endstationen und wenigstens einer Zwischenverstärkerstation, bei der jede Zwischenverstärikerstation und Endstation Filter für den Durchlaß von Signalströmen in einem niedrigen Frequenzband in der einen Richtung und frequenzselektive Einrichtungen für den Durchlaß von Signalströmen in einem oberen 7c Frequenzband in der entgegengesetzten Richtung besitzt, dadurch gekennzeidhnet, daß in einer Endstation Einrichtungen zur Aussendung eines Impulses bestimmter Frequenz und Dauer . in die Anlage vorgesehen sind, ferner Anordnungen zur Frequenzumsetzung zwischen den Empfangs- und Sendefiltern in einer Zwischenverstärkerstation sowie Mittel für die wunschgemäße Einschaltung jener Frequenzumsetzer in das Übertragungssystem, wodurch es einem von einer Fehlerstelle reflektierten Signal in Form eines Impulses einer bestimmten Frequenz ermöglicht wird, über zwischen der Fehlerstelle und der Endstation angeordnete Verstärker-Stationen zur Sendestation zurückzugelangen, und daß Mittel an jener Endstation vorgesehen sind, durch die je; nach der Laufzeit des reflektierten Signals die Lage der Fehlerstelle ermittelt werden kann.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Endstation Einrichtungen zum Messen des Zeitverzuges zwischen der Aussendung eines Impulses von bestimmter Frequenz und dem -Empfang des von der Fehlerstelle reflektierten Signals vorgesehen sind.
3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Endstation mit Einrichtungen ausgestattet ist, um gleichzeitig Impulse verschiedener bestimmter Frequenzen auszusenden.
4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Endstation so ausgebildet ist, daß sie einen Impuls von einer bestimmten Frequenz, und die andere Endstation derart, daß sie gleichzeitig Impulse von verschiedenen bestimmten Frequenzen aussendet, wobei getrennte Frequenzumsetzer in jeder Zwischenverstärkerstation angeordnet und so ausgebildet sind, daß sie unabhängig vonein- n° ander in den Übertragungskreis eingeschaltet werden können.
5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch Einrichtungen, um in einer Endstation ein zum reflektierten Signal zusätzliches Signal als Folge der Übertragung eines Impulses von bestimmter Frequenz oder von bestimmten Frequenzen aufzunehmen, wobei die Endstation mit Vorrichtungen versehen ist, durch die der Zeitverzug zwischen dem wo Empfang der zusätzlichen und reflektierten Signale gemessen werden kann.
6. Anordnung nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale vom Ausgang eines Verstärkers auf das Kabel, welches den Zwischenverstärker mit einem anderen Zwi-

sdhenverstärker oder mit einer Endstation verbindet, mittels Einrichtungen übertragen werden,, die auf die Richtung der Übertragung der Signale ansprechen und so ausgestaltet sind, daß sie einen Teil der Signale zum Verstärkereingang hindurchsickern lassen, während der übrige Teil der Signale auf das Kabel übertragen wird.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale vom Ausgang eines Zwischenverstärkers auf das Kabel über einen Gabelübertrager übertragen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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