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Verfahren zur Bestimmung eines Fehlerortes im Zuge von Hochspannungsleitungen
mit Hilfe einer Vielkanalriditfunkanlage
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zur Bestimmung eines Fehlerortes im Zuge von Hochspannungsleitungen mit Hilfe einer
Vielkanalrichtfunkanlage, bei dem Eintastungen von Impulsen in an den Leitungsenden
befindlichen Richtfunksende- bzw. -empfangsstationen vorgenommen werde, die durch
nach beiden Seiten von der Störstelle ausgehenden. Wanderwel len' gesteuert sind,
und bei dem der Fehlerort der Lei'hiiig durch Vergleich der Impulslaufzeiten ermittelt
wird.
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Bekanntlich läßt sich eine Fehlerortung auf Hochspannungsleitungen
durch eine Messung der Laufzeitdifferenz der beiden von der Störungsstelle in entgegengesetzter
Richtung ausgehenden Wanderwellen vornehmen. Solche Wanderwellen entstehen an der
Störstelle in dem Augenblick, in welchem eine plötzliche Widerstands änderung, beispielsweise
ein Kurzschluß oder eine Unterbrechung der Leitung, eintritt. Auch nachträglich
lassen sich durch plötzliches Anlegen einer Spannung an die betreffende Leitung
derartige Wanderwellen erzeugen.
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Zur Ermittlung der entsprechenden Laufzeiten wird bei diesem Verfahren
von der ankommenden Wanderwelle in einem Impulsgeber ein Kennt impuls ausgelöst,
während die am entfernten Ende
der Leitung eintreffende zweite Wanderwelle
ebenfalls einen solchen Impuls erzeugt, der dann auf dem Funkweg übertragen und
zeitlich mit dem ersten Impuls verglichen wird. Die Laufzeitdifferenaz beider Impulse
ist dabei ein Meßwert für die von den Wanderwellen auf der Leitung zurückgelegten
Entfernungen. Dabei läßt sich die Bestimmung des Fehlerortes naturgemäß um so genauer
durchführen, je steiler die Flanken der ausgelösten Impulse sind Die Übertragung
steiler Impulsflanken erfordert aber bekanntlich. eine hohe Bandbreite. Impulsmodulierte
Richtverbindungssysteme gestatten bei ausreichender Bandbreite relativ einfach die
Übertragung dieser Meßi.mpulse vom entfernten Ende der Leitung auf drahtlosem Wege.
Wenn die Funklinie etwa parallel zur Hochspannungsleitung verläuft, läßt man also
durch jede von der Störstelle nach beiden Seiten hin abgehende Wanderwelle einen
Vergleichs impuls auslösen, um aus der Differenz dieser beiden. Impulse die Länge
der Leitung bis zu- der Störstelle zu bestimmen.
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Einem derartigen Verfahren liegt also die Aufgabe zugrunde, beispielsweise
die Zeitdiifferenz der beiden Impulse möglichst genau zu messen. Dabei ist es zweckmäßig,
die Vorderflanke des zu übertragenden Impulses für die Abschaltung der Nach richtenmodulation
auf dem Funkwege zu verwen den, um keine Störungen drurclh den normalen PPM-Verkchr
der Funklinie zu erhalten und zur eigentlichen Messung der Laufzeitdifferenz die
Rückflanken der Kennimpulse zu vergleichen. Die Abschaltung des Funkverkehrs muß
dann für eine Dauer von etwa 10 bis 30 ,us erfolgen.
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Die große Videobandbreite von. üblichen PPM-Vielkanalsystemen erlaubt
bekanntlich ohne weiteres die Übertragung von Impulsen mit einer Anstiegs- bzw.
Abfallzeit von etwa 1 µs, wie sie in der Praxis als Mindestwert für eine hinreichend
genaue Bestimmung des Fehlerortes notwendig sind. Dabei entspricht I yS etwa einer
von, der Wanderwelle zuvor durchlaufenen Leitungslänge von 300 m.
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Grundsätzlich wäre für diese Impulsübertragung eine möglichst große
Bandbreite wünschenswert, um dabei auch die Einflüsse der Funktstrecke auf die Meßgenauigkeit
auszuschließen, während die durch die Funkstrecke selbst hervorgerufene Verzögerung
des Impulssignals in jedem Falle den gleichen Wert besitzt und deshalb für die Ermittlung
der Meßergebnisse bei einer bestehenden Fnnkstrecke leicht zu eliminieren ist. Für
die Anwendung dieses Meßverfahrens muß aber andererseits eine bestimmte Mindestbandbreite
gefordert werden. Bei Multiplexübertragungsanlagen ist diese Mindestbandbreite von
einigen MHz nur bei solchen Systemen gegeben, die beispielsweise mit mehr als 250
Sprachkanälen von je 4kHz Bandbreite arbeiten.
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Für solche Funksysteme, die für eine geringere Kanalzahl ausgelegt
sind und entsprechend über eine geringere Bandbreite verfügen, läßt sich also dieses
Verfahren in der bisher bekannten Weise überhaupt nicht verwenden. Andererseits
kann bei der Bemessung einer derartigen Funkanlage, die in den meisten Fällen ausschließlich
nach Gesichtspunkten der Funkübertragung entwickelt wird, nicht ein erheblicher
Mehraufwand defür zugelassen werden, daß diese Anlage gleichzeitig als. Meßeinrichtung
für die Bestimmung von Fehlerorten auf einer Energieversorgungsleitung verwendbar
ist. Dies gilt erst recht für den Fall, daß eine Funkanlage bereits vorhanden, ist,
wobei die Aufgabe, außerordentlich kurze Impulse zeitgetreu zu übertragen, praktisch
nicht gelöst werden kann.
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Durch die Erfindung wird ein Lösungsweg gewiesen, bei dem diese Nachteile
beseitigt sind und das bekannte Meßverfahren ohne weiteres auch mit Hilfe solcher
Funksysteme durchgeführt werden kann, die bei weitem nicht die ausreichende Übertragungsbandbreite
des Modulationsweges besitzen.
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Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß unter Umgehung
des zu.r Nachrichtenübertragung dienenden Modulationsweges der betreffenden Funkstrecke
die Eintastung des auf dem Funkwege zu übertragenden Impulssignals an der Senderendstufe
oder an einer ihr vorgeschalteten Vorstufe mit einer für die erforderliche Impuls
flankensteilheit ausreichenden Breitbandigkeit vorgenommen wird. Dabei werden die
Impulse ohne Rücksicht auf die bei der Funkstrecke verwendete Modulationsart vorzugsweise
amplitudenmäßig aufmoduliert bzw. an der entsprechenden Empfangsstetle wieder entnommen.
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Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß beispielsweise
eine Funkstrecke, die für 24 Sprachkanäle zu je 4 kHz ausgelegt list, also normalerweise
für den vorliegenden Zweck unbrauchbar wäre, bei den gebräuchlichen Senderendstufen
eine Hochfrequenzbandbreite vorhanden ist, die die eigentliche Übertragungsbandbreite
bei weitem übertrifft und bei dem genannten' Beispiel nicht bei 24 X4 etwa gleich
100 kHz liegt, sondern bereits den für eine Impulsübertragung an sich notwendigen
Wert von einigen MHz aufweist. Während nämlich sämtliche Vorstufen einer mit Elektronenröhren
arbeitenden Funkanlage ausschließlioh Spannungen zu liefern haben', ist es die Aufgabe
der Endstufen, eine Leistung zu erzeugen u;nd: speziell die der letzten Stufe auf
den Strahlungswiderstand der Antenne und damit auf einen stark bedämpften Schwingungskreis
zu arbeiten, der demzufolge breitbandig ist.
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In Weiterbildung der Erfindung wird auch ohne großen Aufwand ein
Lösungsweg angegeben., dieses Prinzip auf der Empfangsseite in entsprechender Weise
anzuwenden. Hierzu wird der Vorschlag gemacht, daß auch an der Empfangsstelle der
Funktstrecke unter teilweiser Umgehung des Modulationskanals die Impulse an der
HF-Eingangsstufe bzw an einer hinreichend breitbandigen Vorstufe des Empfängers
abgenommen werden. Es wird von Fall zu Fall zu entscheiden sein, welche der beiden
genannten Möglichkeiten man ergreift, d. h., ob man direkt hinter die an die Antenne
angeschlossene Eingangsstufe gehen
wird oder ob man die Vorstufen
des Empfängers und die damit gegebene Vorverstärkung ausnutzen kann, falls diese
Stufen noch ausreichend breitbandig sind'.
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Schließlich wird zu diesem Verfahren nach der Erfindung noch eine
wesentliche Verbesserung der Meßgenauigkeit und eine erhöhte Unempfindlichkeit gegen
elektrische Störungen angegeben, wie sie beispielsweise durch atmosphärische Entladungen
oder durch Schaltvorgänge im Hochfrequenznetz auftreten können. Hierzu wird vorgeschlagen,
an Stelle einfacher Kennimpulse Zweifachimpulse oder bestimmte Impulsgruppen auszulösen.
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Die Erfindung soll an Hand der Zeichnungen, welche sich auf ein Ausführungsbeispiel
beziehen, und auf Grund der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert werden. Dabei,
zeigt als. Anwendungsbeispiel Fig. 1 in schematischer Darstellung den Aufbau einer
Sendeeinrichtung, Fig. 2 d;en entsprechenden Aufbau einer Empfangseinrichtung und
Fig. 3 den Verlauf der Hochfrequenzspannung bei Eintastung eines Doppelimpulses.
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In Fig. I führt der Modulationseingang I eines Richtfunksenders an
einem FM-Modu1iator 2, auf den die Misch- und Vervielfacherstufen folgen, die ihrerseits
an die HF-Verstärkerstufen 4 angeschlossen sind. Die HF-Verstärkerstufen 4 sind
mit der Endstufe 5 und diese mit der Antenne 6 verbunden. Die Hochspannungsleitung
7 bzw. eine ihr zugeordnete Leitung ist mit der Impulstasteinrichtung 8 verbunden.
Von dieser führen Verbindungsgen 9 und 10 zum FM Modulator 2 und zum Anschlußpunkt
11 zwischen Verstärkerstufe 4 und Endstufe 5. Außerdem ist eine Verbindung zu Punkt
1 Ia gestrichelt angedeutet. Auf die Funktionsweise dieser Sendeeinrichtung soll
nach Erläuterung der zugehörigen Empfangseinrichtung eingegangen werden.
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In Fig. 2 ist die Empfangseinrichtung, gleichfalls als Blockschaltbild
ausgeführt, näher dar gestellt. Die Antenne 12 arbeitet in bekannter Weise auf die
HF-Stufe I3, auf welche diie Mischr stufe I4, die ZF-Stufe 15 und der Begrenzer
I6 folgen, an den seinerseits der FM-Diskriminator und nachgeschaltete Modulationsverstärker
17 angeschlossen sind. Das Vielkanalsystem dieser frequenzmodulierten Funkverbindung
wird über die Leitung 18 ausgekoppelt. An die Anschlußpunkte 19 oder 20 ist wahlweise
eine gestrichelt dargestellte Verbindung zu einem Amplitudendemodulator 2I mit Impulsbegrenzer
angeschlossen sowie die zugehörige Impulsausgangsleitung 22S.
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In Fig. 3 ist ein Beispiel für den Verlauf der Hochfrequenzspannung
gezeichnet, wie sie bei Verwendung eines Zweifachimpulses auftritt. Die schraffierten
Flächen 23 und 24 deuten dabei den normalen Betriebszustand der Funkverbindung an,
während die schraffierten Rechtecke 25 und 26 den eingetasteten Kenrimpuls, in diesem
Falle also einen Doppelimpuls, darstellen. Bei dieser schematischen Darstellung
ist der gesamte von der Wanderwelle auf der zu messenden Hocihspannungsleitung ausgelöste
Störimpuls durch den Doppelpfeil 27 markiert, während die durch den Doppelpfeil
28 bezeichnete Zeit beispielsweise 20 µs beträgt.
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An Hand dieses Schemas der Zusatzeinrichtungen zur Benutzung. einer
Funkstrecke für die impulsmäßige Ortung von Störungen auf Hochspannungsleitungen
sei nun die W.irkungsweise des vorliegenden Erfindungsgegenstandes erläutert: Dem
in Fig. I dargestellten, normalerweise in der Vorstufe 2 modulierten Sender mit
den an; schließenden Vervielfacher- und Verstärkerstufen wird eine auf das Gitter
der Endröhre bei II arbeitende Taststufe 8 hinzugefügt, welche beim Eintreffen einer
von der Hochspannungsleitung über die Zuleitung 7 einlaufenden Wanderwelle über
die Leitung 9 die Modulation unterbricht und dabei die Endstufe 5 kurz aus tastet.
Danach wird entweder über die Leitung 10 zur Enillstufe oder über die gestrichelte
Leitung 29 zu einer Vorstufe die in der Fig. 3 mit 27 bezeichnete Impulskennung
eingetastet und nach kurzer Pause der normale Betriebszustand 24 wiederhergestellt.
Die Impulisitastung braucht also nicht in der Endstufe zu erfolgen, wenn bereits
von einer Vorstufe ab die Hochfrequenz- bzw. Zwischenfrequenzbandbreite schon für
die gewünschte Flankensteilheit der Kennimpulse ausreicht. Um Irrtümer durch die
Störungen zu vermeiden, ist es zweckmäßig, einen Doppelimpuls nach Fig. 3 oder einen
Drei fach impuls zu verwenden.
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Auf der Empfangsseite wird entweder am Ausgang des Zwischenfrequenzverstärkers
15 vor dem Begrenzer 16 eine Trennstelle 19 oder bereits hinter der Eingangsstufe
13 eine Trennstelle 20 vorgesehen, von welcher der Störimpuls, falls not wendig,
über weitere nicht dargestellte Verstärkerstufen einem AM-Demodulator 21 zugeführt
wird, um am Ausgang dieser Stufe entweder einem Impulsbegrenzer und der Meßeinrichtung
oder, falls eine weitere Übertragung längs der F;unkstrecke notwendig ist, der Tasteinrichtung
des nächsten Senders zugeleitet zu werden. Die Meßeinrichtung selbst besteht aus
einer I-mpulsvergleichsstufe bekannter Art und ist nicht dargestellt, da sich die
vorliegende Erfindung hierauf nicht richtet.
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Die geschliderte Übertragungsweise der Kennimpulse ist selbst bei
Betriebsfrequenzen von weniger als 50 MHz anwendbar, da auch bei dieser unteren
Grenze die Unsicherheit des Impulseinsatzes I04 s beträgt, also nur 1 % des Impulsanstieges,
der die Meßgenauigkeit bestimmt.
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Durch das Empfängerrauschen ergibt sich keine größere Impulsunschärfe,
da selbst im ungünstigsten Fall eines am Empfängereingang bestehenden Rauschverhältnisses
von 40 db die hierdurch verursachte Impulsunsicherheit höchstens 10-8 s beträgt,
wenn man von den Verbesserungen durch Hochtasten des Senders ganz absieht. Auf die
Meßgenauigkeit würde sogar eine Impulsunsicherheit von 10%, also von 10-7 S, praktisch
keinen
Einfluß haben, da diese Zeit den zehnten Teil der für eine
Strecke von 300 m benötigten Zeit von 1 µs ausmacht.
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Durch die Erfindung ist es also möglich, zur Durchführung einer Fehlerortung
auf Hochspannungsleitungen nicht nur in bekannter Weise impulsmodulierte Richtverbindungsanlagen
(PPM) zu verwenden, sondern nun auch ohne wesentlichen Aufwand praktisch jedes frequenzmodulierte
Vielkanalfunkgerät einzusetzen. Die für die Impulsübertragung maßgebende Hochfrequenzbandbreite,
und darin besteht das Wesen der vorliegenden Erfindung, ist auf jeden Fall größer
als die Modulationsbandbreite der meisten Funkübertragungsanlagen.