Способ определения расстояния до места повреждения линий электропередачи и связи Советский патент 1986 года по МПК G01R31/11 

га импульсов с разных концов линии до места повреждения. Устройство, реализующее способ, содержит тактовый генератор 1, модулятор 3, усилитель- расширитель 4, блок управления 5, генераторы 6 и 9 соответственно быстрого и медленного пилообразного напря

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для построения импульсных искателей повреждений в линиях электропередачи и связи.

Целью способа является повьшение точности определения расстояния до места повреждения в линиях электропередачи и связи и расширение области его применения путем исключения из процесса измерений необходимости име априорную информацию о значении коэффициента укорочения электромагнитны волн в линии и возможности настройки масштаба временной задержки непосредственно по поврежденной линии.

Сущность способа поясняется следу кжщм образом. Длина участка линии, на котором имеется повреждение, как правило, перед измерениями точно известна либо может быть измерена с высокой точностью. Повр8;{(деьие представляет собой либо появившееся локальное уменьшение поперечного сопро тивления линии (сопротивление утечки изоляции) либо локальное увеличение продольного сопротивления одной из жил линии (например, в случае нарушения контакта в месте скрутки жилы телефонной линии). По отношению к одинаковым импульсам, достигающим повреждение с противоположных концов линии, структура его адекватна. Если при измерении с одного конца поврежденной линии обнаружено нали чие низкоомной утечки, то аналогичная утечка будет обнаружена и при измерении с другого конца этой линии. Это свидетельствует об аналогии форм и знаков, отраженных от повреждения импульсов при измерениях с разных концов линии.

..„

жения, компаратор 7, генераторы 2 и 8 соответственно зондирующих и измерительных импульсов, счетчик 10, аналого-цифровой преобразователь 11, блоки памяти 12 и 14, сумматор 13, мультиплексор 15, цифроаналоговый преобразователь 16 и электронно-лучевую трубку 17. 2 ил.

При импульсных измерениях с одного конца линии расстояние до повреждения можно подсчитать по формуле:

- а

с

(1)

0

с

n 5 Q.

35

40

где с - скорость распространения

электромагнитных волн (ЭМВ), в вакууме, равная З Ю м/с; Ц - время двойного пробега импульсов с одного конца линии до повреждения; - коэффициент укорочения ЭМВ

в линии.

Расстояние до повреждения с другого конца линии составит:

( - 1 с .

S--Y (2)

где tj - время двойного пробега импульсов с другого конца линии до повреждения. Общая длина поврежденного участка линии, точно известная и равная Е, в то же время должна быть равна сумме J, + E,j. Поэтому достижение равенства

-. (3)

будет характеризовать обеспечение идентичности измерений общей длины поврежденного участка линии как геометрическим путем (измерение длины во время прокладки линии или перед определением места повреждения), так и электрическим путем (измерение по сумме времен пробега t и t импульсов от каждого конца линии до повреждения) .

Используя формулы (1) и (2), выражение (3) можно записать в виде:

I Т

Обеспечение данного равенства возможно лишь благодаря подстановке соответствующей величины , так как Е и t , t. являются результатами измере НИИ, а с - постоянная.

Требуемую для равенства величину |i можно выразить из последнего равенства в виде:

cCt.

ч)

2 Е

(4)

Подставляя выражение (4) в (I) и (2) можно с высокой точностью определить расстояние до повреждения с любого конца линии, не зная конкретной вели чины коэффициента укорочения:

С.

+ t„

(5)

+ t.

(6)

На фиг. 1 показана структурная схема .устройства, реализующего предложенный способ; па фиг 2 - отраженные импульсы от места повреждения на экране ЭЛТ: о - отраженный импульс, заполненный с одного конца линии в первом блоке памяти, - модифицированный отраженный импульс, полученный во втором блоке памяти после запоминания с другого конца линии, 6 - суммарный отраженный импульс.

Устройство содержит тактовый генератор (ТГ) 1, генератор 2 зондирую- щих импульсов (ГЗИ), модулятор 3, усилитель-расширитель 4, блок 5 управления, генератор 6 быстрого пилообразного напряжения (ГБПН), компаратор 7, генератор 8 измерительных импульсов (ГИИ), генератор 9 медленного пилообразного напряжения (ГМПН), счетчик 10 аналого-цифровой преобразователь I Г (АЦП), второй блок 12 памяти, сумматор 13, первый блок 14 памяти, муль- типлексор 15, цифроаналоговый преобразователь 16 (ЦДЛ), ЭЛТ 17.

Выход тактового генератора 1 соединен с входом блока 5 управления и

входом ГЗИ 2, выход которого соединен55 i жаются от него и отраженные импуль- с клеммой для подключения к объекту сы распространяются в обратном на- контроля (линии) и первому входу мо- правлении к точке подключения ycTpofi- дулятора 3, выход модулятора 3 соеди- ства. Поэтому как зондирующие, так

нен с входом усилителя-расширителя 4, выход которого соединен с первым входом АЦП 11, первый выход блока 5 управления соединен с входом генера-тора 6, выход которого соединен с первым входом компаратора 7, выход компаратора 7 соединен с входом генератора 8, выход которого соединен с вторым входом модулятора 3, второй

выход блока 5 управления соединен с вторым входом счетчика 10 и вторым входом АЦП 11, третий выход блока 5 управления соединен с входом генератора 9, первый выход которого соеди-

нен с вторым входом компаратора 7 и первым входом ЭЛТ 17, а второй выход - с первым входом счетчика 10, выход счетчика 10 соединен с вторым входом блока 12 и вторым входом блока

14, выход АЦП 11 соединен с первым входом блока 12 и первым входом блока 14, четвертый выход блока 5 управления соединен с третьим входом блока I4, выход блока 14 соединен с первым входом сумматора 13 и первьм входом мультиплексора 15, выход сумматора 13 соединен с вторым входом мультиплексора 15, пятый выход блока 5 управления соединен с третьим входом блока 12, шестой выход блока 5 управления соединен с четвертым входом блока 12, седьмой выход блока 5 управления соединен с пятым входом блока 12, выход блока 12 соединен с вторым входом сумматора 13 и третьим входом мультиплексора 15, восьмой выход блока 5 управления соединен с четвертым входом мультиплексора 15, выход которого соединен с входом ЦАП 16, выход ЦАП 16 соединен с вторым входом ЭЛТ 17.

Устройство работает следующим об разом.

Выходные импульсы ТГ 1 запускают ГЗИ 2 и поступают на вход блока управления БУ 5 о ГЗИ 2 вырабатывает видеоимпульсы, которые подаются в исследуемую линию. Эти импульсы распространяются по исследуемой линии со скоростью, зависящей от материала диэлектрика линии. Эта скорость в /у раз меньше скорости распространения |ЭМВ в вакууме. Дойдя до места повреждения, зондирующие импульсы отраи отраженные импульсы поступают на вход модулятора 3„ При помощи блоков 3, 4, 6, 7,8 и 9 осуществляется стробоскопическое преобразование электрических сигналов.

ГБПН 6 запускается импульсами с БУ 5, частота которых равна частоте тактовых импульсов и вырабатывает импульсы пилообразного напряжения малой длительности, поступающие на первьй вход компаратора 7. ГМПН 9 запускается импульсами с БУ 5, частота которых в заданное число раз меньше частоты тактовых импульсов и вырабатывает линейно нарастающее напряжение, поступающее на второй вход компаратора 7 и на горизонтальные отклоняющие пластины ЭЛТ 17. При равенстве уровней напряжений на обоих входах компаратор 7 вырабатывает импульс, запускающий ГИИ В. ГИИ вырабатывает короткие строб-импульсы, которые на короткое время открывают модулятор 3 и позволяют напряжение с линии проходить на выход модулятора 3. От такта к такту стробирукяцие импульсы автоматически сдвигаются во времени относительно тактовых, поэтому в течение времени нарастания выходного напряжения ГМПН 9 на выходе модулятора 3 последовательно, по точкам, будет воспроизведена импульсная характеристика измеряемой линии.

С выхода модулятора 3 импульсы поступают на усилитель-расширитель А, в котором увеличивается их длительность. Расширенные импульсы поступают на цервый вход АЦП 11. АЦП осущест вляет преобразование амплитуды вход- ньк импульсов в двоичньй цифровой код. Запуск АЦП производится импульсами с БУ 5, поступающими на второй вход, В каждый такт работы устройства Время цикла преобразования АЦП мень- ше периода следования тактовых импульсов. Код с выхода АЦП поступает на первые (информационные) входы блоков 14 и 12. На вторые (адресные) входы блоков 14 и 12 поступает цифровой код с выхода двоичного счетчика 10. Этот код увеличивается от такта к такту, одновременно с запуском АЦП импульсами, поступающими с БУ 5

Таким образом, в каждом такте рабо ты устройства в определенную ячейку памяти блока 14 (либо блока 12) осуществляется запись цифрового кода;, соответствующего амплитуде отражения

в определенной точке измеряемой линии.

При достижении выходньм напряжением ГМПН 9 максимального значения осуществляется сброс счетчика 10, который находится Б таком состоянии до начала формирования медленного пилообразного напряжения. Поэтому начало формирования медленного пилообразного напряжения генератором 9 совпадает с началом нарастания кода счетчика 10 Это позволяет записывать первые точки импульсной характеристики линии в первые ячейки памяти блока 14 (либо 12). При этом код с выхода АЦП записывается в тот блок памяти (14 или 12), на третьем (управляющем) входе которого присутствует управляющий сигнал с БУ 5. При нажатии кнопки Запись 1 в блоке управления управляющий сигнал присутствует на третьем входе блока 14. На третий вход блока 12 управляющий сигнал поступает с БУ 5 при нажатии кнопки Запись 2. По окончании действия этого управляющего сигнала БУ-5 выдает сигнал, поступающий на четвертый вход блока 12, под действием которого осуществляется модификация (перестановка) кодов в блоке 12 таким образом, что меняются местами содержимые первой и последней, второй и предпоследней- и т.д„ ячеек памяти.

При повороте ручки Совмещение БУ 5 вьщает сигнал, воздействующий на пятьш вход блока 12, по которому осуществляется последовательный сдвиг содержимого памяти в сторону меньших адресов на необходимое число ячеек о Так при сдвиге на одну ячейку памяти код из N-й ячейки перемещается в (N-1), а код (К-1)-й ячейки одновременно в (К-2)-ю и т.До С выходов блоков 14 и 12 двоичные коды поступают на сумматор 13 и мультиплексор 15. Сумматор осуществляет сложение входных кодов и суммарный код выдает на мультиплексор 15, который осуществляет последовательное подключение одного из входных кодов на выход под управлением сигнала с БУ 5. ЦАП 16 преобразует цифровой код на входе в аналоговое напряжение на выходе, которое поступает иа вертикальные отклоняющие пластины ЭЛТ 17.

Таким образом, на зкране ЭЛТ будут наблюдаться одновременно три импульсных характеристики.

Расположение указанных импульсных характеристик на экране ЭЛТ устройства и их форма для повреждения типа об рыв в линии длиной 900 м приведены на фиг. 2. Цена одного деления по горизонтали равна 100 м и определяется амплитудой и длительностью медленного пилообразного напряжения, вырабатываемого генератором 9. ,

Кружочки обозначают точки фиксацик импульсных характеристик линии, соответствующие: началу (Е О м) и концу (Е Е линии 900 м) линии.

Развертка луча на экране ЭЛТ осу- ществляется лишь в пределах нанесенной сетки, поэтому фронт первого (зондирующего) импульса первой импульсной характеристики линии оказывается автоматически совмещенным и зафиксиро- ванным на риске шкалы, соответствующей началу линии (Е О).

Фронт последнего импульса второй (модифицированной) импульсной характеристики совмещается и фиксируется на риске шкалы ЭЛТ, соответствующей концу линии ( 900 м) при помощи ручки Совмещение на БУ 5.

Совпадения отраженных от места обрыва импульсов добиваются вращением ручки Укорочение на БУ 5, что позволяет менять степень сжатия (растяже ния каждой импульсной характеристики Происходящие при этом смещения отраженных импульсов Ои и Ои показаны на фиг. 2а и 5 стрелками. Для более точного определения наличия совмещения отраженных импульсов осуществляют их постоянное сложение. При полном (точном), совмещении этих от- раженных импульсов (фиг. 2&) формируется суммарный импульс с наибольшей амплитудой (показан штриховой линией).

Совпадение отраженных импульсов Ои и Ои свидетельствует о правильном соответствии масштабов измерения по времени и по расстоянию. Установ - ленное в устройстве значение коэффициента укорочения J в этом случае точно соответствует реальному коэффици-- енту укорочения электромагнитных волн, присущему измеряемой линии.

Далее производится точное определение расстояния до места обрыва од- ним из указанных вариантов; по времени задержки отраженного от повреждения импульса относительно зондирующего по формуле Р 2 - Y использованием коэффициента укорочения Y полученного в процессе совмещения отраженных импульсов; по временам задержки t и t фронта отраженного импульса относительно зондирующего, полученных измерениями по линии последовательно с каждой из сторон, в соответствии с формулами (5) или (6),

Управляющие сигналы с блока управления однотипны для линии любого типа (с любым коэффициентом укорочения), К выходу АЦП можно подключить цифровой обрабатывающий блок, поэтому возмож- на замена блоков управления, 12 и 14, а также сумматора на мгкропроцес- сорное программно-управляемое устройство, которое реализует указанные операции по определенной заданной программе. Поэтому предложенное устройство позволяет автоматизировать настройку временного масштаба и определение расстояния до места повреждения с высокой точностью.

Таким образом, применение данного способа позволяет повысить точность ОМП и расширить область применения способа, так как не требует априорной информации о коэффициенте укорочения ЭМВ в линии и для настройки временного масштаба нет необходимости иметь исправные отрезки линии, однотипные с измеряемыми, что позволяет его использовать при повреждении одиночных двухпроводных линий и при повреждениях всех проводов в многопроводных линиях электропередачи и связи.

Формула из. обретения

Способ определения расстояния до места повреждения линий электропередачи и связи, при котором зондируют линию импульсами напряжения, принимают отраженные импульсы от места повреждения, определяют расстояние до места повреждения по временной задержке отраженных импульсов относительно зондирующих, отличающийся тем, что, с целью повьш1е- ния точности определения расстояния до места повреждения и расширения области применения способа, расстояние до места повреждения определяют так, что запоминают отраженные импульсы с обоих концов поврежденной линци

при одинаковых временных масштабах, модифицируют в памяти запомненные с второго конца линии отраженные импульсы так, чтобы начало первого и конец последнего отраженных импульсов поменялись местами, совмещают фронт первого отраженного импульса запомненного с первого конца линии с соответствующей этому концу меткой расстояния, совмещают фронт последнего отраженного модифицированного импульса с меткой расстояния, соответствующей второму концу линии, изменяют одновременно и одинаково временСоставитель Е. Кущ Редактор Р. Цицика . , Техред В.Кадар

Заказ 1319/53 Тираж 728Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ШШ Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

ные масштабы запомненных отраженных импульсов при неизменном положении по расстоянию фронта первого отраженного импульса, запомненного с первого конца линии, и фронта последнего модифицированного отраженного импульса до полного совмещения по расстоянию запомненных с обоих концов линии отраtO женных от повреждения импульсов, причем после каждого изменения временных масштабов суммируют эти импульсы до получения максимальной амплитуды результирующего пульса.

Фиг.2

Корректор А.Ференц

Изобретение относится к измери тельной технике. Цель изобретения - повьппение точности определения расстояния до места повреждения в линиях электропередач и связи. Зондирование импульсами линии электропередач, имеющей повреждение, осуществляют с обеих ее концов. Расстояние до повреждения от концов линии рассчитывается по формулам t, ч- t, f; в. t, +t, где f - общая длина поврежденного уча- S СО со 00 00