DE1052559B

DE1052559B - Procedure for determining the location of short-circuit points and cable sleeves in power cables laid underground

Info

Publication number: DE1052559B
Application number: DEE12370A
Authority: DE
Inventors: Christoph Mittelberger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1956-05-07
Filing date: 1956-05-07
Publication date: 1959-03-12

Description

Verfahren zur Feststellung der Lage von Kurzschlußstellen und Kabelmuffen von in Erde verlegten Starkstromkabeln Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Feststellung der Lage von Kurzschlußstellen von im Erdreich verlegten Starkstromkabeln mit verdrillten Leitern, bei dem der von dem kurzgeschlossenen oder künstlich kurzgeschlossenen verdrillten Adernpaar gebildete Stromkreis mit tonfrequentem Wechselstrom gespeist wird und mittels einer längs des Kabels geführten induktiv wirkenden Suchspule Signalspannungen gewonnen werden. Die Erfindung besteht darin, daß eine mit ihrer Achse in Richtung zum aus dem Erdreich austretenden magnetischen Längsfeld, insbesondere parallel zur Kabeltrasse, gerichtete Suchspule knapp über dem Erdboden geführt wird. Procedure for determining the location of short-circuit points and cable sleeves of underground power cables The invention relates to a method for Determination of the location of short-circuit points in power cables laid in the ground with twisted conductors, where that of the short-circuited or artificially short-circuited twisted pair of wires formed by a circuit fed with audio-frequency alternating current and signal voltages by means of an inductively acting search coil guided along the cable be won. The invention consists in that one with its axis in the direction to the longitudinal magnetic field emerging from the ground, in particular parallel to the cable route, directed search coil is led just above the ground.

Die Erfindung eignet sich auch für die Ermittlung der Lage von Kabelmuffen längs der Kabeltrasse mit der Maßgabe, daß als Kriterium das Anschwellen der Signalspannung im Bereich der Ninfre benutzt wird.The invention is also suitable for determining the position of cable sleeves along the cable route with the proviso that the swelling of the signal voltage is the criterion used in the area of Ninfre.

Für die Durchführung des Verfahrens wird zweclrmäßigerweise der Stromkreis mit einer Tonfrequenzspannung von etwa 800 bis 4000 Hz bei einer Leistung von einigen hundert Watt gespeist, wobei es vorteilhaft ist, einen Generator zu benutzen, dessen Ausgang an den Widerstand des Stromkreises anpaßbar ist. The electrical circuit is expediently used to carry out the procedure with an audio frequency voltage of about 800 to 4000 Hz with a power of a few hundred watts, whereby it is advantageous to use a generator whose Output is adaptable to the resistance of the circuit.

Es empfiehlt sich, die Suchspule mittels eines Kondensators auf die Generatorfrequenz abzustimmen und die in ihr induzierten Spannungen über einen zweckmäßigerweise auf die Generatorfrequenz abstimmbaren Verstärker, einem Anzeigegerät oder einem Kopfhörer zuzuleiten. It is recommended to use a capacitor to connect the search coil to the To match generator frequency and the voltages induced in it expediently to the generator frequency tunable amplifier, a display device or a To forward headphones.

Zur Fehlerortung, Lage- und Tiefenbestimmung von Erdkaheln werden Verfahren angewandt, die auf dem Induktionsprinzip beruhen. For fault location, position and depth determination of earth flanks Processes applied based on the induction principle.

Es ist ein Verfahren bekannt, bei dem als Stromleiter eine Kabelader und als Rückleiter die Erde bzw. der Bleimantel benutzt wird. Ein in das Kabel eingespeister tonfrequenter Wechselstrom erzeugt ein konzentrisches Magnetfeld, das sich im Erdboden ausbreitet und über Erde mit geeigneten Meßgeräten nachgewiesen wird. Es genügen geringe Stromstärken, um ein hinreichend starkes Alagnetfeld für die Ausmessung der Kabellage und -tiefe mit einem Kabelsuchgerät zu erhalten. Das Kabelsuchgerät ist mit einer oder zwei richtungsempfindlichen Suchspulen ausgestattet und ermöglicht die Lage- und Tiefenbestimmung eines verlegten Kabels, jedoch nur in einigen besonders günstig gelagerten Fällen auch die Ermittlung der Lage eines Kabelfehlers. A method is known in which a cable core is used as the current conductor and the earth or lead sheath is used as the return conductor. One fed into the cable Acoustic-frequency alternating current generates a concentric magnetic field that is located in the ground spreads and is detected above ground with suitable measuring devices. It is enough low currents in order to have a sufficiently strong magnetic field for the measurement the cable position and depth with a cable finder. The cable detector is equipped with one or two directionally sensitive search coils and enables the determination of the position and depth of a laid cable, but only in some special cases In favorable cases, it is also possible to determine the location of a cable fault.

Weiterhin ist eine Vorrichtung bekannt, die aus zwei gegeneinandergeschalteten Suchspulen besteht, die hintereinander in einem bestimmten Abstand längs der Kabeltrasse geführt werden und die nur Suchtonspanung abgeben, wenn sich die Fehlerstelle im Bereich zwischen den Suchspulen befindet. Diese Vorrichtung eignet sich jedoch nur zur Fehlersuche bei Kabeln, bei denen ein Leiter Erdschluß aufweist und nur dieser eine defekte Leiter mit tonfrequentem Wechselstrom gegen Erde gespeist wird. Furthermore, a device is known which consists of two mutually connected Search coils consists of one behind the other at a certain distance along the cable route and which only emit search tone voltage if the error point is in the Area is located between the search coils. These However, the device is only suitable for troubleshooting cables in which one conductor has a ground fault and only this one a defective conductor is fed with audio-frequency alternating current to earth.

Ein anderes Verfahren nützt den Dralleffekt zur Fehlerortung in freiliegenden bzw. freigelegten Kabein aus, wobei das bei der Wechselstromspeisung zweier einen Kurzschluß aufweisender verdrillter Adern eines Kabels senkrecht aus diesem austretende Feld ausgemessen wird, das sich in der Luft ausbreitet und das hinsichtlich Stärke und Austrittrichtung vom Strom, von der Frequenz und von der Lage der stromführenden Adern (Drall) abhängt. Another method uses the twisting effect to locate faults in exposed or exposed cable, with the AC power supply of two one Short-circuited twisted wires of a cable emerging vertically from this Field is measured that spreads in the air and that in terms of strength and the exit direction of the current, the frequency and the position of the current-carrying Veins (twist) depends.

Dabei wird die Suchspule so über das Kabel geführt, daß die Suchspulenachse senkrecht auf der Kabellängsachse steht. Die bei diesem Verfahren praktisch ausnutzbare Reichweite des quer zur Kabelachse austretenden Feldes ist jedoch eng begrenzt, da ab einer gewissen Entfernung von den Adern seine Feldstärke sehr rasch abnimmt. Aus den magnetischen Feldeigenschaften können Rückschlüsse auf den Zustand des Kabels gezogen werden. Beim Ausschreiten der freigelegten mutmaßlichen Fehlerstelle fährt man mit der Suchspule unmittelbar auf der Oberfläche des Kabels entlang, ohne daß die Suchspule dabei nach den Seiten ausgleiten darf. Das dabei in unmittelbarer Nähe der Oberfläche des Kabels vorhandene Feld folgt dem Aderdrall, so daß der aufgenommene Suchton periodisch anschwillt und abnimmt. Diese Erscheinung unterbleibt sofort hinter der Kurzschlußstelle. Auf diese Weise ist eine Fehlerortung direkt auf freiliegenden, nicht aber bei im Boden verlegten Kabeln möglich. Bei verlegten Kabeln muß die verdächtige Stelle erst auf andere Weise ermittelt und dann dort aufgegraben werden.The search coil is guided over the cable in such a way that the search coil axis is perpendicular to the longitudinal axis of the cable. The one that can be used in practice in this process However, the range of the field exiting transversely to the cable axis is narrowly limited, because from a certain distance from the veins its field strength decreases very quickly. Conclusions about the condition of the cable can be drawn from the magnetic field properties to be pulled. When the exposed, suspected fault location moves forward one with the search coil along directly on the surface of the cable without the search coil is allowed to slip to the sides. That in the immediate The field present near the surface of the cable follows the twisted wire, so that the recorded Search tone periodically swells and decreases. This phenomenon stops immediately behind the short-circuit point. In this way, it is possible to locate the fault directly on exposed, but not for those laid in the ground Cables possible. When misplaced Wiring the suspicious point must first be determined in another way and then there be dug up.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei einem verdrillten, arn fernen Ende durch einen Kabelfehler oder auch künstlich kurzgeschlossenen Adernpaar in relativ weiter Entfernung von den Leitern ein Suchton wahrnehmbar ist, wenn die Achse der Suchspule etwa parallel zur Kabeltrasse ausgerichtet wird. Somit können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Fehler und Muffen von in Erde verlegten Kabeln über Erde punktgenau ermittelt werden. Ein infolge eines Kabelfehlers kurzgeschlossenes Adernpaar wird zu diesem Zweck mit einer Tonfrequenzleistung von einigen hundert Watt mit einer Frequenz im Bereich zwischen 800 bis 4000 Hz gespeist. Dadurch breitet sich um das Kabel ein magnetisches Wechselfeld aus, das zum Teil über Erde austritt. Die Feldgrößen werden dabei von der Stromstärke im Leiterpaar, von der Frequenz des Stromes, vom Abstand und der Lage (Drall) der stromführenden Adern und von der Verl egungs tiefe des Kabels beeinflußt. Mit einer sehr richtungsempfindlichen Suchspule wird über Erde das magnetische Längsfeld, das ist jene Magnetfeldkomponente, die parallel zum untersuchten Kabel gerichtet ist, ausgemessen. Längs des vom tonfrequenten Strom durchflossenen Kabels ändert sich die Intensität des im Abstand vom Kabel abgegriffenen magnetischen Längsfeldes periodisch in --ähnlicher Weise wie bei dem bekannten Suchverfahren, bei dem die unmittelbar aus dem Kabel senkrecht zu dessen Achse austretende Querfeldkomponente abgegriffen wird. Diese Erscheinung kann ebenfalls zum Nachweis des Kabeldralles an sich und der Drallwindungslänge benutzt werden. Sie ermöglicht die Auffindung des Kurzschlußortes im verlegten Kabel, weil der Dralleffekt hinter dem Kurzschluß in einem etwa noch vorhandenen Magnetfeld nicht-mehr auftritt. Eine Veränderung des Adernabstandes äußert sich in einer Zunahme der Feldstärke bei Vergrößerung des Adernabstandes und in einer Abnahme der Feldstärke bei sich verringerndem Adernabstand. Wenn sich also längs eines Kabels an einer bestimmten Stelle die Feldstärke sprunghaft vergrößert, läßt dies auf eine Vergrößerung des Abstandes der Adern an dieser Stelle, verglichen mit dem übrigen Kabel, schließen. The invention is based on the knowledge that in a twisted, at the far end due to a cable fault or an artificially short-circuited wire pair At a relatively far distance from the ladders, a searching tone can be heard when the The axis of the search coil is aligned approximately parallel to the cable route. Thus can according to the method according to the invention, faults and sleeves in cables laid in the ground can be determined with pinpoint accuracy above earth. A short-circuited as a result of a cable fault For this purpose, the pair of wires has an audio frequency output of a few hundred Watts fed with a frequency in the range between 800 to 4000 Hz. This spreads An alternating magnetic field develops around the cable, some of which escapes via earth. The field sizes are determined by the current strength in the pair of conductors and the frequency of the current, of the distance and position (twist) of the current-carrying wires and of the The depth of the cable is influenced. With a very directional search coil becomes the longitudinal magnetic field over earth, that is the magnetic field component that parallel to the examined cable is measured. Along the from the audio frequency Current flowing through the cable changes the intensity of the distance from the cable measured longitudinal magnetic field periodically in a manner similar to that of the known search method in which the directly from the cable perpendicular to its Axis exiting transverse field component is tapped. This phenomenon can also can be used to verify the cable twist itself and the twist winding length. It enables the location of the short circuit in the installed cable to be found because of the twisting effect behind the short-circuit in a possibly still existing magnetic field no longer occurs. A change in the wire spacing manifests itself in an increase in the field strength when the wire spacing increases and the field strength decreases reducing wire spacing. So if there is a specific one along a cable If the field strength is increased by leaps and bounds, this allows for an increase in the Distance between the wires at this point compared to the rest of the cable.

Da eine solche Abstandsvergrößerung zwangläufig bei Verbindungs- und Abzweigmuffen vorhanden ist, läßt sich das Meßverfahren auch für die Auffindung von Muffen verlegter Kabel bequem verwenden.Since such an increase in distance inevitably in connection and If there are branch sleeves, the measuring method can also be used for finding Conveniently use cables laid by sleeves.

Für den Meßvorgang werden ein Tongenerator und ein Suchgerät benötigt. Als Ausgangsleistung des Tongenerators genügen einige hundert Watt mit einer Frequenz im Bereich von etwa 800 bis 4000 Hz. Die Ausgangsimpedanz des Generators soll zweckmäßigerweise regelbar sein, um eine günstige Anpassung auf das kurzgeschlossene Kabel und/oder dessen Ergänzung (Abstimmung) zu einem Resonanzkreis zu erreichen. A tone generator and a search device are required for the measurement process. A few hundred watts with one frequency are sufficient as the output power of the tone generator in the range from about 800 to 4000 Hz. The output impedance of the generator should expediently be adjustable to allow a favorable adaptation to the short-circuited cable and / or to achieve its addition (vote) to a resonance circuit.

Das Suchgerät besteht aus einer richtungsempfindlichen Spule mit offenem Eisenkern. Die Spule ist mit einem Kondensator zu einem für die verwendete Generatorfrequenz sehr selektiven Schwingkreis ergänzt. Die in der Spule von dem aus dem Erdboden austretenden magnetischen Längsfeld induzierten Spannungen werden über einen zweckmäßigerweise auf die Generatorfrequenz abgestimmten Verstärker einem Meß- bzw. Anzeigegerät oder Kopfhörer zugeleitet. The search device consists of a direction-sensitive coil with open iron core. The coil is used for a capacitor to one for Generator frequency very selective resonant circuit added. The ones in the coil of that Magnetic longitudinal field emerging from the ground become induced voltages via an amplifier that is expediently matched to the generator frequency Measuring or display device or headphones supplied.

Das erfindungsgemäße Verfahren setzt zwischen den Adern der Leiterschleife eine Verbindung mit geringem Ubergangswiderstand (Kurzschluß) voraus. The method according to the invention is set between the wires of the conductor loop a connection with low contact resistance (short circuit).

Ein zusätzlicher Erdschluß ist bei Einspeisung mittels eines von Erde isolierten Generators ohne Einfluß auf den Meßvorgang. Sollte der Kabelfehler einen für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu hohen Übergangswiderstand aufweisen, so ist die Fehlerstelle mit entsprechender Leistung aus dem Versorgungsnetz mittels eines Transformators durchzubrennen. Für fast alle praktisch vorkommenden Fehlerfälle, auch bei Erdschluß nur einer Ader, sind Methoden bekannt, einen gegebenenfalls zunächst sich als hochohmige Ableitung darstellenden Kabelfehler in einen zweipoligen, niederohmigen Kurzschluß zu verwandeln.An additional earth fault is caused by a feed from earth isolated generator without affecting the measuring process. If the cable fault is a Too high contact resistance for the application of the method according to the invention have, then the point of failure is with the corresponding power from the supply network to burn out by means of a transformer. For almost everyone that occurs in practice Faults, even in the case of a ground fault in only one wire, are known methods, one if necessary cable faults that initially appear as a high-impedance discharge into a two-pole, to transform low-resistance short circuit.

Der erfindungsgemäß zur Anwendung gelangende Tongenerator wird an einer Trennstelle an das kurzschlußbehaftete Kabeladernpaar angeschlossen und auf Strommaximum angepaßt bzw. abgestimmt. Nun führt man die Spule knapp über dem Erdboden der Kabeltrasse entlang. Senkrecht über dem Kabel ergibt sich die größte Anzeige im Meßinstrument bzw. die größte Lautstärke im Kopfhörer. Ein periodisches Anschwellen der empfangenen Tonfrequenz beim Abschreiten der Kabeltrasse, der sogenannte Dralleffekt, ist genau bis zur Fehlerstelle wahrzunehmen. Nach der Fehlerstelle ist der Meßton nicht mehr oder nur als schwacher Dauerton zu hören. Auf diese Weise ist die Ermittlung des Fehlerortes mit Sicherheit ermöglicht. The tone generator used according to the invention is on a separation point connected to the short-circuit prone cable wire pair and on Current maximum adapted or matched. Now you run the coil just above the ground along the cable route. The largest display is found vertically above the cable in the measuring instrument or the highest volume in the headphones. A periodic swelling the audio frequency received when walking along the cable route, the so-called twist effect, can be perceived exactly up to the point of failure. After the point of failure is the test tone can no longer be heard or only as a weak continuous tone. This is how the investigation is the location of the fault with certainty.

Jede Messung nach dieser Methode in jedem beliebigen Punkt über dem zu untersuchenden Kabel liefert ein eindeutiges Ergebnis, ob man sich vor oder nach dem Kabelfehler befindet und ermöglicht die Eingrenzung des Fehlers. Any measurement made by this method at any point above the The cable to be examined provides a clear result, whether one is before or after the cable fault and enables the fault to be isolated.

Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung näher erläutert, und es zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung des Magnetfeldes eines stromdurchflossenen verdrillten Adernpaares, Fig. 2 eine Darstellung des Suchvorganges und Fig. 3 eine Darstellung der beim Suchvorgang gemäß Fig. 1 aufnehmbaren Suchtonintensität. The invention is explained in more detail with reference to the drawing, and it shows Fig. 1 is a schematic representation of the magnetic field of a current-carrying twisted pair of wires, FIG. 2 a representation of the search process and FIG. 3 a Representation of the search tone intensity that can be recorded during the search process according to FIG. 1.

Unter der Erdoberfläche 1 ist in einer gewissen Tiefe das zu untersuchende Kabel 2 verlegt. Es enthält ein verdrilltes Paar Adern 3, 4, in die gegensinnig vom Kabelende 5 her ein nicht dargestellter Generator den Suchtonstrom einspeist. An das Kabelende 6 schließt sich in beliebiger Entfernung ein durch einen Fehler oder künstlich hergestellter Kurzschluß zwischen den Adern 3, 4 an. In der unmittelbaren Umgebung der beiden Leiter 3, 4 bildet sich ein Querfeld çk aus. Zwischen den durch die Verdrillung gebildeten großen Leitermaschen entsteht in weiterer Entfernung von den Leitern ein sich längs der Leiterausdehnung schraubenförmig fortwindendes Magnetfeld, dessen in der Zeichenebene verlaufende Komponente durch die großen ellipsenartigen Feldlinien all und dessen in einer senkrecht hierzu orientierten Ebene verlaufende Komponente durch die kleinen ellipsenartigen Feldlinien çL2 dargestellt sind. Below the surface of the earth 1 is that to be investigated at a certain depth Cable 2 laid. It contains a twisted pair of wires 3, 4 in opposite directions from the end of the cable 5, a generator (not shown) feeds the search current. The cable end 6 closes at any distance due to an error or artificially produced short circuit between the wires 3, 4. In the immediate A transverse field çk is formed around the two conductors 3, 4. Between the through the large conductor meshes formed by twisting arise further away from the ladders a helical winding along the extension of the ladder Magnetic field, the component of which runs in the plane of the drawing through the large elliptical Field lines all and its extending in a plane oriented perpendicular to it Component are represented by the small elliptical field lines çL2.

Das aus der Erdoberfläche austretende Magnetfeld 1 1 wird mittels einer Suchspule 7 abgegriffen, deren Achse 8 etwa parallel zur Kabellängsachse verläuft.The emerging from the earth's surface magnetic field 1 1 is by means of a search coil 7 is tapped, the axis 8 of which runs approximately parallel to the longitudinal axis of the cable.

Durch die gleichzeitig in der Nähe der Kabeloberfläche (also im Bereich des Erdbodens 1') gestrichelt dargestellte Suchspule 9 wird die Lage der Suchspulen bei den vorbekannten, nur an freigelegten Kabeln anwendbaren Suchverfahren gezeigt. Bei diesen vorbekannten Verfahren steht die Spulenachse 10 etwa senkrecht auf der Kabellängsachse.By being close to the cable surface (i.e. in the area des Erdboden 1 ') search coil 9 shown in dashed lines is the position of the search coils shown in the previously known search method, which can only be used on exposed cables. at The coil axis 10 is approximately in relation to this previously known method perpendicular to the longitudinal axis of the cable.

Fig. 2 zeigt die Durchführung des Suchvorganges, bei dem die mit dem Suchtonverstärker 11 verbundene Suchspule 7 knapp über dem Erdboden 1 geführt wird, wobei die Suchspulenachse 8 etwa parallel zur, zweckmäßigerweise vorher markierten, Kabeltrasse gehalten wird. Am Kabel 2 Sitzt an der Stelle 12 eine Kabelmuffe 13. An der Stelle 14 ist das Kabel mit einem Kurzschluß behaftet. Fig. 2 shows the implementation of the search process in which the with The search coil 7 connected to the search tone amplifier 11 is guided just above the ground 1 is, the search coil axis 8 approximately parallel to the, appropriately previously marked, Cable route is held. A cable sleeve 13 is located at the point 12 on the cable 2. At point 14, the cable is short-circuited.

Gemäß Fig. 3 ändert sich beim Abschreiten des in Fig. 2 dargestellten Kabels die Intensität der mit der Drallperiode des Kabels 2 schwankenden Suchtonfeldstärke entsprechend der Kurve 16. Am Ort 12 der Muffe 13 verstärkt sich der Suchton sprunghaft zufolge des in der Muffe 13 vergrößerten Aderabstandes; hinter dem Ort 14 des Kurzschlusses 15 verschwindet jedoch der Dralleffekt und der Suchton ist nicht mehr oder nur noch schwach wahrnehmbar. According to FIG. 3, what is shown in FIG. 2 changes when stepping through Cable the intensity of the search tone field strength fluctuating with the twist period of the cable 2 corresponding to curve 16. At location 12 of sleeve 13, the search tone increases by leaps and bounds according to the increased wire spacing in the sleeve 13; behind the location 14 of the short circuit However, the twisting effect disappears and the search tone is no longer or only still weakly perceptible.

PATENTANSPRtJCHE: 1. Verfahren zur Feststellung der Lage von Kurzschluß stellen von im Erdreich verlegten Starkstromkabeln mit verdrillten Leitern, bei dem der von dem kurzgeschlossenen oder künstlich kurzgeschlossenen verdrillten Adernpaar gebildete Stromkreis mit tonfrequentem Wechselstrom gespeist wird und mittels einer längs des Kabels geführten, induktiv wirkenden Suchspule Signalspannungen gewonnen werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit ihrer Achse in Richtung zum aus dem Erdreich austretenden magnetischen Längsfeld, insbesondere parallel zur Kabeltrasse, gerichtete Suchspule knapp über dem Erdboden geführt wird. PATENT CLAIMS: 1. Method for determining the location of a short circuit provide power cables with twisted conductors laid in the ground that of the short-circuited or artificially short-circuited twisted wire pair formed circuit is fed with audio-frequency alternating current and by means of a Signal voltages obtained along the cable, inductively acting search coil are, characterized in that one with its axis in the direction of the out Longitudinal magnetic field emerging from the ground, in particular parallel to the cable route, directed Search coil is guided just above the ground.

Claims

2. The method according to claim 1, characterized by its application for determining the position of cable sleeves along the cable route with the proviso, that the swelling of the signal voltage in the area of the sleeve is used as a criterion will.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the Circuit with an audio frequency voltage of approximately 800 to 4000 Hz at one power fed by a few hundred watts.

4. The method according to claim 3, characterized in that a den Circuit feeding generator is used, the output of which is connected to the resistance of the Circuit is adaptable.

5. The method according to claim 1 or the following, characterized in that that the search coil is tuned to the generator frequency by means of a capacitor will.

6. The method according to claim 1 or the following, characterized in that that the voltages induced in the search coil expediently over a the generator frequency tunable amplifier a display device or headphones be forwarded.

References considered: U.S. Patents No. 1,297 929, 2,518,227, 2291533; "Electricity Industry", Volume 51, 1952, no. 22, p. 614 to 617.