AT516165A4 - Detektieren des unbefugten Entfernens von Erdungsleitern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren des unbefugten Entfernens von Erdungsleitern, insbesondere von Erdungsleitern von Schienenverkehrsanlagen. Dabei ist vorgesehen, -dass mehrmals hintereinander elektrische Signale gemessen werden, die in zumindest einem Erdungsleiter vorliegen, -dass die Abweichung eines elektrischen Signals von einem oder mehreren früheren elektrischen Signalen ermittelt wird und -dass das Überschreiten einer vorgegebenen Abweichung eines elektrischen Signals von einem oder mehreren früheren elektrischen Signalen als Hinweis auf das Entfernen eines Erdungsleiters gewertet wird.

Description

Beschreibung

Detektieren des unbefugten Entfernens von ErdungsleiternGEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren desunbefugten Entfernens von Erdungsleitern, insbesondere vonErdungsleitern von Schienenverkehrsanlagen. Das Verfahren istaber grundsätzlich auf alle mit Strom betriebenen Anlagenanwendbar, wo die Erdleitungsführung ähnlich erfolgt wie beiSchienenverkehrsanlagen, etwa bei Industrieanlagen oder beiBlitzschutzerdungsanlagen, oder auch auf Oberleitungsbusse.

Aufgrund der in den letzten Jahren deutlich gestiegenenPreise für Kupfermaterialien kommt es vermehrt zu Diebstählenvon Kupferkabeln. Das ist insbesondere im Bereich desöffentlichen Verkehrs, wie bei Eisenbahn, U-Bahn oderStraßenbahn, aufgrund der Häufigkeit und der schwerenFolgeschäden zu einem sicherheitstechnischen undwirtschaftlichen Problem geworden.

Kupferleitungen im Bereich der Erdungsanlage sind bei Diebenbesonders beliebt, das diese Kupferkabel im normalen Betriebspannungsfrei sind und so ohne Gefahr abmontiert werdenkönnen. Spannungsführende Leitungen, wie etwa Oberleitungen,sind nur unter Gefahr zu demontieren, deren Fehlen wird zudem- im Gegensatz zu Erdungsleitungen - sehr rasch bemerkt. DasFehlen von Erdungsleitungen kann über längere Zeit unerkanntbleiben, da diese nur im Falle von Störungen oder Fehlern(Kurzschlüsse, Blitzschläge, oder Ähnliches) für einenPotentialausgleich erforderlich sind. Die Erdungsleitungensind auch notwendig, um Potentialunterschiede zu vermeiden, die zu gefährlichen Schrittspannungen führen können. FehlenErdungsleitungen, kann es für Menschen zu lebensgefährlichenSituationen kommen und/oder können schwere Sachschädenentstehen. Mit einer Überwachungseinrichtung zur Überwachungder Erdungsanlage können Diebstähle erkannt und gefährlicheSituationen vermieden werden.

Kupfer-Erdungsleiter, die sichtbar und leicht zugänglichsind, sind für Diebe besonders interessant. Erdungsleiter,die im Boden vergraben oder schwer zugänglich sind, sindweniger interessant.

STAND DER TECHNIK

Beim Errichten einer Erdungsanlage und in gesetzlichvorgegebenen Intervallen wird deren Funktion mit Hilfe vonErdungsmessungen überprüft. Solche Messungen sind im Bereichder Bahn schwierig und aufwändig. Die Erdungsanlagen sind imAllgemeinen sehr weitläufig und teilweise schwer zugänglich.Weiters kommt es durch den Bahnbetrieb zu einer Beeinflussungder Messung durch die Betriebsströme. Für Messungen beilaufendem Betrieb sind spezielle Vorkehrungen zu treffen,damit jene Spannungen und Ströme, die durch den Betrieb derBahn verursacht werden, von den Messsignalen unterschiedenwerden können.

So sind derzeit etwa in der Schweiz Überprüfungen derErdungsanlage alle 10 Jahre vorgeschrieben. Man könnte dieseÜberprüfungen natürlich in kürzeren Intervallen durchführen,um etwaige Kupferdiebstähle zu erkennen. Aufgrund destechnischen Aufwands und der schwierigen Messung wird diesaber nicht durchgeführt.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren undeine Vorrichtung zu schaffen, durch welche eine Überprüfungder Erdungsanlage auf Diebstahl von Erdungsleitern wenigeraufwändig erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1gelöst, welches vorsieht, - dass mehrmals hintereinander elektrische Signale gemessenwerden, die in zumindest einem Erdungsleiter vorliegen, - dass die Abweichung eines elektrischen Signals von einemoder mehreren früheren elektrischen Signalen ermittelt wirdund - dass das Überschreiten einer vorgegebenen Abweichung eineselektrischen Signals von einem oder mehreren früherenelektrischen Signalen als Hinweis auf das Entfernen einesErdungsleiters gewertet wird.

Die Erfindung nutzt den Umstand, dass Teile vonErdungsleitern nicht vergraben und sichtbar sind. SolcheKabel haben über kurze oder längere Abschnitte eine schlechteoder gar keine leitende Verbindung mit der Umgebung. Dieerfindungsgemäßen Messungen werden vorzugsweise an diesensichtbaren, nicht vergrabenen Abschnitten des Erdungsleitersdurchgeführt.

Eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrensbesteht darin, dass ein elektrisches Signal in einemErdungsleiter ermittelt wird, wobei dieses elektrische Signaldurch von einem Sender ausgehende elektromagnetischeStrahlung induziert wird. Der Erdungsleiter empfängt dieelektromagnetische Strahlung von einem oder mehreren Sendern.

Bei dieser ersten Ausführungsform werden die Erdungsleiterals Antenne angesehen und die mit dieser „Antenne"empfangenen Signale gemessen. Es erfolgt ein Vergleich derSignale über eine längere Beobachtungszeit. Bei einerVeränderung der Signale ist davon auszugehen, dass sich dieAntenne verändert hat, z.B. durch einen Kupferdiebstahl.

Zu diesem Zweck können längs des Erdungsleiters mehrereMessempfänger für die Messung des elektrischen Signalsangeordnet sein. Diese Messempfänger müssen in einem solchenAbstand vom Erdungsleiter vorgesehen werden, dassVeränderungen der „Antenne", also des Erdungsleiters, erkanntwerden können. Veränderungen des Erdungsleiters können nur inder Nähe des Erdungsleiters deutlich wahrgenommen werden, undnicht in einem größeren Abstand.

Als Sender kommen am einfachsten solche festen Sendestationenin Frage, die regelmäßig senden (und ohnehin vorhanden sind),wie Radiosender, Fernsehsender oder Sende- undEmpfangsanlagen für den Mobilfunk. Insofern kann vorgesehensein, dass der Sender Radiowellen mit einer Wellenlänge von10 cm bis 100 km, insbesondere von 0,15 m bis 6 m, aussendet.Es müssen in diesem Fall für das erfindungsgemäße Verfahrenkeine eigenen Sender installiert werden.

Um allfällige Änderungen der Sendeleistung der Sendererkennen und berücksichtigen zu können, kann vorgesehen sein,dass ein Referenzempfänger mit bekannter und zeitlich nichtveränderlicher Antenne verwendet wird.

Die Länge des Erdungsleiters, das mit der erstenAusführungsvariante überwacht werden kann, hängt einerseitsstark von den baulichen Gegebenheiten ab, andererseits auchvon der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung. Die überwachbare Länge kann nur wenige Meter bis zu einigehundert Metern betragen.

Die zweite Ausführungsvariante macht sich den Umstandzunutze, der bei der konventionellen Messmethode zurÜberprüfung der Erdungsanlage eine Erschwernis darstellt,nämlich das Auftreten von Betriebsströmen. Bei dieser zweitenAusführungsvariante ist vorgesehen, dass das elektrischeSignal direkt ermittelt wird, indem laufend die elektrischeSpannung und/oder der elektrische Strom gemessen wird, diebzw. der im Erdungsleiter während des Betriebs der durch denErdungsleiter geschützten Anlage entsteht.

Dabei werden am Erdungsleiter die Ströme und/oder Spannungen,die durch den Betrieb der geschützten Anlage auftreten, übereine längere Beobachtungszeit gemessen. Bei einer Veränderungder Messwerte ist davon auszugehen, dass sich derErdungsleiter verändert hat.

Von Vorteil ist, wenn als Referenzsignal die elektrischeSpannung und/oder der elektrische Strom der spannungs-und/oder stromführenden Anlagenteile gemessen werden. Mitdiesem Referenzsignal kann eine Normierung der Signale amErdungsleiter durchgeführt werden. Das ist möglich, weil sichdas Netzwerk der Erdungsanlage und das Netzwerk der durch dieErdungsanlage geschützten Anlage (das

Betriebsleitungsnetzwerk) und die Koppelimpedanzen zwischenden Netzwerken linear verhalten.

Eine dritte Ausführungsvariante der Erfindung besteht darin,dass das elektrische Signal direkt ermittelt wird, indemlaufend Strompulse in die Erdungsleitung eingespeist werdenund die Lauflängen und/oder Reflexionscharakteristika derStrompulse gemessen werden.

Auf diese Weise wird eine bei Signalkabeln üblicheMessmethode auf Erdungsleitern angewendet, dieZeitbereichsreflektometrie (Time Domain Reflectometry, TDR).Bei Signalkabeln werden kurze Spannungspulse in dieSignalkabel eingespeist und aus der Messung derReflexionssignale Inhomogenitäten, wie ein Kabelbruch,erkannt. Es können mit dieser Methode auch mehrereInhomogenitäten und auch deren Position ermittelt werden.

Insofern kann vorgesehen sein, dass das elektrische Signaldirekt ermittelt wird, indem laufend Strompulse in dieErdungsleitung eingespeist werden und die Lauflängen und/oderReflexionscharakteristika der Strompulse gemessen werden.

Statt der bei der Zeitbereichsreflektometrie üblichenSpannungsimpulse werden also Strompulse genutzt. BeiErdungsleitern ist es nämlich nicht einfach möglich,Spannungspulse einzuspeisen, weil dazu eine zweitePotentialebene erforderlich wäre. Es wäre zwar möglich, einespannungsführende Leitung (z.B. eine Oberleitung imBahnbereich) oder eine andere Leitung, die parallel zumErdungsleiter verlegt ist, zu verwenden. Allerdings ist beider Einspeisung in eine spannungsführende Leitung ein sehrgroßer Dynamikbereich erforderlich, da die Nutzspannung imBahnumfeld sehr hoch ist, die zu messende Spannung aber sehrklein. Durch die Verwendung von Strompulsen kann diesesProblem umgangen werden. Da Erdungsleiter einen relativgroßen Leitungsquerschnitt aufweisen (z.B. 100 mm2), istderen Leitungsinduktivität relativ klein, somit ist esmöglich, auch kurze Strompulse (z.B. 10ns bis lys)einzukoppeln.

Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßenVerfahrens ist gekennzeichnet dadurch, - dass ein Messgerät vorhanden ist, mit dem mehrmalshintereinander elektrische Signale gemessen werden können,die in zumindest einem Erdungsleiter vorliegen, und - dass eine Auswerteeinheit vorgesehen ist, mit welcher dieAbweichung eines elektrischen Signals von einem oder mehrerenfrüheren elektrischen Signalen sowie das Überschreiten einervorgegebenen Abweichung eines elektrischen Signals von einemoder mehreren früheren elektrischen Signalen ermittelt werdenkann.

Bei der ersten Ausführungsvariante ist entsprechendvorgesehen, dass längs des Erdungsleiters mehrereMessempfänger für die Messung des elektrischen Signalsangeordnet sind, das im Erdungsleiter von einem Sender durchdessen abgestrahlte elektromagnetische Strahlung induziertwird.

Wenn bestehende Sender genutzt werden, müssen keinezusätzlichen Sender vorgesehen werden. Allerdings könntezusätzlich ein Referenzempfänger mit bekannter und zeitlichnicht veränderlicher Antenne vorgesehen sein, um etwaigeSchwankungen in der Sendeleistung des Senders entsprechendberücksichtigen zu können. Für die zweite Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dasszumindest ein Messgerät für die elektrische Spannung und/oderden elektrischen Strom vorgesehen ist, die bzw. der imErdungsleiter während des Betriebs der, durch denErdungsleiter geschützten, Anlage entsteht.

Zusätzlich könnte zumindest ein Messgerät für die elektrischeSpannung und/oder den elektrischen Strom der spannungs¬ und/oder stromführenden Anlagenteile vorgesehen sein. Hierwäre es auch denkbar, entsprechende Messwerte vom Betreiberder geschützten Anlage zu erhalten, sodass zusätzlicheMessgeräte entfallen können. Für die dritte Ausführungsvariante kann zumindest eineEinrichtung vorgesehen sein, mit welcher laufend Strompulsein die Erdungsleitung eingespeist und die Lauflängen und/oderReflexionscharakteristika der Strompulse gemessen werdenkönnen.

Selbstverständlich können die drei Ausführungsvarianten nichtnur alternativ zur Anwendung kommen, es ist auch eineKombination von zweien oder von allen drei der dreiAusführungsvarianten möglich.

Bei allen drei Ausführungsformen ist ein Computer vorzusehen,der die gemessenen elektrischen Signale mit den früherenelektrischen Signalen vergleicht und auswertet und dasÜberschreiten einer vorgegebenen Abweichung feststellt sowiegegebenenfalls eine entsprechende Meldung ausgibt. Wenn derComputer auch die laufenden Messungen veranlasst, so kann daserfindungsgemäße Verfahren auch automatisiert betriebenwerden.

Die für die erfindungsgemäßen Verfahren notwendigeelektrische Energie kann entweder über Batterien oder überlokale Energieversorgungen zur Verfügung gestellt werden. Dieeinzelnen Messgeräte, gegebenenfalls von mehrerenkontrollierten Erdungsleitern, können ihre Daten mittelsFernübertragung an eine zentrale Betriebseinheit, die denComputer für die Auswertung umfasst, mittels Fernübertragung(über Funk oder leitungsgebunden) übermitteln. Es wäre aberauch denkbar, dass die von den Messgeräten ermittelten Daten am Ort der Messgeräte mittels Computer verarbeitet werden,und nur die Meldungen über das Entfernen des Erdungsleitersan eine zentrale Betriebseinheit gemeldet werden.

Claims (14)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zum Detektieren des unbefugten Entfernens vonErdungsleitern, insbesondere von Erdungsleitern vonSchienenverkehrsanlagen, dadurch gekennzeichnet, - dass mehrmals hintereinander elektrische Signalegemessen werden, die in zumindest einem Erdungsleitervorliegen, - dass die Abweichung eines elektrischen Signals voneinem oder mehreren früheren elektrischen Signalenermittelt wird und - dass das Überschreiten einer vorgegebenen Abweichungeines elektrischen Signals von einem oder mehrerenfrüheren elektrischen Signalen als Hinweis auf dasEntfernen eines Erdungsleiters gewertet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dassdas elektrische Signal in einem Erdungsleiter ermitteltwird, wobei dieses elektrische Signal durch von einemSender ausgehende elektromagnetische Strahlung induziertwird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dasslängs des Erdungsleiters mehrere Messempfänger für dieMessung des elektrischen Signals angeordnet sind.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurchgekennzeichnet, dass der Sender Radiowellen mit einerWellenlänge von 10 cm bis 100 km, insbesondere von 0,15m bis 6 m, aussendet.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurchgekennzeichnet, dass ein Referenzempfänger mit bekannterund zeitlich nicht veränderlicher Antenne verwendetwird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dassdas elektrische Signal direkt ermittelt wird, indemlaufend die elektrische Spannung und/oder derelektrische Strom gemessen wird, die bzw. der imErdungsleiter während des Betriebs der, durch denErdungsleiter geschützten, Anlage entsteht.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dassals Referenzsignal die elektrische Spannung und/oder derelektrische Strom der spannungs- und/oder stromführendenAnlagenteile gemessen werden.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dassdas elektrische Signal direkt ermittelt wird, indemlaufend Strompulse in die Erdungsleitung eingespeistwerden und die Lauflängen und/oderReflexionscharakteristika der Strompulse gemessenwerden.
9. 9. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einemder Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, - dass ein Messgerät vorhanden ist, mit dem mehrmalshintereinander elektrische Signale gemessen werdenkönnen, die in zumindest einem Erdungsleiter vorliegen,und - dass eine Auswerteeinheit vorgesehen ist, mit welcherdie Abweichung eines elektrischen Signals von einem odermehreren früheren elektrischen Signalen sowie dasÜberschreiten einer vorgegebenen Abweichung eineselektrischen Signals von einem oder mehreren früherenelektrischen Signalen ermittelt werden kann.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,dass längs des Erdungsleiters mehrere Messempfänger für die Messung des elektrischen Signals angeordnet sind,das im Erdungsleiter von einem Sender induziert wird.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,dass zusätzlich ein Referenzempfänger mit bekannter undzeitlich nicht veränderlicher Antenne vorgesehen ist.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,dass zumindest ein Messgerät für die elektrischeSpannung und/oder den elektrischen Strom vorgesehen ist,die bzw. der im Erdungsleiter während des Betriebs derdurch den Erdungsleiter geschützten Anlage entsteht.
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,dass zusätzlich zumindest ein Messgerät für dieelektrische Spannung und/oder den elektrischen Strom derspannungs- und/oder stromführenden Anlagenteilevorgesehen ist.
14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,dass zumindest eine Einrichtung vorgesehen ist, mitwelcher laufend Strompulse in die Erdungsleitungeingespeist und die Lauflängen und/oder Reflexionscharakteristika der Strompulse gemessen werdenkönnen.