AT516165B1 - 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

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren des unbefugten Entfernens vonErdungsleitern, insbesondere von Erdungsleitern von Schienenverkehrsanlagen. Das Verfahrenist aber grundsätzlich auf alle mit Strom betriebenen Anlagen anwendbar, wo die Erdleitungs¬führung ähnlich erfolgt wie bei Schienenverkehrsanlagen, etwa bei Industrieanlagen oder beiBlitzschutzerdungsanlagen, oder auch auf Oberleitungsbusse.

[0002] Aufgrund der in den letzten Jahren deutlich gestiegenen Preise für Kupfermaterialienkommt es vermehrt zu Diebstählen von Kupferkabeln. Das ist insbesondere im Bereich desöffentlichen Verkehrs, wie bei Eisenbahn, U-Bahn oder Straßenbahn, aufgrund der Häufigkeitund der schweren Folgeschäden zu einem sicherheitstechnischen und wirtschaftlichen Problemgeworden.

[0003] Kupferleitungen im Bereich der Erdungsanlage sind bei Dieben besonders beliebt, dasdiese Kupferkabel im normalen Betrieb spannungsfrei sind und so ohne Gefahr abmontiertwerden können. Spannungsführende Leitungen, wie etwa Oberleitungen, sind nur unter Gefahrzu demontieren, deren Fehlen wird zudem - im Gegensatz zu Erdungsleitungen - sehr raschbemerkt. Das Fehlen von Erdungsleitungen kann über längere Zeit unerkannt bleiben, da diesenur im Falle von Störungen oder Fehlern (Kurzschlüsse, Blitzschläge, oder Ähnliches) für einenPotentialausgleich erforderlich sind. Die Erdungsleitungen sind auch notwendig, um Potential¬unterschiede zu vermeiden, die zu gefährlichen Schrittspannungen führen können. FehlenErdungsleitungen, kann es für Menschen zu lebensgefährlichen Situationen kommen und/oderkönnen schwere Sachschäden entstehen. Mit einer Überwachungseinrichtung zur Überwa¬chung der Erdungsanlage können Diebstähle erkannt und gefährliche Situationen vermiedenwerden.

[0004] Kupfer-Erdungsleiter, die sichtbar und leicht zugänglich sind, sind für Diebe besondersinteressant. Erdungsleiter, die im Boden vergraben oder schwer zugänglich sind, sind wenigerinteressant.

STAND DER TECHNIK

[0005] Beim Errichten einer Erdungsanlage und in gesetzlich vorgegebenen Intervallen wirdderen Funktion mit Hilfe von Erdungsmessungen überprüft. Solche Messungen sind im Bereichder Bahn schwierig und aufwändig. Die Erdungsanlagen sind im Allgemeinen sehr weitläufigund teilweise schwer zugänglich. Weiters kommt es durch den Bahnbetrieb zu einer Beeinflus¬sung der Messung durch die Betriebsströme. Für Messungen bei laufendem Betrieb sind spezi¬elle Vorkehrungen zu treffen, damit jene Spannungen und Ströme, die durch den Betrieb derBahn verursacht werden, von den Messsignalen unterschieden werden können.

[0006] So sind derzeit etwa in der Schweiz Überprüfungen der Erdungsanlage alle 10 Jahrevorgeschrieben. Man könnte diese Überprüfungen natürlich in kürzeren Intervallen durchführen,um etwaige Kupferdiebstähle zu erkennen. Aufgrund des technischen Aufwands und derschwierigen Messung wird dies aber nicht durchgeführt.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0007] Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaf¬fen, durch welche eine Überprüfung der Erdungsanlage auf Diebstahl von Erdungsleitern weni¬ger aufwändig erfolgen kann.

[0008] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst, welches vorsieht, - dass mehrmals hintereinander elektrische Signale gemessen werden, die in zumindest einemErdungsleiter vorliegen, - dass die Abweichung eines elektrischen Signals von einem oder mehreren früheren elektri- sehen Signalen ermittelt wird und - dass das Überschreiten einer vorgegebenen Abweichung eines elektrischen Signals voneinem oder mehreren früheren elektrischen Signalen als Hinweis auf das Entfernen eines Er¬dungsleiters gewertet wird.

[0009] Die Erfindung nutzt den Umstand, dass Teile von Erdungsleitern nicht vergraben undsichtbar sind. Solche Kabel haben über kurze oder längere Abschnitte eine schlechte oder garkeine leitende Verbindung mit der Umgebung. Die erfindungsgemäßen Messungen werdenvorzugsweise an diesen sichtbaren, nicht vergrabenen Abschnitten des Erdungsleiters durchge¬führt.

[0010] Eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass einelektrisches Signal in einem Erdungsleiter ermittelt wird, wobei dieses elektrische Signal durchvon einem Sender ausgehende elektromagnetische Strahlung induziert wird. Der Erdungsleiterempfängt die elektromagnetische Strahlung von einem oder mehreren Sendern.

[0011] Aus der WO 2014/009726 ist ein System und ein Verfahren zum Detektieren des unbe¬fugten Entfernens von Erdungsleitern bekannt, bei dem akustische Signale auf einen Erdungs¬leiter aufgebracht und überwacht werden, um so den Diebstahl oder eine unbefugte Manipulati¬on entdecken zu können. Auch dieses Verfahren ist relativ aufwändig.

[0012] Bei dieser ersten Ausführungsform werden die Erdungsleiter als Antenne angesehenund die mit dieser „Antenne“ empfangenen Signale gemessen. Es erfolgt ein Vergleich derSignale über eine längere Beobachtungszeit. Bei einer Veränderung der Signale ist davonauszugehen, dass sich die Antenne verändert hat, z.B. durch einen Kupferdiebstahl.

[0013] Zu diesem Zweck können längs des Erdungsleiters mehrere Messempfänger für dieMessung des elektrischen Signals angeordnet sein. Diese Messempfänger müssen in einemsolchen Abstand vom Erdungsleiter vorgesehen werden, dass Veränderungen der „Antenne“,also des Erdungsleiters, erkannt werden können. Veränderungen des Erdungsleiters könnennur in der Nähe des Erdungsleiters deutlich wahrgenommen werden, und nicht in einem größe¬ren Abstand.

[0014] Als Sender kommen am einfachsten solche festen Sendestationen in Frage, die regel¬mäßig senden (und ohnehin vorhanden sind), wie Radiosender, Fernsehsender oder Sende-und Empfangsanlagen für den Mobilfunk. Insofern kann vorgesehen sein, dass der SenderRadiowellen mit einer Wellenlänge von 10 cm bis 100 km, insbesondere von 0,15 m bis 6 m,aussendet. Es müssen in diesem Fall für das erfindungsgemäße Verfahren keine eigenenSender installiert werden.

[0015] Um allfällige Änderungen der Sendeleistung der Sender erkennen und berücksichtigenzu können, kann vorgesehen sein, dass ein Referenzempfänger mit bekannter und zeitlich nichtveränderlicher Antenne verwendet wird.

[0016] Die Länge des Erdungsleiters, das mit der ersten Ausführungsvariante überwacht wer¬den kann, hängt einerseits stark von den baulichen Gegebenheiten ab, andererseits auch vonder Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung. Die überwachbare Länge kann nur wenigeMeter bis zu einige hundert Metern betragen.

[0017] Die zweite Ausführungsvariante macht sich den Umstand zunutze, der bei der konventi¬onellen Messmethode zur Überprüfung der Erdungsanlage eine Erschwernis darstellt, nämlichdas Auftreten von Betriebsströmen. Bei dieser zweiten Ausführungsvariante ist vorgesehen,dass das elektrische Signal direkt ermittelt wird, indem laufend die elektrische Spannungund/oder der elektrische Strom gemessen wird, die bzw. der im Erdungsleiter während desBetriebs der durch den Erdungsleiter geschützten Anlage entsteht.

[0018] Dabei werden am Erdungsleiter die Ströme und/oder Spannungen, die durch den Be¬trieb der geschützten Anlage auftreten, über eine längere Beobachtungszeit gemessen. Beieiner Veränderung der Messwerte ist davon auszugehen, dass sich der Erdungsleiter veränderthat.

[0019] Von Vorteil ist, wenn als Referenzsignal die elektrische Spannung und/oder der elektri¬sche Strom der spannungs- und/oder stromführenden Anlagenteile gemessen werden. Mitdiesem Referenzsignal kann eine Normierung der Signale am Erdungsleiter durchgeführt wer¬den. Das ist möglich, weil sich das Netzwerk der Erdungsanlage und das Netzwerk der durchdie Erdungsanlage geschützten Anlage (das Betriebsleitungsnetzwerk) und die Koppelimpe¬danzen zwischen den Netzwerken linear verhalten.

[0020] Eine dritte Ausführungsvariante der Erfindung besteht darin, dass das elektrische Signaldirekt ermittelt wird, indem laufend Strompulse in die Erdungsleitung eingespeist werden unddie Lauflängen und/oder Reflexionscharakteristika der Strompulse gemessen werden.

[0021] Auf diese Weise wird eine bei Signalkabeln übliche Messmethode auf Erdungsleiternangewendet, die Zeitbereichsreflektometrie (Time Domain Reflectometry, TDR). Bei Signalka¬beln werden kurze Spannungspulse in die Signalkabel eingespeist und aus der Messung derReflexionssignale Inhomogenitäten, wie ein Kabelbruch, erkannt. Es können mit dieser Metho¬de auch mehrere Inhomogenitäten und auch deren Position ermittelt werden.

[0022] Insofern kann vorgesehen sein, dass das elektrische Signal direkt ermittelt wird, indemlaufend Strompulse in die Erdungsleitung eingespeist werden und die Lauflängen und/oderReflexionscharakteristika der Strompulse gemessen werden.

[0023] Statt der bei der Zeitbereichsreflektometrie üblichen Spannungsimpulse werden alsoStrompulse genutzt. Bei Erdungsleitern ist es nämlich nicht einfach möglich, Spannungspulseeinzuspeisen, weil dazu eine zweite Potentialebene erforderlich wäre. Es wäre zwar möglich,eine spannungsführende Leitung (z.B. eine Oberleitung im Bahnbereich) oder eine andereLeitung, die parallel zum Erdungsleiter verlegt ist, zu verwenden. Allerdings ist bei der Einspei¬sung in eine spannungsführende Leitung ein sehr großer Dynamikbereich erforderlich, da dieNutzspannung im Bahnumfeld sehr hoch ist, die zu messende Spannung aber sehr klein. Durchdie Verwendung von Strompulsen kann dieses Problem umgangen werden. Da Erdungsleitereinen relativ großen Leitungsquerschnitt aufweisen (z.B. 100 mm2), ist deren Leitungsinduktivi¬tät relativ klein, somit ist es möglich, auch kurze Strompulse (z.B. 10ns bis 1ps) einzukoppeln.

[0024] Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gekenn¬zeichnet dadurch, - dass ein Messgerät vorhanden ist, mit dem mehrmals hintereinander elektrische Signalegemessen werden können, die in zumindest einem Erdungsleiter vorliegen, und - dass eine Auswerteeinheit vorgesehen ist, mit welcher die Abweichung eines elektrischenSignals von einem oder mehreren früheren elektrischen Signalen sowie das Überschreiteneiner vorgegebenen Abweichung eines elektrischen Signals von einem oder mehreren früherenelektrischen Signalen ermittelt werden kann.

[0025] Bei der ersten Ausführungsvariante ist entsprechend vorgesehen, dass längs des Er-dungsleiters mehrere Messempfänger für die Messung des elektrischen Signals angeordnetsind, das im Erdungsleiter von einem Sender durch dessen abgestrahlte elektromagnetischeStrahlung induziert wird.

[0026] Wenn bestehende Sender genutzt werden, müssen keine zusätzlichen Sender vorgese¬hen werden. Allerdings könnte zusätzlich ein Referenzempfänger mit bekannter und zeitlichnicht veränderlicher Antenne vorgesehen sein, um etwaige Schwankungen in der Sendeleis¬tung des Senders entsprechend berücksichtigen zu können.

[0027] Für die zweite Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Messge¬rät für die elektrische Spannung und/oder den elektrischen Strom vorgesehen ist, die bzw. derim Erdungsleiter während des Betriebs der, durch den Erdungsleiter geschützten, Anlage ent¬steht.

[0028] Zusätzlich könnte zumindest ein Messgerät für die elektrische Spannung und/oder denelektrischen Strom der spannungs- und/oder stromführenden Anlagenteile vorgesehen sein.Hier wäre es auch denkbar, entsprechende Messwerte vom Betreiber der geschützten Anlage zu erhalten, sodass zusätzliche Messgeräte entfallen können.

[0029] Für die dritte Ausführungsvariante kann zumindest eine Einrichtung vorgesehen sein, mitwelcher laufend Strompulse in die Erdungsleitung eingespeist und die Lauflängen und/oderReflexionscharakteristika der Strompulse gemessen werden können.

[0030] Selbstverständlich können die drei Ausführungsvarianten nicht nur alternativ zur Anwen¬dung kommen, es ist auch eine Kombination von zweien oder von allen drei der drei Ausfüh¬rungsvarianten möglich.

[0031] Bei allen drei Ausführungsformen ist ein Computer vorzusehen, der die gemessenenelektrischen Signale mit den früheren elektrischen Signalen vergleicht und auswertet und dasÜberschreiten einer vorgegebenen Abweichung feststellt sowie gegebenenfalls eine entspre¬chende Meldung ausgibt. Wenn der Computer auch die laufenden Messungen veranlasst, sokann das erfindungsgemäße Verfahren auch automatisiert betrieben werden.

[0032] Die für die erfindungsgemäßen Verfahren notwendige elektrische Energie kann entwe¬der über Batterien oder über lokale Energieversorgungen zur Verfügung gestellt werden. Dieeinzelnen Messgeräte, gegebenenfalls von mehreren kontrollierten Erdungsleitern, können ihreDaten mittels Fernübertragung an eine zentrale Betriebseinheit, die den Computer für die Aus¬wertung umfasst, mittels Fernübertragung (über Funk oder leitungsgebunden) übermitteln. Eswäre aber auch denkbar, dass die von den Messgeräten ermittelten Daten am Ort der Messge¬räte mittels Computer verarbeitet werden, und nur die Meldungen über das Entfernen des Er¬dungsleiters an eine zentrale Betriebseinheit gemeldet werden.

Claims (14)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zum Detektieren des unbefugten Entfernens von Erdungsleitern, insbesonderevon Erdungsleitern von Schienenverkehrsanlagen, dadurch gekennzeichnet, - dass mehrmals hintereinander elektrische Signale gemessen werden, die in zumindesteinem Erdungsleiter vorliegen, - dass die Abweichung eines elektrischen Signals von einem oder mehreren früherenelektrischen Signalen ermittelt wird und - dass das Überschreiten einer vorgegebenen Abweichung eines elektrischen Signals voneinem oder mehreren früheren elektrischen Signalen als Hinweis auf das Entfernen einesErdungsleiters gewertet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Signal ineinem Erdungsleiter ermittelt wird, wobei dieses elektrische Signal durch von einem Sen¬der ausgehende elektromagnetische Strahlung induziert wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass längs des Erdungsleitersmehrere Messempfänger für die Messung des elektrischen Signals angeordnet sind.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender Radiowel¬len mit einer Wellenlänge von 10 cm bis 100 km, insbesondere von 0,15 m bis 6 m, aus¬sendet.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Refe¬renzempfänger mit bekannter und zeitlich nicht veränderlicher Antenne verwendet wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Signal direktermittelt wird, indem laufend die elektrische Spannung und/oder der elektrische Strom ge¬messen wird, die bzw. der im Erdungsleiter während des Betriebs der, durch den Erdungs¬leiter geschützten, Anlage entsteht.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Referenzsignal die elekt¬rische Spannung und/oder der elektrische Strom der spannungs- und/oder stromführendenAnlagenteile gemessen werden.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Signal direktermittelt wird, indem laufend Strompulse in die Erdungsleitung eingespeist werden und dieLauflängen und/oder Reflexionscharakteristika der Strompulse gemessen werden.
9. 9. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8,dadurch gekennzeichnet, - dass ein Messgerät vorhanden ist, mit dem mehrmals hintereinander elektrische Signalegemessen werden können, die in zumindest einem Erdungsleiter vorliegen, und - dass eine Auswerteeinheit vorgesehen ist, mit welcher die Abweichung eines elektrischenSignals von einem oder mehreren früheren elektrischen Signalen sowie das Überschreiteneiner vorgegebenen Abweichung eines elektrischen Signals von einem oder mehrerenfrüheren elektrischen Signalen ermittelt werden kann.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass längs des Erdungsleitersmehrere Messempfänger für die Messung des elektrischen Signals angeordnet sind, dasim Erdungsleiter von einem Sender induziert wird.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Referenz¬empfänger mit bekannter und zeitlich nicht veränderlicher Antenne vorgesehen ist.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Messgerätfür die elektrische Spannung und/oder den elektrischen Strom vorgesehen ist, die bzw. derim Erdungsleiter während des Betriebs der durch den Erdungsleiter geschützten Anlageentsteht.
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zumindest einMessgerät für die elektrische Spannung und/oder den elektrischen Strom der spannungs-und/oder stromführenden Anlagenteile vorgesehen ist.
14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Einrichtungvorgesehen ist, mit welcher laufend Strompulse in die Erdungsleitung eingespeist und dieLauflängen und/oder Reflexionscharakteristika der Strompulse gemessen werden können. Hierzu keine Zeichnungen