CN103097854B - 确定电缆长度的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用于确定架空线的电缆长度的方法，该方法具有以下的步骤，用于将电磁信号耦合输入到电缆的第一末端中，用于测定信号在电缆中的传输时间，和用于从所测定的传输时间中确定电缆的长度。

Description

确定电缆长度的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于确定架空线的电缆长度的方法，以及一种用于确定架空线的电缆长度的装置。

背景技术

众所周知，用于地上传输电能的架空线设备，由电缆横跨在其间的电杆或铁塔组成，这些电缆用作为不绝缘的电导线。此时电缆或多或少强烈地下垂在两个相邻的电杆之间。电缆的下垂度与电缆的温度和与对于电缆的例如风载和冰载的外界影响有关。高的外界温度、强烈的太阳照射、和在电缆中流动的高的电流强度导致电缆的发热，由于该发热提高了电缆的下垂度。必须确保电缆的下垂度不超过允许的最大值。为此目的，值得希望的是可以测定电缆的当前的下垂度。

从现有技术中公开了，基于温度测量来确定电缆的下垂度。此时借助直接安放在电缆上的温度传感器来执行温度测量。随后从电缆的所测定的温度中计算出电缆的下垂度。

JP 60 027 805 A说明了一种用于测量线缆长度的方法，所述线缆包括一种集成的光纤。其中，光被耦合输入到光纤的第一末端，而在光纤的第二末端反射。从光的传输时间中计算出线缆长度。

在本专利申请的申请日之后公开的US 2011/0210756 A1说明了一种用于确定钻杆长度的装置。为此电脉冲被耦合输入到与该钻杆平行布置的导线中并在导线的第二末端反射。

DE 198 39 677 C1说明了一种用于测量分支线路网中的电气线路长度的装置。所述装置包括一个用以将脉冲馈入到线路中的脉冲发生器和用于分析脉冲回声的设备。

US 2002/105344 A1说明了一种用于测量线缆长度的装置。该装置在导体对中的一个导体上施加一个方波信号并且检测在导体对中的另一个导体上感应的电流。

DE 195 46 455 C1说明了一种用于确定电气线路长度的测量方法和测量装置，其中信号在第一线路末端耦合输入，而在第二线路末端反射。

发明内容

本发明的技术问题是：给出一种用于确定架空线的电缆长度的改善的方法。通过一种如下所述的方法来解决该技术问题。本发明的技术问题进一步是：提供一种用于确定架空线的电缆长度的改善的装置。通过一种如下所述的装置来解决该任务。在

用于确定架空线的电缆长度的本发明方法具有以下的步骤，用于将电磁信号耦合输入到电缆的第一末端中，用于测定信号在电缆中的传输时间，和用于从传输时间中确定电缆长度。该方法有利地是一种简单的和技术上可以容易实现的，用于确定电缆长度的测量方法，该测量方法没有安放在电缆上的传感器或基础设施元件，而实现了电缆长度的集成的测量。具体地，根据本发明的用于确定架空线的电缆长度的方法，将电磁信号耦合输入到电缆的第一末端中，所耦合输入的电磁信号具有在1 kHz和100 MHz之间的频率；在电缆的第二末端上接收所耦合输入的电磁信号并重新耦合输入到电缆的第二末端中；测定信号在电缆的第一末端上的耦合输入和重新耦合输入的信号在电缆第一末端上的到达之间所流逝的传输时间；和从传输时间中确定电缆的长度。

在本方法的一种改进方案中，从所计算的电缆长度中计算出电缆的下垂度。本方法于是有利地允许查明，是否遵守了电缆的允许的最大的下垂度。

在本方法的一种实施形式中，在电缆的第二末端上反射了所耦合输入的电磁信号，并且测定了信号在电缆的第一末端上的耦合输入和所反射的信号在电缆的第一末端上的到达之间所流逝的传输时间。在本方法的该实施例中，在布置在电缆的两个末端上的测量元件之间，有利地不需要时间同步。此外，通过由电磁信号两次运行通过电缆，而提高了测量精度。

在本方法的一种实施形式中，将脉动的电磁信号耦合输入到电缆的第一末端中，并且测定用于传输脉动信号的一个单个脉冲通过电缆所需要的传输时间。有利地可以用特别少的工作量执行该方法。

在本方法的另一种实施形式中，将调频的连续的电磁信号耦合输入到电缆的第一末端中，并且确定在电缆的第一末端上所耦合输入的信号和到达电缆的第二末端上的反射的信号之间的频率差。随后从频率差中计算出传输时间。本方法的该实施形式有利地允许直至厘米范围的特别高的测量精度。此外，本方法的该实施形式允许在多个不同的频率下执行传输时间的测量，由此提高了测量方法的耐久性（Robustheit）和适用性（Generizitaet）。

在本方法的一种改进方案中多次相继实施本方法，以便测定电缆长度在时间上的改变。随后从电缆长度在时间上的改变中，建立关于电缆长度的未来发展的预测。通过由本方法所达到的高的测量速率有利地实现了该改进方案。所建立的关于电缆长度的发展的预测，可以有利地采用于控制负载分配。因为可以有利地短期使各个电缆过载，以便灵活地对于在电网之内的未预料到的事件做出反应。

所耦合输入的电磁信号优选具有在1 kHz和100 MHz之间的频率。该频段有利地是一种在电缆中的同时低的信号衰减情况下，实现了足够精确测量的有利的折衷方案。

用于确定架空线的电缆长度的本发明装置，具有一个用于耦合输入电磁信号到电缆的末端中的发送单元，和一个用于从电缆的末端中耦合输出电磁信号的接收单元。该装置有利地没有附加的安放在架空线设备上的传感器或基础设施元件，允许测定电缆的长度。具体地，根据本发明的用于确定架空线的电缆长度的装置，其中，所述装置具有发送－接收单元，用于将第一电磁信号耦合输入到电缆的第一末端中，和用于从电缆的第一末端中耦合输出第二电磁信号，其中所述第一电磁信号具有在1 kHz和100 MHz之间的频率，其中所述装置具有反射单元用于在电缆的第二末端接收第一电磁信号并用于将第二电磁信号耦合输入到电缆的第二末端。

在本装置的一种实施形式中，安排了布置在电缆的不同末端上的发送单元和接收单元。该装置于是有利地允许特别简单地确定电缆的长度。

在本装置的另一种实施形式中，安排了布置在电缆的一个共同末端上的发送单元和接收单元。本装置于是有利地实现了电缆长度的特别精确的确定。此外，在布置在电缆的不同末端上的本装置的元件之间不需要时间同步。

本装置的发送单元和/或接收单元，优选具有一个电容性耦合器和/或电感性耦合器。电容性耦合器和/或电感性耦合器，于是可以有利地用来耦合输入和/或耦合输出电磁信号。

在本装置的一种特别优选的改进方案中，构成了该装置来将数据信号耦合输入到电缆中。于是也可以有利地将电缆采用为数据传输介质。

附图说明

现在借助附图更准确地阐述本发明。

图1展示了具有呈现了下垂度的电缆的架空线；

图2展示了用于确定电缆长度的第一测量装置；

图3展示了用于阐述用来确定电缆长度的第一测量方法的图表；

图4展示了用于确定电缆长度的第二测量装置，和

图5展示了用于阐述用来确定电缆长度的第二测量方法的图表。

具体实施方式

附图1以示意图展示了架空线100的分段。架空线100用来地上传输电能。架空线100包括电缆120横跨在其间的多个铁塔110。为此将电缆120吊挂在铁塔110上的吊挂点115上。吊挂点115可以具有绝缘子和另外的附件。电缆120由导电的材料，例如由铜、铝或钢制成，并且通常是不绝缘的。架空线100也可以具有多个平行延伸的电缆120。

电缆120在两个相邻的铁塔110之间具有下垂度130。将下垂度130规定为在电缆120和相邻铁塔110的两个吊挂点115之间的设想连接线之间的最大的垂直间距。由法规和技术要求限制了电缆120的最大允许的下垂度130。由于电缆120中的电流，或由于太阳照射，或高的环境温度而引起的电缆120的发热，导致了下垂度130的提高。

电缆120的下垂度130直接与电缆120的长度有关。如果电缆120的长度提高了，电缆120的下垂度130则也放大。因此为了确定下垂度130，确定电缆120的长度就已足够。于是可以从电缆120的长度中计算出下垂度130。

附图2展示了用于测定架空线100的电缆120长度的第一测量装置200的示意图。附图2展示了在电缆120的第一末端121和电缆120的第二末端122之间的架空线100的分段。在末端121，122之间的电缆120的长度，例如可以是若干千米直至超过100 km。架空线100的所示出的分段具有在其间分别吊挂了电缆120的多个铁塔110。如果已知铁塔110的数量，则可以从电缆120的长度的测量中，确定在两个相邻铁塔110之间的电缆120的平均下垂度130。

为了确定电缆120的长度，第一测量装置200具有一个与电缆120的第一末端121相连接的发送单元210。此外，第一测量装置200具有一个与电缆120的第二末端122相连接的接收单元220。将发送单元210构成用于将电磁信号耦合输入到电缆120的第一末端121中。为此目的，发送单元210例如可以包括一个电感性或电容性耦合器。通过发送单元210耦合输入到电缆120的第一末端121中的电磁信号，运行通过电缆120直至第二末端122，在这里由接收单元220耦合输出和检测到它。为此目的，接收单元220同样具有一个电感性或电容性耦合器。

从由发送单元210所耦合输入的电磁信号为了到达接收单元220所需要的传输时间中，可以计算出电缆120的长度。此时电磁信号在电缆120中的公知的传播速度流入计算中。由发送单元210所耦合输入的信号的传输时间的测定，要求发送单元210和接收单元220拥有互相同步的时间传感器。作为在由接收单元220检测到信号的时刻和由发送单元210发送出信号的时刻之间的差值，得出了传输时间。

附图3展示了用于阐述由第一测量装置200所执行的测量方法的示意图表。在附图3的图表中，在水平轴上标上了测量时间t，在垂直轴上标上了电磁信号的振幅v。在测量过程的开始，发送单元210将耦合输入的脉冲500耦合输入到电缆120的第一末端121中。耦合输入的脉冲500随后运行通过电缆120，直至它在传输时间530之后，由在电缆120的第二末端122上的接收单元220，将它作为耦合输出的脉冲510检测到时为止。传输时间530是电缆120长度的一种直接的尺度，以至于从传输时间530中可以计算出电缆120的长度。从电缆120的长度中又可以计算出电缆120的平均的下垂度130。

附图4以示意图展示了一种用于测定架空线100的电缆120长度的第二测量装置300。附图4又展示了架空线100的一个包括电缆120横跨在其间的多个铁塔110的分段。架空线100的所示出的分段的长度又可以是若干千米直至超过100 km。

第二测量装置300包括一个布置在电缆120的第一末端121上的联合的发送接收单元310。此外，第二测量装置300包括一个布置在电缆120的第二末端122上的反射单元320。

构成了发送接收单元310来将电磁信号耦合输入到电缆120的第一末端121中。电磁信号于是运行通过电缆12直至第二末端122，在这里由反射单元320将它反射。所反射的电磁信号随后在反方向运行通过电缆120直至第一末端121，在这里由发送接收单元310从电缆120中耦合输出和检测到它。

为了耦合输入和耦合输出电磁信号，发送接收单元310又可以具有一个或多个电感性或电容性耦合器。在电缆120的第二末端122上的反射单元320，同样可以构成为联合的发送接收单元。反射单元320为此接收到达第二末端122上的电磁信号，滤波出可能存在的噪声，还原和放大了电磁信号，并且随后将它重新耦合输入到电缆120的第二末端122中。

电磁信号从在电缆120第一末端121上的发送接收单元310，直至在电缆120第二末端122上的反射单元320，和返回在电缆120第一末端121上的发送接收单元310的传输时间，是电缆120长度的一种尺度，并且允许计算出电缆120的长度。在此情况下，必须扣除有时用于由在电缆120第二末端122上的反射单元320反射电磁信号所需要的时间。

相对于附图2的第一测量装置200，第二测量装置300提供了以下的优点，第二测量装置300的布置在电缆120的两个末端121，122上的元件310，320，不必拥有明显的时间同步。替代于此，发送接收单元310只须测量在电缆120第一末端121上电磁信号的发送和反射的电磁信号的到达之间的时间。

附图4的第二测量装置300可以实施借助附图3所阐述的测量方法。发送接收单元310于是在测量过程开始时，将耦合输入的脉冲500耦合输入到电缆120的第一末端121中。电磁脉冲运行通过电缆120，由在电缆120的第二末端122上的反射单元320进行反射，并且最终在传输时间530之后，重新到达电缆120的第一末端121上，在这里由发送接收单元310将它作为耦合输出的脉冲510检测到。

发送接收单元310周期性地将电磁脉冲500耦合输入到电缆120中，以便相继实施多次测量。此时重要的是，两个相继跟随的脉冲500的时间间距，大于一个单个脉冲从电缆120的第一末端121通向第二末端121和返回第一末端121的传输时间530。

但是附图4的第二测量装置300，优选也可以实施示意地示出在附图5中的另一种测量方法。附图5展示了一种图形，在该图形的水平轴上标上了测量时间t，和在该图形的垂直轴上标上了电磁信号的频率f。

在附图5的测量方法中，发送接收单元310发送出调频的连续的电磁信号400。这种调频的连续的电磁信号也称作为FMCW（调频的恒定波）。由发送接收单元310耦合输入到电缆120第一末端121中的信号400的频率，与时间有关地和周期性地改变。耦合输入的信号400的频率此时首先线性地上升，以便随后在频率的重新的线性上升跟随着之前线性地下降，等等。代替频率的所产生的三角形状，替代地可以选择锯齿形的频率曲线，该频率曲线的频率在线性的上升之后，突然改变到较低的值上，以便随后重新线性地上升。

由发送接收单元310耦合输入到电缆120第一末端121中的调频的连续的电磁信号400，运行通过电缆120直至第二末端122，在那里由反射单元320进行反射，重新在反方向运行通过电缆120，并且最终在电缆120的第一末端121上到达发送接收单元310上，在这里将它作为耦合输入的信410检测到。由于耦合输入信号400的频率持续地变化，并且用于两次运行通过电缆120的信号需要某个传输时间430，因此在任何时刻，在电缆120第一末端121上耦合输入的信号400和在同一时刻在第一末端121上耦合输出的反射信号410之间，存在着一个固定的频率差420。以本身公知的方式，通过外差式检测可以进行频率差420的确定。信号通过电缆120的传输时间430越长，频率差420则越大，并且允许计算出传输时间430。此时所耦合输入的调频信号400在时间上的改变df/dt流入计算中。从电磁信号的传输时间430中，又可以计算出电缆120的在它的末端121，122之间的长度。从电缆120的长度中可以推断出电缆120的下垂度130。

借助附图5所阐述的第二测量方法，有利地允许对于耦合输入信号400的不同频率来测定传输时间340。因此提高了测量原理的耐久性和测量装置300的适用性。

耦合输入信号400的频率越高，则可以越准确地确定频率差420，并因此越准确地确定传输时间430。不过由电缆120所引起的信号400的衰减，也随着耦合输入信号400的频率而上升。在若干 kHz直至大约100 MHz之间的耦合输入信号400的频率，是在要求之间的一种有利的折衷方案。因此以直至厘米范围中的精度实现了电缆120长度的测量。

可以周期性地重复进行电缆120长度的测量。从电缆120长度的多次相继跟随的测量中，可以求出以往电缆120长度的时间上的发展。电缆120长度的该时间上的发展可以外推到未来，以便建立关于电缆120长度的可预料的发展的预测。这种预测可以有助于控制电网中的负载分配。因此如果电缆120长度的预测让人识别，可以预料电缆120没有达到临界的下垂度130，则例如可以用更高的电流强度施加于架空线100。

由于安排在电缆末端121，122上的发送接收单元210，220，310，拥有用于耦合输入和耦合输出电磁信号到电缆120中的装置，也可将发送接收单元210，220，310采用于耦合输入数字的数据信号。这允许将架空线110的电缆120利用为用于数据传输的传输介质。

Claims (8)

1.一种用于确定架空线（100）的电缆（120）长度的方法，其特征在于，

- 将电磁信号（400，500）耦合输入到电缆（120）的第一末端（121）中，所耦合输入的电磁信号（400，500）具有在1 kHz和100 MHz之间的频率，

- 在电缆（120）的第二末端（122）上接收所耦合输入的电磁信号（400，500）并重新耦合输入到电缆（120）的第二末端（122）中，

- 测定信号（400，500）在电缆（120）的第一末端（121）上的耦合输入和重新耦合输入的信号（410，510）在电缆（120）第一末端（121）上的到达之间所流逝的传输时间（430，530），和

- 从传输时间（430，530）中确定电缆（120）的长度。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，从所计算的电缆（120）长度中计算出电缆（120）的下垂度（130）。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，将脉动的电磁信号（500）耦合输入到电缆（120）的第一末端（121）中，和

测定用于传输脉动信号（500）的单个脉冲通过电缆（120）所需要的传输时间（530）。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，将调频的连续的电磁信号（400）耦合输入到电缆（120）的第一末端（121）中，和

确定在电缆（120）第一末端（121）上耦合输入的信号（400）和电缆（120）的第一末端（121）上到达的重新耦合输入信号（410）之间的频率差（420），其中，从频率差（420）中计算出传输时间（430）。

5.按照权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，多次相继实施所述的方法，以便测定电缆（120）长度在时间上的改变，其中，从电缆（120）长度在时间上的改变中，建立关于电缆（120）长度的未来发展的预测。

6.一种用于确定架空线（100）的电缆（120）长度的装置（300），其中，

所述装置（300）具有发送－接收单元（310），用于将第一电磁信号（400，500）耦合输入到电缆（120）的第一末端（121）中，和用于从电缆（120）的第一末端（121）中耦合输出第二电磁信号（410，510），其中所述第一电磁信号（400，500）具有在1 kHz和100 MHz之间的频率，

其中所述装置（300）具有反射单元（320）用于在电缆（120）的第二末端（122）接收第一电磁信号（400，500）并用于将第二电磁信号（410，510）耦合输入到电缆（120）的第二末端（122）。

7.根据权利要求6所述的装置（200，300），其特征在于，所述的发送－接收单元（310）具有电容性耦合器和/或电感性耦合器。

8.根据权利要求6或者7所述的装置（200，300），其特征在于，构成所述装置（200，300）以将数据信号耦合输入到电缆（120）中。