DE10041670A1 - Ortungsschleife für die Ermittlung des Fehlerortes eines fehlerbehafteten Kabels - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ortungsschleife für die Ermittlung des Fehlerortes in Längsrichtung eines mit einem örtlich begrenzten fehlerbehafteten Kabels mittels des Doppelbrücken-Schleifenverfahrens. Das Kabel weist mindestens zwei von dem Fehler betroffene Adern (3, 4) auf. An dem einen Ende des Kabels sind die beiden fehlerhaften Adern mit einer Meßbrücke mit einem Abgleichpotentiometer und einem Galvanometer verbunden. Zur abwechselnden Ausbildung von zwei Brückenschaltungen sind die beiden fehlerhaften Adern an dem anderen Ende des Kabels über einen Schalter (2) miteinander verbunden, der durch eine Steuerschaltung periodisch mit einem Tastverhältnis von 1 : 1 geöffnet und geschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ortungsschleife nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zum Orten von Erd- und Kurzschlüssen bei Kabeln kann das sogenannte Schleifenverfahren angewendet werden. Hierzu wird an dem einen Ende des Kabels zwischen die fehlerhafte Ader und eine fehlerfreie Ader des Kabels eine Meßbrücke geschaltet und am anderen Ende des Ka­ bels werden diese beiden Adern kurzgeschlossen. Die Meßbrücke enthält einen Zweig einer Widerstandsbrü­ cke, während die beiden zusammengeschalteten Adern des Kabeln deren anderen Zweig bilden. Ein in der Meßbrücke vorgesehenes Galvanometer ermöglicht einen Abgleich des in der Meßbrücke ausgebildeten Zweigs mit dem durch das Kabel gebildeten Zweig der Wider­ standsbrücke. Anhand des Abgleichs läßt sich der Feh­ lerort in Längsrichtung des Kabels ermitteln.

Wenn mindestens zwei Adern eines Kabels an einer Feh­ lerstelle so beschädigt sind, daß diese jeweils einen Erdschluß aufweisen, kann die Ortung der Fehlerstelle häufig nur mit dem Doppelbrücken-Schleifenverfahren durchgeführt werden. Bei diesem werden an dem einen Ende des Kabels die beiden fehlerhaften Adern eben­ falls durch die Meßbrücke verbunden. Am anderen Ende des Kabels hingegen werden die beiden Adern abwech­ selnd kurzgeschlossen und wieder getrennt. Im Fall der kurzgeschlossenen Adern umfaßt der vom Kabel ge­ bildete Zweig der Widerstandsbrücke somit die beiden Adern über die gesamte Kabellänge und im Fall der ge­ trennten Adern umfaßt dieser Zweig die beiden Adern im Abschnitt von der Meßbrücke bis zur Fehlerstelle, da an dieser die beiden Andern durch die beiderseiti­ gen Erdschlüsse elektrisch miteinander verbunden sind. In jedem dieser beiden Fälle muß der Abgleich in der Meßbrücke stattfinden, und aus den beiden Ab­ gleichergebnissen kann der Ort der Fehlerstelle er­ mittelt werden. Da jedoch bei einem derartigen Fehler die elektrischen Verhältnisse an der Fehlerstelle in­ stabil sind und daher die Meßergebnisse schwanken können, werden stets mehrere aufeinander folgende Messungen durchgeführt und der Fehlerort anhand des Mittelwertes der Meßergebnisse festgestellt.

Da Kabel üblicherweise in feuchter Umgebung verlegt sind, entsteht durch den doppelten Erdschluß meist ein galvanisches Element. Beim Doppelbrücken- Schleifenverfahren ist es zweckmäßig, den Einfluß der das Meßergebnis verfälschenden Fremdspannung des gal­ vanischen Elements dadurch zu eliminieren, daß die Zeiten des abwechselnden Kurzschließens und Trennens der fehlerhaften Adern an dem anderen Ende des Kabels einander gleich gemacht werden, wodurch die Lade- und Entladezeiten für das galvanische Element faktisch aufheben.

Das Doppelbrücken-Schleifenverfahren wird bisher in der Weise durchgeführt, daß an jedem Kabelende eine Person aufhält, nämlich eine Person, die an dem einen Ende die Meßbrücke bedient und den Abgleich vornimmt, und eine Person, die an dem anderen Ende periodisch die Adern kurzschließt und trennt.

Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß es personal­ aufwendig ist und auch Verfälschungen des Meßergeb­ nisses nicht ausschließen kann, wenn die am anderen Ende tätige Person nicht genau darauf achtet, daß die Kurzschließ- und Trennzeiten einander gleich sind.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ortungsschleife für die Ermittlung des Fehleror­ tes in Längsrichtung eines mit einem örtlich begrenz­ ten Fehler behafteten, mindestens zwei von dem Fehler betroffene Adern aufweisenden Kabels mittels des Dop­ pelbrücken-Schleifenverfahrens, bei welchem die bei­ den Adern an dem einen Ende des Kabels mit einer Meßbrücke mit einem Abgleichpotentiometer und einem Galvanometer verbunden sind, zu schaffen, mit der die Fehlerortung mit weniger Personalaufwand und damit kostengünstiger sowie auch genauer durchgeführt wer­ den kann.

Dies Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiter­ bildung der erfindungsgemäßen Ortungsschleife ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Dadurch, daß zur abwechselnden Ausbildung der beiden Brückenschaltungen die beiden Adern an dem anderen Ende des Kabels über einen Schalter miteinander ver­ bunden sind, der durch eine Steuerschaltung perio­ disch mit einem Tastverhältnis von 1 : 1 geöffnet und geschlossen ist, erfolgt das Öffnen und Schließen der Verbindung zwischen den beiden fehlerhaften Adern au­ tomatisch und mit hoher Präzision, so daß das Doppel­ brücken-Schleifenverfahren nur von einer Person durchgeführt werden kann und zu dem Meßergebnisse mit einem Höchstmaß an Genauigkeit erhalten werden.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläu­ tert. Diese zeigt das Blockschaltbild einer Steuer­ schaltung für den periodisch zu öffnenden und zu schließenden Schalter in der Verbindung zwischen den beiden fehlerhaften Adern an dem der Meßbrücke entge­ gengesetzten Ende des Kabels.

Der durch ein Reed-Relais 1 galvanisch von der Steu­ erschaltung getrennte Schalter 2 ist mit den Enden von zwei fehlerhaften Adern 3 und 4 eines Kabels ver­ bunden. Mit dem Relais 1 ist ein bipolarer Transistor 5 in Reihe geschaltet. Im leitenden Zustand des Tran­ sistors 5 ist das Relais 1 erregt, wodurch der Schal­ ter 2 geschlossen wird, während im nichtleitenden Zu­ stand des Transistors 5 der Schalter 2 geöffnet ist.

Der Transistor 5 kann von einem von zwei Ausgangssig­ nalen eines Zählers 6 über NAND-Glieder 7, 8 und 9 angesteuert werden. Jeder der beiden Ausgänge des Zählers 6 ist mit einem Eingang eines der beiden NAND-Glieder 7 oder 8 verbunden. Der jeweils andere Eingang der NAND-Glieder 7 und 8 ist an einen der beiden Ausgänge eines Flip-Flops 10 angeschlossen. Durch den Schaltzustand des Flip-Flops 10 wird daher bestimmt, welches der Ausgangssignale des Zählers 6 zur Steuerung des Transistors 5 verwendet wird. Ein weiteres Flip-Flop 11 dient zum Ein- und Aus­ schalten des Zählers 6. Der Zähler 6 ist über einen Feldeffekttransistor 12 mit den Anschlüssen 13, 14 einer Batterie verbunden. Das Gate des FET 12 ist an den Q/-Ausgang des Flip-Flops 11 angeschlossen.

Die Flip-Flops 10 und 11 werden durch Betätigung ei­ ner Taste 15, die in Reihe mit einem Widerstand 16 zwischen die Anschlüsse 13, 14 der Batterie geschal­ tet ist, umgeschaltet. Hierzu ist der Takteingang des Flip-Flops 10 direkt an die Verbindung zwischen der Taste 15 und dem Widerstand 16 angeschlossen. Die beiden Eingänge zum Setzen und Zurücksetzen des Flip- Flops 11 sind jeweils über eine Verzögerungsschaltung bestehend aus einer Reihenschaltung eines Kondensa­ tors 17 bzw. 18 und eines Widerstands 19 bzw. 20 an die Verbindung zwischen der Taste 15 und dem Wider­ stand 16 angeschlossen.

Die Arbeitsweise der gezeigten Steuerschaltung ist wie folgt.

Bei jeder Betätigung der Taste 15 unabhängig von de­ ren Dauer gelangt ein Impuls zu dem Takteingang des Flip-Flops 10, so daß dieses bei jeder Tastenbetäti­ gung umgeschaltet wird. Dementsprechend ändern sich die Pegel der beiden Ausgangssignale des Flip-Flops 10 jeweils von hoch auf niedrig bzw. niedrig auf hoch. Daher liegen an den entsprechenden Eingängen der NAND-Glieder 7 und 8 jeweils ein hohes und ein niedriges Signals an, wobei dieser Zustand bei jeder Betätigung der Taste 15 wechselt.

Wenn die Betätigung der Taste 15 länger als bei­ spielsweise 0,3 Sekunden dauert, tritt über den Kon­ densator 17 ein ausreichend hohes Potential am Rück­ setzeingang des Flip-Flops 11 auf, so daß das Signal am Ausgang Q den hohen Pegel annimmt (oder beibe­ hält). Hierdurch wird der FET 12 in leitenden Zustand gesteuert und legt den Zähler an Spannung, so daß dieser mittels der Taktsignale eines integrierten Os­ zillators umlaufen kann.

Wird demgegenüber die Taste 15 länger als z. B. 1,5 Sekunden gedrückt, dann erreicht die Spannung über das RC-Glied 18, 20 am Takteingang des Flip-Flops 11 einen solchen Pegel, daß das Flip-Flop 11 durch die positive Flanke umgeschaltet wird und der Pegel des mit dem Gate des FET 12 verbundenen Ausgangs Q auf den niedrigen Pegel fällt. Der FET 12 wird nun ge­ sperrt, wodurch der Zähler spannungslos wird, d. h. die Steuerschaltung ausgeschaltet ist.

Durch die unterschiedlichen Ansprechzeiten der Flip- Flops 10, 11 ist es möglich, diese über nur eine Tas­ te 15 unabhängig voneinander in den gewünschten Schaltzustand zu bringen.

Der Zähler 6 ist beispielsweise ein 14-stufiger Bi­ närzähler mit integriertem Oszillator. Er besitzt mehrere Ausgänge, an denen jeweils das Signal zwi­ schen dem hohen und dem niedrigen Pegel periodisch wechselt, wobei an jedem Ausgang die Dauer des hohen Pegels und die Dauer des niedrigen Pegels einander gleich sind. Die Dauer einer Periode aus einem hohen und einem niedrigen Signalabschnitt ändert sich zwi­ schen jeweils zwei benachbarten Ausgängen im Verhält­ nis 1 : 2, so daß jeder Ausgang ein Signal mit eigener Frequenz abgibt.

Das Signal des mit den NAND-Glied 7 verbundenen Aus­ gangs des Zählers 6 hat beispielsweise eine Perioden­ dauer von einer Sekunde, während das Signal des mit dem NAND-Glied 8 verbundenen Ausgangs beispielsweise eine Periodendauer von 16 Sekunden hat.

Soll das Doppelbrücken-Schleifenverfahren durchge­ führt werden, dann wird das Flip-Flop 10 nach dem Anschluß des Schalters 2 an die fehlerhaften Adern 3, 4 des Kabels und nach dem Einschalten des Zählers 6 über den FET 12 so eingestellt, daß sein Ausgang Q und damit der hiermit verbundene Eingang des NAND- Glieds 8 auf hohem Signalpegel sind. Das zum NAND- Glied 8 geführte Ausgangssignal des Zählers 9 mit ei­ ner Periodendauer von ca. 16 Sekunden wird somit zum NAND-Glied 9 und über dieses zum Steueranschluß des Transistors 5 weitergegeben. Der Schalter 2 wird so­ mit periodisch während etwa 8 Sekunden geschlossen und während einer genauso langen Zeit geöffnet, d. h. die Adern 3 und 4 sind jeweils exakt die gleiche Zeit kurzgeschlossen und getrennt. Die jeweils 8 Sekunden, in denen eine der beiden Brücken gebildet ist, sind ausreichend, um den Abgleich in der Meßbrücke durch­ zuführen.

Ist das Flip-Flop 10 so eingestellt, daß an seinem Q- Ausgang der hohe Signalpegel auftritt, dann wird das Ausgangssignal des Zählers 6 mit einer Periodendauer von ca. einer Sekunde zum Transistor 5 durchgeschal­ tet. Das durch das Öffnen und Schließen des Schalters 2 mit dieser Periodendauer erzeugte Signal kann für andere Kabelmessungen benutzt werden, beispielsweise für die Messung der Laufzeiten von an Fehlerstellen reflektierten Impulsen. Hierfür können kürzere Perio­ dendauern als beim Doppelbrücken-Schleifenverfahren verwendet werden.

An den Ausgangs des NAND-Gliedes 7 ist eine LED 21 angeschlossen. Wenn der Zähler 6 über den FET 12 ein­ geschaltet ist, leuchtet sie ständig bei der Schalt­ periode von 16 Sekunden oder blinkt bei der Schaltpe­ riode von einer Sekunde mit dieser Periode.

Der parallel zur Taste 15 geschaltete Kondensator 22 dient zum Entprellen von dieser.

Claims (10)

1. Ortungsschleife für die Ermittlung des Fehleror­ tes in Längsrichtung eines mit einem örtlich be­ grenzten Fehler behafteten, mindestens zwei von dem Fehler betroffene Adern (3, 4) aufweisenden Kabels mittels des Doppelbrücken- Schleifenverfahrens, bei welchem die beiden Adern (3, 4) an dem einen Ende des Kabels mit ei­ ner Meßbrücke mit einem Abgleichpotentiometer und einem Galvanometer verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur abwechselnden Ausbildung der beiden Brü­ ckenschaltungen die beiden Adern (3, 4) an dem anderen Ende des Kabels über einen Schalter (2) miteinander verbunden sind, der durch eine Steu­ erschaltung periodisch mit einem Tastverhältnis von 1 : 1 geöffnet und geschlossen ist.

2. Ortungsschleife nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuerschaltung einen einen Oszillator enthaltenden Zähler (6) aufweist, wo­ bei an mindestens einem Ausgang des Zählers (6) ein den Schalter (2) steuerndes Signal mit ab­ wechselnden Binärzuständen jeweils gleicher Dau­ er auftritt.

3. Ortungsschleife nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Zähler (6) mindestens zwei Ausgänge aufweist, an denen jeweils ein Signal mit abwechselnden Binärzuständen jeweils glei­ cher Dauer derart auftritt, daß die Frequenz der mindestens zwei Signale einander unterschiedlich ist, und daß die Steuerschaltung ein Auswahl­ glied (10) zur Bestimmung eines der mindestens zwei Zählerausgangssignale für die Steuerung des Schalters enthält.

4. Ortungsschleife nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Auswahlglied ein erstes Flip- Flop (10) ist, dessen unterschiedliche Ausgangs­ signale jeweils mit einem der unterschiedlichen Zählerausgangssignale durch ein UND-Glied (7, 8) zur Bildung eines Schaltersteuersignals ver­ knüpft werden.

5. Ortungsschleife nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschal­ tung ein zweites Flip-Flop (11) enthält, dessen Ausgangssignal den Betriebszustand des Zählers (6) steuert.

6. Ortungsschleife nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das erste (10) und das zweite (11) Flip-Flop durch ein gemeinsames Betätigungsglied (15) ansteuerbar sind.

7. Ortungsschleife nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Betätigungsglied eine nach je­ der Betätigung in ihre inaktive Ausgangslage zu­ rückkehrende Taste (15) ist.

8. Ortungsschleife nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für die Umschaltung des ersten (10) und des zweiten (11) Flip-Flops unter­ schiedlich lange Mindestbetätigungszeiten der Taste (15) erforderlich sind.

9. Ortungsschleife nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß für die Einschaltung und die Ausschaltung des Zählers (6) jeweils durch das zweite Flip-Flop (11) unterschiedlich lange Min­ destbetätigungszeiten der Taste (15) erforder­ lich sind.

10. Ortungsschleife nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Aus­ gangssignal des Zählers (6) eine Periodendauer von etwa 16 Sekunden und das andere Ausgangssig­ nal eine Periodendauer von etwa einer Sekunde haben.