DE102010013613B4

DE102010013613B4 - Verfahren zur Fehlerortung von Kabeln

Info

Publication number: DE102010013613B4
Application number: DE201010013613
Authority: DE
Inventors: Dr. Iann Max; Marco STEPHAN; Torsten BERTH
Original assignee: Hagenuk KMT Kabelmesstechnik GmbH
Current assignee: Hagenuk KMT Kabelmesstechnik GmbH
Priority date: 2010-03-25
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2013-07-04
Anticipated expiration: 2030-03-26
Also published as: DE102010013613A1

Abstract

Verfahren zur Fehlerortung von Kabeln, wie erdverlegte Mittel-/Hochspannungskabel, wobei eine Nachortung eines Kabelfehlers mit einer am Kabel angeschlossenen Prüfanlage oder Stoßgenerator erfolgt, die in zyklischen Abständen einen energiereichen Spannungsimpuls in das Kabel einkoppelt und ein erstes Signal durch einen Überschlag an der Fehlerstelle sowie ein zweites Signal durch einen akustischen Knall erzeugt und aus der Differenz die Fehlerstelle ermittelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass entlang eines Kabelverlaufes beabstandete Einheiten mit jeweils Sensoren für das erste Signal zur Erfassung eines impulsartigen elektrischen Feldes als elektromagnetisches Signal und für das zweite Signal zur Aufnahme des akustischen Ereignisses als akustisches Signal angeordnet sind und die Signale zur Fehlerdistanzberechnung einer integrierten Auswerteeinheit als Recheneinheit in Form eines Microcontrollers zuführbar sind sowie ein gebildetes Signal der ermittelten Fehlerdistanz über Sender als Übertragungselemente der Einheit einer Zentrale zur Fehlererfassung übermittelt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Fehlerortung von Kabeln, wie erdverlegte Mittel-/Hochspannungskabel, wobei eine Nachortung eines Kabelfehlers mit einer am Kabel angeschlossenen Prüfanlage oder Stoßgenerator erfolgt, die in zyklischen Abständen eine energiereichen Spannungsimpuls in das Kabel einkoppelt und ein erstes Signal durch einen Überschlag an der Fehlerstelle sowie ein zweites Signal durch einen akustischen Knall erzeugt und aus der Differenz die Fehlerstelle ermittelbar ist.
Zur Kabelprüfung von erdverlegten Mittel-/Hochspannungskabeln ist es bekannt, sogenannte Stoßgeneratoren einzusetzen, wobei es im Fehlerfall zu einem Durchschlag der Isolierung an der Fehlerstelle kommt. An der Fehlerstelle entsteht hierbei ein Lichtbogen, welcher einen Impulsstrom im Kabel verbunden mit einem elektromagnetischen Feld entlang des Kabels zur Folge hat. Darüber hinaus entsteht an der Fehlerstelle in Folge des Lichtbogens ein Überschlaggeräusch, welches sich im Erdbereich ausbreitet. Beide Ereignisse können mit entsprechenden Sensoren erfasst und ausgewertet werden. Die Differenz der Signale ist ein Maß für die Entfernungsbestimmung vom Sensor zum Kabelüberschlag.
Das Problem bei dieser Prüfmethode ist es, dass es hierzu notwendig ist, das Kabel mit entsprechenden Sensoren abzuschreiten, um auf die Fehlerstelle schliessen zu können.
Aus der US 2002/0130 668 A1 ist ein Verfahren bekannt geworden, dass bei busförmigen Mehrleitsystemen zum Einsatz kommt. Hierbei wird in einer kombinierten Sende-/Empfangseinheit mittels Sequenzer ein Hochspannungsprüfimpuls in jeden einzelnen Leiter des Mehrleiterkabels eingeprägt und die im Fehlerfall entstehende Reflektion bzw. die entstehenden Wanderwellen empfangen und ausgewertet. Hierbei können Fehler von Leiter zu Leiter und Leiter Erde erkannt werden. Das System ist für eine räumlich begrenzte Anwendung einsetzbar.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein autarkes ortsfest installiertes System und eine Verfahrensweise zu schaffen, die auf einfache Weise eine zentrale Erfassung von Fehlerpositionen auch in verzweigten Netzen ermöglicht und eine Reduzierung von Ausfallzeiten gewährleistet und eine gezielte Fehlerortbestimmung durchführbar macht.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt ausgehend von den im Obergriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen erfindungsgemäss dadurch, dass entlang eines Kabelverlaufes beabstandete Einheiten mit jeweils Sensoren für das erste Signal zur Erfassung eines impulsartigen elektrischen Feldes als elektromagnetisches Signal und für das zweite Signal zur Aufnahme des akustischen Ereignisses als akustisches Signal angeordnet sind und die Signale zur Fehlerdistanzberechnung einer integrierten Auswerteeinheit als Recheneinheit in Form eines Microcontrollers zuführbar sind sowie ein gebildetes Signal der ermittelten Fehlerdistanz über Sender als Übertragungselemente, der Einheit einer Zentrale zur Fehlererfassung übermittelt wird. Bevorzugte Ausführungsarten der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Durch diese Verfahrensschritte ist eine relativ genaue Bestimmung eines Fehlerorts eines Kabels sowie bei verzweigten Kabeln möglich, da auch die benachbarten Einheiten mit den Sensoren durch unterschiedliche Signale in einer Zentrale verknüpfbar sind und somit eine Fehlerortbestimmung absichern.
Um eine Verringerung des Aufwandes zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass das gebildete Signal der ermittelten Fehlerdistanz mehrerer Einheiten jeweils zur Sammlung an eine gemeinsame Relaisstation abgegeben werden, die über einen Sender die Signale der Zentrale zuführt.
Ferner wird vorgeschlagen, dass mehrere Relaisstationen zur Signalweitergabe miteinander gekoppelt sind.
Ein einfaches Verfahren wird dadurch geschaffen, dass als Sender GSM-Module einsetzbar sind.
In der Zeichnung ist das Verfahren schematisch dargestellt. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild einer Sensoreinheit,
2 eine Prinzipdarstellung eines verzweigten Leitungsnetzes mit im Abstand angeordnete Einheiten und
3 eine Anordnung von Einheiten, die mit einer Relaisstation verbunden sind und mehrere Relaisstationen verbunden sowie über einen Sender eine Zentrale versorgen
Bei der dargestellten Anordnung ist ein verzweigtes Leitungsnetz 1 gezeigt, wobei in einem Zentralbereich ein Stoßgenerator 2 zusätzlich angeschlossen ist, der zweckmässigerweise auch im Bereich einer Zentralstation 3 zum Empfang von Signalen und zur Auswertung von Fehlermeldungen angeordnet ist.
Im Leitungsnetz 1 entlang der einzelnen Kabelverläufe sind im Abstand Einheiten 4 angeordnet, die für eine Aufbereitung von Signalen zur Fehlermeldung sowie einer ermittelten Fehlerdistanz und einer Übermittlung zur Zentralstation 3 ausgebildet ist.
Jede Einheit 4 besitzt zwei Sensoren 5 und 6. Der Sensor 5 dient dabei zur Erfassung eines impulsartigen elektromagnetischen Feldes einer Fehlerstelle 7 und ein Sensor 6 dient zur Erfassung eines akustischen Ereignisses als akustisches Signal. Hierbei wird durch die Spule 8 des Sensors 5 im Fehlerfall ein empfangenes elektromagnetisches Impulsfeld durch einen Verstärker 9 verstärkt und mittels Bandpass-Filter 10 im Spektrum eingeschränkt sowie im Anschluss einem Schmitttrigger 11 zugeführt. Ein zugeordneter Microcontroller 12 befindet sich derweil in einem Strom-Spar-Modus und wird aus diesem durch das Signal des Schmitttriggers 11 aufgeweckt. Darüber hinaus wird der eingehende Impuls dem Microcontroller 12 über einen vorgeschalteten AD-Wandler 13 zur weiteren Verarbeitung zugeführt.
Parallel zur Erfassung des elektrischen Impulsfeldes über die Spule 8 wird das entstehende Überschlaggeräusch mittels eines Mikrofons 14 des Sensors 6 erfasst. Ein Signal wird durch einen Verstärker 15 verstärkt und mittels Bandpass 16 einer Vorfilterung unterzogen sowie im Anschluss durch einen AD-Wandler 17 in ein digitales Signal umgewandelt und ebenfalls dem Microcontroller 12 zur Verarbeitung zugeführt. Der Microcontroller 12 berechnet aus der Zeitdifferenz des elektromagnetischen und akustischen Signals eine Fehlerdistanz. Ein Signal der Analyse wird mittels einer angeschlossenen Sendeeinheit 18 an die Zentralstation 3 zur weiteren Auswertung zur Verfügung gestellt. Hierbei kann die Sendeeinheit 18 direkt in der Einheit 4 integriert oder für eine bessere Reichweite als getrennte Anordnung vorhanden sein.
Zur Vereinfachung können auch mehrere Einheiten 4 mit einer Relaisstation 19 verbunden sein und diese über eine Übertragungseinheit als Sender 18 mit einer Zentralstation 3 zur Auswertung verbunden werden. Dabei ist zusätzlich möglich, mehrere Relaisstationen 17 zu verbinden, welche die Daten einander weiterreichen.
Bei dieser Verfahrensweise wird davon ausgegangen, dass alle Einheiten 4 mit ihren Sensoren 5, 6 bis zur Fehlerstelle 7 nur ein elektrisches Signal und die letzte Einheit 4 ein elektrisches wie auch ein akustisches Signal liefert. Hinter der Fehlerstelle 7 wird sich nur ein akustisches Signal eventuell mit deutlich reduziertem elektrischem Signal abzeichnen. In der Zentralstation 3 werden die eingehenden Signale der Einheiten 4 mit den bekannten Positionen der Einheiten erfasst, so dass daraus eine Fehlerortung, auch in verzweigten Netzen, durchführbar ist.
Selbstverständlich ist eine sogenannte live Beobachtung des Kabels möglich und beim Eintreten eines Fehlerfalles wird eine Fehlerortung aktiviert.

Claims

Verfahren zur Fehlerortung von Kabeln, wie erdverlegte Mittel-/Hochspannungskabel, wobei eine Nachortung eines Kabelfehlers mit einer am Kabel angeschlossenen Prüfanlage oder Stoßgenerator erfolgt, die in zyklischen Abständen einen energiereichen Spannungsimpuls in das Kabel einkoppelt und ein erstes Signal durch einen Überschlag an der Fehlerstelle sowie ein zweites Signal durch einen akustischen Knall erzeugt und aus der Differenz die Fehlerstelle ermittelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass entlang eines Kabelverlaufes beabstandete Einheiten mit jeweils Sensoren für das erste Signal zur Erfassung eines impulsartigen elektrischen Feldes als elektromagnetisches Signal und für das zweite Signal zur Aufnahme des akustischen Ereignisses als akustisches Signal angeordnet sind und die Signale zur Fehlerdistanzberechnung einer integrierten Auswerteeinheit als Recheneinheit in Form eines Microcontrollers zuführbar sind sowie ein gebildetes Signal der ermittelten Fehlerdistanz über Sender als Übertragungselemente der Einheit einer Zentrale zur Fehlererfassung übermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit für die Signale zur Fehlerdistanzberechnung in einer Zentrale angeordnet ist und die Signale der Sensoren über Sender als Übertragungselemente zugeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das gebildete Signal der ermittelten Fehlerdistanz mehrerer Einheiten jeweils zur Sammlung an eine gemeinsame Relaisstation abgegeben werden, die über einen Sender die Signale der Zentrale zuführt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Relaisstationen zur Signalweitergabe miteinander gekoppelt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Sender GSM-Module einsetzbar sind.