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Einrichtung zur Ortsbestimmung einer undichten Stelle in gasdrucküberwachten
Kabelanlagen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Ortsbestimmung
einer undichten Stelle in gasdrucküberwachten Kabelanlagen, bei denen zur Druckkonstanthaltung
in der Kabelanlage an einem oder mehreren Nachspeisepunkten Gasreserven vorgesehen
sind und zur Fehleranzeige und Ortsbestimmung Kontaktmanometer auf die Kabelstrecke
verteilt eingebaut sind.
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Die Betriebssicherheit von Nachrichtenkabeln ist besonders gefährdet,
wenn Wasser oder auch nur Feuchtigkeit die Isolation der Leitungen vermindert oder
sogar aufhebt. Zur Verhütung des Eindringens von Feuchtigkeit in Kabel sind diese
von einem dichten Schutzmantel umgeben. Um bei vorhandenen oder auftretenden Undichtigkeiten
im Schutzmantel der Kabel einschließlich ihrer Garnituren das Eindringen von Feuchtigkeit
zu vermeiden, werden Kabelanlagen mittels Gasen, wie Stickstoff oder Luft, auf einen
gewissen inneren Überdruck gebracht. Zur Meldung von eingetretenen Undichtigkeiten
können Manometer in die Anlage eingebaut werden, die beim Abnehmen des Druckes auf
eine festgelegte Höhe einen Kontakt betätigen. Diese Kontaktgabe der Kontaktmanometer
kann irgendwelchen Überwachungsstellen gemeldet werden. Je nach der Ansprechgenauigkeit
und örtlichen Lage der Kontaktmanometer sowie der Größe der Undichtigkeit und der
Betriebsart der Gasdrucküberwachung läßt sich die Undichtigkeitsstelle durch die
Kontaktgabe der Manometer mehr oder weniger genau ermitteln.
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Es sind insbesondere zwei Betriebsarten zur Gasdrucküberwachung bekanntgeworden,
von denen die eine ohne Gasnachfüllung bei Gasverlusten und die andere mit Gasnachfüllung
an den Speisepunkten arbeitet; bei letzterer wird demnach der Gasdruck an den Speisestellen
durch nachströmendes Gas konstant gehalten, sobald Undichtigkeiten in der Kabelanlage
auftreten.
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Ist für beide Betriebsarten der Ansprechdruck der Kontaktmanometer
unter Berücksichtigung der Höhenlage gleich groß, so werden die Kontaktmanometer
bei Anlagen ohne Gasnachfüllung je nach ihrer Ansprechtoleranz und der Größe der
Undichtigkeit in der Nähe der Undichtigkeitsstelle ansprechen. Will man aus der
Ansprechfolge der Kontaktmanometer den Ort einer beliebig liegenden Undichtigkeitsstelle
genauer bestimmen, so muß das Druckgefälle im Kabel zu beiden Seiten der Undichtigkeitsstelle
bekannt sein oder möglichst spiegelbildlich übereinstimmen. Um dies zu erreichen,
hat man Mittel angewendet, die auch bei außerhalb der Mitte des Druckgasabschnittes
auftretenden Fehlerstellen den
Druckverlauf symmetrisch zur Fehlerstelle machen.
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Man hat zu diesem Zweck beispielsweise in Druckabschnitten parallel
verlegte Kabel zu einer für das unter Druck stehende Medium geschlossenen Ringleitung
zusammengeschaltet. Werden aber solche Anlagen nicht laufend nachgefüllt, so wird
auch bei der Ringschaltung oder bei Verlängerung des Druckabschnittes durch beiderseitiges
Anhängen weiterer unter Betriebsdruck stehender, nicht nachgespeister Kabel oder
pneumatischer Kabelnachbildungen, z. B. durch Gasbehälter, die Ortung der Leckstelle
mit abnehmender Fehlergröße unsicher werden; im Extremfall können die Kontaktmanometer
bei kleinsten Fehlern je nach ihrer Einstelltoleranz in rascher Folge wahllos ansprechen.
Es ist also bei Überwachungsanlagen ohne Gasnachfüllung keine exakte Feststellung
der Fehlerstelle möglich.
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Beim Auftreten einer Undichtigkeit im Kabelmantel entsteht bekanntlich
ein Druckabfall, der sich auf beiden Seiten des Mantelfehlers gleichmäßig ausbreitet.
Wird ein Kabelabschnitt durch Kontaktmanometer überwacht, so wird das dem Mantelfehler
zunächst gelegene Kontaktmanometer und danach das auf der anderen Seite des Mantelfehlers
liegende Kontaktmanometer ansprechen, sobald der Druck im Kabel auf den Ansprechwert
der Kontaktmanometer gesunken ist. Im Verlauf des Druckabfalles wird als drittes
Kontaktmanometer dasjenige ansprechen, das nun näher zum Fehlerort liegt als ein
viertes Kontaktmanometer. Nimmt man an, daß der Druckabfall sich mit gleicher Geschwindigkeit
im Kabel ausbreitet, dann ist das Verhältnis der Zeitspannen, die zwischen den Ansprechzeitpunkten
der drei Kontaktmanometer
liegen, gleich dem Verhältnis der Kabellängen,
die der Druckabfall zu durchlaufen hat. Es sind Methoden bekannt, wie man aus diesen
zu ermittelnden Größen die Fehlerstelle rechnerisch einigermaßen genau ermitteln
kann. Es sind jedoch ziemlich umfangreiche Einrichtungen notwendig, um an einer
iÇberwachungsstelle nicht nur das Ansprechen eines Kontaktmanometers, sondern auch
die zeitliche Aufeinanderfolge des Ansprechens der Kontaktmanometer genau registrieren
zu können.
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Um eine Kabelanlage auf undichte Stellen im Kabelmantel überwachen
zu können, sind auch Einrichtungen zur Anzeige und Ortsbestimmung der undichten
Stellen in einem gasdrucküberwachten Kabel bekanntgeworden, bei welchen entlang
der Kabelstrecke eine Anzahl Dauergasreserven in geeigneten Abständen angeschlossen
sind. Den einzelnen Gasreserven sind Gasdruckmesser mit Impulszählern zugeordnet,
so daß man über weitere Einrichtungen das aus den Gasreserven in einer Zeiteinheit
ausströmende Gasvolumen feststellen kann. Aus den so ermittelten Meßergebnissen
kann man schließlich den Fehlerort bestimmen.
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Da bei allen unter Gasüberdruck stehenden Anlagen mit einer gewissen
Undichtigkeit, die sich nicht betriebsgefährdend auszuwirken braucht, gerechnet
werden kann, werden häufig zur Vermeidung von Fehlortungen bei kleinsten Undichtigkeiten
druckgasüberwachte Anlagen mit Gasnachfüllung, also mit Druckkonstanthaltung an
einem oder mehreren Punkten der Anlagen benutzt.
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Bisher war es üblich, die in ein Nachrichtenkabel eingeschalteten
Kontaktmanometer auf gleichen Ansprechdruck einzustellen. Tritt in solchen Anlagen
eine Undichtigkeit auf, so wird sich nach dem Abklingen eines unstabilen Strömungsvorganges
ein stabiler Zustand einstellen, bei dem die aus der Leckstelle ausströmende Gasmenge
gleich der Summe der von den Nachfüllpunkten zuströmenden Gasmenge ist. Bei konstanten
Nachfülldrücken und gleichbleibender Ausströmmenge aus einer Undichtigkeitsstelle
wird der Druck an der Undichtigkeitsstelle eine Funktion des Strömungswiderstandes
des Kabels zwischen dem Leck und den Speisepunkten sowie der Speisedrücke und der
Gasflüsse sein. Je nach der Lage der Undichtigkeitsstelle wird also der Druck an
der Undichtigkeitsstelle bei gleicher Ausströmmenge und stabilem Strömungszustand
verschieden sein, je nachdem, wie weit die Leckstelle von einem Nachspeisepunkt
entfernt ist. Dies bedeutet aber, daß Kontaktmanometer, die auf gleichen Ansprechdruck
eingestellt und im Kabel verteilt angeordnet sind, je nach ihrer Lage im Kabel bei
verschieden großen Ausströmmengen ansprechen würden. Wird also für alle Manometer
derjenige Ansprechdruck festgelegt, bei dem die in der Mitte zwischen den Speisepunkten
liegenden Manometer bei maximalem Gasverlust oder minimalem Fehlerwiderstand gerade
ansprechen, so würden diejenigen Manometer außerhalb dieser Mitte bei gleich großen
Ausströmmengen aus der Leckstelle nicht zum Ansprechen kommen können.
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Bei den bekannten Anordnungen ist es also schwierig, aus den verschiedenen
Ansprechzeiten der Kontaktmanometer oder aus dem Ansprechen der Kontaktmanometer
selbst exakte Schlüsse auf den Ort der Fehlerstelle zu ziehen. Je nachdem, wo die
Fehlerstelle auftritt, können sich mehr oder weniger große Abweichungen der Ortsbestimmung
einstellen,
so daß die ziemlich kostspieligen Überwachungsanlagen nicht immer den
gewünschten Erfolg bringen.
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Um die Lage einer Undichtigkeit in einer Kabelanlage, die im stabilen
Strömungszustand durch einen bestimmten Gasverlust oder einen bestimmten Strömungswiderstand
in der Anlage mit Gasnachfüllung definiert ist, unabhängig vom Ort der Undichtigkeitsstelle
feststellen zu können, ist bei der Einrichtung nach der Erfindung jedes Kontaktmanometer
auf einen ortsabhängigen Ansprechdruck eingestellt, der sich aus der Druckverteilung
im Kabel bei eingetretenem stabilem Strömungszustand für einen bestimmten maximalen
Gasverlust oder für einen bestimmten minimalen Strömungswiderstand einer angenommenen
undichten Stelle innerhalb eines Überwachungsabschnittes ergibt.
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Dadurch wird erreicht, daß die undichte Stelle der Kabelanlage unabhängig
von ihrer örtlichen Lage bei einem gewählten maximalen Gasverlust oder minimalen
Fehlerwiderstand immer durch diejenigen Kontaktmanometer zuerst angezeigt wird,
welche der undichten Stelle am nächsten liegen. Die Ansprechdrücke der Kontaktmanometer
können auf Grund der Strömungswiderstände der Kabel und Garnituren sowie der Speisepunktsdrücke
berechnet werden. Sie können auch auf Grund einer insbesondere künstlich, vorzugsweise
in der Mitte des Überwachungsab schnittes, erzeugten undichten Stelle eingestellt
werden. Verlaufen z. B. zwei Kabel auf einer längeren Strecke parallel, so können
sie an mehreren Punkten pneumatisch miteinander verbunden werden. In diesem Fall
kann der Ansprechdruck der Kontaktmanometer auf Grund einer Umrechnung der pneumatischen
Maschensysteme der verbundenen Leitungsglieder in gleichwertige Sternsysteme ermittelt
werden.
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Es wird so erreicht, daß die undichten Stellen mit dem jeweilig gleichen,
festgelegten Gasverlust oder Strömungswiderstand unabhängig von der Lage der Fehlerstelle
zum Ansprechen der nächstliegenden Kontaktmanometer führen.
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Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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In der Fig. 1 ist angegeben, welcher Druck PF an der Fehlerstelle
bei gleicher Ausströmmenge und stabilem Strömungswiderstand in Abhängigkeit vom
Ort zwischen den Punkten A und B einer Kabelstrecke ist. Bei konstanten Nachfülldrücken
und gleichbleibender Ausströmmenge aus einer Undichtigkeitsstelle wird der DruckpF
an der jeweiligen Leckstelle eine Funktion der Strömungswiderstände der Kabel zwischen
dem Leck und den Speisepunkten sowie der Speisedrücke und der Gasflüsse sein und
sich bei z. B. zwei Speisepunkten mit höhenkorrigiertem Speisedruck zu WkA WkB PFPFWA+
= Wkw4 + WkB berechnen lassen.
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In der Beziehung bedeutet: PF = Druck an der Fehlerstelle F in kglcm2,
P = PA = PB = Druck an den Speisepunkten A und B in kg/cm2.
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¢>F = Gasverlust an der Fehlerstelle in l/h, Wk = Strömungswiderstand
des Kabels zwischen Speisepunkt A und der Fehlerstelle F in kg.h cm2 1
WkB
= Strömungswiderstand des Kabels zwischen Speisepunkt B und der Fehlerstelle F in
kg h cma .1 Die Fig. 1 zeigt, daß der Druck an der Leckstelle mit zunehmender Annäherung
dieser Stelle an einen der Nachspeisepunkte A und B höher wird, wie dies die Kurve
a andeutet. Aus dieser Figur ist auch zu erkennen, daß Kontaktmanometer, die wie
bei bekannten Anlagen auf gleichen Ansprechdruck eingestellt sind, je nach ihrer
Lage im Kabel bei verschieden großen Ausströmmengen aus dem Kabel ansprechen würden.
Würde dagegen bei bekannten Anlagen für alle Manometer derjenige Ansprechdruck festgelegt
werden, bei dem die in der Mitte zwischen den Speisepunkten liegenden Manometer
gerade ansprechen, so könnten die Manometer außerhalb dieser Mitte bei gleichen
Ausströmmengen aus der Fehlerstelle, wie im vorhergehend betrachteten Fall angenommen,
nicht zum Ansprechen kommen. Die Kurve b der Fig. 1 stellt die Druckverteilung an
der Fehlerstelle dar, wenn man die zulässige Größe des Strömungswiderstandes einer
Fehlerstelle zum Ausgangspunkt für die Berechnung der Ansprechdrücke der Kontaktmanometer
wählt. Der Druck PF an einer Fehlerstelle berechnet sich zu WF Wkl PF =P WkA- WkB
+ WF Hierin bedeutet: PF = Druck an der Fehlerstelle in kg/cm2, p = Druck an den
Speisepunkten in kg/cm2, Wk = Strömungswiderstand des Kabels zwischen Speisepunkt
A und der Leckstelle, ß = Strömungswiderstand des Kabels zwischen Speisepunkt B
und der Leckstelle, Wkl = Strömungswiderstand des Kabels zwischen Speisepunkt A
und Speisepunkt B, WF = Strömungswiderstand der Leckstelle.
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In Fig. 2 ist gezeigt, wie zwei auf einer längeren Strecke parallel
verlaufende Kabel 1 und 2 pneumatisch miteinander verbunden werden können.
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Tritt z. B. an der Stelle F eine Fehlerstelle auf, so erfolgt ein
Nachströmen von Gas über das nicht fehlerbehaftete Kabel. Die Einstellung der Kontaktmanometer
geschieht für eine solche Kabelanlage nach vorheriger Umrechnung der Dreieckschaltung
entsprechend der Fig. 3 auf Grund der Kabelströmungs-
widerstände Wa, Wb und Wo in
eine Sternschaltung entsprechend der Fig. 4 mit den Strömungswiderständen Wal, W'
und W<,'. Führt man eine solche Rechnung durch, so ergeben sich Kurvenzüge, wie
sie in Fig. 5 dargestellt sind. Der Kurvenzug a ergibt sich, wenn man der Berechnung
gleichen Gasverlust zugrunde legt; der Kurvenzugb wird erhalten, wenn man der Rechnung
gleichen Strömungswiderstand zugrunde legt. Aus den Kurvenzügen kann man den für
die Einstellung der Kontaktmanometer notwendigen Druckwert ablesen.