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Verfahren zur Bestimmung der Lage von Leckstellen in einer gasdrucküberwachten
Kabelanlage Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der Lage
von Leckstellen in einer gasdrucküberwachten Kabelanlage, insbesondere in einer
Fernmeldekabelanlage, nach welchem an den beiden Enden zur gleichen Zeit Druckmessungen
vorgenommen werden, wenn ein Fehler aufgetreten ist; während oder biq zur Dvrchführung
der Messung erfolgt keine Gasnachspeisung in dem betreffenden Kabelabschnitt. Hochwertige
Kabelanlagen werden zum Schutz gegen das Eindringen von Feuchtigkeit durch Einspeisen
von Gasen, z. B. Stickstoff oder Luft, auf einen gegenüber ihrer Umgebung höheren
Druck gebracht.
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Beim Undichtwerden des Kabelmantels oder von Kabelgarnituren tritt
das Schutzgas an der Leckstelle aus. Die Gasverluste an der Leckstelle führen zu
einem Abfall des Gasdruckes im Kabel, wodurch eine Gasströmung von beiden Seiten
zur Fehlerstelle hin einsetzt. Nach einer von der Länge des pneumatischen Abschnittes
und der Lage der Fehlerstelle abhängigen Zeit stellt sich ein Zustand ein, der in
bezug auf die Zusammenhänge zwischen Fehlergröße, Fehlerlage und Druckgefälle als
quasi stationär angesehen werden kann.
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Bei einem bekannten Verfahren wurde der zu prüfende Abschnitt an beiden
Abschnittsenden A und E mit je einem Manometer versehen und der Kabelabschnitt vom
A-Ende aus mit Gas gefüllt. lian hat nun den Druck des Gases an dem speisenden A-Ende
in beliebiger Höhe konstant gehalten, so daß sich am B-Ende ein ich im £auf der
Zeit nicht mehr ändernder Druck
einstellte. Hierauf hat man die
Gasspeisequelle an das E-Ende des zu prüfenden Abschnittes angeschlossen und den
Gasdruck an dieser Stelle so gewählt, daß am A-Ende sich wieder ein sich im Lauf
der Zeit nicht mehr ändernder Druck in der gleichen Größe wie bei der ersten Messung
am E-Ende ergeben hat.
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Auf Grund der so gewonnenen drei Drücke konnte der Behlerort mit Hilfe
einer mathematischen Beziehung ungefähr ermittelt werden. Ein solches Verfahren
ist naturgemäß sehr zeitraubend.
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Es ist ferner ein Fehlersuchverfahren bekanntgeworden, bei dem die
Ansprechzeitpunkte von mindestens drei Druckschaltern ermittelt und der Fehlerort
auf Grund dieser Ansprechzeiten in bezug auf die Abstände der drei Druckschalter
voneinander bestimmt wird.
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Es sind auch Methoden bekannt, nach denen durch Messen des Kabeldruckes
an mehreren Stellen entlang des fehlerhaften Kabelabschnittes bei laufender oder
abgeschalteter Nachspeisung der Druckverlauf über den gesamten Abschnitt bestimmt
wird.
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Werden die so gewonnenen Meßwerte nach ihrer Korrektur entsprechend
der unterschiedlichen Höhenlage der einzelnen Meßpunkte (Höhenkorrektur) in ein
Diagramm eingetragen, bei welchem auf der Abszisse die Länge des Abschnittes und
auf der Ordinate der Kabeldruck aufgezeichnet ist, so ergeben sich bei abgestellter
Nachspeisung nach einer gewisqen Wsrtezeit zwei Kurven, die sich im Fehlerort schneiden.
Die Ergebnisse umfangreicher Untersuchungen bei Beseitigungen von Leckstellen haben
ergeben, daß die beiden entstehenden Druckverlaufskurven mit großer Annäherung quadratische
Parabeln darstellen, deren Scheitelpunkte jeweils am Anfang und Ende des pneumatischen
Abschnittes liegen, so daß in der Praxis mit ausreichender Genauigkeit mit Parabelgleichungen
gerechnet werden kann. Ohne Kenntnis der Parabelform der beiden Kurven waren für
jeden Kurvenast mindestens drei lvIeßpunkte erforderlich, um eine
annehmbare
Genauigkeit in der Bestimmung des Pehlerortes zu erhalten; die beiden Meßpunkte
am Anfang und Ende der Meßstrecke sind einzurechnen. Figur 1 zeigt den so ermittelten
Verlauf des inneren Kabeldruckes p an einem pneumatischen Abschnitt mit einer Leckstelle
X bei etwa 2/3 der Abschnittslänge 1. Zur Aufnahme einer Druckverlaufskurve wären
also an mindestens vier Lötstellen Druckmessungen erforderlich, wobei die Meßpunkte
so auszuwählen sind, daß auf jeden Kurvenast zwei Meßpunkte fallen.
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird bei pneumatisch geschlossenen
Enden eines Überwachungsab schnittes außer den Druckmessungen an den beiden Enden
an nur einem einzigen Punkt innerhalb dieses Abschnittes eine Druckmessung durchgeführt;
zur Ermittlung des Ortes der Leckstelle werden zwei vorzugsweise transparente Scnablonen
mit aufgetragenen Scharen von auf beiden Schablonen mit Parametern versehenen Parabeln
spiegelbildlich so auf ein mit den drei eingetragenen Werten für die Drücke am Anfang
und Ende sowie an dem einen Meßpunkt innerhalb des tiberwachungsabschnittes versehenes
Me#blatt aufgelegt, daß die Scheitelpunkte auf dem jeweiligen Meßpunkt am Anfang
bzw. Ende des Abschnittes liegen, und, ausgehend von dem Ende des Abschnittes mit
dem höheren Gasdruck, zu derjenigen Parabel, auf welcher der Meßpunkt im Kabelabschnitt
liegt, die mit dem gleichen Parameter bezeichnete Parabel auf der anderen Schablone
ermittelt und sodann der den Fehlerort kennzeichnende Schnittpunkt der beiden Parabeln
festgestellt.
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Das neue Verfahren ermöglicht es also mittels einer etn7Igen innerhalb
des Überwachungsabschnittes durchzuführenden Druckessung den pneumatischen Fehler
einer Kabelanlage zu ermitteln und zwar über eine liet3stelle, die etwa in der IIitte
des pneumatischen Abschnittes liegen kann. Die Werte für die Drücke am Anfang und
Ende des Überwactlungsabschnittes können in einfacher eise festge3tellt werden.
Unter Anwendung der Schablonen
mit der aufgetragenen Parabelschar
kann die Lage der Leckstelle mit ausreichender Genauigkeit ermittelt werden. Zur
Vornahme der Messung des Druckea innerhalb des Kabelabschnittes kann ein jederzeit
zugänglicher Druckmeßstutzen vorgesehen werden, z.B. ein mit einem Ventil abgeschlossenes
Rohr, welches mit dem Kabel pneumatisch verbunden ist und in einem besonderen Schacht
endet.
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Auf diese Weise wird vermieden, daß Lötstellen zur Durchführung der
Druckmessung geöffnet werden müssen. Man kann diesen Meßpunkt auch außerhalb der
Kabeltrasse anordnen, und zwar dadurch, daß man eine Rohrverbindung entsprechender
Länge zu dem zu überwachenden Kabel führt. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung
kann man zur Einsparung eines besonderen, etwa in der Mitte des zu überwachenden
Kabelabschnittes liegenden Meßpunktes den fehlerbehafteten Kabelabschnitt mit einem
benachbarten fehlerfreien Kabelabschnitt pneumatisch verbinden, so daß man an der
Verbindungsstelle den für die messung erforderlichen Meßpunkt in der Mitte der gesamten
zusammengeschalteten Meßstrecke erhält, wie dies beispielsweise in Figur 2 dargestellt
ist. Den Meßpunkt innerhalb der Kabel strecke kann man in vorteilhafter Weise auch
dadurch schaffen, daß man nach Figur 2 zwei von ein und derselben Station ausgehende
und zu demselben Ort führende Kabel zu einem Überwachungsabechnitt pneumatisch zusammenschaltet,
BO daß man an der Verbindungsstelle in dem gemeinsamen Ort den Meßpunkt erhält und
die beiden Meßpunkte an den Enden des Überwachungsabschnittes in ein und derselben
Station nebeneinander zu liegen kommen.
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Das neue Verfahren zur Bestimmung einer Fehlerstelle in einer gasdrucküberwachten
Kabelanlage kann etwa in folgender Weise erklärt werden: In-gasdruckgeschützten
Kabelstrecken treten bei pneumatischen Fehlern an der Leckstelle Gasverluste auf,
die bei abgestellter Nachspeisung aus dem Gasvolumen des Kabels gespeist werden.
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Das Nachfließen des Gases innerhalb des Kabels zur Leckstelle
ruft
dann ein dem Quadrat der Länge zwischen Anfang bzw. Ende und der Fehlerstelle proportionales
Druckgefälle hervor. Hierbei ist vorausgesetzt, daß der Strömungswiderstand des
Kabels über den ganzen Abschnitt hinweg praktisch konstant ist und der Einfluß der
Erhöhung der Gasgeschwindigkeit durch das Druckgefälle zur Fehlerstelle hin vernachlässigt
werden kann.
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Unter diesen Voraussetzungen kann die Größe der Druckdifferenz zum
Anfang oder Ende des Abschnittes für jeden Punkt der Meßstrecke wie nachstehend
beschrieben errechnet werden.
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Nach Figur 3 setzt sich der an der Fehlerstelle X auftretende Gasverlust
4 aus den Gasströmen vA und zusammen. Da die Gasströme ßA bzw. #B auf den beiden
Teilstrecken A-X bzw. B-X von den Punkten A (Anfang) bzw. B (Ende der Me#strecke)
beginnend proportional mit den Längen 1A bzw. 13 anwachsen, bestehen die Beziehungen
1AX #AX/#BX=1AX/1BX und #A0/#A1... = 1A0/1A1...; hieraus ergibt sich 11A1...
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#A1...=#A0.1A1.../1A0 Da über die Länge 11 der wirksame mittlere
Flu# #A1/2 ist, ergibt sich für die Errechnung des Druckabfalles #pA1.. vom Punkt
A bis zu den Punkten A1, A2... unter Verwendung der Beziehung #A1/2=#A0/2#1A1/1A0
: #pA1...=#A0/2#1A1.../1A0#1A1... wko hierin ist wko der Strömungswiderstand je
m Kabel.
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Da ferner #pA0 = #A0/2#1A0#wko und #pA1.../#pA0=(1A1.../1A0)2 ist,
ergibt sich:
als Gleichung einer quadratischen Parabel.
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Der Verlauf des Kurvenastes für die Strecke A-X kann also für jeden
Punkt Al, A2... aus den Druckmessungen an den Punkten A und 0 und aus den bekannten
Werten für die Längen 1A0, 1A1... berechnet werden.
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Um den Fehlerort X zu ermitteln, muß jedoch noch der Verlauf des Kurvenastes
auf der Teilstrecke B-X bekannt sein.
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Nach Erreichen des quasi stationären Zustandes der Gasströmung verhalten
sich die Gasströme entsprechend der zuerstgenannten Beziehung wie die zugehörigen
Abschnittslängen. Da weiter nach der zweiten Gleichung die in jedem Kurvenast an
den einzelnen Punkten st@ömende Gasmenge ebenfalls proportional zu den zugehörigen
Längen ist, ergeben sich aus diesen Gleichungen #BX = #AX . 1BX 1AX #AX = #A0 .
1AX 1A0 #B1... = #BX . 1B1...
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1BX Setzt man in der Gleichung für #B1 die Grö#en #BX und #AX, so
erhält man: # 1 B1... = A0#/1A0
Hieraus kann man analog zu der Beziehung
für #pA1 ableiten:
Wird der so errechnete Kabeldruck an den Punkten A1... und 31... der beiden Teilstrecken
A-X und B-X so in einem Koordinatensystem eingezeichnet, daß auf der Abszisse die
Länge des Abschnittes und auf der Ordinate der absolute und höhenkorrigierte Kabeldruck
aufgetragen ist, so trifft das vom Schnittpunkt der Kurven gefällte Lot die Abszisse
im Fehlerort X.
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Die Gleichungen fcir aPAl und #pB1... stellen Scheitelgleichungen
quadratischer Parabeln mit gleichen Parametern dar.
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Beide Kurvenäste auf dem Druckdiagramm nach Figur 3 sind daher spiegelbildlich
gleich, nur liegen die Scheitelpunkte der beiden Parabeln entsprechend dem unterschiedlichen
Druck am Anfang und Ende der Meßstrecke (Abszisse) in verschiedener Höhe der Ordinate.
Die Lage des Fehlerortes X kann auch rein rechnerisch ermittelt werden. Nach Figur
3 erhält man die Beziehungen
Setzt man nun nach Figur 3 #pAX = #pAB + #pBX so erhält man:
Nach dem Ausmultiplizieren verbleibt:
Da 1x = 1/2 + #1x, ist:
Die Auswertung der Me#ergebnisse kann in der Praxis mit Hilfe einer auf transparenten
Blättern eingetragenen Schar von Parabein, wie in Figur 4 gezeigt, erfolgen. Die
Parabeln werden so auf zwei Blätter gezeichnet, daß das eine Blatt die spiegelbildliche
Darstellung des anderen Blattes ergibt. Die einzelnen Parabeln sind numeriert. Zur
graphischen Bestimmung der Lage des Felilerortes werden die Gasdrucke an den Punkten
A, 0 und B gemessen und die höhenkorrigierten Werte, wie in Figur 5 gezeigt, in
ein Me#blatt (Koordinatensystem) eingetragen. Die beiden transparenten Blätter werden
so aufgelegt, daß sich die Y-Achse der larabeln des einen Blattes mit der linken
Ordinate und die des anderen Blattes mit der rechten Ordinate des Me#blattes deckt
und die Scheitelpunkte der Parabeln in der Höhe der eingetragenen Gasdrucke im Kabel
an den Punkten A und 3 liegen. Ausgehend von dem Ende des Abschnittes mit dem höheren
absoluten Kabeldruok wird jetzt eine Parabel gesucht, welche den über dem fließpunkt
0 eingetragenen Werft des Kabeldruckes schneidet. Der Schnittpunkt dieser Parabel
7 mit der Gegenparabel (gleiche Nummer 7) auf dem zweiten transparenten Blatt liegt
lotrecht über dem Fehlerort X auf der Abszisse, der im Beispiel 3 km von der Mitte
0 der Strecke entfernt liegt.
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5 Patentansprüche 5 Figuren