DE1515609C3

DE1515609C3 - Verfahren zur Bestimmung der Lage von Leckstellen in einer gasdrucküberwachten Kabelanlage

Info

Publication number: DE1515609C3
Application number: DE19651515609
Authority: DE
Inventors: Hermann 7550 Rastatt Hohenstein
Original assignee: Deutsche Fernkabel 7550 Rastatt GmbH
Current assignee: Deutsche Fernkabel 7550 Rastatt GmbH
Priority date: 1965-05-03
Filing date: 1965-05-03
Publication date: 1974-02-21
Also published as: DE1515609A1; DE1515609B2

Description

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 bis zur Durchführung 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. 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.

Bei einem bekannten Verfahren (deutsche Auslegeschrift 1 165 115) wurde der zu prüfende Abschnitt an beiden Abschnittsenden A und E mit je einem Manometer versehen und der Kabelabschnitt vom /4-Ende aus mit Gas gefüllt. Man hat nun den Druck des Gases an dem speisenden Α-Ende in beliebiger Höhe konstant gehalten, so daß sich am J5-Ende ein sich im Lauf der Zeit nicht mehr ändernder Druck einstellte. Hierauf hat man die Gasspeisequelle an das £-Ende des zu prüfenden Abschnittes angeschlossen und den Gasdruck an dieser Stelle so gewählt, daß am .4-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. Auf Grund der so gewonnenen drei Drücke konnte der Fehlerort mit Hilfe einer mathematischen Beziehung ungefähr ermittelt werden. Ein solches Verfahren ist naturgemäß sehr zeitraubend. 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.

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 (deutsche Auslegeschrift 1 039 595). 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 gewissen Wartezeit 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 Meßpunkte erforderlich, um eine annehmbare Genauigkeit in der Bestimmung des Fehlerortes zu erhalten; die beiden Meßpunkte am Anfang und Ende der Meßstrecke sind einzurechnen. F i g. 1 zeigt den so ermittelten Verlauf des inneren Kabeldruckes ρ 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.

Der Erfindung legt man die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung des Fehlerortes in gasdrucküberwachten Fernmeldekabelanlagen anzugeben, welches einen möglichst geringen Meßaufwand erfordert.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß bei pneumatisch geschlossenen Enden eines überwachungsabschnittes außer den Druckmessungen an den beiden Enden an nur einem einzigen Punkt innerhalb dieses Abschnittes eine Druckmessung durchgeführt wird. Zur Ermittlung des Ortes der Leckstelle werden zwei Schablonen mit aufgetragenen Scharen von auf beiden Schablonen mit gleichen 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 Uberwachungsabschnittes versehenes Meßblatt aufgelegt, daß die Scheitelpunkte auf dem jeweiligen Meßpunkt am Anfang bzw. Ende des Ab-Js schnittes liegen, und, ausgehend von dem Ende des Abschnittes mit dem höheren Gasdruck, zu derjenigen Parabel, aufweicher der Meßpunkt im Kabel-_25 abschnitt liegt, die mit dem gleichen Parameter bezeichnete Parabel auf der anderen Schablone ermittelt und sodann der den Fehlerort kennzeichnende Schnittpunkt der beiden Parabeln festgestellt. Das neue Verfahren ermöglicht es also mittels einer einzigen inner- halb des Uberwachungsabschnittes durchzuführenden Druckmessung den pneumatischen Fehler einer Kabelanlage zu ermitteln, und zwar über eine Meßstelle, die etwa in der Mitte des pneumatischen Abschnittes liegen kann. Die Werte für die Drücke am Anfang und Ende des Uberwachungsabschnittes können in einfacher Weise festgestellt werden. Unter Anwendung der Schablonen mit der aufgetragenen Parabelschar kann die Lage der Leckstelle mit ausreichender Genauigkeit ermittelt werden. Zur Vornahme der Messung des Druckes 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. Auf diese Weise wird vermieden, daß Lötstellen zur Durchführung der Druckmessung ge- ^ öffnet 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 F i g. 2 dargestellt ist. Den Meßpunkt innerhalb der Kabelstrecke kann man in vorteilhafter Weise auch dadurch schaffen, daß man nach F i g. 2 zwei von ein und derselben Station ausgehende und zu demselben Ort führende Kabel zu einem Uberwachungsabschnitt pneumatisch zusammenschaltet, so daß man an der Verbindungsstelle in dem gemeinsamen Ort den Meßpunkt erhält und die beiden Meßpunkte an den Enden des Uberwachungsabschnittes in ein und derselben Station nebeneinander zu liegen kommen.

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. 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.

Unter diesen Voraussetzungen kann die Größe der Druckdifferenz zum Anfang oder Ende des Abschnittes für jeden Punkt der Meßstrecke wie nachstehend beschrieben errechnet werden.

Nach F i g. 3 setzt sich der an der Fehlerstelle X auftretende Gasverlust Φ_Ρ aus den GaSströmen Φ_Λ und Φ_Β zusammen. Da die Gasströme Φ_Λ bzw. Φ_Β auf den beiden Teilstrecken A-X bzw. B-X von den Punkten A (Anfang) bzw. B (Ende der Meßstrecke) beginnend proportional mit den Längen l_A bzw. l_B anwachsen, bestehen die Beziehungen

_ ¹AX

BX

AO

Al-

hieraus ergibt sich

Φ Al ■ ■ ■ = Φ AO

¹Al-

AO

Da über die Länge Z₁ der wirksame mittlere Fluß

γ- ist, ergibt sich für die Errechnung des Druckabfalles Δρ_Λ1... vom Punkt A bis zu den Punkten A₁, /I₂... unter Verwendung der Beziehung

Al

AO

Al

2	2	und	Δρ_Λ1...	2 U	Iao '	\²	*I²Al-..*
_Λη Φ AO .Ll--	Δρ_Αο	*• Li ■ ■ ■ Wko;*	I
^δΡλι - - - —	ist, ergibt sich:	Strömungswiderstand je Meter
hierin ist w_ko der Kabel. Da ferner	— AO . 1
*Δ Ρ AO*
— 2 ^M "*"

/ l_M ... N
V Lo )
- ^ΔΡλ° ■ Ιλο~

als Gleichung einer quadratischen Parabel.

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 Weiten für die Längen I₄₀, l_A1 ... berechnet werden.

Um den Fehlerort X zu ermitteln, muß jedoch noch der Verlauf des Kurvenastes auf der Teilstrecke B-X bekannt sein.

Nach Erreichen des quasi stationären Zustandes der Gasströmung verhalten sich die Gasströme entsprechend der züerstgenannten Beziehung wie die zugehörigen Abschnittslängen. Da weiter nach der zweiten Gleichung die in jedem Kurvenast an den einzelnen Punkten strömende Gasmenge ebenfalls proportional zu den zugehörigen Längen ist, ergeben sich aus diesen Gleichungen

Φ α

_ ΒΧ —

SX

Lx

Φ AX =

AO

werden. Nach F i g. 3 erhält man die Beziehungen
ΔΡαχ = ^-

'AO

Setzt man nun nach F i g. 3
Δ Pax = ΔP

ab

+ Δρ_Β

so erhält man

Nach dem Ausmultiplizieren verbleibt
Δρ_ΑΒ Ιλο

20 AL =

"AO

21

Da

Ψβχ' '

¹BX

*⁵ ist

Setzt man in der Gleichung für Φ_ΒΙ die Größen Φ_ΒΧ und Φ_Ax, so erhält man

Φ An /

AO ¹Bl ·-■

Bl-

AO

Hieraus kann man analog zu der Beziehung für Δρ_ΛΙ ableiten:

Δ Ρ AO 12 ;2 ' ¹Bl ■ · · -

Wird der so errechnete Kabeldruck an den Punkten A\.. . und B1... 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.

Die Gleichungen für Ap_Al ... und Ap_m... stellen Scheitelgleichungen quadratischer Parabeln mit gle? chen Parametern dar. Beide Kurvenäste auf dem Druckdiagramm nach F i g. 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 *3C

Δ Pa

Δρ

AO

21 2'

Die Auswertung der Meßergebnisse kann in der Praxis mit Hilfe einer auf transparenten Blättern eingetragenen Schar von Parabeln, wie in F i g. 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 Fehlerortes werden die Gasdrücke an den Punkten A,0 und B gemessen Und die höhenkorrigierten Werte, wie in F i g. 5 gezeigt, in ein Meßblatt (Koordinatensystem) eingetragen. Die beiden transparenten Blätter werden so aufgelegt, daß sich die Y-Achse der Parabeln des einen Blattes mit der linken Ordinate und die des anderen Blattes mit der rechten Ordinate des Meßblattes deckt und

45. die Scheitelpunkte der Parabeln in der Höhe der eingetragenen Gasdrucke im Kabel an den Punkten A und B liegen. Ausgehend von dem Ende des Abschnittes mit dem höheren absoluten Kabeldruck wird jetzt eine Parabel gesucht, welche den über dem Meßpunkt 0 eingetragenen Wert 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

515 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bestimmung der Lage von Leckstellen in einer gasdrucküberwachten Fernmeldekabelanlage, nach welchem an den beiden Enden eines Uberwachungsabschnittes zur gleichen Zeit Druckmessungen vorgenommen werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei pneumatisch geschlossenen Enden an nur einem einzigen Punkt eine weitere Druckmessung innerhalb dieses Abschnittes durchgeführt wird und daß zur Ermittlung des Ortes der Leckstelle zwei Schablonen mit aufgetragenen Scharen von auf beiden Schablonen mit gleichen 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 Uberwachungsabschnittes versehenes Meßblatt aufgelegt werden, daß die Scheitelpunkte auf dem jeweiligen Meßpunkt am Anfang bzw. Ende des Abschnittes liegen, und daß, ausgehend von dem Ende des Abschnittes mit dem höheren Gasdruck, zu derjenigen Parabel, auf welcher der Meßpunkt im Kabelabschnitt liegt, die mit gleichem Parameter bezeichnete Parabelauf der anderen Schablone und sodann der den Fehlerort kennzeichnende Schnittpunkt der beiden Parabeln ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß etwa in der Mitte eines Uberwachungsabschnittes ein zugänglicher Druckmeßstutzen vorgesehen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der etwa in Abschnittsmitte liegende Meßpunkt außerhalb der Anlage dadurch geschaffen wird, daß dieser über ein Anschlußrohr mit dem Kabel verbunden, außerhalb der Kabeltrasse zu liegen kommt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einsparung eines besonderen, etwa in der Mitte des Abschnittes liegenden Meßpunktes der fehlerhafte Abschnitt mit einem benachbarten fehlerfreien Abschnitt pneumatisch verbunden wird, so daß man an der Verbindungsstelle den für die Messung erforderlichen Meßpunkt in der Mitte der gesamten zusammengeschalteten Meßstrecke erhält. ·*■

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Uberwachungsstrecke aus zwei von ein und derselben Station ausgehenden und zu demselben Ort führenden Kabeln besteht und daß an diesem Ort diese Kabel pneumatisch zusammengeschaltet sind.

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