DE19527972A1 - Meßfühler zum Erfassen und Orten von Wassereinbrüchen und Meßschaltung unter Verwendung eines solchen Meßfühlers - Google Patents
Meßfühler zum Erfassen und Orten von Wassereinbrüchen und Meßschaltung unter Verwendung eines solchen MeßfühlersInfo
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Description
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Fehlerortung an einem
langgestreckten Gut wie einer Rohrleitung oder einem elektri
schen oder optischen Kabel und befaßt sich mit der Ausgestal
tung eines Meßfühlers, mit dem ein Wassereinbruch in kunst
stoffummantelte Kabel oder eine Lochstelle an einer Rohrlei
tung geortet werden kann. Diese Forderung stellt sich bei
spielsweise bei kunststoffisolierten Mittel- und Hochspan
nungskabeln mit einem Kunststoffmantel oder einem sogenannten
Schichtenmantel. Der Einbruch von Wasser in solche Kabel
könnte langfristig zu einer unerwünschten Veränderung des
Kabeldielektrikums führen. - Die Erfindung befaßt sich wei
terhin mit der Ausgestaltung einer Meßschaltung unter Verwen
dung eines solchen Meßfühlers.
Zur Feststellung eines Wassereinbruches in ein kunststoffiso
liertes und kunststoffummanteltes Nachrichtenkabel ist be
reits ein Meßfühler bekannt, der aus zwei besonders ausgebil
deten Meldeadern oder aber aus einer solchen Meldeader und
dem metallischen Schirm des Kabels besteht. Die Meldeader
zeichnet sich hierbei dadurch aus, daß der Isolationswider
stand beim Eindringen von Feuchtigkeit absinkt. Zur Feststel
lung eines Wassereinbruches wird dabei der Isolationswider
stand zwischen den beiden Meldeadern bzw. zwischen einer
Meldeader und dem Schirm oder einem Schirmdraht des Kabels
überwacht. Mit einem solchen Meßfühler ist eine genaue Ortung
der Fehlerstelle nicht möglich (DE-B 12 22 164).
Eine solche Ortung ist dagegen bei einem geschirmten Starkstromkabel
möglich, bei dem ein im Bereich des Kabelschirms längs der
Kabelader entlang des Kabels geführter Meßleiter, der eine
ihren Isolationswiderstand bei Zutritt von Wasser vermin
dernde Isolierung aufweist, mit einem isolierten Meßleiter zu
einer Meßschleife verbunden wird, wenn diese Meßschleife und
die parallel dazu angeordneten Drähte des Kabelschirms Teil
einer Brückenschaltung sind. Dabei können der Meßleiter, der
isolierte Leiter und die Schirmdrähte aus dem gleichen elek
trisch gut leitenden Material wie Kupfer bestehen (DE-A-37 36
333).
Zur Anzeige eingedrungener Feuchtigkeit an kunststoffumman
telten Fernmeldekabeln ist es weiterhin bekannt, als Meßfüh
ler einen auf die Kabelseele aufgebrachten Folienbelag aus
einem Metall wie Aluminium oder Zink zu verwenden, darüber
eine Schicht aus einem mit einem Elektrolyten getränkten
Papier anzuordnen und auf die Papierschicht eine Metallfolie
oder einen Draht wendelförmig aufzubringen. Folienbelag,
getränkte Papierschicht und Drahtwendel bilden bei Zutritt
von Wasser ein galvanisches Element, das einem über den
Folienbelag geführten Kontrollstrom meßbar verändert.
Ausgehend von einem Meßfühler mit den Merkmalen des Oberbe
griffes des Patentanspruches 1 und von einer Meßschaltung mit
den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 6 liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Meßfühler so aus zu
bilden, daß eine einfache Ortungsmessung möglich ist und daß
die Sensoreigenschaft des Meßfühlers nach einem Wasserein
bruch auf einfache Weise regenerierbar ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen,
daß die beiden elektrischen Leiter an dem einen Ende des
langgestreckten Gutes über einen Belastungswiderstand mitein
ander zur Leiterschleife verbunden sind, wobei der eine als
Meßleiter (1) dienende Leiter mit einer maximal etwa 100 µm
dicken Schicht (2) aus einem Metall versehen ist, dessen
elektrochemische Spannung kleiner ist als die des Leitermate
rials.
Bei einem derart ausgebildeten Meßfühler bilden bei einem
Wassereinbruch die Beschichtung des Meßleiters und der andere
Leiter der Leiterschleife im Bereich des Wassereinbruches ein
galvanisches Element, dessen treibende Spannung und/oder
dessen Strom am Anfang der Leiterschleife gemessen werden
können. Aus einem Vergleich mit einer gleichartigen Messung
in wenigstens einer weiteren, nicht durch einen Wasserein
bruch verstimmten Leiterschleife kann mittels einer Rechen
operation die Entfernung der Schadensstelle vom Anfang der
Leiterschleife ermittelt werden. Die hierzu geeignete Meß
schaltung ist dadurch charakterisiert, daß der Meßleiter und
der andere Leiter jeder Leiterschleife am Anfang der Leiter
schleife über einen Meßwiderstand mit zugeordnetem Strom-
oder Spannungsmeßgerät verbunden sind, daß die Anfänge aller
Leiterschleifen untereinander kurzgeschlossen sind und daß
die Meßleiter der wenigstens zwei Leiterschleifen am fernen
Ende über einen gemeinsamen Belastungswiderstand mit dem
jeweils anderen Leiter der Leiterschleife verbunden sind.
Dieser andere Leiter der Leiterschleife kann zweckmäßig
zusammen mit weiteren gleichartigen Leitern den Drahtschirm
eines elektrischen Kabels bilden. - Bei Verwendung eines
gemäß der Erfindung ausgebildeten Meßfühlers im Bereich einer
Rohranlage können der Meßleiter und der andere Leiter der
Leiterschleife einander derart zugeordnet sein, daß der
andere Leiter der Leiterschleife auf den Meßleiter aufgeseilt
ist.
Um im Fall eines Wassereinbruches ein möglichst wirksames
galvanisches Element vorliegen zu haben, sollten die elektro
chemische Spannung des Beschichtungsmaterials und die elektro
chemische Spannung des Leitermaterials auf der Skala der
elektrochemischen Spannungsreihe der Elemente einen möglichst
großen Abstand zueinander haben. Hierzu bestehen die beiden
Leiter der Leiterschleife vorzugsweise aus Kupfer und die Be
schichtung des Meßleiters aus Zink. - Die ihr Isoliervermögen
bei Zutritt von Wasser verringernde Isolierung kann bei
spielsweise aus einem Geflecht aus isolierenden Fäden beste
hen oder in anderer aus dem Stand der Technik bekannten Weise
feuchtigkeitsempfindlich ausgestattet sein. Diese Isolierung
ist zweckmäßig auf den Meßleiter aufgebracht, während der
andere Leiter der Leiterschleife nicht isoliert ist. Die
Isolierung kann aber auch nur auf den anderen Leiter der
Leiterschleife oder auf beide Leiter aufgebracht sein.
Ein Ausführungsbeispiels des neuen Meßfühlers und eine Meß
schaltung unter Verwendung eines solchen Meßfühlers sind in
den Fig. 1 und 2 dargestellt. Dabei zeigt
Fig. 1 die Anordnung des Meßfühlers im Schirmbereich eines
elektrischen Kabels und
Fig. 2 eine Meßschaltung für eine dreiadrige Hoch
spannungskabelanlage.
Fig. 1 zeigt im Ausschnitt den Schirmbereich eines Hochspan
nungskabels, bei dem auf die über eine Isolierung 5 angeord
net äußere Leitschicht 6 ein aus Kupferdrähten 4 bestehender
Drahtschirm aufgebracht ist. Zwischen zwei Schirmdrähten 4
ist eine spezielle Meßader 10 angeordnet, die aus einem den
Meßleiter bildenden Kupferdraht 1 mit einer etwa 8 µm dicken
Zinkschicht 2 und einer feuchtigkeitsdurchlässigen Isolierung
3 aus einem Geflecht aus isolierenden Fäden besteht. Über dem
Drahtschirm sind eine Kontaktwendel 7 sowie die Metallschicht
8 und die Kunststoffschicht 9 eines Schichtenmantels ange
ordnet. - Die Meßader 10 und wenigstens einer der benachbar
ten Schirmdrähte 4 bilden dabei unter Berücksichtigung einer
entsprechenden Beschaltung einen Meßfühler zum Erfassen und
Orten von Wassereinbrüchen im Falle einer Beschädigung des
Kabelmantels 8, 9.
Fig. 2 zeigt die parallele Anordnung von drei in den Kabel
adern einer dreiadrigen Hochspannungskabelanlage angeordneten
Meßadern 10, deren Meßleiter mit ML1, ML2 und ML3 bezeichnet
sind. Der elektrische Widerstand jedes Meßleiters ist durch
die Schaltungssymbole RS3, RS2 und RS11 sowie RS12
charakterisiert. Jeder Meßleiter ist an dem einen Ende der
jeweiligen Kabelader über einen Belastungswiderstand RB mit
einem zugehörigen Schirmdraht 4 bzw. allen Schirmdrähten der
Kabelader zu einer Leiterschleife verbunden. Dabei ist der
Belastungswiderstand RB allen drei Meßleitern gemeinsam.
Ebenso sind die Drahtschirme der verschiedenen Kabeladern
miteinander verbunden, d. h. elektrisch parallel geschaltet.
Am Anfang jeder Leiterschleife ist jeder Meßader 10 ein
Meßwiderstand RM zugeordnet, wobei die Anfänge aller Leiter
schleifen untereinander kurzgeschlossen und mit den Schirm
drähten 4 verbunden sind. Jedem Meßwiderstand ist weiterhin
ein Spannungsmeßgerät zugeordnet.
Sofern in der Kabelader mit dem Meßleiter ML1 in einer
Entfernung L₁ vom Anfang der Leiterschleife eine Mantelbe
schädigung vorliegt, die zu einem Wassereinbruch führt,
bildet sich an dieser Stelle aufgrund der Ausgestaltung des
Meßfühlers ein galvanisches Element GE, dessen treibende
Spannung zu einem Stromfluß über alle drei Meßwiderstände RM
führt. Unter Berücksichtigung der durch die Meßwiderstände
fließenden Ströme kann die Entfernung L₁ der Schadensstelle
aus der Beziehung
(in dieser Gleichung bedeutet LG die Gesamtlänge der Kabel
strecke und Rs′ den Widerstand der Meßleiter je Längeneinheit)
errechnet werden.
Das galvanische Element GE arbeitet solange, bis in dem mit
Wasser verunreinigten Bereich der Kabelader die Zinkschicht
des Meßleiters abgetragen ist. Dieser Zeitraum kann in Abhän
gigkeit von der Dicke der Zinkschicht beispielsweise 5 bis 10
Tage betragen.
Anstelle einer passiven Regenerierung der Meßader ist auch
eine aktive Regenerierung durch Anlegen einer entsprechenden
Fremdspannung möglich.
Claims (7)
1. Meßfühler zum Erfassen und Orten von Wassereinbrüchen in
ein von einer Ummantelung umgebenes, langgestrecktes Gut wie
ein Rohr oder ein elektrisches Kabel, das zusammen mit
wenigstens einem weiteren langgestreckten Gut eine auf
Mantelbeschädigungen überwachte Anlage bildet,
enthaltend zwei drahtförmige elektrische Leiter aus dem
gleichen elektrisch gut leitenden Metall, wobei zwischen den
beiden Leitern eine Isolierung angeordnet ist, die ihr
Isoliervermögen bei Zutritt von Wasser verringert,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden elektrischen Leiter (1, 4) an dem einen Ende
des langgestreckten Gutes über einen Belastungswiderstand
(RB) miteinander zu einer Leiterschleife verbunden sind,
wobei der eine als Meßleiter (1) dienende Leiter mit einer
maximal etwa 100 µm dicken Schicht (2) aus einem Metall
versehen ist, dessen elektrochemische Spannung kleiner ist
als die des Leitermaterials.
2. Meßfühler nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Isolierung (3) mit bei Zutritt von Wasser sich
verringerndem Isoliervermögen auf den beschichteten Leiter
(1) aufgebracht ist und daß der andere Leiter (4) der
Leiterschleife nicht isoliert ist oder ebenfalls mit einer
Isolierung versehen ist, die ihr Isoliervermögen bei Zutritt
von Wasser verringert.
3. Meßfühler nach Patentanspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Isolierung (3) mit bei Zutritt von Wasser sich
veränderndem Isoliervermögen aus einem Geflecht aus isolie
renden Fäden besteht.
4. Meßfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Leiter (1, 4) der Leiterschleife aus Kupfer
bestehen und daß die Beschichtung (2) des Meßleiters (1) aus
Zink besteht.
5. Meßfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der andere Leiter (4) der Leiterschleife zusammen mit
weiteren gleichartigen Leitern (4) den Drahtschirm eines
elektrischen Kabels bildet.
6. Meßfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der andere Leiter der Leiterschleife auf den Meßleiter
aufgeseilt ist.
7. Meßschaltung zur Ortung eines Wassereinbruches an einer
wenigstens zweiadrigen Rohr- oder Kabelanlage unter
Verwendung je eines Meßfühlers in jeder Kabelader bzw. in
jedem Rohr,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei Verwendung von Meßfühlern gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 6 der Meßleiter (1) und der andere Leiter (4) jeder Leiterschleife am Anfang der Leiterschleife über einen Meßwiderstand (RM) mit zugeordnetem Strom- oder Spannungsmeßgerät verbunden sind,
daß die Anfänge aller Leiterschleifen untereinander kurz geschlossen sind
und daß die Meßleiter (10) am fernen Ende über einen gemeinsamen Belastungswiderstand (RB) mit dem jeweils anderen Leiter (4) bzw. den Drahtschirmen verbunden sind.
daß bei Verwendung von Meßfühlern gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 6 der Meßleiter (1) und der andere Leiter (4) jeder Leiterschleife am Anfang der Leiterschleife über einen Meßwiderstand (RM) mit zugeordnetem Strom- oder Spannungsmeßgerät verbunden sind,
daß die Anfänge aller Leiterschleifen untereinander kurz geschlossen sind
und daß die Meßleiter (10) am fernen Ende über einen gemeinsamen Belastungswiderstand (RB) mit dem jeweils anderen Leiter (4) bzw. den Drahtschirmen verbunden sind.
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