DE19527972A1

DE19527972A1 - Meßfühler zum Erfassen und Orten von Wassereinbrüchen und Meßschaltung unter Verwendung eines solchen Meßfühlers

Info

Publication number: DE19527972A1
Application number: DE1995127972
Authority: DE
Inventors: Lothar Dipl Ing Goehlich; Ulrike Dipl Ing Glaese
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Prysmian Cavi e Sistemi Energia SRL
Priority date: 1995-07-18
Filing date: 1995-07-18
Publication date: 1997-01-23
Anticipated expiration: 2015-07-19
Also published as: DE19527972B4

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 M_L1, M_L2 und M_L3 bezeichnet sind. Der elektrische Widerstand jedes Meßleiters ist durch die Schaltungssymbole R_S3, R_S2 und R_S11 sowie R_S12 charakterisiert. Jeder Meßleiter ist an dem einen Ende der jeweiligen Kabelader über einen Belastungswiderstand R_B mit einem zugehörigen Schirmdraht 4 bzw. allen Schirmdrähten der Kabelader zu einer Leiterschleife verbunden. Dabei ist der Belastungswiderstand R_B 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 R_M 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 M_L1 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 R_M führt. Unter Berücksichtigung der durch die Meßwiderstände fließenden Ströme kann die Entfernung L₁ der Schadensstelle aus der Beziehung

(in dieser Gleichung bedeutet L_G die Gesamtlänge der Kabel strecke und R_s′ den Widerstand der Meßleiter je Längeneinheit) errechnet werden.

Das galvanische Element G_E 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

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 (R_B) 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 (R_M) 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 (R_B) mit dem jeweils anderen Leiter (4) bzw. den Drahtschirmen verbunden sind.