DE19541142A1 - Überwachungseinrichtung mit einem Lichtwellenleiter als Temperatursensor - Google Patents

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Überwachung/des Moni­ toring industriell genutzter Anlagen und ist bei der Überwa­ chung der Betriebstemperatur der Anlagenteile anzuwenden, insbesondere bei der Temperaturüberwachung solcher Anlagen, die aus langgestreckten, rohrförmigen Elementen aufgebaut sind wie beispielsweise Pipelines oder Energiekabelanlagen.

Dem Bedürfnis, industrielle Anlagen auf bestimmte Betriebspa­ ramater hin zu überwachen, kann durch den Einsatz von Licht­ wellenleitern Rechnung getragen werden. Dies gilt insbesonde­ re für den Bereich der Temperaturüberwachung, der in den ver­ gangenen Jahren verstärkt erschlossen worden ist (z. B. Pro­ spekt "DTS System II - Distributed Temperature Sensor" der Fa. York, UK, Hampshire, Issue two 388). Besondere Anwen­ dungsgebiete sind dabei die thermische Überwachungung von Ka­ bel- und Rohranlagen (Zeitschrift "Der Elektriker/Der Ener­ gieelektroniker" 6/91, Seite 191 bis 194). Entsprechende Überwachungseinrichtungen bestehen grundsätzlich aus einem längs der Anlagenteile angeordneten Lichtwellenleiter(LWL)- Sensor und einem dem LWL-Sensor zugeordneten Meßsystem. Um mit solchen Überwachungseinrichtungen auch Wärmequellen oder Orte erhöhter Temperatur orten zu können, die nur eine gerin­ ge Ausdehnung in Längsrichtung des verlegten LWL-Sensors auf­ zuweisen, hat man zur Verbesserung der Auflösung des Meßdia­ gramms bereits vorgesehen, an den entsprechenden, vorbekann­ ten Stellen der Anlage den LWL-Sensor als Spule mit einem Wickeldurchmesser von etwa 40 mm auszubilden. Im Meßdiagramm wird dann die Stelle erhöhter Temperatur über eine Länge an­ gezeigt, die der Wickellänge der Spule entspricht.

Bei der Überwachung der Betriebstemperatur industrieller An­ lagen, insbesondere solcher, die aus langgestreckten, rohr­ förmigen Elementen aufgebaut sind, ist es mitunter schwierig, das Meßdiagramm dem Trassenverlauf der Anlage eindeutig zu zu­ ordnen. Dies kann z. B. darin begründet sein, daß bei einer Kabelanlage aufgrund der Anordnung des LWL-Sensors im aufge­ seilten Kabelschirm die Kabellänge nicht der Länge des LWL-Sensors entspricht und der LWL-Sensor für Spleiße und Meßzu­ leitungen zusätzliche Faserlängen aufweist.

Ausgehend von einer Überwachungseinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die überwachte Anlage so auszubilden, daß der gemessene Temperaturverlauf dem Trassenverlauf der Anlage direkt zugeordnet werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die optischen Übertragungseigenschaften der jeweils eine Wicklung bildenden Längsabschnitte des LWL-Sensors dauerhaft oder in beliebig wiederholbarer Weise vorübergehend von den Überwachungseigenschaften der nicht als Wicklungen ausgebil­ deten Abschnitte des LWL-Sensors signifikant abweichen.

Bei einer derartigen Ausgestaltung der Anlage stellen die in Abständen angeordneten Wicklungen des LWL-Sensors Markierun­ gen der Anlagentrasse dar, die an vorbestimmten, markanten Punkten der Anlage gesetzt werden. Beispielsweise bei Stark­ stromkabelanlagen können dies der Anfang und das Ende der Ka­ belstrecke und die Verbindungsmuffen sein. Zusätzlich kann der Kabelmantel an speziellen Orten der Trasse geöffnet und dort durch Einschleifen einer LWL-Wicklung eine Markierung gesetzt werden.

Die Funktion der im Verlauf des LWL-Sensors angeordneten LWL-Wicklungen als Markierungen der Anlagentrasse kann auf einfa­ che Weise dadurch erreicht werden, daß die als Wicklungen ausgebildeten Abschnitte des LWL-Sensors jeweils aus einem Lichtwellenleiter bestehen, der an die übrigen Abschnitte des LWL-Sensors fehlangepaßt ist. Diese optische Fehlanpassung ist im Reflexionsdiagramm eindeutig erkennbar. - Eine andere, technisch etwas aufwendigere Möglichkeit besteht darin, für die LWL-Wicklungen das gleiche LWL-Material wie für den LWL-Sensor zu verwenden und im Bereich der Wicklungen durch ther­ mische Beeinflussung vorübergehend oder dauerhaft ein höheres Temperaturniveau zu erzeugen. Dies kann bei Anlagen, die iso­ lierte elektrische Leiter enthalten, insbesondere für elek­ trische Kabelanlagen, bei denen die als Wicklungen ausgebil­ deten Abschnitte des LWL-Sensors jeweils in einem Gehäuse an­ geordnete sind, dadurch erreicht werden, daß das Gehäuse mit einer Heizeinrichtung versehen ist. Das in dem Gehäuse ange­ ordnete Heizelement kann dabei über die elektrischen Leiter der Anlage gespeist werden. Dabei ist es zweckmäßig, die Hei­ zeinrichtung innerhalb des Gehäuses anzuordnen und das Gehäu­ se mit einer Wärmeisolierung zu versehen. - Alternativ kommt aber auch eine Beheizung der LWL-Wicklungen durch Ausnutzung der in der Starkstromkabelanlage fließenden Wechselströme in Betracht. Zu diesem Zweck kann die in dem Gehäuse angeordnete Heizeinrichtung aus einem metallenen, durch Wirbelströme auf­ heizbaren Körper bestehen. Das Gehäuse kann aber auch selber als aufheizbarer Körper ausgebildet und gegenüber der Umge­ bung wärmeisoliert sein.

Drei Ausführungsbeispiele eines als Wicklung ausgebildeten Längenabschnittes eines LWL-Sensors mit zugehörigem Gehäuse sind in den Fig. 1 bis 3 dargestellt. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Wicklung aus einem optisch fehlangepaßten Lichtwellenleiter,

Fig. 2 einen als Wicklung ausgebildeten Abschnitt eines LWL-Sensors mit beheiztem Wickelkörper und

Fig. 3 ein Spleißgehäuse, das einen als Wicklung ausgebil­ deten Abschnitt eines LWL-Sensors enthält und dem eine Heizeinrichtung zugeordnet ist und das wärmei­ soliert in einem weiteren Gehäuse angeordnet ist.

Gemäß Fig. 1 ist eine zweilagige Wicklung 3 aus einem Licht­ wellenleiter auf einem Spulenkörper 2 angeordnet. Dieser Spu­ lenkörper befindet sich in einem Gehäuse 1, das mittels eines Befestigungsmittels 4 im Bereich eines Endverschlusses oder einer Muffe eines elektrischen Kabels fixiert werden kann. Der für die Wicklung 3 verwendete Lichtwellenleiterabschnitt weist optische Übertragungseigenschaften auf, die von dem üb­ rigen, längs der Anlagenteile einer Kableanlage verlaufenden Abschnitten des LWL-Sensors abweichen. Dies kann in der Weise erfolgen, daß der eigentliche LWL-Sensor aus einer optischen Faser mit einem Kerndurchmesser von 50 µm und einem Außen­ durchmesser von 125 µm besteht, während für die Wicklung 3 ein zwischen etwa 1 und 20 m langes Faserstück mit einem Kerndurchmesser von 62,5 µm und einem Manteldurchmesser von 125 µm verwendet wird. Diese optische Fehlanpassung kann bei einer Reflexionsmessung zu einer Intensitätsanhebung von 0,5 dB führen.

Gemäß Fig. 2 ist auf einem Spulenkörper 5 eine Wicklung 7 angeordnet, bei der es sich um eine Teillänge eines Lichtwel­ lenleiter-Sensors oder einer zusätzlichen Faserlänge aus dem gleichen Material wie dem des Lichtwellenleitersensors han­ delt. Zwischen der Wicklung 7 und dem Kern des Spulenkörpers 5 ist eine hohlzylindrische Heizeinrichtung 6 angeordnet. Hierbei kann es sich um eine Heizwicklung handeln, die durch separate isolierte Leiter im Schirm des zugehörigen Stark­ stromkabels mit Strom versorgt wird. Bei dieser Anordnung be­ steht das Gehäuse 8 aus einem wärmeisolierenden Material oder ist mit einer speziellen wärmeisolierenden Innenschicht ver­ sehen. - Eine technisch äquivalente Anordnung könnte darin bestehen, in ein handelsübliches Spleißgehäuse für Lichtwel­ lenleiter eine handelsübliche Folienheizung einzubringen, die eine Leistung von etwa 10 Watt aufnimmt und mit der eine Tem­ peraturanhebung von mindestens 5°K erzielt werden kann; dies insbesondere dann, wenn das Spleißgehäuse zusätzlich wärmei­ soliert ist bzw. durch den übrigen Kabelaufbau in diesem Be­ reich, beispielsweise den Aufbau einer Kabelmuffe, wärmeiso­ liert ist.

Bei der gemäß Fig. 2 gezeigten Anordnung kann man auch den Spulenkörper als Ganzes als Heizeinrichtung ausbilden, bei­ spielsweise durch Verwendung eines metallenen, vorzugsweise magnetisch und thermisch isolierten Spulenkörpers, der durch Wirbelströme aufgrund des kabeleigenen Magnetfeldes erwärmt wird.

Gemäß Fig. 3 ist ein handelsübliches LWL-Spleißgehäuse 11 zusammen mit einer Stahlplatte 12, die eine Dicke von etwa 1 bis 3 mm aufweist, in einem Außengehäuse 10 angeordnet und dabei mit einer oberen und einer unteren Wärmeisolierungs­ platte 13 bzw. 14 versehen. Die gesamte Anordnung kann im Korrosionsschutz einer Verbindungsmuffe untergebracht sein. - Die Stahlplatte 12 gemäß dem Ausführungsbeispiel Fig. 3 kann bei einem Leiterstrom des zugehörigen Starkstromkabels von 1000 Amp. und einem Abstand der Anordnung zum Leiter von etwa 50 mm eine Temperaturerhöhung im Bereich des Spleißgehäuses 11 von etwa 10°K bewirken.

Alternativ zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 kann man auch als Spleißgehäuse ein aus Stahlblech gefertigtes Spleiß­ gehäuse verwenden, das bei wärmeisolierter Anordnung durch Wirbelströme erwärmt wird, wo durch die darin befindlichen Windungen des Lichtwellenleiter-Sensors mit einer Temperatur beaufschlagt werden, die höher liegt als die Umgebungstempe­ ratur.

Claims (6)

1. Überwachungseinrichtung zum Überwachen der Betriebstempe­ ratur der Anlagenteile einer industriellen Anlage, insbesonde­ re einer aus langgestreckten, rohrförmigen Elementen aufge­ bauten Anlage,
bestehend aus wenigstens einem längs der Anlagenteile ange­ ordneten Lichtwellenleiter(LWL)-Sensor und einem dem LWL-Sensor zugeordneten Meßsystem, wobei der LWL-Sensor in Ab­ ständen als Wicklung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die optischen Übertragungseigenschaften der jeweils eine Wicklung (3, 7) bildenden Längsabschnitte des LWL-Sensors dau­ erhaft oder in beliebig wiederholbarer Weise vorübergehend von den Übertragungseigenschaften der nicht als Wicklungen ausgebildeten Abschnitte des LWL-Sensors signifikant abwei­ chen.

2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Wicklungen (3) ausgebildete Abschnitt des LWL-Sensors aus einem Lichtwellenleiter bestehen, der an die übrigen Ab­ schnitte des LWL-Sensors optisch fehlangepaßt ist.

3. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1 für Anlagen, die isolierte elektrische Leiter enthalten, insbesondere für elektrische Kabelanlagen, bei denen die als Wicklungen ausge­ bildeten Abschnitte des LWL-Sensors jeweils in einem Gehäuse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (8) mit einer Heizeinrichtung (6) versehen ist.

4. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (6) innerhalb eines Gehäuses angeord­ net und das Gehäuse (8) wärmeisoliert ist.

5. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung aus einem metallenen, durch Wirbel­ ströme aufheizbaren Körper (12) besteht.

6. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der aufheizbare Körper das Gehäuse für die Wicklung bil­ det und gegenüber der Umgebung wärmeisoliert ist.