DE19544391A1

DE19544391A1 - Meßschaltung zum Erfassen und Orten von Wassereinbrüchen an Rohr- oder Kabelanlagen

Info

Publication number: DE19544391A1
Application number: DE1995144391
Authority: DE
Inventors: Lothar Dipl Ing Goehlich; Ulrike Dipl Ing Glaese
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Pirelli and C SpA
Priority date: 1995-11-15
Filing date: 1995-11-15
Publication date: 1997-05-22

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Fehlerortung an Rohren und elektrischen Kabeln bzw. an mehradrigen Rohr- oder Ka belanlagen und befaßt sich mit der Ausgestaltung einer Meß schaltung, mit der ein Feuchtigkeitseinbruch in Rohre und Ka bel bzw. Kabeladern erfaßt und geortet werden kann. Die Meß schaltung arbeitet dabei mit elektrischen Meßfühlern, die in den Rohren oder Kabeln bzw. Kabeladern angeordnet sind.

Zur Realisierung einer solchen Meßschaltung an einem ge schirmten Starkstromkabel mit Kunststoffmantel ist es be kannt, längs der Schirmdrähte des Kabels bzw. der Kabelader einen Meßleiter anzuordnen, der in eine Ummantelung aus einem elektrisch isolierenden Material mit bei Feuchtigkeit gegen über dem trockenen Zustand vermindertem Isoliervermögen ein gebettet ist. Der Meßleiter kann dabei aus einer Widerstands legierung bestehen. Dieser Meßleiter bildet zusammen mit ei nem nichtisolierten Leiter, bei dem es sich um geerdete Schirmdrähte handeln kann, einen Wassersensor, der zusammen mit einem Hilfsleiter, bei dem es sich um einen gegenüber dem Meßleiter feuchtigkeitsunempfindlich isolierten Leiter han delt, sowie mit einer Spannungsquelle und zwei veränderlichen Widerständen in eine Art Brückenschaltung einbezogen ist, in die noch ein Nullindikator eingeschaltet ist. Durch Nullab gleich kann ein Fehlerort ermittelt werden (DE 37 36 333 A1).

Bei einer anderen bekannten Meßschaltung wird als Meßleiter ein hochohmiger Leiter verwendet, der zusammen mit einem Schirmdraht einen Wassersensor in Form einer an einem Ende offene Meßschleife bildet. Am anderen Ende der Meßschleife ist ein Widerstandsmeßgerät angeordnet; mit Hilfe eines wei teren Meßgerätes und eines zusätzlichen, isolierten Leiters muß zuvor die mit einem Mantelfehler behaftete Kabelader er mittelt werden. Die Anwendung dieser Meßschaltung ist wegen der Gefahr betriebsmäßiger Überspannungen bei Starkstromka belanlagen auf Kabellängen von max. 500 bis 1000 m beschränkt (DE 39 08 903 A1).

Zur Ortung von Wassereinbrüchen an Kabelanlagen größerer Län ge ist weiterhin eine Meßschaltung bekannt, bei der als Meß leiter ebenfalls ein hochohmiger Leiter verwendet wird und bei der die aus Meßleiter und geerdetem Metalldraht bestehen de Meßschleife am fernen Ende des Kabels über eine Diode ge schlossen ist. Diese Meßschleife wird mit einem rechteckför migen Wechselstrom sehr niedriger Frequenz beaufschlagt. Am Ende jeder Stromhalbwelle wird der in der Meßschleife flie ßende Strom gemessen; jeweils zwei aufeinanderfolgende Meß werte werden einer Auswerteeinrichtung zugeführt. Diese Art der Fehlerortung muß bei mehradrigen Kabelanlagen für jede Kabelader gesondert durchgeführt werden (DE 43 02 832 A1).

Ausgehend von einer Meßschaltung mit den Merkmalen des Ober begriffes des Patentanspruches 1 liegt der Erfindung die Auf gabe zugrunde, die Detektion und Ortung eines Wassereinbru ches an Rohren und Kabeln zu vereinfachen und bei Kabelanla gen der Ausgestaltung der Meßschaltung im Hinblick auf das Auftreten von induzierten Spannungen Rechnung zu tragen.

Zur Lösung der allgemeinen Aufgabe ist vorgesehen, daß der Meßleiter und der Hilfsleiter am Ende des Rohres oder Kabels jeweils über einen Abschlußwiderstand auf einen gemeinsamen Belastungswiderstand geschaltet sind, der seinerseits mit dem nichtisolierten Leiter verbunden ist, und daß am Anfang des Rohres oder Kabels der Meßleiter und der Hilfsleiter jeweils mit einem Meßwiderstand beschaltet und die beiden Meßwider stände und der nichtisolierte Leiter in beliebiger Kombinati on mit den beiden Polen einer Spannungsquelle verbunden sind oder beide Meßwiderstände mit dem nichtisolierten Leiter ver bunden sind und der Meßleiter und der nichtisolierte Leiter innerhalb des Rohres oder Kabels die beiden Pole einer durch Feuchtigkeitseinwirkung aktivierbaren Spannungsquelle bilden.

Eine derart ausgebildete Meßschaltung sieht im wesentlichen vor, die beiden Leiter des elektrischen Wassersensors und den Hilfsleiter sowohl am Ende als auch am Anfang des Rohres oder Kabels so miteinander zu verkoppeln, daß ein Wassereinbruch mit einer einzigen Messung ohne Einstellung von Widerständen erfaßt und geortet werden kann. Während die Verkopplung der beiden Leiter des Wassersensors und des Hilfsleiters am Ende des Rohres oder Kabels für verschiedene Ausführungsformen der Meßschaltung immer dieselbe ist, kann die Verkopplung am An fang des Rohres oder Kabels auf unterschiedliche Weise vorge nommen werden. Neben der direkten Verbindung der beiden Meß widerstände des Meßleiters und des Hilfsleiters mit dem nichtisolierten Leiter bei Ausgestaltung des Meßleiters und des nichtisolierten Leiters als Pole einer durch Feuchtig keitseinwirkung aktivierbaren "inneren" Spannungsquelle (s. Patentanmeldung P 195 27 972.7) kann man bei Verwendung einer äußeren Spannungsquelle nur den Meßwiderstand des Meßleiters oder nur den Meßwiderstand des Hilfsleiters direkt an den ei nen Pol der Spannungsquelle legen und den Meßwiderstand des jeweils anderen Leiters zusammen mit dem nichtisolierten Lei ter an den anderen Pol der Spannungsquelle legen. In diesem Fall wird entweder der Meßleiter oder der Hilfsleiter gewis sermaßen vom Kabelende her mit Spannung beaufschlagt; zum an deren kann man aber auch sowohl den Meßwiderstand des Meßlei ters als auch den Meßwiderstand des Hilfsleiters gemeinsam an den einen Pol der Spannungsquelle und den nichtisolierten Leiter an den anderen Pol der Spannungsquelle legen. In jedem Fall ergibt sich in dem so gebildeten Widerstandsnetzwerk ei ne Stromverteilung, die im Fehlerfall von der normalen Strom verteilung charakteristisch abweicht und die an den Meßwider ständen erfaßt werden kann. Dabei gewährleisten die beiden Arbeitswiderstände, daß auch ein sehr dicht am Rohr- oder Ka belende auftretender Fehler sicher geortet werden kann. So fern bei Rohren oder Kabeln aufgrund der Umgebungsbedingungen ausgeschlossen werden kann, daß im Endbereich des Rohres oder Kabels ein Feuchtigkeitseinbruch auftreten kann, kann der Wi derstandswert des Arbeitswiderstandes gegen Null gehen, d. h. der Arbeitswiderstand kann entfallen.

Die neue Meßschaltung hat den weiteren Vorteil, daß sie auf einfache Weise auch auf mehradrige Rohr- oder Kabelanlagen, insbesondere auf dreiadrige Kabelanlagen erweitert werden kann. Bei Einsatz für zweiadrige Rohr- oder Kabelanlagen, bei denen also zwei Rohre oder Kabel parallel nebeneinander ange ordnete sind, ist hierzu der dem Wassersensor des ersten Ka bels zugeordnete Hilfsleiter in dem parallel zum ersten Rohr oder Kabel angeordneten zweiten Kabel oder Rohr anzuordnen und mit einer feuchtigkeitsempfindlichen Isolierung zu verse hen, damit er in dem zweiten Kabel die Funktion eines Meßlei ters wahrnehmen kann; dadurch, daß er innerhalb des zweiten, ummantelten Rohres oder Kabels angeordnet ist, bleibt er ge genüber dem Meßleiter des ersten Kabels feuchtigkeitsunemp findlich isoliert. Zusätzlich ist in dem zweiten Rohr oder Kabel ebenfalls ein nicht isolierter Leiter anzuordnen, der am Anfang und am Ende des zweiten Rohres oder Kabels mit dem nichtisolierten Leiter des ersten Rohres oder Kabels zu ver binden ist.

Bei Ausdehnung der Meßschaltung auf eine dreiadrige Rohr- oder Kabelanlage sind auch unter dem Mantel des dritten Roh res oder Kabels ein feuchtigkeitsempfindlicher Meßleiter und ein nichtisolierter Leiter anzuordnen; dieser dritte Meßlei ter ist am Anfang des dritten Rohres oder Kabels ebenfalls mit einem Meßwiderstand zu beschalten und am Ende des Rohres oder Kabels mit einem Abschlußwiderstand zu beschalten und dieser Abschlußwiderstand ist auf den gemeinsamen Belastungs widerstand der beiden anderen Rohre oder Kabel zu schalten, wobei der nichtisolierte Leiter des dritten Kabels am Anfang und am Ende des Rohres oder Kabels mit den nichtisolierten Leitern der beiden anderen Rohre oder Kabel zu verbinden ist; weiterhin ist der Meßwiderstand des dritten Meßleiters eben falls mit einem der beiden Pole der Spannungsquelle bzw. mit dem nichtisolierten Leiter zu verbinden.

Aus meßtechnischen Gründen ist es sinnvoll, den bzw. die nichtisolierten Leiter am Anfang und/oder am Ende des Rohres oder Kabels bzw. der Rohr- oder Kabelanlage zu erden. In die sem Fall können bei elektrischen Kabelanlagen die Schirmdräh te des jeweiligen Kabels als nichtisolierter Leiter fungie ren.

Bei Einsatz der neuen Meßschaltung an mehradrigen Kabelanla gen, insbesondere an Hochspannungskabelanlagen, ist zusätz lich zu berücksichtigen, daß die Wassersensoren und damit auch der meßtechnische Zugang zur Kabelanlage möglichst gegen das Auftreten unzulässig hoher induzierter Wechselspannungen, die im Betrieb der Kabelanlage ihre Ursache haben, zu schüt zen sind. Dem wird zum Teil schon dadurch Rechnung getragen, daß jeder Meßleiter mit einem Abschlußwiderstand beschaltet ist, dessen Widerstandswert zweckmäßig etwa 20% des Wider standswertes des Meßleiters beträgt. Dabei wird für den Meß leiter zweckmäßig ein Leiter mit einem Widerstandswert zwi schen 0,01 und 10³ Ohm/m gewählt. Als weitere Maßnahme sollte am Anfang und am Ende jeder Kabelader zwischen dem Meßleiter und dem nichtisolierten Leiter jedes Wassersensors ein Über spannungsableiter geschaltet sein. Bei einer Meßschaltung, die die Einspeisung derselben Spannung in alle Meßleiter vor sieht, sollte weiterhin zwischen den Meßwiderständen und der Spannungsquelle ein Relais angeordnet sein und ein Ruhekon takt dieses Relais die Meßwiderstände mit den nichtisolier ten Leitern der Wassersensoren verbinden. Dadurch wäre ge währleistet, daß die Meßleiter am Anfang der Kabelstrecke je derzeit entweder über die Spannungsquelle niederohmig oder über die Relaiskontakte direkt wechselspannungsmäßig geerdet sind. - Bei Hochspannungskabelanlagen mit ausgekreuzten Ka belmänteln ist darauf zu achten, daß die Meßleiter ebenfalls ausgekreuzt werden.

Die für die Durchführung des neuen Meßverfahrens erforderli chen Bauteile (im wesentlichen Widerstände) können an den En den der Kabeladern entweder direkt auf den Kabeladern und/oder in einem Gehäuse angeordnet werden. Dadurch entfal len besondere Verbindungsleitungen und es wird dem gewohnten Anlagenbau Rechnung getragen.

Mehrere Ausführungsbeispiele von Meßschaltungen zur Durchfüh rung des neuen Meßverfahrens sind in den Fig. 1 bis 12 dargestellt. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Meßschaltung, bei der die Meßleiter einer dreiadrigen Kabelanlage parallel mit derselben Meßspannung beaufschlagt werden,

Fig. 2 ein für die eigentliche Messung relevantes Ersatzschaltbild der Meßschaltung gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 die Veränderung des Ersatzschaltbildes ge mäß Fig. 2 bei Auftreten eines Wasserein bruches. Weiterhin zeigt

Fig. 4 eine Meßschaltung, bei der jeweils ein Meß leiter einer dreiadrigen Kabelanlage an ei ne Meßspannung gelegt und die anderen Meß schleifen am meßseitigen Ende kurzgeschlos sen werden,

Fig. 5 ein für die meßtechnischen Belange relevan tes Ersatzschaltbild der Meßschaltung gemäß Fig. 2 und

Fig. 6 die Veränderung des Ersatzschaltbildes ge mäß Fig. 5 bei Auftreten eines Wasserein bruches.

Fig. 7 eine Meßschaltung für ein ein- oder dreiadriges Kabel mit einem feuchtigkeits unempfindlich isolierten Hilfsleiter gemäß Patentanspruch 1,

Fig. 8 eine Variante der Meßschaltung gemäß Fig. 7 am Anfang des Kabels,

Fig. 9 eine Meßschaltung für ein ein- oder mehrad riges elektrisches Kabel, bei dem der Meß leiter und der nicht isolierte Leiter eine durch Feuchtigkeitseinwirkung aktivierbare Spannungsquelle gemäß Patentanspruch 1 bil den,

Fig. 10 eine Erweiterung der Meßschaltung gemäß Fig. 7 für eine zweiadrige Kabelanlage,

Fig. 11 und 12 zwei Varianten der Meßschaltung gemäß Fig. 5, wobei die Variationen den am Anfang der Kabelanlage liegenden Teil der Meßschaltung betreffen.

In den Fig. 1 bis 12 werden die einzelnen Schaltungsele mente mit Buchstaben bzw. Buchstabenkombinationen bezeichnet, deren Bedeutung nachfolgend aufgeführt ist:
L Länge eines Kabels oder einer zwei- bzw. dreiadri gen Kabelanlage,
L₁ Abstand der Schadenstelle vom Anfang der Kabelan lage,
F₁ Ort eines Wassereinbruches, Schadenstelle,
ML der in jedem Kabel oder jeder Kabelader im Schirm bereich angeordnete Meßleiter eines Wassersensors,
HL der in einem ein- oder mehradrigen Kabel angeord nete Hilfsleiter,
EL der in jedem Kabel oder jeder Kabelader im Schirm bereich angeordnete nichtisolierte, geerdete Lei ter des Wassersensors, z. B. ein Schirmdraht,
R_M der jedem Meßleiter vorgeschaltete Meßwiderstand,
R_S Gesamtwiderstand der einzelnen Meßleiter, mit R_S′ = längenspezifischer Widerstand,
R_H Widerstand des Hilfsleiters,
R_A Abschlußwiderstände, mit denen die Meßleiter der Wassersensoren beschaltet sind,
R_B ein allen Meßleitern gemeinsamer Belastungswider stand,
ÜA die am Anfang und am Ende jeder Kabelader angeord neten Überspannungsableiter,
GA Gehäuse für die Überspannungsableiter,
GW am Ende der Kabelanlage angeordnet es Gehäuse zur Aufnahme der Widerstände R_A und R_B,
U eine äußere Spannungsquelle,
U_i eine innere Spannungsquelle,
A, B, C ein Relais mit den Ruhekontakten a, b und c,
I Strom durch den Meßwiderstand eines Meßleiters.

Unter Berücksichtigung dieser Bezeichnungen und ihrer Bedeu tungen zeigt Fig. 7 in Anlehnung an die Meßschaltung gemäß DE 37 36 333 eine Meßschaltung, bei der in einem beispiels weise dreiadrigen Kabel der Länge L ein Meßleiter ML₁, ein Hilfsleiter HL und ein nichtisolierter, geerdeter Leiter EL₁ entweder in den Zwischenräumen oder im Schirmbereich angeord net sind. Der Widerstand des Meßleiters ist dabei mit R_S1 und der Widerstand des Hilfsleiters R_S2 bezeichnet. Sowohl dem Meßleiter als auch dem Hilfsleiter ist jeweils ein Meßwider stand R_M1 bzw. R_M22 vorgeschaltet; beide Meßwiderstände sind gemeinsam an den einen Pol einer Spannungsquelle U gelegt. - Sowohl dem Meßleiter als auch dem Hilfsleiter ist jeweils ein Arbeitswiderstand R_A1 bzw. R_A2 nachgeschaltet, wobei beide Ar beitswiderstände auf einen Belastungswiderstand R_B geschaltet sind. Dieser Belastungswiderstand ist weiterhin mit dem nich tisolierten, geerdeten Leiter EL₁ verbunden, der seinerseits an den anderen Pol der Spannungsquelle geschaltet ist. Bei dieser Spannungsquelle kann es sich um eine Gleichspannungs quelle oder um eine recheckförmige Wechselspannungsquelle sehr niedriger Frequenz handeln.

Jedem Meßwiderstand R_M1 bzw. R_M2 ist ein nicht näher darge stelltes Strommeßgerät zugeordnet, mit dem die Ströme I₁ und I₂ gemessen werden. Bei Auftreten eines Mantelfehlers, der mit einem Wassereinbruch verbunden ist, an einer Schadenstel le F₁ in einer Entfernung L₁ vom Anfang der Kabelanlage bil det sich an der Schadensstelle ein Übergangswiderstand zwi schen dem Meßleiter ML₁ und dem geerdeten Leiter EL₁, wodurch die Stromverteilung über die Meßwiderstände R_M1 und R_M2 verän dert wird. Aus dem dann vorliegenden Widerstandsnetzwerk mit den bekannten Widerständen und den gemessenen Strömen kann der Fehlerort errechnet werden. Dies erfolgt zweckmäßig mit Hilfe eines entsprechend programmierten Mikrochips im Meßge rät.

Gemäß Fig. 8 kann die Meßschaltung am Anfang des Kabels auch so ausgebildet sein, daß nur der Meßwiderstand R_M2 gegen den einen Pol der Spannungsquelle und der Meßwiderstand R_M1 ge meinsam mit dem nichtisolierten Leiter EL₁ gegen den anderen Pol der Spannungsquelle geschaltet wird. Alternativ können die Anschlüsse der beiden Meßwiderstände vertauscht werden.

Fig. 9 zeigt eine Meßschaltung, bei der der Meßleiter ML₁₁ und der nichtisolierte, geerdete Leiter EL₁ eine potentielle galvanische Spannungsquelle bilden, wie es in der älteren Pa tentanmeldung P 195 27 972.7 beschrieben ist. Der gegenüber dem Meßleiter ML₁₁ feuchtigkeitsunempfindlich isolierte Hilfsleiter HL ist dagegen als normaler elektrischer Leiter ausgebildet. Im Falle eines Feuchtigkeitseinbruches entsteht so innerhalb des Kabels eine Spannungsquelle U_i, die zu Strö men über die beiden Meßwiderstände R_M1 und R_M2 führt, wenn diese am Anfang des Kabels gemeinsam mit dem nichtisolierten Leiter EL₁ verbunden und am Ende des Kabels über jeweils ei nen Arbeitswiderstand R_A1 bzw. R_A2 und einen gemeinsamen Bela stungswiderstand R_B ebenfalls mit dem nichtisolierten Leiter EL₁ verbunden sind.

Die Schaltung gemäß Fig. 9 ist auch für zweiadrige Kabel an lagen anwendbar, wenn der Hilfsleiter HL im zweiten Kabel an geordnet ist und mit dem dort zusätzlich angeordneten nichti solierten, geerdeten Leiter EL₂ ebenfalls eine potentielle galvanische Spannungsquelle bildet. Der im zweiten Kabel an geordnete Leiter EL₂ ist am Anfang und am Ende der Kabelanla ge mit dem nichtisolierten Leiter EL₁ des ersten Kabels zu verbinden, wie es gestrichelt in der Figur dargestellt ist.

Die Meßschaltung gemäß Fig. 9 kann auch auf dreiadrige Ka belanlagen erweitert werden, wenn in der dritten Kabelader ebenfalls ein entsprechender Meßleiter und ein nichtisolier ter Leiter angeordnet werden und der Meßleiter und der geer dete, nichtisolierte Leiter gemäß Patentanspruch 3 in die Meßschaltung einbezogen werden.

Fig. 10 zeigt eine Meßschaltung, die gemäß Patentanspruch 2 für eine zweiadrige Rohr- oder Kabelanlage vorgesehen ist. In jeder der beiden getrennt nebeneinander angeordneten Kabela dern sind ein Meßleiter ML₁ bzw. ML₂ und ein nicht isolierter, geerdeter Leiter EL₁ bzw. EL₂ angeordnet. Jeder Meßleiter, der mit einer feuchtigkeitsempfindlichen Isolierung versehen ist, ist am Anfang der Kabelanlage mit einem Meßwiderstand R_M1 bzw. R_M2 und am Kabelende mit einem Arbeitswiderstand R_A1 bzw. R_A2 beschaltet. Die beiden Arbeitswiderstände sind auf einen Belastungswiderstand R_B geschaltet, der seinerseits mit dem Erdleiter EL₁ verbunden ist. Gleichzeitig ist der Erdlei ter EL₂ der zweiten Kabelader am Anfang und am Ende der Ka belanlage mit dem Erdleiter EL₁ verbunden. - Die beiden Meß widerstände R_M1 und R_M2 sind an den einen Pol einer Spannungs quelle U, die beiden nichtisolierten, geerdeten Leiter EL₁ und EL₂ an den anderen Pol dieser Spannungsquelle gelegt. Al ternativ kann am Anfang der Kabelanlage eine Meßschaltung ge mäß Fig. 8 gewählt werden.

Fig. 1 zeigt eine Meßschaltung für eine dreiadrige Kabelan lage, bei der jede der drei parallel angeordneten Kabeladern die Länge L aufweist. Im Schirmbereich jeder Kabelader sind ein Meßleiter ML und ein geerdeter Rückleiter EL angeordnet. Am Anfang und am Ende der Kabelanlage ist jeweils ein Über spannungsableiter ÜA zwischen dem Meßleiter und den geerdeten Leiter geschaltet.

Am Ende der Kabelanlage ist jeder Meßleiter ML mit einem Ab schlußwiderstand R_A beschaltet. Die Abschlußwiderstände R_A1 bis R_A3 sind auf einem gemeinsamen Belastungswiderstand R_B ge schaltet, der seinerseits geerdet und mit den geerdeten Lei tern EL₁ bis EL₃ der Meßschleifen verbunden ist. Am Anfang der Kabelanlage ist jeder Meßleiter ML mit einem Meßwider stand R_M1, bzw. R_M2, bzw. R_M3 beschaltet. Die Meßwiderstände R_M1 bis R_M3 sind gemeinsam über die Wicklung eines Relais A an den negativen Pol einer Gleichspannungsquelle geschaltet, de ren positiver Pol mit den geerdeten Leitern der Meßschleifen verbunden ist. Dabei sind die Meßwiderstände und die Meßspan nungsquelle in einem Meßgerätegehäuse GM angeordnet, das auch die nicht näher bezeichneten Meßgeräte zum Erfassen der durch die Meßwiderstände fließenden Ströme I₁, I₂ und I₃ aufnimmt. Weiterhin enthält das Gehäuse nicht näher dargestellte elek tronische Einrichtungen zur Auswertung der gemessenen Ströme.

Wenn die Spannung der Spannungsquelle U nicht aktiviert ist, überbrückt der Ruhekontakt a die Spannungsquelle U und schal tet damit die Meßwiderstände R_M gegen Erde. Dadurch sind die Meßleiter jederzeit elektrisch so abgeschlossen, daß bei al len Betriebszuständen keine gefährlichen Spannungen zwischen den Meßleitern ML und dem Kabelschirm auftreten können. Im Rahmen dieser Schutzmaßnahme begrenzt der ohmsche Widerstand jedes Meßleiters zusammen mit den angeschalteten Widerständen den induzierten Strom. Durch Wahl der Abschlußwiderstände R_A auf maximal 20% des Widerstandes des einzelnen Meßleiters beträgt die Wechselspannung am Abschlußwiderstand ebenfalls nur ca. 20% der induzierten Spannung. Mit Hilfe von zusätz lichen induktiven Widerständen können die Wechselspannungen an den Meßwiderständen noch wirksamer reduziert werden. Wei terhin besteht die Möglichkeit, am Anfang und am Ende der Ka belstrecke die Meßleiter unmittelbar nach dem Heraustreten aus dem Kabelmantel noch im Anschlußbereich von Endverschlüs sen, Schaltereinführungen oder Kabelsteckern zwischen dem Überspannungsableiter und dem Meßwiderstand über einen Re laiskontakt, der im Fehlerfall von der Meßeinrichtung ange steuert wird, zu erden, um nach Auftreten und Orten eines Fehlers einen Stromfluß über die Schadensstelle zu unterbinden.

Gemäß Fig. 2 treibt eine an die Meßschleife angelegte Meß spannung U Ströme I₁, I₂ und I₃ durch die jeweiligen Meßleiter. Zur Vereinfachung des Schaltungsaufwandes empfiehlt es sich, alle Sensorwiderstände und alle Abschlußwiderstände gleich groß zu wählen. Dann sind bei nicht beschädigten Ka belmänteln die drei gemessenen Ströme innerhalb eines Tole ranzbandes gleich groß. Bei Auftreten einer Schadensstelle gemäß Fig. 3 an dem Ort F₁ dringt in den Schirmbereich des beschädigten Kabels Wasser ein, wodurch der Isolationswider stand zwischen dem Meßleiter und dem geerdeten Leiter einer Meßschleife erheblich verkleinert wird. Der reduzierte Wider stand ist schaltungstechnisch durch den Widerstand R₀ berück sichtigt. Durch diesen Übergangswiderstand wird der Stromfluß innerhalb der Schaltung gemäß Fig. 2 verändert; das bedeutet bei einem Fehler in der Kabelader 1, daß der Strom I₁ größer ist als die Ströme I₂ und I₃, die weiterhin untereinander gleich sind. Unter Berücksichtigung der bekannten Größen der Schaltungswiderstände kann der Fehlerort in der Kabelader 1, gemessen vom Kabelanfang, mit nachfolgender Gleichung ermit telt werden, wenn der Strom I₁ um mindestens 5% größer ist als die Ströme I₂ und I₃:

Diese Rechenoperation kann von einem Mikrocomputer ausgeführt und das Ergebnis zur Anzeige gebracht werden.

Die Meßschaltung gemäß Fig. 4 unterscheidet sich von der Meßschaltung nach Fig. 1 nur durch die Beschaltung am Anfang der Kabelstrecke. Innerhalb des Meßgerätes GM ist dabei dem Meßleiter und dem geerdeten Rückleiter jeder Meßschleife ein eigener Spannungsabgriff zugeordnet, wobei zwischen dem je weiligen Meßwiderstand R_M und dem Spannungsabgriff ein Relais A bzw. B bzw. C angeordnet ist, dessen Ruhekontakt a bzw. b bzw. c normalerweise den Meßwiderstand erdet. Sofern an die jeweilige Meßschleife eine Spannung U angelegt wird, öffnet der Ruhekontakt und über den Meßwiderstand wird ein Strom in die Meßschaltung eingespeist. Bei Anlegen einer Spannung U an den Spannungsabgriff des Meßleiters ML₁ werden die Meßleiter ML₂ und ML₃ vom Kabelende her mit einer Spannung beauf schlagt, wie es aus dem vereinfachten Ersatzschaltbild gemäß Fig. 5 zu erkennen ist. Demzufolge fließen auch Ströme durch die Meßwiderstände R_M2 und R_M3. Im Falle eines Wassereinbru ches in eine Kabelader gemäß Fig. 6 werden an der Schadens stelle F₁ der Meßleiter ML₁ und der geerdete Rückleiter EL₁ der ersten Meßschleife über einen Übergangswiderstand R₀ ver bunden, wodurch die Ströme durch die Meßwiderstände R_M1, R_M2 und R_M3 in ihrem Verhältnis zueinander verändert werden.

Für diese Schaltung errechnet sich die Lage des Fehlerortes aus der nachfolgenden Gleichung, wobei davon ausgegangen wird, daß die Meßspannung an der Meßschleife anliegt, deren Kabelader den Wassereinbruch aufweist:

Mit zwei Zahlenbeispielen soll abschließend die praktische Auslegung der beiden Schaltungen demonstriert werden. Unter der Annahme, daß bei der Kabelanlage gemäß Fig. 1

L = 1000 m,
R_B = 560 Ohm,
R_A = R_A1 = R_A2 = R_A3 = 330 Ohm,
R_M = R_M1 = R_M2 = R_M3 = 1000 Ohm,
R_S′ = 6,6 Ohm/m, d. h. R_S = R_S1 = R_S2 = R_S3 = 6,6 kOhm,
U = 6,126 V,
I₁ = 1,418 × 10^-3A,
I₂ = 0,744 × 10^-3A und
I₃ = 0,744 × 10^-3A

betragen, beträgt der Abstand L₁ des Fehlerortes vom Anfang der Kabelstrecke 501,3 m, wobei der Fehler in der Kabelader 1 vorliegt.

Unter der Annahme, daß bei einer Schaltung gemäß Fig. 4

L = 1000 m,
R_B = 100 Ohm,
R_A = R_A1 = R_A2 = R_A3 = 100 Ohm,
R_M = R_M1 = R_M2 = R_M3 = 100 Ohm,
R_S′ = 1 Ohm/m, d. h. R_S = R_S1 = R_S2 = R_S3 = 1 kOhm,
U = 10 V,
I₁ = 12,00 × 10^-3A,
I₂ = 0,443 × 10^-3A und
I₃ = 0,443 × 10^-3A

betragen, beträgt der Abstand L₁ des Fehlerortes vom Kabelan fang 249,4 m, wobei die Fehlerstelle ebenfalls in der Kabel ader 1 liegt.

Zur Vervollkommnung der Schaltungen gemäß Fig. 1 und 2 kön nen am Anfang und Ende jeder Kabelstrecke zwischen dem jewei ligen Meßleiter und dem geerdeten Leiter bzw. dem Kabelschirm Schalter angeordnet sein. Diese Schalter werden im Falle ei nes detektierten Wassereinbruches in der betreffenden Kabela der automatisch nach Abschluß der Ortungsmessung geschlossen. Dadurch werden das Fließen von induzierten Wechselströmen über die Fehlerstelle und eine daraus resultierende Erwärmung vermieden. Bei den hierzu verwendeten Schaltern kann es sich beispielsweise um Kontakte von Relais handeln, deren Spulen sich jeweils in den Stromkreisen der Wassersensoren befinden. Die Spulen und Kontakte sind dabei zu den Stromkreisen zy klisch vertauscht. Wenn beispielsweise ein Mantelfehler in der Kabelader 1 auftritt, wird der Meßleiter des Wassersen sors der Kabelader 2 mit einer Spannung beaufschlagt, die das im Stromkreis dieses Wassersensors befindliche Relais erregt; dessen Arbeitskontakt erdet in der fehlerbehafteten Kabelader 1 den Meßleiter. - Anstelle der vorgenannten Schalter oder parallel dazu kann auch jeweils ein Kondensator angeordnet sein, der den Meßleiter ständig wechselstrommäßig gegen Erde schaltet. Während der Ortungsmessung wird dadurch ein gegebe nenfalls über die Schadensstelle fließender Wechselstrom re duziert.

Alternativ zu der Meßschaltung gemäß Fig. 5 kann am Anfang der Kabelanlage eine Verknüpfung der Meßleiter und der geer deten, nichtisolierten Leiter vorgesehen werden, wie sie in Fig. 11 dargestellt ist. Demzufolge kann man zwei Meßwider stände gemeinsam mit dem einen Pol der Spannungsquelle und den dritten Meßwiderstand und die nichtisolierten, geerdeten Leiter der drei Kabeladern mit dem anderen Pol der Spannungs quelle verbinden. Dabei kann selbstverständlich auch eine Zu ordnung gewählt werden, wie sie in Fig. 12 dargestellt ist.

Bei einer Schaltung gemäß Fig. 11 bzw. Fig. 12 errechnet sich der Fehlerort nach einer anderen Gleichung als für die Schaltung gemäß den Fig. 2 und 5, jedoch ergibt sich diese Gleichung aus den einschlägig bekannten Rechenoperationen zur Erfassung eines Widerstandsnetzwerkes.

Claims

1. Meßschaltung zum Erfassen und Orten eines Wassereinbruches an einem Rohr oder einem elektrischen Kabel, unter dessen Mantel ein mit einer feuchtigkeitsempfindlichen Isolierung versehener elektrischer Meßleiter und ein nichtisolierter Leiter angeordnet sind und bei dem dem Meßleiter und dem nichtisolierten Leiter ein gegenüber dem Meßleiter feuchtig keitsunempfindlich isolierter Hilfsleiter zugeordnet ist, wobei der Meßleiter und der nichtisolierte Leiter einen Was sersensor bilden, der Meßleiter und der Hilfsleiter am Ende des Kabels oder Rohres miteinander verbunden sind und der Meßleiter, der Hilfsleiter und der nichtisolierte Leiter am Anfang des Rohres oder Kabels an eine Meßanordnung ange schlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßleiter (ML) und der Hilfsleiter (HL) am Ende des Roh res oder Kabels jeweils über einen Abschlußwiderstand (R_A) auf einen gemeinsamen Belastungswiderstand (R_B) geschaltet sind, der seinerseits mit dem nichtisolierten Leiter (EL) verbunden ist, und daß

- am Anfang des Rohres oder Kabels der Meßleiter (ML) und der Hilfsleiter (HL) jeweils mit einem Meßwiderstand (R_M) be schaltet
- und die beiden Meßwiderstände (R_M) und der nichtisolierte Leiter (EL) in beliebiger Kombination mit den beiden Polen einer Spannungsquelle (U) verbunden sind (Fig. 7, Fig. 8)
- - oder beide Meßwiderstände (R_M) mit dem nichtisolierten Leiter (EL) verbunden sind
  und der Meßleiter (ML₁₁)und der nichtisolierte Leiter (EL₁) innerhalb des Rohres oder Kabels die beiden Pole einer durch Feuchtigkeitseinwirkung aktivierbaren Span nungsquelle (U_i) bilden (Fig. 9).

2. Meßschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsleiter in einem parallel zum erstgenannten Rohr oder Kabel angeordneten zweiten Kabel oder Rohr angeordnet und als Meßleiter (ML₂) mit einer feuchtigkeitsempfindlichen Isolie rung ausgebildet ist
und daß in diesem zweiten Rohr oder Kabel ebenfalls ein nicht isolierter Leiter (EL₂) angeordnet ist, der am Anfang und am Ende des zweiten Rohres oder Kabels mit dem nichtisolierten Leiter (EL₁) des erstgenannten Rohres oder Kabels verbunden ist (Fig. 10).

3. Meßschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem ersten und dem zweiten Kabel oder Rohr ein drittes Rohr oder Kabel angeordnet ist, unter dessen Mantel ein feuchtigkeitsempfindlicher Meßleiter (ML₃) und ein nich tisolierter Leiter (EL₃) angeordnet sind,
daß der dritte Meßleiter am Anfang des Rohres oder Kabels ebenfalls mit einem Meßwiderstand (R_M3) beschaltet und am En de des Rohres oder Kabels ebenfalls mit einem Abschlußwider stand (R_A3) beschaltet und dieser Abschlußwiderstand auf den gemeinsamen Belastungswiderstand (R_B) der beiden erstgenann ten Rohre oder Kabel geschaltet ist, wobei der nichtisolierte Leiter (EL₃) am Anfang und am Ende des Rohres oder Kabels mit den nichtisolierten Leitern (EL₁, EL₂) der beiden anderen Rohre oder Kabel verbunden ist,
und daß der Meßwiderstand (R_M) des dritten Meßleiters eben falls mit einem der beiden Pole der Spannungsquelle (U) bzw. mit dem nichtisolierten Leiter (EL) verbunden ist (Fig. 1, Fig. 4).

4. Meßschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die nichtisolierten Leiter (EL) am Anfang und/oder am Ende des Rohres oder Kabels bzw. der Rohr- oder Kabelanlage geerdet sind (Fig. 1 bis 6).

5. Meßschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Meßwiderstand (R_M) einerseits mittels eines Ruhe kontaktes (a, b, c) eines Relais (A, B, C) gegen den nichti solierten Leiter (EL) des jeweiligen Wassersensors und ande rerseits unter Zwischenschaltung des Relais (A, B, C) gegen einen Spannungseinspeisungspunkt (U) geschaltet ist (Fig. 4).

6. Meßschaltung nach Anspruch 5 für eine mehradrige Kabelan lage, dadurch gekennzeichnet, daß am Anfang und am Ende jeder Kabelader zwischen dem Meß leiter (ML) und dem nichtisolierten Leiter (EL) jedes Wasser sensors ein Überspannungsableiter (ÜA) geschaltet ist (Fig. 1, Fig. 4).

7. Meßschaltung nach Anspruch 5, bei der alle Meßwiderstände gemeinsam an den einen Pol der Spannungsquelle geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Meßwiderständen (R_M) und der Spannungsquelle (U) ein Relais (A) angeordnet ist und daß ein Ruhekontakt (a) dieses Relais (A) die Meßwiderstände (R_M) mit den nichtiso lierten Leitern (EL) der Wassersensoren verbindet (Fig. 1).