DE19700779A1 - T-Weiche für Überwachungsvorrichtung in Rohrleitungsnetzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine T-Weiche mit Überspannungs­ ableitern insbesondere für Überwachungsvorrichtungen in Rohrleitungsnetzen.

T-Weichen der hier beschriebenen Art stellen Elektro­ nikkomponenten in einem System dar, mit dem segmentierte, ausgedehnte Rohrleitungsnetze z. B. auf Leckagen überwacht werden. Eine solche Überwachung kann durch Feuchteindikatoren erfolgen, die bei undichten Rohren durch Feuchtigkeitsaufnahme ihre Kapazität oder ihren Widerstand ändern. Die dadurch verursachte Änderung des Wellenwiderstandes der Leitung kann bei­ spielsweise durch Impuls-Echo-Messung erfaßt und lokalisiert werden.

In Rohrleitungsnetzen können jedoch Hoch- und Über­ spannungen vielfältiger Art auftreten, die die elektrischen Bauteile dieser T-Weichen gefährden oder sogar zerstören. Diese Spannungen entstehen z. B. durch induktives schweißen am Rohrleitungsnetz, wenn dieses nicht sachgerecht geerdet ist, oder durch unsachgemäßes Messen oder "Freibrennen" mit Hochspannung. Da die Rohrleitungsnetze insbesondere in Großstädten sehr aus­ gedehnt sind und sich die Arbeiten an diesen Systemen ebensowenig wie der Zugang zu ihnen nicht lückenlos kontrollieren lassen, besteht die Notwendigkeit eines umfassenden Schutzes der elektrischen und elektronischen Bauteile sowohl gegen sehr schnelle, als auch gegen hochenergetische Spannungseinflüsse. Dies hat insbesondere aufgrund der oftmals erforderlichen umfangreichen Tiefbauarbeiten und der damit verbundenen hohen Reparaturkosten im Fehlerfall um so mehr Gewicht.

Zum Schutz der elektrischen und elektronischen Bauteile in den T-Weichen ist es bekannt, einfache Über­ spannungssicherungen, wie z. B. gasgefüllte Glimmab­ leiter, Transientensuppressordioden oder Varistoren zu verwenden. Insbesondere gasgefüllte Überspannungsab­ leiter können eine hohe Energie über einen relativ langen Zeitraum ableiten. Der Nachteil besteht jedoch darin, daß sie im Vergleich zu Halbleiterbauelementen relativ langsam sind. Bei sehr schnellen Hochspannungs­ störungen, d. h. bei sehr steilen Impulsanstiegsflanken, besteht die Gefahr, daß die Halbleiterbauteile schon zerstört sind, bevor die Überspannungsableiter ansprechen. Transientensuppressordioden und Varistoren haben zwar eine kürzere Reaktionszeit, sie können je­ doch im Fehlerfall kurzschließen, so daß das gesamte Rohrleitungsnetz nicht mehr überwachbar wäre. Ein Ein­ satz an Orten, die nach der Montage schwer zugänglich sind, kommt somit nicht in Betracht.

Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, eine T-Weiche mit Überspannungsableitern, insbesondere für Überwachungsvorrichtungen in Rohrleitungsnetzen zu schaffen, die zuverlässig gegen Überspannungen viel­ fältiger Art geschützt ist.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einer T-Weiche der ein­ gangs genannten Art dadurch, daß gasgefüllte Über­ spannungsableiter und Einrichtungen mit Lawinenent­ ladungsstrecken kombiniert werden, die jeweils parallel zu den Überspannungsableitern geschaltet und so dimensioniert sind, daß sie eine Überspannung zumindest solange begrenzen, bis die Überspannungsableiter an­ sprechen.

Ein Vorteil dieser Lösung besteht darin, daß sich die erfindungsgemäße T-Weiche zum Einsatz in nahezu jeder elektrischen Umgebung eines Rohrleitungsnetzes eignet und dort über viele Jahre hinweg zuverlässig arbeiten kann, da ihr Fehlerrisiko aufgrund ihrer geringen An­ zahl von Bauteilen gering ist.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung zum Inhalt. Demgemäß sind die Über­ spannungsableiter vorzugsweise gasgefüllte Über­ spannungsableiter. Diese haben den Vorteil, daß sie im Fehlerfall hochohmig werden und somit keine elektrische Störung verursachen.

Die Einrichtungen mit Lawinenentladungsstrecken sind vorzugsweise durch in Sperrichtung geschaltete Dioden gebildet, in die Kanäle für eine kontrollierte Lawinen­ entladung integriert sind.

In Reihe mit den Dioden können Schutzwiderstände ge­ schaltet sein, die zur Begrenzung des durch die Dioden fließenden Stroms dienen.

Die Schutzwiderstände werden vorzugsweise so gewählt, daß der Strom auf einen Wert begrenzt wird, der etwa 20 µs lang die Dioden zerstörungsfrei durchfließen kann.

Die T-Weiche ist insbesondere zur Einschaltung in eine aus einem ersten und einem zweiten Leitungsdraht be­ stehende Meßleitung geeignet, von der eine aus einem dritten und einem vierten Leitungsdraht bestehende Meßleitung höherer Hierarchie abzweigt, wobei vorzugs­ weise der erste Überspannungsableiter zwischen dem ersten und dem dritten Leitungsdraht, der zweite Über­ spannungsableiter zwischen dem dritten und dem vierten Leitungsdraht, der dritte Überspannungsableiter zwischen dem zweiten und dem vierten Leitungsdraht, und der vierte Überspannungsableiter zwischen dem ersten und dem zweiten Leitungsdraht liegt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Er­ findung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der Zeichnung. Die einzige Figur zeigt ein Schaltbild einer solchen Ausführungsform einer T-Weiche.

Die T-Weiche verbindet eine erste Meßleitung A mit einer zweiten Meßleitung B der nächst höheren Hierarchie, und zwar entsprechend dem Verlauf einer von einer ersten Rohrleitung abzweigenden zweiten Rohr­ leitung. Die erste und die zweite Meßleitung weisen insgesamt erste bis vierte Leitungsdrähte 1, 2, 3, 4 auf. Ferner sind insgesamt vier Überspannungsableiter in Form von ersten bis vierten gasgefüllten Über­ spannungsableitern 10, 11, 12, 13 sowie erste bis dritte Lawinenentladungsstrecken 20, 21, 22, welche in Dioden integriert sind, die in Sperrichtung betrieben werden, vorgesehen. Diese Entladungsstrecken liegen in Reihe mit ersten bis dritten Schutzwiderständen 30, 31, 32.

Der erste Überspannungsableiter 10 liegt zwischen dem ersten und dem dritten Leitungsdraht 1, 3, der zweite Überspannungsableiter 11 zwischen dem dritten und dem vierten Leitungsdraht 3, 4, der dritte Überspannungsab­ leiter 12 zwischen dem zweiten und dem vierten Leitungsdraht 2, 4, während der vierte Überspannungsab­ leiter 13 zwischen dem ersten und zweiten Leitungsdraht 1, 2 liegt.

Parallel zu dem ersten Überspannungsableiter 10 arbeiten zwei seriell geschaltete Lawinenentladungs­ strecken 20, die in Dioden integriert und mit dem ersten Schutzwiderstand 30 in Reihe geschaltet sind. Die zweite Lawinenentladungsstrecke 21 liegt parallel zu dem zweiten Überspannungsableiter 11 und ist eben­ falls in zwei Dioden integriert, die in Reihe mit dem zweiten Schutzwiderstand 31 geschaltet sind. Ebenso liegt die in eine Diode integrierte Lawinenentladungs­ strecke 22 parallel zu dem dritten Überspannungsab­ leiter 12 und in Reihe mit dem dritten Schutzwiderstand 32.

Die Dioden verhalten sich in Durchlaßrichtung wie Dioden mit definierten Kennlinien, die an die Erforder­ nisse der Hierarchieerkennung angepaßt sind, in Sperrichtung jedoch wie geregelte Lawinenentladungs­ strecken mit extrem kurzer Reaktionszeit. Die Schutz­ widerstände sind so dimensioniert, daß sie die maximal auftretende Leistung auf einen Wert begrenzen, der von der jeweiligen Lawinenentladungsstrecke etwa 20 µs lang aufgenommen werden kann, ohne daß die Dioden Schaden nehmen. Andererseits darf die Überspannung aber auch nicht auf einen Wert begrenzt werden, der unterhalb der Zündspannung der eingesetzten (gasgefüllten) Über­ spanungsableiter liegt.

Wenn eine Überspannung auftritt, so wird die Leistung zunächst aufgrund des schnellen Durchschaltens der Lawinenentladungsstrecke durch diese aufgenommen und die Spannung auf etwa 1000 V begrenzt. Nach bereits etwa einer Mikrosekunde zünden aber schon die Über­ spannungsableiter mit einer Zündspannung, die deutlich unter diesen 1000 V liegt, und begrenzen die Über­ spannung auf die Nennspannung, so daß zu keinem Zeit­ punkt die Gefahr einer Zerstörung anderer Bauelemente besteht.

Durch die erfindungsgemäße Auslegung wird erreicht, daß auch komplexe Rohrleitungssysteme unter schwierigsten elektrischen Bedingungen kostengünstig, präzise und hochzuverlässig überwacht werden können.

Claims (6)

1. T-Weiche mit Überspannungsableitern, insbesondere für Überwachungsvorrichtungen in Rohrleitungs­ netzen, dadurch gekennzeichnet, daß hochenerge­ tische Überspannungsableiter (10, 11, 12, 13) und Einrichtungen mit Lawinenentladungsstrecken (20, 21, 22) vorgesehen sind, die jeweils parallel zu den Überspannungsableitern geschaltet und so dimensioniert sind, daß sie eine Überspannung zu­ mindest solange begrenzen, bis die Überspannungsab­ leiter ansprechen.

2. T-Weiche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überspannungsableiter gasgefüllte Über­ spannungsableiter (10, 11, 12, 13) sind.

3. T-Weiche nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lawinenentladungsstrecken Dioden (20, 21, 22) integriert sind, die in Sperrichtung geschaltet sind.

4. T-Weiche nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zu den Dioden (20, 21, 22) Schutz­ widerstände (30, 31, 32) geschaltet sind, die zur Begrenzung des durch die Dioden (20, 21, 22) fließenden Stroms dienen.

5. T-Weiche nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzwiderstände (30, 31, 32) so gewählt sind, daß der Strom auf einen Wert begrenzt wird, der etwa 20 µs lang die Dioden (20, 21, 22) zer­ störungsfrei durchfließen kann.

6. T-Weiche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, für eine aus einem ersten und einem zweiten Leitungsdraht bestehende Meßleitung, von der eine aus einem dritten und einem vierten Leitungsdraht bestehende Meßleitung nächst höherer Hierarchie abzweigt, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Überspannungsableiter (10) zwischen dem ersten und dem dritten Leitungsdraht (1, 3), der zweite Über­ spannungsableiter (11) zwischen dem dritten und dem vierten Leitungsdraht (3, 4), der dritte Über­ spannungsableiter (12) zwischen dem zweiten und dem vierten Leitungsdraht (2, 4), und der vierte Über­ spannungsableiter (13) zwischen dem ersten und dem zweiten Leitungsdraht (1, 2) liegt.