DE19935439A1 - Sensorleitung - Google Patents

Abstract

Brände in Kabelschächten lassen sich derzeit nur sehr schwer frühzeitig erkennen und lokalisieren. Von Vorteil wäre daher ein schnell auf ein Ansteigen der Temperatur ansprechendes Detektorelement. DOLLAR A Die im Kabelschacht verlegte Sensorleitung besteht im wesentlichen aus einem Innenleiter (2), einem den Innenleiter (2) umhüllenden, bei höheren Temperaturen elektrisch leitenden Isolator (4), einem Außenleiter (6) und einem Kunststoffmantel (8). Da das als Isolatormaterial dienende Polymer bei Temperaturen oberhalb von etwa 80 C in den leitenden Zustand übergeht, kommt es im Falle eines Brandes zu einem leicht nachweisbaren Kurzschluß zwischen dem Innenleiter (2) und dem Außenleiter (6).

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensorleitung gemäß dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1.

Die in der WO 97/44874 beschriebene Einrichtung zur Bekämp­ fung eines Brandes in einem Kabelschacht soll die Ausbreitung der Flammen wirkungsvoll unterdrücken und die Entstehung grö­ ßerer Mengen giftiger und/oder korrosiver Gase verhindern. Dies wird dadurch erreicht, daß ein mit einem unter Überdruck stehenden Feuerlöschmittel gefülltes Rohr im Kabelschacht durchgehend verlegt ist, wobei die Wand dieses Rohres aus ei­ nem Material besteht, dessen Schmelzpunkt kleiner ist als der Flammpunkt der für die Mäntel der Kabel bzw. Leitungen ver­ wendeten Materialien. Das Rohr wird somit schon kurz nach dem Entstehen eines Brandes durch die Flammen lokal zerstört, so daß das Löschmittel an der heißesten Stelle, d. h. am Brand­ herd austritt.

Lichtwellenleiter-Fasern enthaltende, auf Temperaturänderun­ gen ansprechende Sensorelemente sind beispielsweise aus der DE 195 20 826, der EP 0 421 967 A1, der EP 0 501 323 B1 und der WO 89/02063 bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Sensorleitung, mit der sich physikalische oder chemische Veränderungen in der Umgebung eines zu schützenden Objektes (z. B. eines Ka­ bels, Kabel- bzw. Leitungsbündels usw.), insbesondere ein Brandherd in einem Kabelschacht, nachweisen lassen. Die Sen­ sorleitung soll zudem einfach zu installieren sein und sich auch nachträglich in Kabelschächten etc. verlegen lassen. Diese Aufgabe wird durch eine Sensorleitung mit den in Pa­ tentanspruches 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Ausge­ staltungen der Sensorleitung.

Die vorgeschlagene Sensorleitung enthält zumindest einen In­ nenleiter, einen den Innenleiter allseitig umhüllenden Isola­ tor und einen Außenleiter, wobei der Isolator aus einem Mate­ rial besteht, dessen Leitfähigkeit oder Isolationsverhalten sich unter dem Einfluß äußerer physikalischer oder chemischer Vorgänge (Auftreten von Feuchtigkeit, elektromagnetischen Feldern oder Erschütterungen; Berührung; Gas- oder Wärmeein­ wirkung usw.) ändert.

Bei dem als Isolator dienenden Material kann es sich insbe­ sondere um einen bei höheren Temperaturen leitenden Kunst­ stoff handeln. Es ist selbstverständlich auch möglich, als Sensorelemente dienende optische Fasern in eine konventionel­ le Isolatorschicht einzubetten und deren sich mit der Tempe­ ratur änderndes Übertragungsverhalten (Signaldämfung) auszu­ werten.

Als Isolatormaterial kommt insbesondere ein Polymer mit einem negativen Temperaturkoeffizient der elektrischen Leitfähig­ keit (NTC-Verhalten) in Betracht, wobei das Polymer erst oberhalb einer Temperatur von beispielsweise T ≈ 80°C in den leitenden Zustand übergeht.

Der Isolator wird vorzugsweise durch Extrusion aufgebracht. Er kann insbesondere aus dem leitfähigen Kunststoff W PVC 404 LF bestehen. Es können aber auch PVC-freie Kunststoffe mit den entsprechenden Eigenschaften zum Einsatz kommen.

Das Isolatormaterial wird bei höheren Temperaturen und Ab­ zugsgeschwindigkeiten als bei der Extrusion von Kabelmänteln üblich verarbeitet. Hierdurch kommt es zu einer Streckung des Isolatormaterials, also zu einer partiellen Trennung der im Kunststoff vorhandenen, die elektrische Leitfähigkeit hervor­ rufenden Partikel. Die Streckung des Polymers wird erst bei einer Erwärmung auf eine Temperatur T ≧ 80°C (die jeweilige "Sprungtemperatur" hängt vom verwendeten Kunststoff den Ex­ trusionsparametern ab) wieder aufgehoben und der Kunststoff dadurch elektrisch leitend. Eine dem Extrusionsprozeß folgen­ de Vernetzung des Polymers stabilisiert den durch Streckung des Materials hervorgerufenen Effekt und damit die isolieren­ den/leitenden Eigenschaft der Isolatorschicht.

Die Sensorleitung kann darüber hinaus entweder separat oder parallel zu Kabeln und/oder Leitungen verlegt/angeordnet wer­ den.

Mit Hilfe der Sensorleitung können Wärmequellen und damit po­ tentielle Brandherde rechtzeitig entdeckt und mögliche Brände durch Einleitung entsprechender Gegenmaßnahmen verhindert werden. Wird der spezielle Isolator der Sensorleitung bei hö­ heren Temperaturen leitend, löst der dadurch verursachte Kurzschluß zwischen den beiden auf unterschiedlichen Poten­ tialen liegenden Leitern Alarm aus. Ein durch den Tempera­ turanstieg hervorgerufener Spannungsabfall in der Isolator­ schicht ermöglicht einer intelligenten Auswerteeinheit, z. B. einem konventionellen Impulsreflektometer, den Ausbruch eines Brandes festzustellen sowie den Brandherd sehr genau zu loka­ lisieren. Durch eine einfache Stromfehlerschaltung wird der Kurzschluß zwischen Innen- und Außenleiter detektiert, der Brandherd mit dem Impulsreflektometer lokalisiert und sofort Alarm ausgelöst.

Weiterhin kann die Struktur "Leiter-NTC-Isolierung-Leiter" auch auf handelsübliche Leitungen aufgebracht und damit eine großflächige Temperaturkontrolle realisiert werden.

Durch die Verwendung eines extrudierbaren, bei höheren Tempe­ raturen elektrisch leitenden Kunststoffes läßt sich ein "Schaltereffekt" erzielen. d. h. sobald die Umgebungstempera­ tur einen vom verwendeten Isolatormaterial abhängigen Maxi­ malwert überschreitet, kommt es zu einem einfach zu detektie­ renden, einen potentiellen Brandherd anzeigenden Kurzschluß zwischen Innen- und Außenleiter der Sensorleitung.

Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der folgenden, auf die Zeichnungen bezug nehmenden Be­ schreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele. Es zeigen:

Fig. 1 den schematischen Aufbau einer Sensorleitung in Seitenansicht;

Fig. 2 eine bandförmige Sensorleitung im Querschnitt;

Fig. 3 eine zwei Kupferleiter enthaltende Sensorleitung im Querschnitt;

Fig. 4 eine einen koaxialen Aufbau aufweisende Sensorlei­ tung im Querschnitt und

Fig. 5 ein mit einer Sensorleitung ausgestattetes elektri­ sches oder optisches Kabel im Querschnitt.

Die in Fig. 1 nicht maßstabsgetreu dargestellte Sensorleitung enthält einen als Innenleiter 2 dienenden und beispielsweise aus Kupfer oder einem anderen metallischen Material gefertig­ ten Draht sowie einen den Innenleiter 2 allseitig umhüllenden Isolator 4, wobei der Isolator 4 aus einem bei höheren Tempe­ raturen (z. B. T < 80°C) leitfähigen Polymerextrudat mit NTC- Verhalten besteht. Den Isolator 4 umhüllt eine als Außenlei­ ter 6 dienende Aluminiumfolie, welche von einem PUR- oder PE- Mantel 8 umgeben ist. Innenleiter 2 und Außenleiter 6 sind über eine Stromfehlerschaltung 10 miteinander verbunden. Die­ se löst Alarm aus, sobald das Isolatormaterial bei höheren Temperaturen in den leitenden Zustand übergeht und dadurch Innen- und Außenleiter kurzschließt. Die Lokalisierung des potentiellen Brandherdes erfolgt mittels eines konventionel­ len Impulsreflektometers (nicht dargestellt).

Die Fig. 2 gezeigte Sensorleitung besitzt einen flachem Auf­ bau ("Bandleitung"). Sie enthält zwei in den Isolator 16 ein­ gebettete und getrennt voneinander angeordnete Metallbänder 12, insbesondere Kupferbänder, als Leiterelemente. Der Isola­ tor 14 besteht wieder aus einem bei höheren Temperaturen lei­ tenden Kunststoff. Der den Isolator 14 umhüllende Mantel 16 ist beispielsweise aus PUR, PA oder PE gefertigt. Im Falle eines Brandes wird das Isolatormaterial leitend und schließt die beiden, auf unterschiedlichen Potentialen liegenden Me­ tallbänder 12 kurz. Es ist selbstverständlich auch möglich, die Metallbänder 12 mit demselben Potential zu beaufschlagen und einen Kurzschluß zwischen den dann als Innenleiter die­ nenden Metallbändern 12 und einer auf den Isolator 4 aufge­ brachten, auf einem anderen Potential liegenden äußeren Me­ tallfolie (Außenleiter) mittels der Stromfehlerschaltung zu detektieren.

Die Fig. 3 zeigt den Querschnitt einer in Form einer Zwei­ drahtleitung aufgebauten Sensorleitung. Als Leiterelemente dienen beispielsweise zwei Kupferdrähte 12 mit rundem Quer­ schnitt. Diese Drähte 12 sind wieder in einen bei höheren Temperaturen leitenden Isolator 14 eingebettet. Der Mantel 16 kann beispielsweise aus PUR oder PE bestehen.

Die Fig. 4 zeigt den Querschnitt eines dritten Ausfüh­ rungsbeispiels der Sensorleitung in Form einer Koaxiallei­ tung, bestehend aus einem zentralen Innenleiter 18 aus Kup­ fer, einem bei höheren Temperaturen leitenden Kunststoffiso­ lator 14, dem konzentrisch bezüglich des Innenleiters 14 an­ geordneten Außenleiter 16 (Al-Folie oder Cu-Drahtgeflecht) und dem PUR-, PA- oder PE-Mantel 17.

Die Fig. 5 zeigt ein Nachrichtenkabel mit integrierter Sen­ sorleitung. Das Kabel besteht aus einem zweiadrigen Übertra­ gungselement 20, einem dreiadrigen Übertragungselement 22, der in Fig. 3 dargestellten Sensorleitung 24 und einem Kunst­ stoffmantel 26. Anstelle der elektrischen Übertragungselemen­ te 20/22 können selbstverständlich auch optische Übertra­ gungselemente (Glasfasern) Verwendung finden. Die Sensorlei­ tung kann auch in Stromkabel integriert oder mit den Versei­ lelementen zu einem Bündel zusammengefaßt werden.

Claims (10)

1. Sensorleitung, mit mindestens zwei durch einen Isolator (4, 14) getrennten Leiterelementen (4, 12, 18, 6, 16), da­ durch gekennzeichnet, daß der Isolator (4, 14) aus einem Werkstoff besteht, dessen leitende Ei­ genschaften durch äußere physikalische oder chemische Er­ eignisse veränderbar ist.

2. Sensorleitung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen bei höheren Tem­ peraturen elektrisch leitenden Kunststoff als Isolator (4, 14).

3. Sensorleitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff einen negativen Temperaturkoeffizienten der elektrischen Leitfähigkeit aufweist.

4. Sensorleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß sie mit einer Ummantelung (8, 26) versehen ist.

5. Sensorleitung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch ein leitendes Polymer als Kunststoff.

6. Sensorleitung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff erst oberhalb einer ca. 80°C betragenden Temperatur leitend wird.

7. Sensorleitung nach einem der Anspruch 2 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kunststoff extrudiert ist.

8. Sensorleitung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff (4, 14) gestreckt ist und eingelagerte leitende Partikel aufweist.

9. Sensorleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Innenleiter (2, 12, 18) und einen Außenleiter (6, 16).

10. Sensorleitung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenleiter (6, 16) den Innenleiter (2, 12, 18) konzen­ trisch umschließt.