DE2413345A1

DE2413345A1 - Isoliertes rohrleitungssystem, insbesondere ein unterirdisches rohrleitungssystem fuer fernheizung

Info

Publication number: DE2413345A1
Application number: DE2413345A
Authority: DE
Inventors: Ejvind Lambertsen
Original assignee: RASMUSSEN AS E
Current assignee: RASMUSSEN AS E
Priority date: 1973-03-26
Filing date: 1974-03-20
Publication date: 1974-10-17
Also published as: NL7404112A; FI60078B; FR2223625A1; BE812812A; US3927351A; CH568524A5; SE405286B; FI60078C; IT1010823B; DK155293C; CA1001716A; JPS51135588A; DK155293B; FR2223625B1; DE2413345C2; GB1455415A

Description

DIPL.-CHEM. W. RÜCKER Dlf-L-ING- S. LEINE

3 HANNOVER. BURCKHARDTSTR. 1 TELEFON (OBU) 62 84 73

A/S E. Rasmussen un^zew™ 259/104

Dan,™ 19. März 1974

Isoliertes Rohrleitungssystem, insbesondere ein unterirdisches Rohrleitungssystem für Fernheizung

Die Erfindung betrifft ein isoliertes Rohrleitungssystem, insbesondere ein unterirdisches Rohrleitungssystem für Fernheizung, mit einem Leitungsrohr, das von einem normalerweise trockenen und elektrisch nichtleitenden, jedoch hygroskopischen Material umgeben ist, in dem langgestreckte elektrische Leiterelemente eingebettet sind, die mit Mitteln zur Feststellung des Auftretens von elektrischer Leitfähigkeit in dem hygroskopischen Material aufgrund von Eindringen von Feuchtigkeit verbunden sind.

In der deutschen Patentanmeldung P 20 12 768.8 ist ein derartiges Überwachungssystem beschrieben, das zwei parallele elektrische Leiter aufweist, die sich innerhalb .des wärmeisolierenden Materials entlang jedes einer Mehrzahl von Abschnitten des Rohrleitungssystems erstrecken. Diese Drähte (von denen

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einer das eiserne Rohr selbst sein kann> sind mit einer Gleichspannungsquelle und einem elektrischen Tongenerator verbunden, der für jeden einzelnen Abschnitt des Rohrleitungssystems in solcher Weise spezifisch ist, daß die Tongeneratoren normalerweise in Betrieb sind und ihre verschiedenen Ausgangssignale über einen gemeinsamen Draht zurück zu einer zentralen Überwachungsstation übertragen, in der selektive Empfänger für die verschiedenen Signale angeordnet sind, mit deren Hilfe die Funktion aller Generatoren überwacht werden kannl Wenn an einem Punkt in einem bestimmten Abschnitt des Rohrleitungssystems Wasser oder Feuchtigkeit in dem Isolationsmaterial vorhanden ist, so wird die Gleichspannungsquelle des jeweiligen Tongenerators mehr oder weniger kurzgeschlossen, und der Tongenerator hört auf zu arbeiten, wenn die Spannung unter einen bestimmten unteren Grenzwert abfällt. Dadurch läßt sich in der Überwachungsstation feststellen, daß das Signal von dem bestimmten Generator fehlt und daß daher die Gefahr einer Korrosion des Rohres in dem bestimmten Abschnitt des Systems besteht. Der feuchte Punkt oder Bereich kann danach durch eine gesonderte Messung an den Drähten in dem betroffenen Abschnitt lokalisiert werden.

Die Praxis hat jedoch gezeigt, daß der Schwellwert der Speisespannung, bei der der Generator seine Funktion beendet, nicht sehr genau definiert ist oder daß trotz einer guten Bestimmtheit der Spannungsabfall aufgrund der Anwesenheit von Feuchtigkeit keine gut definierte Funktion der Feuchtigkeits-

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menge ist, so daß die Spannung nicht immer in dem erwarteten Ausmaß abfällt, wahrscheinlich aufgrund eines galvanischen Effekts des Wassers zwischen den Drähten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Detektorsystem zu schaffen, in dem der Schwellwert der relatival Menge von Feuchtigkeit, die ein Alarmsignal bewirkt, besser definiert ist und im allgemeinen niedriger sein kann als bei dem älteren System, wodurch eine Alarmauslösung bei unkritischen Feuchtigkeitsanteilen vermieden werden kann.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Leiterelemente, zwischen denen die Leitfähigkeit festgestellt werden soll, an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen und miteinander so verbunden sind, daß sie eine komplexe Impedanz bilden, von derber reale Anteil durch den Widerstand zwischen den Leiterelementen durch das hygroskopische Material gebildet ist, daß die Mittel zur Feststellung einen Phasenkomparator aufweisen, der so angeschlossen ist, daß er die Phase des Ausgangssignals der Wechselspannungsquelle mit der Phase des Signals durch die komplexe Impedanz vergleicht und eine Detektoreinheit bei überschreiten eines vorbestimmten Wertes der Phasendifferenz zwischen den verglichenen Signalen betätigt.

Die Verwendung einer Wechselspannung zwischen den Leiterelementen vermeidet die Nachteile der galvanischen Effekte, und da eine gut definierte Beziehung zwischen der Leitfähigkeit des

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hygroskopischen Materials und der Phasendifferenz und damit dem Ausgangssignal von dem Phasenkomparator besteht, ist es somit möglich, daß die gewünschte Feststellung bei einem gut definierten Wert des Anstiegs der Leitfähigkeit getroffen werden kann, sollte Feuchtigkeit in das hygroskopische Material eindringen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient das Ausgangssignal des Phasenkomparators zur Steuerung eines elektronischen Schalters, der wiederum die Funktion des Tongenerators jedes einzelnen Abschnittes des Rohrsystems steuert.

Anhang der Zeichnung soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt schematisch ein System gemäß der

Erfindung, und
Fig. 2 zeigt entsprechend eine andere Ausführungsform des Systems.

In Fig. 1 ist ein Stück eines wärmeisolierten Rohrstücks 2 dargestellt. Dieses Rohrstück besteht aus zwei miteinander verbundenen Rohrelementen, in der Praxis kann das betrachtete Rohrstück aus vielen solchen Elementen bestehen und einen Abschnitt eines äußeren Rohrleitungssystems, z.B. eines Rohrleitungssystems für eine unterirdische Fernheizung, bilden. Dieses Rohrleitungssystem mag eine Mehrzahl solcher Rohrstücke aufweisen, die für sich in bezug auf Feuchtigkeit überwacht werden müssen, die in die Wärmeisolation des Rohrstücks eindringt.

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Das Rohrstück weist ein inneres Stahlrohr 4 auf, das von einer zylindrischen Schicht wärmeisolierenden Materials 6, bestehend vorzugsweise aus Polyurethanschaum, umgeben ist. Diese Schicht ist wiederum von einem schützenden äußeren Kunststoffrohr 8 umgeben. Die Rohrverbindungen sind jeweils durch eine Muffe 10 abgedeckt und so gegenüber der Umgebung abgedichtet.

Ein nichtisolierter elektrischer Draht 12 erstreckt sich durch das isolierende Material 6 im Abstand parallel zu dem Stahlrohr 4. An einem Ende des Rohrstückes ist der Draht 12 mit dem Stahlrohr 4 über einen Kondensator 14 verbunden, und an dem anderen Ende des Rohrstückes sind der Draht 12 und das Stahlrohr 4 mit einem Paar von Anschlußklemmen 16 verbunden.

Der Widerstand zwischen dem Draht 12 und dem Stahlrohr 4 bildet zusammen mit dem Kondensator 14 eine komplexe Impedanz, die an den Anschlußklemmen 16 meßbar ist.

Benachbart zu dem jeweiligen Abschnitt des Rohrleitungssystems - wie auch benachbart zu jedem der anderen Abschnitte des Systems - ist eine Detektoreinheit bestehend aus einem Oszillator 18, einem Phasenkomparator 20, einem elektronischen Schalter 22, einem Tongenerator 24 und einem Transformator 26 angeordnet. Der Oszillator 18 arbeitet bei einer Frequenz, die für alle Abschnitte gleich sein kann, z.B. 3 kHz, und sein Ausgangssignal gelangt über einen Draht 28 zum Teil an eine erste Eingangsklemme des Phasenkomparators 20 und zum Teil an eine der Anschlußklemmen 16 der zu messenden Impedanz. Die andere Anschlußklemme 16 ist mit einer zweiten Ausgangsklemme des

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Phasenkomparator verbunden und der Ausgang des !Comparators ist mit dem elektronischen Schalter 22 verbunden. Dieser Schalter steuert wiederum die Stromversorgung des Tongenerators 24, dessen Ausgangssignal an die Primärwicklung des Transformators gelangt.

Die Stromversorgung des Oszillators und des Tongenerators erfolgt mittels einer Gleichspannung, die von einem fortlaufenden Draht 30 abgenommen wird, der sich durch das Isolationsmaiierial des Rohrstückes 22 über das gesamte Rohrleitungssystem erstreckt. DieGleichspannung wird in den Draht 30 in einer zentralen Überwachungsstation eingespeist, in der der Draht außerdem an einen selektiven Empfänger 32 angeschlossen ist, der die Anwesenheit der Ausgangssignale von den verschiedenen Tongeneratoren feststellen kann. Diese Signale gelangen alle an den Empfänger über den Draht 30, der in Serie mit den Sekundärwicklungen aller Transformatoren 26 liegt. Es sei bemerkt, daß die Gleichspannung an die verschiedenen Detektoreinheiten über diese Sekundärwicklungen der Transformatoren 26 gelangen kann. Ein weiterer Transformator 26^r ist in Fig. 1 rechts gezeigt, er gehört zu einem weiteren Rohrstück 2¹, das in Leitungsrichtung zusammen mit einer zugehörigen Detektoreinheit gezeigt ist.

Ist das Isolationsmaterial trocken, so ist der Widerstand zwischen dem Stahlrohr 4 und dem Draht 12 sehr hoch und die Phasendifferenz zwischen den beiden Eingangssignalen an dem Phasenkomparator 20 ist wegen des Kondensators 14 90°. Liegt

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zwischen dem Stahlrohr 4 und dem Draht 12 ein Kurzschluß vor, so ist die Phasendifferenz null. Natürlich führt, eine geringe Feuchtigkeitsmenge in dem isolierenden Material zu keinen Beeinträchtigungen, und es kann davon ausgegangen werden, daß das System unter normalen und zulässigen Bedingungen so lange arbeitet, wie der Widerstand ausreichend hoch ist, z.B. mehr als 150 Ohm beträgt. Der elektronische Schalter ist so ausgelegt, daß er bei solchen normalen Arbeitsbedingungen geschlossen bleibt und Strom in den Tongenerator 24 einspeist, der so sein charakteristisches Ausgangssignal erzeugt. Die Anwesenheit dieses Ausgangssignals kann von dem Empfänger 32 in der zentralen Station festgestellt werden.

Die Intensität des Ausgangssignals des Phasenkomparators ändert sich mit der tatsächlichen Phasendifferenz zwischen seinen Eingangssignalen, und das System ist so ausgelegt, daß der elektronische Schalter 22 ausgeschaltet wird, wenn das Ausgangssignal des Phasenkomparators auf ein Abfallen des Widerstandes unter den gewünschten Schwellwert anspricht. Dadurch hört der Tongenerator auf zu arbeiten, und in der zentralen Station zeigt der selektive Empfänger 32 an, daß das Signal von diesem bestimmten Tongenerator fehlt, wonach der entsprechende Abschnitt des Rohrleitungssystems inspiziert oder örtlichaiMessungen zur Lokalisierungeines möglichen Defekts unterworfen werden kann.

. Es wird nicht für notwendig gehalten, an dieser Stelle die Schaltkreise der Detektoreinheit genauer zu beschreiben, da

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jeder Fachmann auf dem Gebiet der elektronischen Überwachung in der Lage ist, selbst viele verschiedene brauchbare Schaltkreise zur Erzielung der hier beschriebenen Arbeitsweise zu entwickeln. Es ist vorteilhaft und einfach möglich, den elektronischen Schalter 22 mit einer sogenannten Hysteresisfunktion auszustatten, um zu erreichen, daß der Tongenerator in Abhängigkeit von einem Abfallen des Widerstandes in dem isolierenden Material unter den kritischen Wert abschaltet, während er dann, wenn die Feuchtigkeit allmählich aus dem Isolationsmaterial wieder verschwindet und der Widerstand entsprechend ansteigt, solange nicht wieder eingeschaltet wird, bis der Widerstand einen Wert erreicht hat, der etwas über dem kritischen Wert liegt. Auf diese Weise is^sichergestellt, daß der Tongenerator so lange nicht wieder startet, bis die Feuchtigkeit tatsächlich wieder im Verschwinden begriffen ist und nicht nur auf einen stationären Wert dicht über dem kritischen Wert gesunken ist.

Es sei erwähnt, daß bei dem beschriebenen System, bei dem der imaginäre Teil des komplexen Widerstandes durch eine Kapazität gebildet ist, der Phasenkomparator auf ein Brechen des Drahtes 12 in der gleichen Weise reagiert wie auf einen Kurzschluß zwischen dem Stahlrohr 4 und dem Draht 12, d.h. also, daß auch ein Drahtbruch automatisch festgestellt wird.

Bei einem unterirdischen Fernheizsystem sind die Rohre normalerweise paarweise angeordnet, sie bilden ein Vorlaufrohr 40 und ein Rücklaufrohr 42, wie das in Fig. 2 dargestellt ist.

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Diese Rohre bilden einen einzelnen Abschnitt des Rohrleitungssystems, das mit einem Detektor gemäß der obigen Beschreibung überwacht werden soll. In der Detektoreinheit sind die Bezugsnummern der Fig. 1 zur Bezeichnung gleicher Teile verwendet, jedoch weist das System gemäß Fig. 2 die folgenden Abwandlungen auf.

Die beiden Stahlrohre 4 sind durch einen Draht 44 verbunden, oder die Stahlrohre sind allgemein geerdet, und die Drähte 12 sind bei 46 in Serie geschaltet. Der fortlaufende Draht, der sich durch das gesamte Rohrleitungssystem erstreckt, der in Fig. 1 mit 30 bezeichnet ist, ist durch einen fortlaufenden Draht 48 ersetzt, der sich durch alle Vorlaufrohre 40 erstreckt, und durch einen weiteren durchgehenden Draht 50, der sich durch alle Rücklaufrohre 42 erstreckt. Der Draht 48 dient allein zur Gleichstromversorgung aller Detektoreinheiten des gesamten Rohrleitungssystems, und der Draht 50 dient allein als Signalleitung zur übertragung aller Ausgangssignale von den Tongeneratoren zu. dem selektiven Empfänger in der zentralen Überwachungsstation. Die Tongeneratoren sind jeweils mit dem Draht 50 über einen sogenannten Anpassungstransformator 52 verbunden, wodurch eine gute Impedanzanpassung und geringe Verluste erreicht werden. Die erwähnte komplexe Impedanz ist induktiv mittels eines Transformators 54 an das Detektorsystem angekoppelt. Auf der linken Seite dieses Transformators ist ein Äquivalenzschaltbild der komplexen Impedanz dargestellt.

Im Rahmen der Erfindung sind viele Abwandlungen möglich.

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Es mag z.B. zweckmäßig sein, die lokalen Oszillatoren zu vermeiden und das Wechselspannungssignal für die komplexe Impedanz von einer Wechselspannung abzuleiten, die an .die Drähte 30 und 48 angelegt ist, wobei ein Wechselstrom/Gleichstromwandler in der Stromversorgung jedes Tongenerators angeordnet ist. Die Tongeneratoren 24 können auch zurEinspeisung ihres eigenen Wechselwerden. Spannungssignals in die komplexe Impedanz verwendet/ Andere mögliche Abwandlungen können darin bestehen, den Schalter in dem Ausgangskreis des Tongenerators anzuordnen und einen zusätzlichen nichtisolierten Draht als Prüfdraht anstelle des Stahlrohres selbst zu verwenden.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht in der Schaffung eines Meßsignals, das die Phasenänderung des Wechselspannungssignals anzeigt, das die komplexe Impedanz durchläuft, in der der variable Teil der Impedanz deren realer Teil ist, und es ist wesentlich, daß die Einrichtung zur Feststellung der Änderung durch irgendeine der vielen bekannten Einrichtungen oder Systeme gebildet sein kann, die auf die Änderung des Ausgangssignals des Phasenkomparators anspricht, da der Charakter dieses Ausgangssignals sich mit den zu überwachenden Bedingungen ändert. Ein herkömmlicher Phasenkomparator erzeugt ein Ausgangssignal, das aus überlagerten Rechteckimpulsen besteht, die der Frequenz des jeweiligen Eingangssignals entsprechen, wobei diese jeweiligen Impulse mit der gleichen Phasenverschiebung wie zwischen den Eingangssignalen auftreten, wodurch die Dauer der kombinierten Impulse und damit ihre mittlere Ausgangsspannung

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eine genaue Funktion der Phasendifferenz zwischen den Eingangssignalen ist. Es braucht nicht näher die Vielfalt von Möglichkeiten beschrieben zu werden, wie die Susgangsspannung gemessen oder überwacht werden kann, um z.B.. automatisch ein Alarmsignal in Abhängigkeit von Änderungen der Spannung in bezug zu einem kritischen Wert zu erzeugen.

Bei dem beschriebenen System ist die Verwendung von Tongeneratoren als Detektoreinheiten in hohem Maße vorteilhaft, da eine Vielzahl von Abschnitten des Rohrsystems, von einer zentralen Station aus in einfacher Weise durch einen selektiven Empfänger überwacht werden kann. Es ist zu erwähnen, daß bei einer bevorzugten Ausführungsform des Systems der selektive Empfänger einen automatischen Schrittschalter aufweist, der aufeinanderfolgend und zyklisch jedem der abgestimmten Kreise oder aktiven Filter mit den verschiedenen individuellen Frequenzen der Tongeneratoren an die Signalleitung anschaltet, wobei der selektive Empfänger eine Indikatoreinrichtung aufweist, die anspricht, wenn von irgendeinem angeschlossenen Filter kein charakteristisches Signal empfangen wird.

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Claims

9A13345 Patentansprüche

1. Isoliertes Rohrleitungssystem, insbesondere ein unterirdisches Rohrleitungssystem für Fernheizung, mit einem Leitungsrohr, das von einem normalerweise trockenen und elektrisch nichtleitenden, jedoch hygroskopischen Material umgeben ist, in dem langgestreckte elektrische Leiterelemente eingebettet sind, die mit Mitteln zur Feststellung des Auftretens von elektrischer Leitfähigkeit in dem hygroskopischen Material aufgrund von Eindringen von Feuchtigkeit verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterelemente, zwischen denen die Leitfähigkeit festgestellt werden soll, an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen und miteinander so verbunden sind, daß sie eine komplexe Impedanz bilden, von der der reale Anteil durch den Widerstand zwischen den Leiterelementen durch das hygroskopische Material gebildet ist, daß die Mittel zur Feststellung einen Phasenkomparator aufweisen, der so angeschlossen ist, daß er die Phase des Ausgangssignals der Wechselspannungsquelle mit der Phase des Signals durch die komplexe Impedanz vergleicht und eine Detektoreinheit bei Überschreiten eines vorbestimmten Wertes der Phasendifferenz zwischen den verglichenen Signalen betätigt.

2. Rohrleitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der imaginäre Teil der komplexen Impedanz durch eine Kapazi-

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tat gebildet ist, mn die Detektoreinrichtung für ein Ausfallen der Leiterelemente empfindlich zu machen.

3. Rohrleitungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß eine Anzahl von Rohrabschnitten jeweils mit individuellen: Detektoreinrichtungen in Form eines Tongenerators versehen sind, daß diese Tongeneratoren auf individuellen Frequenzen arbeiten und mit ihrem Ausgang mit einer zentralen Überwachungsstation verbunden sind, daß jeder Tongenerator mit den Leiterelementen über einen bestimmten Rohrleitungsabschnitt in solcher Weise verbunden sind, daß das Ausgangssignal des Tongenerators zum Verschwinden gebracht wird, wenn die Leitfähigkeit zwischen den Leiterelementen einen vorbestimmten Wert übersteigt, daß der Ausgang jedes einem Rohrleitungsabschnitt zugeordneten Phasenkomparators mit einem elektronischen Schalter verbunden ist, der das Verschwinden des Ausgangssignals des Generators bewirkt, und zwar vorzugsweise durch Unterbrechung der Versorgungsspannung zu dem Generator, durch Ansprechen auf eine Veränderung der Phasendifferenz über einen bestimmten Wert hinaus, der dem vorherbestimmten Wert der Leitfähigkeit entspricht.

4. Rohrleitungssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Detektoreinheit wieder in ihre normale Betriebslage zurückkehrt, wenn die Phasendifferenz zu ihrem normalen Wert .unter einem Wert zurückkehrt, der einer Leitfähigkeit in dem hygroskopischen Material entspricht, die geringer

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als die Leitfähigkeit ist, bei der die Detektoreinheit betätigt wird.

5. Rohrleitungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß in der zentralen Überwachungsstation ein selektiver Empfänger angeordnet ist, daß der selektive Empfänger einen automatischen Schrittschalter enthält, der aufeinanderfolgend und zyklisch mit der Signalleitung jeden einer Mehrzahl von abgestimmten Kreisen oder aktiven Filtern verbindet, die den verschiedenen individuellen Frequenzen des Tongenerators entsprechen, und daß eine Indikatoreinrichtung vorgesehen ist, die anspricht,
wenn irgendein angeschlossenes Filter nicht sein charakteristisches Signal erhält.

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