DE2413345C2

DE2413345C2 - Isoliertes Rohrleitungssystem, insbesondere ein unterirdisches Rohrleitungssystem für Fernheizung

Info

Publication number: DE2413345C2
Application number: DE2413345A
Authority: DE
Inventors: Ejvind Fredericia Lambertsen
Original assignee: E RASMUSSEN FREDERICIA DK AS
Current assignee: E RASMUSSEN FREDERICIA DK AS
Priority date: 1973-03-26
Filing date: 1974-03-20
Publication date: 1985-07-18
Also published as: GB1455415A; DK155293B; US3927351A; CH568524A5; DK155293C; JPS51135588A; IT1010823B; NL7404112A; CA1001716A; FR2223625A1; FI60078C; BE812812A; FI60078B; FR2223625B1; DE2413345A1; SE405286B

Description

Die Erfindung betrifft ein isoliertes Rohrleitungssystern, insbesondere ein unterirdisches Rohrleitungssystem für Fernheizung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art

In der DE-OS 20 12 768 ist ein derartiges Überwachungssystem beschrieben, das zwei parallele elektri-

2ö »ehe Leiter aufweist, die sich innerhalb des wärmeisoiierenden Materials entlang jedes einer Mehrzahl von Abschnitten des Rohrleitungssystems erstrecken. Diese Leiter, von denen 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 Ausgangssignalc über einen gemeinsamen Leiter zurück zu einer

jo zentralen Überwachungsstation übertragen, in der selektive Empfänger für die verschiedenen Signale angeordnet sind, mit deren Hilfe die Funktion aller Generatoren überwacht werden kann. Wenn an einem Punkt in einem bestimmten Abschnitt des Rohrleitungssystems

j5 Wasser oder Feuchtigkeit in dem Isolationsmaterial vorhanden ist, so wird die Gleichspannungsqucile des jeweiligen Tongenerators mehr oder weniger kurzgeschlossen, und der Tongenerator -'.crt 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 :rotz einer guten Bestimmtheit der Spannungsabfall aufgrund der Anwesenheit von Feuchtigkeit keine gut definierte Funktion der Feuchtigkeilsmenge ist, so daß die Spannung nicht immer in dem erwarteten Ausmaß abfällt, wahrscheinlich aufgrund eines galvanischen Effekts des Wassers zwischen den Drähten.

Durch die US-PS 37 10 244 ist ein Kapazitätstastcr zur Feststellung von Feuchtigkeit bekannt. Für isolierte Rohrleitungssysteme ist diese Vorrichtung nicht gedacht und im übrigen auch nicht geeignet, weil für isolierte Rohrleitungssysteme der betreffenden Art die Kapazität oder Kapazitätsmessungen nicht bedeutsam ist bzw. sind, da die dielektrischen Eigenschaften in der Umgebung des Überwachungsdrahtes unabhängig dab's von sind, ob zugleich ein gewisses galvanisches Leitungsvermögen besteht, das für die Korrosion entscheidend ist. So ist Wasserdampf nicht leitend und nicht weiter schädlich, während von außen eindringendes

Salzwasser wegen seines Leitungsvermögens nachteilig ist, es unterscheidet sich jedoch in seinen dielektrischen Werten nicht wesentlich von denen des Wasserdampfes, so daß eine Unterscheidung durch Kapazitätsmessung nicht möglich ist

Der Erfindung liegt die Aulgabe zugrunde, ein isoliertes Rohrleitungssystem der betreffenden Art zu schaffen, bei dem sicher das Auftreten elektrischer Leitfähigkeit aufgrund von Eindringen von Feuchtigkeit genau feststellbar ist, so daß auch genaue und möglichst niedrigliegende Schwellwerte definierbar sind, bei denen ein Alarmsignal abgegeben wird, während eine Alarmauslösung bei unkritischen Feuchtigkeitsanteilen vermieden wird. Außerdem soll ein Ansprechen auf andere Änderungen als die der elektrischen Leitfähigkeit, z. B. Kapazitätsänderungen, Leitungsbruch, vermieden werden.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 gegebene Lehre gelöst.

Die Verwendung einer Wechselspannung zwischen den Leiterelementen vermeidet in bekannter Weise die Nachteile der galvanischen Effekte. Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die genau definierte Beziehung zwischen der Leitfähigkeit des hygroskopischen Materials und der Phasenlage des hindurchfließenden Stromes ausgenutzt wird, wobei die Phasendifferenz durch einen Phasenkomparator festgestellt wird. Diese Phasenlage ist derart aussagekräftig, daß ein genauer Wert definierbar ist, bei dessen Überschreiten ein Alarmsignal abgegeben werden kann, daß ein zulässiges Maß von leitender Feuchtigkeit in dem hygroskopischen Material des Rohrleitungssystems vorhanden ist

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der imaginäre Teil der komplexen Impedanz durch eine Kapazität gebildet ist, so daß der Phasenkomparator bei Ausfallen der Leitungselemente ein Anzeigesignal abgibt

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient das Ausgangssignal des Phasenkomparator zur Steuerung eines elektronischen Schalters, der wiederum die Funktion von Tongeneratoren steuert, die einzelnen Abschnitten des Rohrleitungssystems zugeordnet sind

Anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Rohrleitungssystems gemäß der Prfindung, und

F i g. 2 zeigt ein anderes Ausrührungsbeispiel eines Rohrleitunfssystems gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Stück eines wärmeisolierten Rohrstücks 2 dargestellt. Dieses Rohrstück besteht aus zwei miteinander verbundenen Rohrclcmcntcn, in der Praxis kann das betrachtete Rohrslück aus vielen solchen Elementen bestehen und einen Abschnitt eines äußeren Rohrlcilungssyslcms, /.. B. eines Rohrlcilungssystems für eine unterirdische Fernheizung, bilden. Dieses Rohrleitungssystem mag eine Mehrzahl solcher Rohrstückc aufweisen, die für sieh in bezug auf Feuchtigkeit überwacht werden müssen, die in die Wärmeisolalion des Rohrstücks eindringt

Das Rohrstück weist ein inneres Stahlrohr 4 auf, das von einer zylindrischen Schicht wärmeisolicrenden Materials 6. bestehend vorzugsweise aus Poiyurethanschaum, 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 Rohrstükkes sind der Draht 12 und das Stahlrohr 4 mit einem Paar von Anschlußklemmen 16 verbunden.

ίο 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 Tongeneraior 24 und einem Transformator 26 angeordnet Der Oszillator 18 arbeitet bei bc-ier Frequenz, die für alle Abschnitte gleich sein kann, z. B. S kHz, und sein Ausgangssignal gelangt über einen Draht 28 zum Teil an eine erste Eingangsklemme des Phasenkomparator 20 und zum Teil an eine der Anschlußklemmen 16 der zu messenden Impedanz. Die andere Anschlußklemme 16 ist mit einer zweiten Ausgangsklemme des Phasenkomparator verbunden und der Ausgang des Komparator^ ist mit dem elektronischen Schalter 22 verbunden. Dieser Schalter steuert wiederum die Stromvecsorgung des

Μ Tongenerators 24, dessen Ausgangssignal an die Primärwicklung des Transformators 26 gelangt

Die Stromversorgung des Oszillators und des Tongencralors erfolgt mittels einer Gleichspannung, die von einem fortlaufenden Draht 30 abgenommen wird, der sich durch das Isolationsmaterial des Rohrstückes 22 über das gesamte Rohrleitungssystem erstreckt Die Gleichspannung 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 Ausgangssignaie 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, dsß die Gleichspannung an die verschiedenen Detektoreinheiten über diese Sekundärwicklungen der Transformatoren 26 gelangen kann. Ein weiterer Transformator 26' ist in Fig. 1 rechts gezeigt, er gehört zu einem weiteren Rohrstück 2' das in Leitungsrichtung zusammen mit einer zugehörigen Detektoreinheit 34 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 Eingangssigniilcn an acm Phasenkomparator 29 ist wegen

5S des Kondensators 14 90". Liegt zwischen dem Stahlrohr 4 und dem Draht 12 ein Kurzschluß vor, so ist die Phasendifferenz null. Natürlich führt eine geringe Fcuchtigkcitsmcnge in dem '.solicrendcn Material zu keinen Beeinträchtigungen, und es kann davon ausgegangen wer-

bü den, daß das System unter normalen und zulässigen Bedingungen so lange arbeitet, wie der Widerstand ausreichend hoch ist./. B. mehr als 150 0hm beträgt. Der elektronische Schalter ist so ausgelegt, daß er bei solchen normalen Arbeitsbedingungen geschlossen bleibt und

b^r 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 Ausgangssigiials des Phasenkomparator* ändert sich mit der tatsächlichen Phasendifferenz zwischen seinen Eingangssignalcn. und das System ist so ausgelegt, daß der elektronische Schalter 22 ausgeschaltet wird, wenn das Ausgangssignal des Phasenkomparator 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 Rohrlcitungssystems inspiziert oder örtlichen Messungen zur Lokalisierung eines möglichen Defekts unterworfen werden kann.

Es wird nicht für notwendig gehalten, an dieser Stelle die Schaltkreise der Dctektorcinheit genauer zu beschreiben, da jeder Fachmann auf dem Gebiet der elck· ΪΓυΐΙΙΜ'ΠύΠ Liuefwüünüiig in uCf i.ügC iSi, SCJbSi ViCiC verschiedene brauchbare Schaltkreise zur Erzielung der hier beschriebenen Arbeitsweise zu entwickeln, Ils ist vorteilhaft und einfach möglich, den elektronischen Schalter 22 mit einer sogenannten Hyslcresisfunkiion auszustatten, um zu erreichen, daß der Tongenerator in Abhängigkeit von einem Abfallen des Widerstandes in dem isolierenden Material unter den kritischer Wert abschaltet, während er dann, wenn die Feuchtigkeit allmählich aus dem Isolationsmatcrial 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 ist 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, daS 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, wk- das in Fig. 2 dargestellt ist

Diese Rohre bilden eir..-η einzelnen Abschnitt des Rohrleitungssystems, das mit einem Detektor gemäß der obigen Beschreibung überwacht werden soll. In der Detektoreinheit sind die Bezugsnummern der F i g. 1 zur Bezeichnung gleicher Teile verwendet, jedoch weist das System gemäß F i g. 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 F i g. 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 alllein zur Gleichstromversorgung aller Detektoreinheiten des gesamten Rohrlekungssysterns, 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 Aiipassungslransformalor 52 verbunden, wodurch eine gute Impedanzanpassung und geringe Verluste erreicht werden. Die erwähnte komplexe Impedanz ist induktiv mittels eines Transformators 54 ι an das Dctcktorsystem angekoppelt. Auf der linken Seite dieses Transformators ist ein Äquivalenzschaltbild der komplexen Impedanz dargestellt.

Im Rahmen der Erfindung sind viele Abwandlungen möglich.

ίο Es mag z. B. zweckmäßig sein, die lokalen Oszillatoren /u vermeiden und das Wcchselspannungssignal für die komplexe Impedanz von einer Wechselspannung abzuleiten, die an die Drähte 30 und 48 angelegt ist, wobei ein Wcchsclstrom/Glcichstromwandlcr in der

Ii Stromversorgung jedes Tongcnerators angeordnet ist. Die Tongeneraloren 24 können auch zur Einspeisung ihres eigenen Wcchsclspanniingssignals in die komplexe !"•pcdan/. vcrwcfidc! werden. Andere mögliche Abwandlungen können darin bestehen,den Schalter in dem

Λ) Au.sgangskrcis des Tongcncralors anzuordnen und einen zusätzlichen nichtisolierten Draht als Prüfdraht anstelle des Stahlrohres selbst zu verwenden.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht in der Schaffung eines Mcßsignals, das die Phascnandcrung des Wcchsclspannungssignals anzeigt, das die komplexe Impedanz durchläuft, in der der variable Teil der Impedanz dv isn realer Teil ist, und es ist wesentlich, daß die Einrichtung zur Feststellung der Änderung durch irgendeine der vielen bekannten Einrichtungen oder Systerne gebildet sein kann, die auf die Änderung des Ausgangssignals des Phasenkomparator 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 eine genaue Funktion der Phasendifferenz zwischen den Eingangssignalen ist. Es braucht nicht näher die Vielfalt von Möglichkeiten beschrieben zu werden, wie die Ausgangsspannung 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 Abschniuon 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

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 Lcitcrclcmcnlc eingebettet sind, die mit Mitteln zur Feststellung des Auftretens von elektrischer Leitfähigkeit in dem hygroskopischen Material aufgrund von Eindringen von Feuchtigkeit verbunden sind, und mit einer Wechselspannungsquelle. an die Leitungselcmente, zwischen denen die Leitfähigkeit festgestellt werden soll, angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungselemente (4,12) miteinander so verbunden sind, daß sie eine komplexe Impedanz bilden, von der aet reale Anteil durch den Widerstand zwischen den Leitungseiemenien (4, 12) durch dös hygroskopische Material gebildet ist, daß die Mittel zur Feststellung einen Phasenkomparator (20) aufweisen, der die Phase des Ausgangssignals der Wechselspannungsquelle (18) mit der Phase des Signals durch die komplexe Impedanz vergleicht und bei Überschreiten eines vorbestimmten Wertes der Phasendifferenz zwischen den verglichenen Signalen ein Anzeigesignal abgibt

2. Rohrleitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der imaginäre Teil der komplexen Impedanz durch eine K?"azität (14) gebildet ist, so daß der Phasenkomparator (20) bei Ausfallen der Leitungselemente(4,12)ein Ar ?.eigesignal abgibt.

3. Rohrleitungssystem nach Anspruch I oder 2,dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Rohrlcitungsabschnitten jeweils individuelle Detektoreinheiten (34) mit Tongeneratoren (24) aufweisen, die jeweils auf individuellen Frequenzen arbeiten und mit ihrem Ausgang mit einer zentralen Überwachungsstation verbunden sind, daß jeder Tongenerator (24) mit den Leitungselementen (4,12) über e'w.'.n bestimmten Rohrleitungsabschnitt in solcher Weise verbunden sind, daß das Ausgangssignal des Tongenerators (24) zum Verschwinden gebracht wird, wenn die Leitfähigkeit zwischen den Leitungsclementcn (4,12) einen vorbestimmten Wert übersteigt, daß der Ausgang jedes einem Rohrlcitungsabschnilt zugeordneten Phasenkomparators (20) mit einem elektronischen Schalter (22) verbunden ist, der das Verschwinden des Ausgangssignals des Tongenerators (24) bewirkt, und zwar vorzugsweise durch Unterbrechung der Versorgungsspannung zu dem Tongenerator (24) durch Ansprechen auf eine Veränderung der Phasendifferenz über einen bestimmten Wert hinaus, der dem vorbestimmten Wert der Leitfähigkeit entspricht.

4. Rohrleitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenkomparator (20) einen elektronischen Schalter (22) steuert, der wieder in seine normale Schaltstellung zurückkehrt, wenn die Phasendifferenz zu ihrem normalen Wert unter einem Wert zurückkehrt, der einer Leitfähigkeit in dem hygroskopischen Material entspricht, die geringer als die Leitfähigkeit ist, bei der der Schalter (22) betätigt wird.

5. Rohrleitungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der zentralen Überwachungsstation ein selektiver Empfänger (32) angeordnet ist, der einen automatischen Schrittschalter enthält, der aufeinanderfolgend und zyklisch mit der Signallcitung jeden einer Mehrzahl von abgestimmten Kreisen oder aktiven Filtern verbindet, die den verschiedenen individuellen Frequenzen des Tongcneraiors (24) entsprechen, und daß eine Indikaiorcinriditung vorgesehen ist, die anspricht, wenn irgendein angeschlossenes Filter nicht sein charakteristisches Signal erhält.