DE2413345C2 - Isoliertes Rohrleitungssystem, insbesondere ein unterirdisches Rohrleitungssystem für Fernheizung - Google Patents
Isoliertes Rohrleitungssystem, insbesondere ein unterirdisches Rohrleitungssystem für FernheizungInfo
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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
br 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 (5)
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.
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