DE29623086U1

DE29623086U1 - Vorrichtung zur Fehlerortung in Kabeln und Leitungen

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Filing date: 1996-08-17
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Description

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5. Mai 1997 Anwaltsakte: 10952.4-&Bgr;1442-54

Anmelder: Herr Martin Baur, Raiffeisenstr. 8, A-6832 Sulz 5

Vorrichtung zur Fehlerortung in Kabeln und Leitungen

Gegenstand der Neuerung ist eine Vorrichtung zur Fehlerortung in Kabeln und Leitungen stationärer oder mobiler Verteilernetze mittels stationärer oder mobiler Fehlerortungssensoren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Im Aufsatz von DEWE, M.B. et al. : The Application of Sattelite Time References to HVDC Fault Location. In: IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 8, No. 3, July 1993, Seiten 1295-1301 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fehlerortung beschrieben, wobei ein GPS-Satellitenortungssystem zur Synchronisation einer genauen Zeitbasis verwendet wird, mittels welcher den an den Fehlerortungssensoren ankommenden Fehlersignalen jeweils ein hochgenaues Zeitstempelsignal zugeordnet wird. Aus der zeitlichen Differenz der erfassten Zeitstempelsignale kann dann die relative Position des Fehlerortes abgeleitet werden. Das beschriebene Verfahren kann nur bei stationären Leitungen mit stationären Fehlerortungssensoren sinnvoll eingesetzt werden, da die Positionen der Leitungen und Sensoren vorher genau bekannt sein müssen.

0 Der vorliegenden Neuerung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß eine absolute Fehlerortbestimmung in stationären oder mobilen Verteilernetzen mit stationären oder mobilen Fehlerortungssensoren mit hoher Genauigkeit möglich ist.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Neuerung durch die technische Lehre des Anspruches 1 gekennzeichnet.

Die vorliegende Neuerung betrifft einerseits die Fehlerortung in mobilen Leitungen, Kabelnetzen und anderen leitungsgebundenen Verteilernetzen wie z. B. auch Computernetzwerken oder Lichtwellenleiter und andererseits die Fehlerortung in stationären Leitungsnetzen, wobei dann die gesamte Fehlerortungseinrichtung mobil ausgebildet ist und dennoch hochauflösende Fehlersignale erzeugt werden können, welche mit hoher Genauigkeit auf den Fehlerort zurückschließen lassen.

Die Neuerung setzt als bekannt voraus, daß man in einem beliebigen, zu überwachenden Leitungsnetz ein oder mehrere Fehlerortungssensoren in beliebigen Abständen voneinander anordnet und jedem Fehlerortungssensor eine Erfassung zuordnet, damit aufgrund eines eintretenden Fehlers dieser Fehlerortungssensor über die genannte Meßwerterfassung eine Zeitbasis startet.

An beliebigen Stellen sind ein oder mehrere Fehlerortungssensoren in dem Leitungsnetz vorhanden, wobei jeder Fehlerortungssensor auf eine zugeordnete Zeitbasis wirkt. Die Ausgangsleitungen aller Zeitbasen laufen nun gemeinsam auf einen alle Zeitbasen verbindenden Datenbus, wobei mehrere Bussysteme an einen Netzwerkrechner angeschlossen sind.

Es wird ein hoch auflösendes Zeitsignal erzeugt wird, das aus dem ätherischen GPS-Signal (Global Position System) gewonnen 0 wird. Dazu wird ein Empfänger für den Empfang des GPS-Signals benötigt, und aus diesem Signal eine Zeitbasis über das Kontrollernetzwerk erzeugt, welches sämtliche Zeitbasen miteinander verbindet.

Jeder Fehlerortungssensor speichert zum Zeitpunkt eines ihn erreichenden Fehlersignals einen Zeitstempel in der Zeitbasis. Durch die konstante
Fehlerausbreitungsgeschwindigkeit im Leitungsnetz kommt es

durch die Sensoren zu unterschiedlichen ZeitStempelungen, welche in das Kontrollernetzwerk eingespeist und dem Netzwerkrechner zugeführt werden. Dieser ermittelt nun aus den ankommenden Zeitsignalen eine Laufzeitdifferenz zwischen den einzelnen Fehlerortungssensoren und kann nun aufgrund der bekannten Ausbreitungsgeschwindigkeit des Fehlers auf dem Kabel den Fehlerort hochgenau feststellen.

Die Neuerung sieht nun vor, das GPS-Signal nicht nur zur Steuerung einer Zeitbasis zu verwenden, sondern auch zur Bestimmung der absoluten Position der stationären Fehlerortungssensoren in mobilen Netzen bzw. mobilen Fehlerortungssensoren in stationären Netzen. Der Einfachheit halber wird nachfolgend lediglich ein Ausführungsbeispiel beschrieben, welches den Einsatz von mobilen Fehlerortungssensoren an einem stationären Netz betreffen. Derartige mobile Fehlerortungssensoren werden z. B. zur Überwachung von Freileitungs-Hochspannungsleitungen eingesetzt, wobei von einem Überwachungswagen aus mehrere Fehlerortungssensoren an die Leitung angeklemmt werden, um bestimmte Leitungsabschnitte in ihrem Fehlverhalten zu überprüfen.

Für diesen Fall ist es von entscheidender Bedeutung, daß man den Ort des Fehlerortungssensors an der zu überwachenden Leitung genau festlegen und erfassen kann. Zu diesem Zweck sieht die Neuerung vor, daß aus dem GPS-Signal nicht nur eine hoch genaue Zeitbasis abgeleitet wird, sondern darüber hinaus auch noch ein Signal zur genauen Lagenbestimmung des 0 jeweiligen Fehlerortungssensors abgeleitet wird. Jedem Fehlerortungssensor kann also aufgrund der Auswertung des GPS-Signals eine genaue Lage zugeordnet werden und damit ist es nun erstmals möglich, den Installationsort des Fehlerortungssensors an der stationären Leitung zu errechnen und mit der vorher beschriebenen Methode auch über längere Zeit hinweg das Verhalten einer derartigen Leitung zu überwachen.

Die Übertragung dieser Information, d. h. die Übertragung der Fehlerortungssensor-Signale kann drahtgebunden oder drahtlos folgen.

In dem zentralen Netzwerkrechner werden sämtliche Koordinaten sämtlicher Fehlerortungssensoren gespeichert und deren geometrische Lage an dem zu überwachenden Netz kann somit einwandfrei festgelegt werden. Es wird dann eine Fehlerüberwachung in der vorher beschriebenen Weise durchgeführt.

Die mobile Einrichtung hat den Vorteil, daß man an größeren Anlagen Investitionen größeren Umfanges vermeidet. In einem solchen Fall ist es sinnvoll, bei einer kritischen und ausfallgefährdeten Leitung über einen begrenzten Zeitraum das Leitungssystem mit mobilen Fehlerortungssensoren zu überwachen.

Die gespeicherten Zeitstempel können über mobile, rechnerunterstützte Erfassungsgeräte entweder optisch über LWL-, Induktiv- oder auch über Kupferleitungen übertragen und ausgewertet werden.

Vorteil der Vorrichtung ist, daß mit Absolutzeiten und Absolutpositonsdaten gearbeitet werden kann und es nun nicht mehr darauf ankommt, die aktuelle Ausbreitungsgeschwindigkeit der Meßsignale bzw. Fehlersignale zu messen, die vom Material und von der Art des Kabels abhängt. Man ist also von der Materialart des Kabels unabhängig.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß es nun aufgrund der hochgenauen Fehlerortbestimmung möglich ist, eine fehlerbehaftete Leitung automatisch abzuschalten oder auch manuell abzuschalten. Dies kann über den Netzwerkrechner 5 erfolgen, an dem eine Bedienungsperson sitzt und welcher Netzwerkrechner eine Vielzahl von Fehlerortungssensoren überwacht.

Der Gegenstand der vorliegenden Neuerung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Schutzansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Schutzansprüche untereinander. Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung, offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

Im folgenden wird die Neuerung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Neuerung hervor.

Es zeigen:

Figur 1: Schematisiertes Blockschaltbild einer Zeitbasis; 20

Figur 2: Blockschaltbild einer Anordnung von Fehlerortungssensoren in einem zu überwachenden Netz.

In Figur 1 wird dargestellt, wie in einer Zeitbasis ein hoch genaues Zeitsignal aus einem GPS-Signal erzeugt wird. Hierzu wird von einem GPS-Empfänger 1 über eine Leitung 33 die Zeitbasis 2 angesteuert, die über nicht näher dargestellte Schaltungseinrichtungen aus dem relativ &ldquor;langsamen" GPS-Zeitsignal ein hochauflösendes Zeitsignal erzeugt.

Das Prinzip dieser hochgenauen Zeitsignalerzeugung ist, daß man mit dem langsameren GPS-Signal ein oder mehrere hochgetaktete Uhren startet, die z. B. ein Ein-Sekundensignal 5 in ein 32 Bit großes Signal auflösen. Hierbei ist an der Zeitbasis 2 eine Schnittstelle bestehend aus dem Ausgang 3 und dem Eingang 4 vorhanden, an dem die Meßwerterfassung 29 angeschlossen wird, welche die Zeitbasis 2 ansteuert.

Ferner ist ein Bus 5 für die Signalweiterleitung vorhanden, so daß von der Zeitbasis 2 das hochauflösende Zeitsignal über den Bus 5 an weitere Geräte abgeben werden kann. 5

Die Zeitbasis 2 wirkt über die Kommunikationsleitung G auf einen zentralen Daten- und Adressbus 7, an dem in ansich bekannter Weise eine Zentraleinheit 8, eine DMA 9 und ein Speicher 10 angeordnet sind. Die DMA-Einheit 9 stellt die Kommunikation zwischen dem Daten- und Adressbus 7 und dem über die Leitung 34 den Ausgang bildende Netzwerk 11 her.

Es sind ansich beliebige Fehlererortungssensoren vorhanden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel kann ein Fehlerortungssensor entweder als kapazitiver Teiler 3 0 oder als ohmscher Teiler 31 ausgebildet sein. Als weitere, nicht zeichnerisch dargestellte Möglichkeit ist die Ausbildung des Teiles als induktiver Teiler, der entsprechend induktiv an das zu überwachende Netz angekoppelt ist.

Dieser Teiler ist also der Fehlerortungssensor 27, und das entsprechende Fehlersignal wird über die Meßleitung 26 einer Meßwerterfassung 2 9 zugeführt, welche bevorzugt als Komparator ausgebildet ist. Dieser Komparator gibt also ein Fehlersignal ab, wenn eine bestimmte Spannungs- oder Stromschwelle überschritten ist und dieses Fehlersignal wird über die Leitung 35 dem Eingang 4 der Zeitbasis 2 zugeführt. Diese startet nun und gibt ihr Signal über die Kommunikationsleitung 6 auf den Daten- und Adressbus 7 ab.

0 Dieses Signal ist ein reines, hochauflösendes Zeitsignal und wird von der Zentraleinheit 8 erfaßt und in dem Speicher abgelegt. Nach einer bestimmten, vorgegebenen Zeit, z. B. nachdem mehrere Signal hintereinanderfolgend in dem Speicher 10 abgelegt wurden, gibt die DMA 9 diese digitalen Signale über die Leitung 34 auf das Netzwerk 11 aus.

Anhand der vorstehenden Beschreibung nach Figur 2 wird nun erläutert, daß eine derartige Fehlerortungs- und

Signaleinheit in einem weit verteilten Netz vielfach vorhanden ist und die jeweils abgegebenen Signale in einem gemeinsamen Netzwerkrechner 28 gesammelt und ausgewertet werden.
5

Als Beispiel wird hierbei ein Hochspannungsnetz 12 angegeben, welches über eine Transformatorstation 13 in eine Mittelspannungsnetz 14 umgewandelt wird. Von diesem Mittelspannungsnetz 14 zweigen eine Reihe von Sammelschienen 15,16 ab, wobei jede Sammelschiene in einer Mittelspannungsstation 17,18 angeordnet ist. Es können hierbei eine Vielzahl von Sammelschienen 15,16 und eine Vielzahl von Mittelspannungsstationen 17,18 vorhanden sein.

Von den Mittelspannungsstationen 17,18 zweigen eine Vielzahl von Versorgungsleitungen 19,20 ab, die jeweils durch erfindungsgemäße Fehlerortungssensoren 27 überwacht werden sollen. Hierbei ist vorgesehen, daß in jeder Versorgungsleitung 19,20 Fehlerortungssensoren 27,27',27'',27''' angeordnet sind.

Entsprechend dem Schaltbild in Figur 1 ist nun jeder Fehlerortungssensor 27 über die beschriebene Meßleitung 26 mit der Meßwerterfassung 2 9 gekoppelt und diese wiederum 5 wirkt in der vorher beschriebenen Weise auf die jeweilige Zeitbasis 2. Der jeweils jedem Fehlerortungssensor 27 zugeordnete Kontroller 24,24'24'',24''' wurde vorstehend als Zusammenfassung der Teile 8,9,10 in Figur 1 beschrieben.

0 Alle Ausgänge der Kontroller 24 wirken nun auf das Kontrollernetzwerk 22, welches wiederum Teil des Hauptnetzwerkes 11 ist. Im Hauptnetzwerk ist dann der vorher beschriebene Netzwerkrechner 28 eingeschaltet.

Entsteht nun beispielsweise im Bereich des Fehlerortungssensors 27 in der Versorgungsleitung 19 ein Fehler, dann wird ein entsprechender Fehlerimpuls über die Meßleitung 26 auf die Meßwerterfassung 29 geleitet und der

Kontroller 24 erzeugt einen Zeitstempel, welcher über das Kontrollernetzwerk 22 und das Netzwerk 11 dem Netzwerkrechner 28 zugeführt wird. Gleichzeitig erreicht dieser Fehler mit einer gewissen Zeitverzögerung die anderen Fehlerortungssensoren, z. B. den Fehlerortungssensor 27'', der seinerseits wiederum seinen Kontroller 24'' ansteuert und dieses Zeitstempelsignal wird wiederum über das Kontrollernetzwerk 22 und das Netzwerk 11 dem Netzwerkrechner 28 zugeführt.

Im Netzwerkrechner 28 wird nur die Zeitdifferenz aus diesen beiden absoluten Zeitwerten gebildet und hieraus kann mit hoher Genauigkeit der Fehlerort auf der Versorgungsleitung errechnet werden.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel war angegeben worden, daß das GPS-Signal über eine Antenne 21 jeweils in der Mittelspannungsstation 17 empfangen wird und dem GPS-Empfanger 1 zugeführt wird.

Wenn nun die gesamte Anordnung nach Figur 2 neuerungsgemäß mit mobilen Fehlerortungssensoren 27,27',27'',27''' arbeitet, dann wird über das Kontrollernetzwerk 22 noch zusätzlich jedem Kontroller 24-24''' die Ortskoordinate des jeweils zugeordneten Fehlerortungssensors 27-27''' zugeordnet. Im Falle eines Fehlereintrittes wird dann diese Koordinatenangabe zusätzlich in dem Kontrollernetzwerk 22 übertragen und von dem Netzwerkrechner 28 ausgewertet.

0 Beim Stand der Technik wird also lediglich der Synchrontakt aus dem GPS-Empfanger abgeleitet, während gemäß der Neuerung die Lagenkoordinaten der Fehlerortungssensoren abgeleitet werden.

Ein Vorteil der Vorrichtung liegt darin, daß es aufgrund der Kenntnis der genauen Ortskoordinate des Fehlers nun umgekehrt möglich ist, diese bekannte Ortskoordinate in ein graphisches Informationssystem einzuspeisen und das gesamte

Leitungssystem auf einem entsprechenden Anzeigedisplay abzubilden und gleichzeitig auch den Fehler an diesem System darzustellen.

Mit einem mobilen GPS-Empfanger ist es nun leicht, den genauen Fehlerort festzustellen und aufzufinden, weil ja die Koordinate bekannt ist und diese Koordinate nur dem mobilen GPS-Empfanger mitgeteilt werden muß, der dann genau zum gesuchten Fehlerort hinführt.

Damit ergibt sich der wesentlicher Vorteil, daß nicht nur die Lokalisierung eines Fehler in einem graphischen System möglich ist und dementsprechend auch eine Leitungsabschaltung, sondern darüber hinaus auch noch die Lokalisierung und Auffindung dieses Fehlers im freien Felde ohne weiteres möglich ist, wenn man sich eines mobilen GPS-Empf ängers bedient.

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Zeichnunaslegende

1 GPS-Empfänger 2 Zeitbasis

3 Ausgang

4 Eingang

5 Bus für Signalweiterleitung

6 Kotnmunikationsleitung 7 Daten- und Adressbus

8 Zentraleinheit

9 DMA

10 Speicher

11 Netzwerk

12 Hochspannungsnetz

13 Transformatorstation

14 Mittelspannungsnetz

15 Sammelschiene

16 &ldquor;

17 Mittelspannungsstation

18 ^w

19 Versorgungsleitung 2 0 «

21 Antenne 22 Kontrollnetzwerk

23 Synchrontakt

24 Kontroller 24', 24'', 24'''

26	Meßleitung
27	Fehlerortungssensor
28	Netzwerkrechner
29	Meßwerterfassung
30	kapazitiver Teiler
31	Ohmsche Teiler
33	Leitung
34	W
35	U

Claims

PATENTANWALT

DR.-ING. PETER RIEBLING

Dipl.-lng.

EUROPEAN PATENT ATTORNEY

Postfach 3160 D-88113 Lindau (Bodensee) Telefon (083 82) 7 80 25 Telefax (0 83 82) 7 80 27

5. Mai 1997

Anwaltsakte: 10952.4-B1442-54 10

Anmelder: Herr Martin Baur, Raiffeisenstr. 8, A-6832 Sulz

% S chut zansprüche

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§ 1. Vorrichtung zur Fehlerortung in Kabeln und Leitungen eines

I &xgr; stationären oder mobilen Verteilernetzes mittels stationärer

&Idigr;I oder mobiler Fehlerortungssensoren, wobei jedem

II Fehlerortungssensor eine Zeitbasis zugeordnet ist, welche bei || 20 Erfassen eines Fehlers ein Zeitstempelsignal erzeugt, und aus |£ der Zeitdifferenz der einzelnen Zeitstempelsignale die Lage I des Fehlers bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein

1 Ortungssystem (1) zur Bestimmung der absoluten i Lagekoordinaten der Fehlerortungssensoren (27) vorgesehen 25 ist, wobei die Lagekoordinaten der Fehlerortungssensoren zur Bestimmung der absoluten Lagekoordinaten des Fehlers herangezogen werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 30 das Ortungssystem (1) ein GPS-Satellitenortungssystem ist, durch welches einerseits ein Zeitreferenzsignal erzeugt wird und andererseits die Lagekoordinaten der Fehlerortungssensoren (27) bestimmt werden.
3 5 3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlerortungssensoren (27) fest im Leitungsnetz angeordnet sind.

Hausanschrift: Bankkonten: Postscheckkonto

Rennerle 10 Bayer. Vereinsbank Lindau (B) Nr. 1257110 (BLZ 60020290) München

D-88131 Lindau Hypo-Bank Lindau (B) Nr. 6670-326843 (BLZ 73320442) 414848-808

Volksbank Lindau (B) Nr. 51 222 000 {BLZ 650 92010) (BLZ 700100 80)

VAT-NR: DE 129020439

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlerortungssensoren (27) mobil und nur zeitweise, während der Fehlersuche, an beliebigem Stellen des Netzes angeordnet werden.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein zentraler Netzwerkrechner (28) vorhanden ist, welcher die Lagekoordinaten sämtlicher Fehlerortungssensoren (27) sowie die erfassten Meßwerte speichert und auswertet.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Information über die Lagekoordinaten und die von den Fehlerortungssensoren (27) abgegebenen Meßwerte drahtlos an den Netzwerkrechner (2 8) übertragen werden.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Information über die Lagekoordinaten 0 und die von den Fehlerortungssensoren (27) abgegebenen Meßwerte drahtgebunden an den Netzwerkrechner (28) übertragen werden.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Fehlerortungsvorrichtung mobil ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein graphisches Informationssystem 0 vorhanden ist, mittels welchem das gesamte zu überwachende Leitungssystem, die Lage der Fehlerortungssensoren und ein auftretender Leitungsfehler graphisch angezeigt werden.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch 5 gekennzeichnet, daß von der Fehlerortungsvorrichtung steuerbare Schaltmittel vorgesehen sind, durch welche bei einem auftretenden Fehler die fehlerbehaftete Leitung automatisch abgeschaltet wird.