DE3010346A1

DE3010346A1 - Fernheizungsleitung sowie verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE3010346A1
Application number: DE19803010346
Authority: DE
Inventors: Hans Blom
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-06-18
Filing date: 1980-03-18
Publication date: 1981-01-15
Also published as: GB2051294B; FI66246C; FI800789A; US4288653A; NO801273L; DK150244C; NL180540B; NO148161C; NO148161B; DK150244B; NL8001782A; NL180540C; DK257780A; SE414532B; CA1143670A; FI66246B; DE8007385U1; GB2051294A; BE882378A

Description

Fernheizungsleitung sowie Verfahren zu deren Herstellung

Die Erfindung betrifft eine Fernheizungsleitung von jener Bauart, die eine innere, metallische Rohrleitung zum Transportieren wärmeübertragenden Mediums enthält, ferner eine isolierende Schicht aus geschäumtem Plastik, die um die innere Metall-Rohrleitung herumgelegt ist, eine undurchlässige Schutz-Rohrleitung, die die genannte isolierende Schicht umgibt und schließlich wenigstens einen elektrischen Leiter, der innerhalb der isolierenden Schicht angeordnet ist und der dazu dient, Bestandteil eines elektrischen Leiters zu sein.

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Pernheizungsleitungen dieser Art sind bestens bekannt. In gewissen Fällen wird nur ein einziger Leiter verwendet. Dieser bildet zusammen mit der metallischen Rohrleitung den elektrischen Kreis. Sofern in der Schutz-Rohrleitung ein Riß auftritt, durch welchen Wasser hindurchdringt und zur Schaumstoffisolierung gelangt, so wird der elektrische Kreis geschlossen. Dies beruht darauf, daß der Widerstand zwischen dem Leiter, der sich über die gesamte Länge der metallischen Rohrleitung erstreckt, und der metallischen Rohrleitung abnimmt und schließlich derart gering wird, daß der Kreis schließt. Hierdurch wird eine mit dem Leiter und der metallischen Rohrleitung zusammengeschaltete Monitor-Leitung dazu veranlaßt, ein Alarmsignal auszulösen. Dringt Wasser in die geschäumte Kunststoff-Isolationsschicht ein, so wird das Alarmsignal unabhängig von dem Abstand zwischen Leiter und metallischer Rohrleitung gegeben. Dieser Abstand kann über die gesamte Länge der Rohrleitung in starkem Maße schwanken." In anderen Fällen verwendet man zwei gegeneinander getrennte, lang-isolierte Leiter in der geschäumten Kunststoffschicht, um eine Unterbrechung des Stromflusses anzuzeigen. Die Ursache dafür, daß Unterschiede zwischen den Abständen der Leiter selbst und den Leitern sowie der metallischen Rohrleitung auftreten, ist folgende: Die aus Kunststoff bestehende Isoliermasse wird ja in den Ringraum zwischen der metallischen Rohrleitung und der äußeren, zu dieser konzentrischen, schützenden Rohrleitung eingegossen, nachdem die Leiter in den Ringraum eingezogen und mit Abstandshaltern versehen wurden, um sie in einem bestimmten Abstand von der genannten metallischen Rohrleitung zu halten. Beim Eingießen und Aushärten der Masse findet jedoch eine Verschiebung der Leiter in unkontrollierter Weise statt.

Tritt in einer solchen Pernheizungsleitung eine Störung auf und wird demgemäß ein Alarmsignal gegeben, so ist es schwierig, den tatsächlichen Ort der Störung oder des Versagens zu ermitteln. Ist der Alarm-Leiter oder sind die Alarm-Leiter nicht unter Einhaltung eines genauen, vorgegebenen Abstandes zur inne-

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ren Rohrleitung verlegt, so ist es unmöglich, die Störungsstelle mit genügender Genauigkeit zu ermitteln, wie im folgenden gezeigt werden soll. Aus diesem Grunde kann es notwendig sein, unnötige große Abschnitte der gesaraten Rohrleitung aufzugraben, also beispielsweise in einer Straße oder einer Landstraße, um die Fehlerstelle innerhalb der Fernheizungsleitung aufzufinden und die entsprechende Schadstelle zu reparieren. Die innere Rohrleitung besteht übrigens im allgemeinen aus Stahl.

Wird ein Alarmsignal gegeben und soll sodann die Fehlerstelle oder Schadstelle lokalisiert werden, so wird normalerweise ein Impuls-Reflektor-Meter vorgesehen. Hiermit wird ein elektrischer Impuls, der an der Schadensstelle reflektiert wird, übertragen; d.h. daß gerade dieser Ort der Fernheizungsleitung als Folge des Eindringens von Wasser einen geringeren Widerstand hat. Der zeitliche Abstand zwischen dem übertragenen Impuls und dem reflektierten Impuls beträgt das Zweifache des Abstandes zur Fehlerstelle. Wie man aus dem folgenden erkennt, ist die charakteristische Impedanz Z₀ des Alarmleiters oder der Alarmleiter und die relative dielektrische Konstante k von wesentlicher Bedeutung für die Genauigkeit, mit welcher die Fehlerstelle oder Schadstelle lokalisiert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fernheizungsleitung der vorgenannten Art zu schaffen, bei welcher die charakteristische Impedanz des Alarmleiters oder der Alarmleiter und die relative dielektrische Konstante wohl definiert sind, so daß eine genaue Messung des Abstandes von einem bestimmten Punkt, beispielsweise einer Prüfstation, zur Fehlerstelle vorgenommen werden kann. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem eine Fernheizungsleitunp hergestellt werden kann.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutp^t. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

BAD
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Fig. 1 zeigt einen elektrischen Leiter, der oberhalb einer Erdungsplatte angeordnet ist, die die innere Metallrohrleitung der Fernheizungsleitung umfaßt.

Fig. 2 ist eine perspektivische Darstellung einer

Ausführungsform eines langgestreckten Blockes gemäß der Erfindung mit dort eingelegten elektrischen Leitern.

Fig. 3 veranschaulicht den Block gemäß Fig. 2, in die Fernheizungsleitung einbezogen.

Um eine Vorstellung von der Erscheinung der elektrischen Impulse in dem Alarmleiter zu geben, wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Hierin erkennt man einen Alarmleiter 1, der in einem dielektrischen Medium oberhalb der inneren Metallrohrleitung 2 der Fernheizungsleitung angeordnet ist.

Für Fig. 1 gilt die folgende Gleichung:

_ln

^ln

Hierin bedeuten:

V = die Potentialdifferenz zwischen Leiter 1 und metallischer

Rohrleitung 2,
Q, = die Ladung auf Leiter 1,

= die Dielektrizitätskonstante des Mediums, h = der senkrechte Abstand zwischen Leiter 1 und Rohrleitung,

und
d = der Durchmesser des Leiters 1.

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BAD ORIGINAL

Setzt man gemäß der Definition die relative Dielektrizitätskonstante k ein mit der Definition

die Kapazität eines Kondensators mit gegebenem

k = Dielektrikum

die Kapazität desselben Kondensators mit Luft als Dielektrikum,

so läßt sich die Wellenausbreitungsgeschwindigkeit des Impulses in Leiter 1 wie folgt definieren:

Hierin bedeuten:

ν« = die Uellenausbreitungsgeschwindigkeit in km/s c = die Geschwindigkeit des Lichtes «s? 3 ' ΙΟ-³ km/s k = die gegebene relative Dielektrizitätskonstante.

v_f wird von der Querschnittsfläche des Leiters 1 nicht beeinflußt .

Die folgende Tabelle zeigt die Werte von k_g und v_f für verschiedene Dielektrika.

k relatives v~ Luft

geschäumtes Polyurethan Tefzel (Fluorpolymer EFTE) Papier

Leiter in Papierrohren (mit Schaum dazwischen) bandförmige Tefzel-Leiter Wasser (100⁰C) Wasser ( 70°C) Wasser ( 20⁰C) (x = experimentell gefundene Werte)

1	1	U)
1,2	i,9i	(X)
2,6	0,62
4	0,5
1,56	0,8
1,93	0,72
56	0,13
64	0,12
80	0,11

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Palls ein einziger Leiter 1 gemäß Fig. 1 oberhalb einer Erdungsplatte angeordnet wird, in diesem Falle oberhalb der metallischen Rohrleitung 2, so gilt:

7 - 60 . , 2h

Hierin bedeuten:

Z = die charakteristische Impedanz des Leiters, ausgedrückt

in Ohm;
k = die dielektrische Konstante (dimensionslos);

h = der Abstand zwischen dem Mittelpunkt des Leiters 1 zur

Mantelfläche der Rohrleitung 2 in Zentimetern; und r = der Radius des Leiters 1 in Zentimetern.

Wie man aus Formel Z_Q sieht, treten Änderungen der Impedanz entlang der Fernheizungsleitung dann auf, wenn der Abstand zwischen Leiter 1 und Metallrohrleitung 2 variiert. Die Größe dieser Änderungen steigt mit abnehmender Entfernung zur Rohrleitung Als Beispiel für die Änderung der Impedanz sei auf die folgende Tabelle verwiesen:

Eine Kupferleitung in Polyurethanschaum bei einem Abstand von 10 mm von der Stahlrohrleitung: z = i8o Eine Kupferleitung in Polyurethanschaum bei einem Abstand von 15 mm von der Stahlrohrleitung: Z_n = 200 Eine Kupferleitung in Polyurethanschaum bei einem Abstand von 20 mm von der Stahlrohrleitung: Z = 218 Eine Kupferleitung in einer Papierhülse mit einer Wandstärke von 1,5 mm: Z = 5^ Eine Kupferleitung in einer Papierhülse mit einem Abstand von 5 mm zur Stahlrohrleitung: z = 130

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Ein rait Tefzel isolierter Leiter (Dy = 2 ram, Di = 1,5 mm) am besten am Stahlrohr festgeklebt: Z = 50 Tefzel-Leiter mit einem Abstand von 5 mm von der Stahlrohrleitung: Z = 150

Betrachtet man einen nicht isolierten Kupferleiter, der als Meßleiter in einem Polyurethanschaum eingebettet ist, so erkennt man, daß eine Abweichung von zwischen 10 und 20 mm zu einem Anstieg der Impedanz von 66 % führt. Betrachtet man hingegen einen Tefzel-isolierten Leiter, der gegen die Metallrohrleitung gelegt ist, so sieht man, daß die Abweichung von 5 mm zu einer Veränderung der Impedanz von 200 % führt. Diese Abweichungen sind bei herkömmlichen Fernheizungsleitungen ganz normal.

Wie zuvor erwähnt, ist die Anordnung des Leiters relativ zur Stahlrohrleitung nicht relevant für das Auffinden eines Alarmsignales. Ist der Abstand zwischen Leiter und Stahlrohrleitung jedoch veränderlich, so ist wegen der zuvor gezeigten Unterschiede bezüglich Z und k die Fehlerstelle zu lokalisieren.

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Abweichungen von Z führen zu Reflexionen; man erhält Echos auf dem Schirm des Impuls-Reflektor-Meters, die nicht von der Fehlerstelle resultieren, wie von eingedrungener Feuchtigkeit, Kurzschlüssen oder gerissenen Leitern, sondern von Stellen, an welchen der Alarmleiter näher an die Stahlrohrleitung kommt. Das Echobild ist wegen dieser unerwünschten und Undefinierten Echos äußerst schwierig zu interpretieren. Schwankungen von k beeinflüssen v_f direkt und damit auch die Genauigkeit der Lokalisierung einer Fehlerstelle.

Aus diesem Grunde ist es äußerst wichtig, daß der Leiter oder die Leiter in einem genau gegebenen Abstand von der metallischen Rohrleitung über die gesamte Länge dieser Rohrleitung plaziert

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werden,, und daß dieser Abstand genau eingehalten wird, ungeachtet struktureller Änderungen der geschäumten Kunststoff-Isolierung.

Aus diesem Grunde werden ein oder mehrere langgestreckte Blöcke auf der metallischen Rohrleitung 2 vor dem Ausgießen mit der geschäumten Kunststoffschicht 3 in Fig· 3 fest montiert. Wie erwähnt, ist die Kunststoffschicht 3 von einer Schutzrohrleitung 4 umgeben, die aus geeignetem Kunststoffmaterial od.dgl. besteht. Block 5 kann an der metallischen Rohrleitung 2 durch Ankleben an deren Mantelfläche befestigt werden. Wird eine Mehrzahl von Blocks 5 hintereinander angeordnet, so ist der Abstand zwischen den einander zugewandten Enden dieser Blocks so klein wie möglich zu halten. Jeder Block 5 ist mit einer Anzahl von langgestreckten Kanälen ausgerüstet, beispielsweise den Kanälen 6, 7 und 8 (siehe Fig. 2). Die Anzahl der Kanäle entspricht der Anzahl der elektrischen Leiter, die in der Isolierung 3 eingeschlossen werden sollen. Die Kanäle 6, 7 und 8 erstrecken sich über die gesamte Länge des Blocks 5 und treten an den Enden 9» 10 der Blocks 5 aus. Nach dem Montieren der einzelnen Blocks 5 an der Mantelfläche der Rohrleitung 2 werden die Leiter 11, 12, 13 und 14 in ihre jeweiligen Kanäle eingelegt und die Teile der Leiter, die über die Enden der metallischen Rohrleitung 2 hinausragen, werden mit geeigneten Vorrichtungen gestreckt oder gespannt. Da die Blocks 5 dieselbe Höhe oder Stärke haben, von dem Mantel der metallischen Rohrleitung 2 aus gemessen, und da die Kanäle 8 die gleiche Tiefe haben, liegen die Leiter 11 in einem genau definierten Abstand von der metallischen Rohrleitung 2 entfernt. Mach dem Einlegen der metallischen Rohrleitung 2 mit dem darauf montierten Block 5 in eine Schutzrohrleitung 4 und nach dem anschließenden Zentrieren dieser metallischen Rohrleitung 2 innerhalb dieser Schutζrohrleitung 4 wird ein schäumbarer Kunststoff 3 in den zwischen diesen beiden Rohrleitungen gebildeten Ringraum eingeführt. Die Kanäle 6 bis 8 werden bis zu einer Höhe oberhalb der Leiter mit schäumfähigen Kunststoffmaterial ausgefüllt und somit in ihren jeweiligen Positionen dann fixiert, wenn das Material

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aushärtet. Die Blocks 5 bleiben in ihren Positionen festgehalten, ungeachtet der Spannungen und Kräfte, die beim Aushärten des geschäumten Kunststoffisoliermateriales 3 auftreten.

Nachfolgende Änderungen der Isolierung zufolge des Alterns usw. beeinträchtigen die Blocks 5 dann nicht, wenn diese sorgfältig montiert sind. Damit bleiben auch die Leiter 11 bis 14 in einem konstanten gegenseitigen Abstand und in einem konstanten Abstand von der metallischen Rohrleitung 2.

Die Blocks 5 sind vorzugsweise aus kunststoffgeschäumten Material von derselben Art wie die isolierende Schicht 3 hergestellt, vorzugsweise auch aus einem Material derselben Dichte. Es lassen sich jedoch auch andere, elektrisch nichtleitende Materialien verwenden.

Wenn auch Block 5 gemäß der Figuren 2 und 3 eine ebene Fläche zum Auflegen auf die metallische Rohrleitung 2 aufweist, so versteht es sich, daß diese Fläche gekrümmt sein kann. Hierbei läßt sich ein Radius entsprechend dem Radius der Rohrleitung 2 wählen, wodurch das Montieren des Blockes auf der Rohrleitung wesentlich erleichtert wird. Block 5 kann jeden geeigneten Querschnitt haben, beispielsweise als Ringsegment ausgebildet sein.

Heidenheim, den I3.03.80
DrW/Srö

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Le e r s e i t e

Claims

Patentansprüche

1. Pernheizungsleitung mit einer inneren, metallischen Rohrleitung (2) zum Transportieren eines wärmeübertragenden Mediums, einer isolierenden Schicht (3) aus schaumplastischem Material, die um die metallische Rohrleitung (2) herumgelegt ist, eine undurchdringbare Schutzrohrleitung (4), die die isolierende Schicht (3) umgibt, und wenigstens einem elektrischen Leiter (11 bis 14), der einen Teil eines elektrischen Kreises bildet, dadurch gekennzeichnet, daß auf der metallischen Rohrleitung (2) wenigstens ein langgestreckter Block (5) aus elektrisch isolierendem Material angeordnet ist, daß in dem Block (5) wenigstens ein Kanal (6, 7, 8) sich erstreckt, der an den Enden (9, 10) des Blockes (5) offen ist und der sich in Längsrichtung der metallischen Rohrleitung (2) erstreckt, und daß wenigstens ein Kanal derart gestaltet und angeordnet ist, daß er wenigstens einen elektrischen Leiter in einem vorgegebenen Abstand von der Mantelfläche der metallischen Rohrleitung (2) aufzunehmen vermag.

2. Pernheizungsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der langgestreckte Block (5) aus schaumplastischem Material (geschäumtem Kunststoff) besteht.

3- Pernheizungsleitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der langgestreckte Block (5) eine Bodenfläche (15) hat, die - im Querschnitt gesehen - zur zylindrischen Mantelfläche der metallischen Rohrleitung (2) geometrisch ähnlich ist.

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Verfahren zum Herstellen einer Fernheizungsleitung nach Anspruch 1 mit einer inneren Metallrohrleitung (2), die auf ihrer zylindrischen Mantelfläche wenigstens einen langgestreckten Block (5) trägt, der seinerseits wenigstens einen sich axial erstreckenden Kanal (6 bis 8) zur Aufnahme von wenigstens einem Leiter (11 bis 14) aufweist, ferner mit einer geschäumten Schicht (J), die den langgestreckten Block (5) einhüllt und mit einer äußeren Schutzrohrleitung (4), die zur metallischen Rohrleitung (2) koaxial angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der langgestreckte Block (5) auf der zylindrischen Mantelfläche der metallischen Rohrleitung (2) mit in Axialrichtung der metallischen Rohrleitung (2) verlaufendem Kanal angeordnet wird, daß wenigstens ein Leiter in den Kanal eingelegt^imd gespannt gehalten wird, daß die Schutzrohrleitung (4) die metallische Rohrleitung (2) umhüllend und koaxial zu dieser angeordnet wird, und daß ein aushärtbares, schäumungsfähiges Kunststoff-Material in den Ringraum zwischen der metallischen Rohrleitung (2) und der Schutzrohrleitung (4) eingegossen wird.

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