DE3237895A1

DE3237895A1 - Kabelfehler-ortungsverfahren fuer unterbrechungen mit feuchtigkeitskompensation

Info

Publication number: DE3237895A1
Application number: DE19823237895
Authority: DE
Inventors: William Steve 30201 Alpharetta Ga. Pesto; William Cogel 30247 Lilburn Ga. Reed
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1981-10-16
Filing date: 1982-10-13
Publication date: 1983-04-28
Also published as: CA1186738A; US4410850A; DE3237895C2

Description

Kabelfehler-Ortungsverfahren für

Lint er brechung en mit Feuchtigkeitskompensation

Die Erfindung betrifft allgemein die Prüfung eines vielpaarigen Kabels auf Fehler und insbesondere die Fehlerortung einer Unterbrechung in einem Kabelpaar, das durch eingedrungenes Wasser beeinflußt ist.

In Nachrichtenanlagen werden die Endabschnitte der Verbindung zwischen Teilnehmern typischerweise durch vielpaarige Kabel bedient. Ein solches Übertragungsmedium umfaßt im allgemeinen zahlreiche Adern, die in Form ver-■-■15. Printer'Paare vorliegen.-und von einer schützenden_;.Abschirmung umgeben sind. Die Abschirmung beinhaltet meist eine kontinuierliche Metallschicht, die den Kabelkern umgibt und einen elektrischen und mechanischen Schutz für die Adernpaare bietet sowie zusätzlich die elektrischen 'Übertragungseigenschaften der Kabelpaare bestimmt. Die ."·.-...., Unversehrtheit der Abschirmung kann auf vielerlei. Weise ..-. ·. · ?.-..".> beeinträchtigt-sein. Beispielsweise kaan sich ein uneat- ■ deckter Fehler bei der Herstellung oder häufiger im Gebrauch ergeben. Häufig ist ein Untergrundkabel Blitzeinschlagen ausgesetzt, die zu nadeiförmigen Löchern in der Abschirmung führen können. Wenn ein Kabel mit fehlerhafter Abschirmung oder Hülle in einer Umgebung benutzt wird, in der Wasser in den Kabelkern eindringen kann, so wird das Problem, andere Fehler der Adernpaare festzustellen, schwierig. Beispielsweise kann ein Adernpaar an einer Stelle fehlerhaft werden, die von dem Punkt entfernt ist, an dem das Wasser eindringt. Zu den Fehlern von Adernpaaren zählen Unterbrechungen, Kurzschlüsse, Erdverbindungen usw.

Bei den Unterbrechungen werden entsprechend den heute von dem Kabelwartungs- und Reparaturpersonal angewendeten Prüfverfahren für die Feststellung der Unterbrechungen in Kabeln entweder

(i) die Kapazität der unterbrochenen Ader gegen Erde bei Zugang an einem bequemen Prüfpunkt gemessen, wobei die andere Ader des Paares an dem Prüfpunkt geerdet wird, oder
5^- (ii) es wird die gegenseitige Kapazität des Adernpaares

am Zugriffspunkt gemessen.

Wenn das gemessene Adernpaar völlig trocken ist, ergibt eine solche Messung den Abstand der unterbrochenen Ader oder der unterbrochenen Adern mit einer Genauigkeit von wenigen Prozent. Wenn jedoch das Kabel feucht ist, werden Fehler eingeführt, die bis. zu einigen Hundert Prozent für einen vollständig mit Wasser gesättigten Abschnitt betragen können. Da es im allgemeinen .nicht bekannt oder sogar nicht vermutet wird, daß Wasser in Kabelabschnitten vorhanden ist, können sich sehr große Meßfehler-mit -einer· ·■ .-entsprechenden Verlängerung der Zeit ergeben, die zur Ortung von Aderunterbrechungen benötigt wird.

Neben den üblichen Kapazitätsmessungen zur Fest.-stellung von Aderlängen beziehen sich andere bekannte Verfahren auf die Prüfung für das Auftreten von Wasser in ■ ■» - einem- Kabel zwecks Wiederherstellung oder Er satz·.. -Der-, ein-' - ·- zige Zweck dieser Art einer Prüf un^;g 'besteht daher· oa-riii,- *-^r die Notwendigkeit für den Ersatz bestimmter Abschnitte des Kabels festzustellen. Dies steht im Gegensatz zürn hier angesprochenen, allgemeinen Problem einer Bestimmung der Entfernung zu einer Unterbrechung., die sich nicht durch das Eindringen von Wasser ergibt und an einem Punkt auftritt, der von dem wassergefüllten Abschnitt oder -abschnitten entfernt ist.

Die zur Bestimmung des Vorhandenseins von Wasser benutzte Prüffolge für Wiederherstellungszwecke macht zwei Messungen bei einem Kabelpaar erforderlich, nämlich Ci) eine Leerlauf-Kapazitätsmessung der gegenseitigen Kapazität zur Gewinnung einer sogenannten "kapazitiven · Länge" und

(ii) eine Gleichstrom-Widerstandsmessung im Kurzschluß zur Gewinnung einer sogenannten "Widerstandslänge". Das Verhältnis der kapazitiven Länge zur Widerstandslänge

ft D

:7895

-5-

wird berechnet, und dieses Verhältnis wird in eine vorhandene graphische Darstellung eingetragen, die das "Verhältnis" abhängig von "Prozent-Wasser im Kabel" darstellt, Das Verfahren macht demgemäß die Zusammenstellung eines Satzes von Bezugsgraphen auf der Grundlage von Kabeltypen sowie eines Satzes von zweiseitigen Messungen erforderlich. Ein solches Verfahren ist umständlich und liefert keine ausreichenden Informationen zur Ortung einer Unterbrechung . " "
Die Nachteile und Einschränkungen nach dem Stand der Technik Tverden entsprechend der vorliegenden Erfindung durch eine Fehlerortungsschaltung und zugeordnete Verfahren beseitigt, die unterbrochene Adern in Kabelpaaren bei Vorhandensein von feuchten Kabelabschnitten

15' orten. . - ·■ - ■·--■·-

Allgemein gesagt erfordern die Verfahren die Durchführung einer einseitigen Messung für das fehlerhafte Adernpaar. In der Hauptsache wird eine Spannung z\fischen die längere Ader des Paares und die Abschirmung an-'gelegt und die sich ergebende Spannung zwischen der kürze ■ -'■ ■ ren Ader und der Abschirmung festgestellt. Das Verhältnis·- "■'"der festgelegten zur angelegten- Spannung wird' gebildet ■- ■ -·-- und in einer doppelt linearen Transformationsbeziehung zur Berechnung des Prozentsatzes der Gesamtkabellänge be-■ nutzt, der durch Wasser beeinträchtigt ist. Die doppelt linearen Transformationskonstanten werden durch die Abmessungen des geprüften Kabels bestimmt. Wenn der Prozentfaktor ausgewertet ist, kann er zur Korrektur des gemessenen Abstandes benutzt werden, der aus üblichen Messun¹-' gen gewonnen worden ist, um einen Schätzwert für den nrahren Abstand zur Unterbrechung zu gewinnen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein dreiadriges Ersatzschaltbild eines Kabelpaares für ein abgeschirmtes, viel

adriges Kabel im trockenen Zustand ; Fig. 2 ein dreiadriges Ersatzschaltbild des

gleichen Kabelpaares wie in Fig. 1 unter

-6-

Berücksichtigung der Änderung beim Auftreten

von Wasser im Kabel;
Fig. 3 ein dreiadriges Ersatzschaltbild eines

Kabelpaares mit nassen und trockenen Ab-

5. schnitten mit Darstellung des Anschluß

punktes für die Quellenspannung und des Feststellungspunktes für die Spannung, die sich aus der Anschaltung der Quelle ergibt; ■ . '

Piß· 4 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung. Vor der Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung ist eszweckmäßig, zuerst die theoretische Grundlage für die Lehren der Erfindung zu betrachten. Diese

..Grundlage erlaubt, einen zweckmäßigen .Einblick, und. eine

vollständige Einschätzung des Gegenstandes der Erfindung. 1. Theoretische Grundlage

Wasser, das in einen Kabelkern eindringt, kommt in Berührung mit der Kabelabschirmung. Diese ist in typischer Weise eine kontinuierliche metallische Schicht, die . - .zum mechanischen und elektrischen Schutz der den Kabel- ..." . -kern bildenden Adern benutzt-wirdw.-Im.ni.ederfre-.quenten Be-reich (bis zu einigen wenigen Kilohertz) führt die Leitfähigkeit des Wassers im Kabelkern zu einer wirksamen Abschirmung, die mit dem Wasser wandert, wenn es den Kabel kern füllt. Im einzelnen steigt, wenn¹ das Wasser eindringt- und ein Adernpaar umfaßt, die Kapazität zwischen Ader uhd -Abschirmung jeder einzelnen Ader. Wenn das Wasser zwischen die Adern eindringt, nimmt die direkte Kapazität zwischen den Adern des Paares ab, da das Wasser als geerdete Abschirmung wirkt. Beispielsweise kann für einen Kabeltyp mit luftisoliertem Kern und Polyäthylen-isolierten Adern mit 19 Gauge (PIC-Kabel) gezeigt werden, daß die direkte Kapazität im nassen Zustand um den Faktor 5 gegenüber der direkten Kapazität im trockenen Zustand abnimmt, während die Kapazität gegen Erde um den Faktor 4,1 zwischen dem trockenen und nassen Zustand zunimmt. In entsprechender Weise werden für ein PIC-Kabel mit Luftisolation und

22 Gauge die Faktoren 5,1 bzw. 4,1.

Diese Kapazitätsbeziehungen sind in den Kabeladermodellen in Fig. 1 und 2 zusammengefaßt. In Fig. 1 ist das übliche dreiadrige Modell oder Ersatzschaltbild eines Kabelpaares mit Abschirmung für das Kabel im trockenen Zustand gezeigt. Im einzelnen stellen die Adern 101 und die a- und b-Ader des Paares dar, und die Ader 103 ist die elektrische Abschirmung. Der Kondensator 111 mit einer Kapazität Cj stellt die direkte Kapazität je Längeneinheit des Kabels dar, die in typischer Weise in Mikrofarad je Meile ausgedrückt wird. Der Kondensator 1.12 mit einem Wert von C2 stellt die Kapazität gegen Erde je Längeneinheit jeder Ader dar. Das Adernpaar wird als symmetrisch angenommen, und die Einheiten von c, entsprechen denen von Cp₁ Im trockenen Zustand steht- c~ zu c.-über· die· Beziehung C₂ - A C₁ in Beziehung. In typischer Weise beträgt A = 2,4 für die üblichen Kabelabmessungen von PIC-Kabeln mit luftgefülltem Kern, d.h. Kabeln mit 19, 22, 24 und 26 Gauge.

Fig. 2 zeigt wiederum das übliche dreiadrige Ersetzschaltbild für das Kabelpaar, wobei aber die Bauteilwerte jetzt diejenigen Werte darstellen, die sich durch • eine Wasserbeeinträchtigung ergebene · Im·; einzelnen ist die direkte Kapazität die Längeneinheit jetzt mit ο,/Α, bezeichnet und durch das Bauteil 211 dargestellt. Wie oben angegeben, beträgt A.. =5,0 für ein Kabel mit 19 Gauge und 5,1."für ein Kabel mit 22 Gauge. Die Kapazität gegen Erde ist jetzt mit Ao Co bezeichnet und durch das Bauteil 212 dargestellt. Für Kabel mit 19 oder 22 Gauge.beträgt A^ in typischer Weise 2,1. Die durch diese Werte dargestellte Abhängigkeit vom Gauge-Wert beruht in erster Linie auf der Konstruktion und Wartungseinflüssen auf der Kabel strecke und nicht auf Unterschieden der Kabelabmessungen, die die Strecke bilden. '

Die Ersatzschaltbilder gemäß Fig. 1 und 2 geben die Extremzustände - trocken oder naß - an, die in einem Kabel auftreten können. Es wird jetzt die Kombination der .Ersatzschaltbilder gemäß Fig. 1 und 2 zur Erzeugung eines Ersatzschaltbildes für die gesamte direkte Kapazität und

die gesamte Ader-Gegeh-Erde-Kapazität von Kabelpaaren betrachtet, wobei das Kabel nur teilweise mit Wasser gefüllt ist.

Die Kapazität eines Adernpaafes in einem teilweise 5· mit Wasser gefüllten Kabel läßt sich betrachten in Form einer Anzahl von parallelen, nassen und trockenen Abschnit-. ten. Da die Abschnitte parallel liegen, beeinflußt die Verteilung der nassen Abschnitte entlang des Kabels die Gesamt kapazität nicht, die von einem oder dem anderen Endpunkt aus gemessen wird. Demgemäß werden alle nassen Abschnitte an einem Ende des Kabels zusammengezogen und alle trockenen' Abschnitte am entgegengesetzten Ende angeordnet. Es wird angenommen, daß das Gesamtkabel die Länge L hat und daß die nassen Abschnitte die Länge w besitzen. Die prozentuale Länge P des mit Wasser gefüllten Kabels, beträgt dann: . .

P = 100 w/L ' (1).

Die gesamte, direkte Kapazität C. kann aus den auf Längeneinheit bezogenen Ersatzschaltbildern gemäß Fig. 1 und 2 errechnet werden:

C₁ = C₁WZA₁ +C₁(L-W) (2).

Die Gesamtkapazität einer Ader gegen. Erde, die mit Co bezeichnet ist, läßt sich ebenfalls durch .eine Kombination· ■ _; der Ersatzschaltbilder gemäß Fig. 2 errechnen:

C₉ = A₉c,w + C₉CL - w) (3).

L Ct it L

Außerdem ist, wie oben besprochen, im trockenen Zustand: C₂ = Ac₁ (.4).

In den Gleichungen (1) bis (4) bleibt, da die Kabelgröße als gegeben angenommen wurde und nachdem die Länge bestimmt ist, d.h. A, A/, A~ und L bekannt sind, nur ein Wert unbekannt, nämlich w (oder P). Der Wert dieser Unbekannten kann mittels einer Endpunktmessung des geprüften Kabelpaares abgeschätzt werden. Die Art der durchzuführrenden Messung ist in Fig. 3 dargestellt. Es sind zwei Arten, von Aderunterbrechungen durch das Netzwerk von Fig. 3 dargestellt, nämlich

Ci) eine Unterbrechung in nur einer Ader oder Cxi) eine Unterbrechung in beiden Adern.

Im letztgenannten Fall kann die Quelle 100 entweder an die

a- oder die b-Ader angelegt werden. Im erstgenannten Fall (!) muß did Quelle 100 an die sogenannte "gute" Ader des Paares angelegt werden, d.h. die Ader ohne Fehler« Andernfalls führt die Kopplung zwischen Ader und Abschirmung hinter der einzigen Unterbrechung zu fehlerhaften Ergebnissen. In Fig. 3 wird angenommen, daß die a-Ader 101 die gute Ader ist. (Ein Verfahren zur Feststellung, welche Ader die gute Ader ist, soll kurz erläutert werden.) Die Spannungsquelle 100 der Spannung E liefert ein niederfrequentes Wechsel-Stromsignal j das so gewählt ist, daß nur kapazitive Einflüsse gemessen werden. Eine Frequenz von 1000 Hz ist eine typische Meßfrequenz. Aus Fig. 3 ergibt sich, daß gilt:

E₁ZE = C₁Z(C₁ +C₂) " (5).

Wenn E₁ZE definiert ist als ein Verhältnis R, dann lassen

sich die Gleichungen (1) bis (5) wie folgt lösen:

(1 - A₁) P + 100 A₁ ^{R =}

[C1 - A₁) + AA₁(A₂-I)]P + 100 A^(I + A)

Die Gleichung (6) läßt sich so ordnen, daß man eine doppeltlineare Transformationsbeziehung erhält:

-100 A₁. [1 + (A-DR]
ρ _ '

^r ~ T(A₁-I) + AA₁(I - A₂)] R: + -JCI - A₁J . " Aus Gleichung (7) kann man die prozentuale Kabellänge gewinnen, die durch Wasser beeinflußt ist. Kennt man P, so wird es jetzt möglich, einen gemessenen Abstand zu einem Fehler zu korrigieren und die wahre elektrische Entfernung zum Fehler abzuschätzen. Der Unterschied zwischen der gemessenen und der wahren Entfernung wird dabei durch den verzerrenden Einfluß des Wassers verursacht.

SO' Es· wird zuerst die Korrektur einer Messung für

ein Adernpaar betrachtet, bei dem nur eine Ader eine Unterbrechung aufweist, und dann der Fall, daß beide Adern an einer Stelle unterbrochen sind.
1.1 Einzeladernfehler

Ortungsverfahren für Einzeladernfehler benutzen im allgemeinen eine Kapazitätsmessung zwischen der fehlerhaften Ader und der Abschirmung, vi/obei die gute Ader gegen die Abschirmung kurzgeschlossen ist. Diese Kapazität wird

tt'WU ** * UVV V« V-V W · · ·

-Ίο-

mit C bezeichnet und aus Fig. 3 ergibt sich: C_g - C₁ + C₂ (8).

Fehlerortungseinrichtungen für Unterbrechungen sind so geeicht, daß man direkt die Entfernung zur Unter · brechung ablesen kann, in typischer Weise in Fuß (Meter). Der Abstand ist proportional zu C , und die Proportionalitätskonstante ist von der Kabelgröße abhängig. Das hier vorliegende Problem bezieht sich nicht auf die Bestimmung der Proportionalitätskonstante (dieses Problem muß unabhängig davon behandelt werden, ob Wasser vorhanden ist oder nicht), sondern liegt in der Korrektur der gemessenen Entfernung zur Gewinnung der wahren Entfernung, wenn die Proportionalitätskonstante als bekannt gegeben ist.

Aus den Gleichungen (2) und (3) erkennt man,

• 15 -daß C linear zu w in Beziehung steht,und gemäß Gleichung... (1) linear von P abhängt. Dies bedeutet, daß die gemessene Entfernung M zu einer Unterbrechung linear mit der prozentualen Kabellänge ansteigt, die mit Wasser gefüllt ist, und einen Wert G mal der wahren Entfernung T für P = 100 % erreicht. Diese Beziehung läßt sich wie folgt ausdrücken: · ...

M/T = (G - 1) P/100 + 1 V₁ ·.- ■ (9), wobei G von der Kabelgröße abhängt. Beispielsweise beträgt G = 2,95 für ein PIC-Kabel mit luftisoliertem Kern und 24 Gauge, so daß bei P= 100 % die gemessene Entfernung =2,95 Mal der wahren Entfernung zum Fehler ist. 1.2 Doppeladernfehler oder Paarlänge Bei den Fehlerortungsverfahren für solche Fehler wird im allgemeinen eine Messung der gegenseitigen Kapazität zwischen der a- und der b-Ader verwendet. Diese Kapazität wird mit C bezeichnet und aus Fig. 3 ergibt sich:

C₁ = C₁ + C₇/2 (10).

Iu I Lt

Aus den Gleichungen (1), (2) und (3) läßt sich wiederum feststellen, daß C linear von w und P abhängt. Dies bedeutet, daß der gemessene Abstand M zum Ende des Adernpaares linear mit der prozentualen Länge des Kabels ansteigt, die mit Wasser gefüllt ist, und einen Wert B mal

α - ft en

-11-

dem wahren Abstand T für P = 100 % erreicht. Diese Beziehung läßt"sich wie folgt ausdrücken:

M/T '» (B - 1) P/100 + 1 (11),

wobei B von der Kabelgröße abhängt. Beispielsweise ist •5 B= 2,32 für ein PIC-Kabel mit luftisoliertem Kern und 24 Gauge, so daß bei P= 100 % der gemessene Abstand gleich 2,32 Mal dem wahren Abstand zur Unterbrechung des Adernpaares ist.

1.3 Zusammenfassung der theoretischen Grundlagen Das Vorhandensein von Wasser wird automatisch abgefühlt, seine Menge und der Einfluß werden berechnet, und es wird ein Schätzwert für den wahren Abstand zu einseitigen oder zweiseitigen Unterbrechungen durch eine Messung von einem Ende aus gewonnen. In der Hauptsache wird eine Spannungsquelle E zwischen eine Ader des Paares und die Abschirmung gelegt und die sich ergebende Spannung Ε., zwischen der anderen Ader und der Abschirmung festgestellt. Das Verhältnis der festgestellten zur angelegten Spannung (R = E./E) wird dann in einem Ausdruck doppeltlinearer Form (s. Gleichung 7) benutzt:

P = (K₁R + K₂) / (K₃R +K₄) (12),

■ um den Prozentsatz der gesamten Kabellänge zu ermitteln, die Wasser enthält. Nach Bestimmung dieses Prozentsatzes kann der gemessene Abstand M zum Fehler korrigiert werden, um einen Schätzwert für den wahren elektrischen Abstand T entsprechend der Beziehung (vgl. Gleichung (9) oder' (11) ) zu erhalten:

T = M/(K₅P +1) (13).

Der Wert für jedes K-, i = 1, 2, ...5 ist von der Kabelgröße abhängig, und Kr ist für eine gegenseitige Kapazitätenmessung (B) verschieden von dem Wert für eine Messung der Kapazität gegen Erde (G). Diese Faktoren sind zwar von der Kabelgröße abhängig, aber in erster Näherung kann ein Satz von Faktoren für die üblichen PIOKabel mit luftiso-35· liertem Kern und 19, 22, 24 und 26 Gauge ausreichend sein. 2. Ausführungsbeispiel

Fig. 4"zeigt teils als Blockschaltbild und teils als Schaltbild ein Ausführungsbeispiel für eine

-πι wasserkompensierte Fehlerortungseinrichtung für Unterbrechungen. In·· Fig. 4 ist das jeweils zu prüfende Adernpaar mit seinem dreiadrigen Ersatzschaltbild gezeigt, wobei die Adern 101 und 102 die a- bzw. b-Ader darstellen und die .Ader 103 die Abschirmung ist. Die a- und b-Ader sowie die Abschirmung sind mit der Meßschaltung mit Hilfe eines Schalters 501 verbunden, der drei gekoppelte Schalter 511, 512 und 513 enthält. Jeder dieser Schalter kann in fünf unterschiedliche Stellungen gebracht iirerden,, Im einzelnen ist der gemeinsame Punkt des Schalters 511 mit der a-Ader 101 verbunden. Wenn sich der Schalter 511 in den Stellungen · 1 oder 2 befindet, so ist die a-Ader über die Leitung 700 mit der Quelle 100 verbunden. In der Stellung 3 ist sie über die Leitung 706 mit dem Spannungsdetektor 503 und in den Stellungen 4 und 5 über die Leitung 708 mit einem Kapazitätsdetektor 502 verbunden. Der gemeinsame Punkt des Schalters 5013 ist mit der b-Ader 102 verbunden. In den Stellungen 3₉ 4 oder 5 wird die Quelle 100 über die Leitung 700 an die b-Ader angelegt, und in den Stellungen 1 und 2 ist die b-Ader über die Leitung 706 mit dem Spannungsdetektor 503 bzw. über die Leitung 708 mit dem Kapazitätsdetektor 502 verbunden. Schließlich ist dex gemeinsame Punkt des Schalters 5012 mit der Abschirmung 103 verbunden. In Schaltstellungen 1 und 3 ist die Abschirmung geerdet, und in den Stellungen 2 und 4 ist die Abschirmung mit der a- bzw. der b-Ader verbunden. Der Schalter 501,der durch eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 505 gesteuert wird, ermöglicht die Durchführung von fünf unterschiedlichen Messungen am Kabelpaar, nämlich:
(1) das Verhältnis R, gebildet durch

(i) Teilen der auf der b-Ader festgestellten Spannung

bei Anlegen der Quelle 100 an die a-Ader durch (ii) die Spannung E der Quelle 100;

(2) die Kapazität C = C₁ + C_9D, wobei C „ die Gesamtkapa-

gr ι L κ gr

zität der b-Ader gegen die Abschirmung, Con die direkte Kapazität der b~Ader gegen die Abschirmung und C, wie vorher die direkte Kapazität zwischen der b- und der · a-Ader ist;

β g
r. ώ

«J· <t

-13-

(3) das Verhältnis R , gebildet durch Ci) ,Teilen der Spannung, die auf der a-Ader bei Anlegen der Quelle 100 an die b-Ader festgestellt wird durch
5. (ii) die Spannung E der Quelle 100;

(4) die Kapazität C _ = C^ + C_2TS wobei C _T die Gesamtkapazität zwischen der a-Ader und der Abschirmung und Com die direkte Kapazität zwischen der a-Ader

und der Abschirmung sind; · _{r r}

2 R 2 T in (5) die gegenseitige Kapazität C .<= C₁ +

^{m 1}

^{m 1 C}2R ^{+ C}2T

Die Zahlen·, die Messungen angeben, entsprechen den verschiedenen Stellungen der Schalter 501I₅ 5012 und 5013. Der Kapazitatsdetektor 502 ist eine übliche ' Kapazitatenmeßschaltung,und der Spannungsdetektor 503 ist im Prinzip ein Gleichrichter. Das Ausgangssignal des Kapazitätsdetektors 502 gelangt als Eingangsspannung über die Leitung 707 zum Spannungsdetektor 503. Dessen Ausgangsspannung wird über die Leitung 704 zu einem Analog-Digi talwandler (A/D) 504 geführt.

Der Rest der Meßschaltung umfaßt einen Digital prozessor 510 mit einer CPU 505, einer Arithmetik-Logik einheit (ALU) 506, einem Speicher 507 und einer Anzeige. .508. Der Prozessor 510 nimmt über die Leitung 703 Digitalwerte auf, die die digitalisierten, vom Detektor 503 erzeugten Spannungspegel darstellen. Diese Werte können gespeichert, mathematisch behandelt oder angezeigt werden. Die Anzeige 508 gibt abhängig von der Prüfung die Länge der Kabelader oder die Länge des Adernpaares direkt in Fuß an.

Zur Durchführung einer wasserkompensierten Längenmessung wird zuerst das Verhältnis R gemessen. Dies erfolgt mit dem Schalter 501 in der Stellung 1 oder 3 abhängig davon, welche Ader unterbrochen ist. Dann wird die geeignete Kapazität gemessen: C _R mit dem Schalter 501 in der Stellung 2, C ~ mit dem Schalter in der Stellung 4 oder C mit dem Schalter in der Stellung 5. Der Prozessor 510, dem eine Information über den Gauge-Wert und

-14- .

die Gesamtlänge im Speicher 507 zur Verfügung steht, korrigiert den -gemessenen Wert mit Hilfe der Gleichungen (12) und (13) zur Gewinnung eines Schätzwertes hinsichtlich der wahren Länge. Der Prozessor 510 führt also die erforderli-. chen Steuerfunktionen zur Auswahl der richtigen Messungen durch und verarbeitet dann die Daten, um eine Ausgangsanzeige für den wahren Abstand zur Unterbrechung zu erzeugen.

Zur weiteren Darstellung des Verfahrens bei der typischen Längenmessung einer unterbrochenen Ader werden die folgenden Schritte ausgeführt (die in Klammern stehende Zahl ist die Stellung des Schalters 501):

(a) Messen und Speichern vcn C_T (4);

(b) Messen und Speichern von C _R (2);

(c) Vergleichen von C- mit C _D und Wählen des kleineren

gi gK

Wertes (C™ für dieses Beispiel);

(d) Messen und Speichern von R bei der A-Ader (3);

(e) Wählen des Gauge-Wertes, Berechnen von

K₁R + K₂

P = —v— und Speichern : ■ ^K3^{K + K}4

(f) Berechnen von M = C _τ χ Maßstabsfaktor, wobei der Maßstabsfaktor die Kapazität pro Längeneinheit des trockenen Kabels ist;
(g) Berechnen von T = M(K₅ P + 1).

Bei der Längenmessung eines Paares, bei dem eine Ader unterbrochen ist, muß das Verhältnis R unter Anlegen der Spannung an die nicht fehlerhafte Ader gemessen werden. Dies bedeutet, daß zuerst bekannt sein muß, welche Ader unterbrochen ist. Dazu erfolgt die Prüfung der- Kapazität für beide Adern nacheinander (Schritte (a) und (b)). Der kleinere dieser Meßwerte gibt an, welche Ader unterbrochen ist (Schritt (c)). Es wird dann das richtige Verhältnis R auf der Grundlage der drei vorhergehenden Schritte gemessen.

-v/5-.

Leerseite

Claims

BLUMBACH %ta£&£jM,B°ETOGE4SI · KRÄMER

ZWIRNER . HOFFMANN

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND V/IESBADEN

PatentconsuU Radeckestraße 43 8000 München 60 Telefon (089)883603/883404 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsult Palentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121)502943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Palenlconsult

»festem Electric Cbmpany Incorporated PESTO, W. S. 3-2

New York N. Y. 10038, USA

Patentansprüche

1/ Verfahren zur Abschätzung des elektrischen Abständes T zwischen einem Prüfpunkt und einer Unterbrechung einer Ader (102) eines feuchten Adernpaares in einem abgeschirmten Kabel (103 ).„■·. .:".... gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:

a) Anlegen einer vorbestimmten Spannung (E) an dem Prüfpunlct zwischen die andere Ader (101) des Paares und die Abschirmung;

.10 ... ■ b)-- Feststellen der .sich ergebenden Spannung (E^J . ζ wisch en-.-... ...;. ·.»>; 4e'r eines Ader (102) und der Abschirmung am Prüf-punkt ,·.·;.■..-? abhängig von der vorbestimmten Spannung;

c) Bestimmen des Prozentsatzes (P) der Gesamtlänge des feuchten Adernpaares aus dem Wert der vorbestimmten . und der sich ergebenden Spannung;

d) Messen einer Kapazität (C oder C), die den Abstand · zum Fehler zur Bereitstellung eines gemessenen elektrischen Abstandes (M) angibt;

e) Korrigieren des gemessenen Abstandes als Funktion des Prozentsatzes zur Gewinnung des wahren Abstandes.

München: fi. Kramer Dipl.-Ing. ■ W. Weser Dipl.-Phys. Dr, rer. nat. · ti. Hoffmann Dipl.-Ing. Wiesbaden: P. G. Blumbach Dipl.-Ing. · P. Bergen Prof. Dr. j"ur. Dipl.-Ing., Pat.-Ass., Pat.-Anw. bis 1979 · G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-lna.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 für die Messung des Abstandes (M) zwischen einem Prüfpunkt und einer Unterbrechung wenigstens einer Ader (101 oder 102) eines Adernpaares in einem vielpaarigen, abgeschirmten (103) Kabel, das durch Wasser beeinträchtigt ist, und zur Modifizierung des- gemessenen · Abstandes zwecks Gewinnung des wahren Abstandes (T) zwischen dem Prüfpunkt und der Unterbrechung, gekennzeichnet durch eine Wechselstromquelle (100) mit einem vorgewählten Spannungswert (E),

eine Einrichtung (501) zum Anschalten der Quelle zwischen das Gegenstück (102 oder 101) der wenigstens einen unterbrochenen Ader und die Abschirmung an dem Prüfpunkt, 15- eine Einrichtung (503 _; 504·)- zur - Ee-sts-tellung der -.sieher--gebenden Spannung (E.) am Prüfpunkt zwischender wenigstens einen Ader und der Abschirmung, abhängig von der angelegten Quelle und den kapazitiven Kopplungseinflüssen des Adernpaares,
-"jeine Einrichtung (504, 510) , die an die Feststelleinrich-

. tung angeschlossen ist,- unu-den. Prozentsatz (P) der durch ^.

■ - ' Wasser beeinträchtigten-Kabellänge'ausrder vorgewäfei-ten-- -n-^; Spannung und der sich ergebenden Spannung zu bestimmen, und

,25 eine Einrichtung (501), die abhängig von der Bestimmungseinrichtung (504, 510) den wahren Abstand durch Korrigieren des gemessenen Abstandes als Funktion des Prozentsatzes abschätzt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmungseinrichtung (504, 510) den Prozentsatz entsprechend der Beziehung

K₁ (E₁ZE) + K₂
^{P =} K₃ (E₁ZE) + K₄

auswertet, und daß die Funktion die Form T = MZ(K₅P + 1) hat, wobei K- ein vorbestimmter Parameter ist, der zwischen 1 und 5 liegt und von dem Gauge-Wert der Ader des Paares abhängt.