DE3623045A1 - Verfahren und kabelsucheinrichtung zur ortung einer, insbesondere im mauerwerk verlegten elektrischen leitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ortung einer, insbe­ sondere im Mauerwerk verlegten elektrischen Leitung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei der Planung und Ausführung von elektrischen Anlagen, ins­ besondere von Kabelanlagen, entsteht oft das Bedürfnis, den genauen Verlauf und die Verlegetiefen eines im Erdboden oder im Mauerwerk verlegten Kabels festzustellen. Für diesen Zweck gibt es eine Reihe von Kabelsuchgeräten, die auf elektrische oder magnetische Felder des zu suchenden und unter Spannung stehenden Kabels ansprechen.

Zur Kabelfehlerortung in einem Versorgungsnetz wird häufig eine Kombination der verschiedenen Meßverfahren benutzt, wo­ bei eine Vormessung und eine punktgenaue Messung des Kabelfeh­ lers durchgeführt wird. Die verschiedenen Ortungsverfahren - Reflexionsmessung, Ortung nach dem Schallfeld, induktive Ortung mit Tonfrequenz und punktgenaues Orten mit Hochfrequenz - sind in einem Aufsatz "Kabelfehler rasch geortet" von Herbert Sutter, erschienen in "elektrotechnik", Jahrgang 56 (1974), Heft 4, Sei­ ten 10-13 ausführlich beschrieben. Je nach Kabelfehler werden andere Verfahren und die zugehörigen Meßgeräte zur Kabelfehler­ ortung verwendet.

Ist beispielsweise der Kabelfehler so niederohmig, daß sich keine Funkenstrecke ausbildet und somit keine Überschläge stattfinden, so wird anstatt einer Ortung nach dem Schallfeld eine induktive Ortung mit Tonfrequenz vorgenommen. Vorausset­ zung für eine einwandfreie und genaue Fehlerortung ist jedoch eine niederohmige Verbindung zwischen zwei Adern an der Feh­ lerstelle und eine möglichst hochohmige Verbindung zwischen Metallmantel bzw. dem Erdreich. Mittels eines Tonfrequenz- Senders, welcher mit dem Kabel verbunden ist, wird in diesem ein Wechselstrom mit der Tonfrequenz erzeugt. Die Suche er­ folgt dann mit einem auf diese Frequenz abgestimmten Tonfre­ quenz-Empfänger. Die Leistungsfähigkeit solcher Suchgeräte kann nur dann voll ausgenutzt werden, wenn sowohl Anfang als auch Ende des zu suchenden Kabels zugänglich sind.

Im Bereich der Haushalte werden jedoch auch Kabel ohne einen metallischen Mantel bzw. mit einem isolierten Mantel verlegt. Aus der DE-OS 26 51 814 ist ein Verfahren und eine Schaltungs­ anordnung zur induktiven Ortung einer Fehlerstelle in einem Erdkabel mittels eines Tonfrequenzsenders und -empfängers be­ kannt, bei dem mit Hilfe einer mit einer Tonfrequenzspannung überlagerten Hochspannung an der hochohmigen Fehlerstelle eine Bogenentladung zwischen dem fehlerhaften Leiter und dem Erdreich hervorgerufen wird. Die Hochspannung selbst ist eine Gleichspannung oder eine niederfrequente Wechselspannung. Das magnetische Wechselfeld des Bogenstroms wird mit einer Suchspule und dem damit verbundenen Tonfrequenzempfänger ge­ ortet. Die Geräte für die Erzeugung der Hochspannung sind leistungsstarke Geräte, wobei als Hochspannungsgenerator vor­ zugsweise ein Brenngerät verwendet wird. Derartig leistungs­ starke Kabelsuchgeräte können für die Ortung von Kabelfehlern im Bereich der Haushalte kaum zur Anwendung kommen, da diese einen hohen Schaltungsaufwand erfordern.

Im Bereich der Haushalte werden vorzugsweise Metallsuchgeräte zur Kabelortung verwendet. Aus der DE-AS 24 58 740 ist nun ein Metallsuchgerät bekannt, mittels dem eine Unterscheidung zwi­ schen einem Metalleinschluß (z.B. einem Wasserrohr) und einer elektrischen Leitung vorgenommen werden kann. Das von einer kleinen Stabantenne von der spannungsführenden elektrischen Leitung empfangene elektro-magnetische Wechselfeld wird ver­ stärkt und mittels Schalttransistoren wird die Versorgungs­ spannung kurzgeschlossen, wobei das Zusammenbrechen der Ver­ sorgungsspannung durch eine Signallampe angezeigt wird.

Ein solches Metallsuchgerät erlaubt nur eine ungenaue Ortung des Kabels. Bei mehreren dicht nebeneinander verlegten oder sich kreuzenden Kabeln ist außerdem keine Unterscheidung zwi­ schen den verschiedenen Kabeln möglich.

Die eingangs beschriebene induktive Ortung mit Hilfe einer mit einer Tonfrequenzspannung überlagerten Hochspannung er­ fordert einen hohen Aufwand an Meßgeräten, insbesondere für die Erzeugung einer geeigneten Hochspannung, und durch die Bogenentladung ist eine Beschädigung des Mauerwerks nicht ausgeschlossen.

Weiterhin ist aus der DE-AS 25 28 511 ein Verfahren zum An­ koppeln eines Senders einer Kabelsucheinrichtung an das zu suchende, unter Spannung stehende Kabel bekannt, bei dem ei­ ne Tastung der Wechselspannung vorgenommen wird. Hierzu ist ein Widerstand an das verbraucherseitige Ende des Kabels an­ geschlossen und der Widerstand wird periodisch an- und abge­ schaltet.

Eine solche Ankopplung einer Kabelsucheinrichtung weist den Nachteil auf, daß die Funkbeeinträchtigungsstörung hoch ist und daß ein mindestens netzspannungsfester Schalttransistor verwendet werden muß. Geht man davon aus, daß durch Schalt­ vorgänge im Versorgungsnetz Überspannungen von ca. 600 V auf­ treten können, so muß der Schalttransistor ausreichend dimen­ sioniert werden, und ist entsprechend teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Ortung einer, insbesondere im Mauerwerk verlegten elektrischen Leitung derartig anzugeben, daß ein relativ leistungsschwacher Tonfrequenz-Sender verwendet werden kann und trotzdem eine genaue Ortung des Kabels ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, daß auf sehr schmalbandige Suchempfänger verzichtet werden kann, für welche unter den oft schwierigen Bedingungen der Kabelsuche die Frequenzkonstanz des verwendeten Schwingkreises nicht im­ mer sichergestellt werden kann. Weiterhin können beim erfin­ dungsgemäßen Verfahren relativ leistungsschwache Kabelsuchsen­ der an eine der im Mauerwerk verlegten elektrischen Leitungen angeschlossen werden. Im Vergleich zu dem aus der DE-AS 25 28 511 bekannten Verfahren wird dies durch die vorgenommene kapazitive Ankopplung der Kabelsucheinrichtung erreicht. In die elektrische Leitung, welche eine unter Spannung stehende elek­ trische Leitung ist, wird ein tonfrequenter Strom genau defi­ nierter Frequenz eingekoppelt, mittels dem der Kabelverlauf feststellbar ist. Die Erzeugung des Pulses ist mit einfachen und preiswerten Mitteln durchführbar. Das erfindungsgemäße Verfahren ist unabhängig von der Stromart und der Spannung in der zu suchenden elektrischen Leitung. Die Spannung der zu suchenden elektrischen Leitung kann beispielsweise zwi­ schen 5 und 500 V liegen und diese Spannungen können Gleich­ spannungen oder Wechselspannungen bis etwa 500 Hz sein. Wei­ terhin ist von Vorteil, daß zwischen Tonfrequenz-Sender und Tonfrequenz-Empfänger keine galvanische Kopplung besteht, so daß diese Potentialtrennung eine zusätzliche Sicherheits­ maßnahme darstellt.

Die Ausführung der Kabelsucheinrichtung gemäß Patentanspruch 2 hat den Vorteil, daß ein relativ leistungsschwacher Tonfrequenz- Sender verwendet werden kann, wobei durch den Gegentaktbetrieb der beiden Transistoren ein Leitungsstrom hoher Amplitude und genau definierter Frequenz erzeugt werden kann. Weist die elektrische Leitung mehrere nebeneinanderliegende Adernpaare auf, so ist der Abstand der Adern untereinander, im Vergleich zum Abstand von am Mauerwerk entlanggeführten z.B. kapaziti­ ver Sonden, sehr klein. Dem oberirdisch wahrzunehmenden elek­ trischen Feld ist ein durch den kapazitiven Ableitstrom ent­ stehendes elektrisches Feld überlagert. Dieses Feld ist durch die Detektion der Tonfrequenz-Spannung eindeutig feststellbar.

Im Falle einer hochohmigen Unterbrechung wirkt dies mit der Kabelsucheinrichtung verbundene Leiterstück als Antenne und erzeugt im nachfolgenden Kabelzug ein elektromagnetisches Feld geringer Feldstärke und 180° Phasendrehung. Diese Phasen­ änderung kann auch durch eine Doppelsuchspule aus zwei elek­ trisch voneinander entkoppelten Suchspulen festgestellt werden, welche über eine mechanische Verbindung im gleichen Abstand gehalten werden.

Erfolgt gemäß Patentanspruch 3 die Überlagerung von Puls und Wechselspannung unter Benutzung von parallel zur Kollektor- Emitterstrecke der beiden Transistoren angeordneter Zenerdio­ den, so wird auf einfache Art und Weise die Überlagerung durch­ geführt und gleichzeitig ein Schutz der beiden Transistoren vor Netzüberspannungen erreicht.

Zur Vermeidung von Funkbeeinträchtigungs-Störungen weist die Kabelsucheinrichtung zwei parallel zueinander angeordnete und mit dem Tonfrequenz-Sender in Verbindung stehende Tiefpässe auf.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den nachfolgenden Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand in der Zeichnung dar­ gestellter Ausführungsformen näher beschrieben und erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform für eine Kabelsuch­ einrichtung zur Durchführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens,

Fig. 2 den zeitlichen Verlauf von in der Kabelsuch­ einrichtung nach Fig. 1 auftretenden Signalen,

Fig. 3 in Blockschaltform eine zweite Ausführungs­ form für eine Kabelsucheinrichtung und

Fig. 4 in Blockschaltform einen Tonfrequenz-Empfän­ ger der Kabelsucheinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform für eine Ka­ belsucheinrichtung enthält diese einen Tonfrequenz-Sender TG, dessen erzeugter Puls einer Wechselspannung überlagert wird. Das so erzeugte Summensignal wird an die Leitung kapazitiv angekoppelt und mit Hilfe kapazitiver und/oder induktiver Son­ den wird das elektro-magnetische Wechselfeld des Summensignals im Mauerwerk gemessen.

Der Tonfrequenz-Sender TG steht mit zwei im Gegentakt betrie­ benen Transistoren T ₁, T ₂ in Verbindung.

Zur Überlagerung von Puls und Wechselspannung ist in der Kabel­ sucheinrichtung parallel zur Kollektor-Emitterstrecke des ersten Transistors T ₁ eine erste Zenerdiode ZD ₁ angeordnet, deren An­ ode mit dem Emitter und deren Kathode mit dem Kollektor des ersten Transistors T ₁ verbunden ist. Weiterhin ist parallel zur Kollektor-Emitterstrecke des zweiten Transistors T ₂ eine zweite Zenerdiode ZD ₂ angeordnet, deren Anode mit dem Kollektor und deren Kathode mit dem Emitter des zweiten Transistors T ₂ verbunden ist. Für die Transistoren T ₁, T ₂ müssen keine netz­ spannungsfesten Transistoren benutzt werden, sondern diese müs­ sen nur entsprechend der Durchbruchsspannung der beiden Zener­ dioden ZD ₁, ZD ₂ dimensioniert werden.

Zur kapazitiven Ankopplung sind die Kollektoren der beiden Transistoren T ₁, T₂ jeweils mit einem Anschluß eines Konden­ sators C ₁, C ₂ verbunden, deren andere Anschlüsse jeweils mit einer der beiden Netzklemmen P verbunden sind. Die Emitter der beiden Transistoren T ₁, T₂ sind jeweils an die zweite Netzklemme O angelegt.

Zum Betreiben der beiden Transistoren T ₁, T ₂ im Gegentakt, ist einerseits mit der Basis des ersten Transistors T ₁ die Kathode einer ersten Diode D ₁ andererseits mit der Basis des zweiten Transistors T ₂ die Anode einer zweiten Diode D ₂ verbunden. An die Emitter der beiden Transistoren T ₁, T ₂ ist einerseits die Anode der ersten Diode D ₁ andererseits die Kathode der zweiten Diode D ₂ angeschlossen ist.

Zur Vermeidung von Funkbeeinträchtigungs-Störungen ist der Puls des Tonfrequenz-Senders TG über jeweils einem Wider­ stand R ₂, R ₄ jeweils zwei zueinander parallel angeordne­ ten Tiefpässen R ₁, C ₆, R ₃, C ₅ zugeführt.

Zur Unterdrückung von Gleichspannungen ist jeweils mit ei­ nem Anschluß des Widerstandes R ₁, R ₃ der Tiefpässe ein An­ schluß eines Kondensators C ₃, C₄ verbunden und der zweite Anschluß ist an die Basis der beiden Transistoren T ₁, T ₂ angelegt.

Zwischen den beiden Netzklemmen P, O ist eine in Serie zum Tonfrequenz-Sender TG liegende Stromversorgung SV angeordnet.

Im folgenden wird die Funktionsweise der in Fig. 1 darge­ stellten Kabelsucheinrichtung näher erläutert. An den beiden Netzklemmen P, O wird die 220-Volt-Netzspannung angeschlos­ sen. (Bei Drehstromnetzen L ₁ bzw. L ₃ und der Nulleiter.) Die positive Halbwelle läßt über den Kondensator C ₂ und die in Durchlaßrichtung betriebene Zenerdiode ZD ₂ einen kapazi­ tiven Blindstrom fließen. Dadurch wird in dieser Phase der Strom am Transistor T ₂ vorbei geführt und die an der Basis des Transistors T ₂ anliegenden Impulse des vom Tonfrequenz- Sender TG erzeugten Puls bleiben wirkungslos.

Bei der negativen Halbwelle der Netzspannung wird die nun in Sperrichtung betriebene Zenerdiode ZD ₂ bei Erreichung ih­ rer Durchbruchspannung leitend. Diese Spannung steht am Tran­ sistor T ₂ als Kollektorspannung an. Dieser wird im Rhythmus der Impulse über den Tiefpaß mit Widerstand R ₃ und Kondensator C ₅ vom Tonfrequenz-Sender TG angesteuert. Der Kondensator C ₄ dient zur Unterdrückung noch verbleibender Gleichspannungs­ anteile. Der Tiefpaß verhindert durch Abflachung der Impulse, daß deren Oberwellen mit verstärkt werden. Dadurch werden Funkbeeinträchtigungs-Störungen wirksam unterdrückt.

Die Diode D ₂ leitet den positiven Anteil des Pulses nach Masse ab und verhindert damit, daß sich Kondensator C ₄ über die Basis-Emitterdiode von Transistor T ₂ positiv auflädt. Wäh­ rend eines Impulses an der Basis von Transistor T ₂, wird durch dessen Durchschaltung der Strom über Kondensator C ₂ vergrößert. Dieses positive Leistungsprodukt aus der Zenerdurchbruch-Span­ nung und des Stromes durch den Kondensator C ₂ wird der Netz­ spannung überlagert.

Für die nun folgende positive Halbwelle ergeben sich durch den spiegelbildlichen Aufbau die gleichen Funktionsabläufe. Dadurch arbeitet die Kabelsucheinrichtung im Gegentaktver­ fahren.

Fig. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf des Summensignals I, des Wechselsignals I ₁ und des Pulses I ₂. Die Tonfrequenz des Pulses I ₂ liegt bei 500 Hz und das Verhältnis von Durch­ bruchspannungen der Zenerdioden ZD ₁ und ZD ₂ zur Netzspannnung liegt ungefähr 1 : 5.

Fig. 3 zeigt in Blockschaltform eine zweite Ausführungsform für eine Kabelsucheinrichtung zur Durchführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens. Für den Tonfrequenz-Sender TG kann man handelsübliche, relativ leistungsschwache Einrichtungen ver­ wenden, wobei das Summensignal einem Leistungsverstärker LS zugeführt wird. Die Stromversorgung des Leistungsverstärkers LS wird durch eine Batterie BT sichergestellt.

Mit dem Ausgang des Leistungsverstärkers LS ist ein Impuls­ wandler IW verbunden, welcher beispielsweise als Teiler aus­ gebildet werden kann. Das Teilerverhältnis kann beispiels­ weise gleich 36 gewählt werden. Die beiden Ausgänge A und B des Impulswandlers IW sind jeweils mit einer Ader einer elek­ trischen Leitung verbunden und erzeugen in der elektrischen Leitung die Tonfrequenzspannung.

Zur Ortung wird nun entlang des Mauerwerks ein Suchgerät, bei­ spielsweise mit kapazitiver Sonde, geführt, welches auf die Tonfrequenzspannung abgestimmt ist.

Fig. 3 zeigt in Blockschaltform einen Tonfrequenz-Empfänger, welcher eine kombinierte Sonde für das magnetische und elek­ trische Streufeld aufweist und bei dem eine Umschaltung der beiden Sonden möglich ist. Die beiden Sonden sind jeweils mit einer hochohmigen Eingangsstufe E verbunden, welche anderer­ seits mit einem NF-Verstärker NFV, vorzugsweise einem Opera­ tionsverstärker, verbunden ist. Der Ausgang des NF-Verstärkers NFV ist mit einer Anzeige AZ zur optischen und akustischen Auswertung verbunden.

Die Tonfrequenz im Tonfrequenz-Sender kann dabei so eingestellt werden, daß im Lautsprecher das Tonsignal gut hörbar empfangen wird. Bei der optischen Auswertung ist keine Teilung der Tonfre­ quenz erforderlich, da durch die niederfrequente Tastfrequenz ein langsames Blinken, z.B. von Leuchtdioden, hervorgerufen wird.

Claims (11)

1. Verfahren zur Ortung einer, insbesondere im Mauerwerk ver­ legten elektrischen Leitung mittels eines mit jeweils einem Adernpaar verbundenen Tonfrequenz-Senders und mittels eines entlang der elektrischen Leitung geführten Tonfrequenz-Empfän­ gers, dadurch gekennzeichnet, daß einem vom Tonfrequenz-Sen­ der (TG) erzeugten Puls eine Wechselspannung überlagert wird, daß das so erzeugte Summensignal an die Leitung ka­ pazitiv angekoppelt wird, und daß mit Hilfe kapazitiver und/oder induktiver Sonden das elektro-magnetische Wechsel­ feld des Summensignals im Mauerwerk gemessen wird.

2. Kabelsucheinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tonfrequenz- Sender (TG) mit zwei im Gegentakt betriebenen Transisto­ ren (T ₁, T ₂) in Verbindung steht.

3. Kabelsucheinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überlagerung von Puls und Wechselspannung einer­ seits parallel zur Kollektor-Emitterstrecke des ersten Tran­ sistors (T ₁) eine erste Zenerdiode (ZD ₁) angeordnet ist, deren Anode mit dem Emitter und deren Kathode mit dem Kol­ lektor des ersten Transistors (T ₁) verbunden ist, anderer­ seits parallel zur Kollektor-Emitterstrecke des zweiten Transistors (T ₂) eine zweite Zenerdiode (ZD ₂) angeordnet ist, deren Anode mit dem Kollektor und deren Kathode mit dem Emitter des zweiten Transistors (T ₂) verbunden ist.

4. Kabelsucheinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur kapazitiven Ankopplung die Kollektoren der beiden Transistoren (T ₁, T ₂) jeweils mit einem Anschluß eines Kon­ densators (C ₁, C ₂) verbunden sind, deren andere Anschlüsse jeweils mit einer der beiden Netzklemmen (P) verbunden sind und daß jeweils die Emitter der beiden Transistoren (T ₁, T ₂) an die zweite Netzklemme (O) angelegt sind.

5. Kabelsucheinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Betreiben der beiden Transistoren (T ₁, T ₂) im Gegen­ takt einerseits mit der Basis des ersten Transistors (T ₁) die Kathode einer ersten Diode (D ₁) andererseits mit der Basis des zweiten Transistors (T ₂) die Anode einer zweiten Diode (D ₂) verbunden ist, und daß an die Emitter der bei­ den Transistoren (T ₁, T ₂) einerseits die Anode der ersten Diode (D ₁) andererseits die Kathode der zweiten Diode (D ₂) angeschlossen ist.

6. Kabelsucheinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Funkbeeinträchtigungs-Störungen der Puls des Tonfrequenz-Senders (TG) über jeweils einem Wider­ stand (R ₂, R ₄) jeweils zwei zueinander parallel angeordne­ ten Tiefpässen (R ₁, C ₆, R ₃, C ₅) zugeführt ist.

7. Kabelsucheinrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Unterdrückung von Gleichspannungen je­ weils mit einem Anschluß des Widerstandes (R ₁, R ₃) der Tief­ pässe ein Anschluß eines Kondensators (C ₃, C ₄) verbunden und der zweite Anschluß an die Basis der beiden Transistoren (T ₁, T ₂) angelegt ist.

8. Kabelsucheinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Netzklemmen (P, O) eine in Serie zum Tonfrequenz-Sender (TG) liegende Stromversorgung (SV) angeordnet ist.

9. Kabelsucheinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Tonfrequenz-Sender (TG) ein Multivibrator verwen­ det wird, wobei die Tonfrequenz jeweils mittels eines Widerstands einstellbar ist.

10. Kabelsucheinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Summensignal aus Puls und überlagerter Wechselspannung in einem Leistungs­ verstärker (LS) verstärkt wird, daß das verstärkte Summen­ signal am Ausgang des Leistungsverstärkers (LS) einem Impuls­ wandler (IW) zugeführt wird, daß der Tonfrequenz-Sender (TG) aus einer Batterie (BT) versorgt wird und daß am Ausgang des Impulswandlers (IW) die verstärkte und niederfrequente Tonfrequenzspannung abgreifbar ist.

11. Kabelsucheinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tonfrequenz-Empfän­ ger eine kombinierte Sonde zum Nachweis des magnetischen und elektrischen Streufeldes aufweist, wobei eine Umschal­ tung zwischen den kombinierten Sonden ermöglicht ist, daß das Ausgangssignal einer der beiden Sonden einer hochohmi­ gen Eingangsstufe (E) zugeführt wird, daß mit dem Ausgang der hochohmigen Eingangsstufe (E) ein NF-Verstärker (NFV) verbunden ist und daß die verstärkte Tonfrequenzspannung am Ausgang des NF-Verstärkers (NFV) zur optischen und akusti­ schen Auswertung einer Anzeige (AZ) zugeführt wird.