DE3707171A1 - Verfahren zur vorortung intermittierender fehler an energiekabeln - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorortung intermittierender Fehler an Energiekabeln nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Derartige Verfahren sind aus der DE-PS 20 62 714, der DE-PS 22 01 024 sowie aus der DE-OS 30 32 519 bereit bekannt. Bei den bekannten Verfahren sind von der Gleichspannungsquelle hoher Spannung ausgehend lichtbogenerhaltende Komponenten, wie z. B. eine Induktivität, vor­ gesehen, die einen geringen Spannungsabfall des durchlaufenden hohen Stromes zur Folge hat und wegen des Wellenwiderstandes einen Kurz­ schluß des vom Impuls-Echo-Meßgerätes in das Kabel eingespeisten Impulses verhindert, wobei gemäß der DE-OS 30 32 519 und der DE-OS 20 62 714 die erzeugte Hochspannung impulsartig über eine Funken­ strecke an das zu prüfende Kabel gelegt wird. Die Einschaltdauer der Hochspannung, um die Lichtbogen innerhab des Kabels zu erzeugen, liegt dabei vorwiegend im Bereich von Millisekunden. Der Lichtbogen kann aber auch nach der DE-PS 22 01 024 ununterbrochen brennend vorgesehen sein.

Nachteilig hierbei ist es, daß die Hochspannungsquelle teuer und aufwendig vorgesehen ist, da von dieser zugleich die hohe Zünd­ spannung geringer Leistung und die Brennspannung mit großer Aus­ gangsleitung geliefert wird. Nachteilig ist es weiterhin, daß der Hochspannungsquelle eine Induktivität nachgeschaltet ist, um in an sich bekannter Weise den Zündvorgang mit Spannungsimpulsen zu überhöhen und eine vorteilhafte Brennspannung aufrecht zu er­ halten. Solche derartigen lichtbogenerhaltenden Komponenten, wie Induktivitäten, führen zu erheblichen hochfrequenten Störungen. Nachteilig sind weiterhin vorgesehene Funken­ strecken, die in an sich bekannter Weise weitreichende hochfrequente Störungen auslösen. Als nachteilig hat sich auch herausgestellt, daß, abgesehen von einer ununterbro­ chenen Brenndauer des Lichtbogens, die Untersuchungszeit sehr kurz ist und im allgemeinen im Bereich von Milli­ sekunden liegt. Gerade in diesem Bereich treten dann bei den meisten bekannten Verfahren die größten hochfrequenten Störungen auf, so daß die Fehlerortungen nur unter erschwer­ ten Bedingungen durchgeführt werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Vorortung intermittierender Fehler an Energiekabeln der genannten Art so weiterzubilden, daß das Verfahren mit relativ ge­ ringem Aufwand kostengünstig durchgeführt werden kann, unter weitgehender Vermeidung von hochfrequenten Störungen durch Spannungsimpulse innerhalb einer ausreichenden Unter­ suchungszeit zur Fehlerortung.

Zur Lösung der Aufgabe sieht das Verfahren erfindungsgemäß vor, daß zwei getrennte Gleichspannungsquellen parallel zueinander und in Serie zu lichtbogenhemmenden Mitteln an dem zu prüfenden Kabel anliegen, wobei eine erste Gleich­ spannungsquelle hoher Ausgangsspannung kurzfristig zur Zündung des Lichtbogens und eine zweite Gleichspannungs­ quelle niedriger Ausgangsspannung zur Aufrechterhaltung der Brenndauer des Lichtbogens vorgesehen sind, mit einer Brenndauer des Lichtbogens im Sekundenbereich.

Kern der Erfindung ist es, daß zu parallelen lichtbogen­ erzeugenden Anordnungen gleichzeitig solche Mittel dazu in Serie vorgesehen sind, welche eine Zündung und Brenn­ dauer des Lichtbogens an sich hemmen. Nach dem Einschalten der Zündspannung muß zunächst der Spannungsabfall an den lichtbogenhemmenden Mitteln überwunden werden, wobei eine Zeitdauer der Einschaltung im Sekundenbereich vorgesehen ist. Dafür unterdrücken aber solche lichtbogenhemmenden Mittel vorteilhaft mögliche hochfrequente Störungen. Solche spannungshemmenden Mittel liegen in bezug auf die Zünd­ spannung und die Brennspannung in Serie und müssen von diesen erst überwunden werden und unterdrücken dabei ins­ besondere impulsartige kurzzeitige Spannungsstöße, die zu Störungen Anlaß geben könnten. Dafür ist eine an sich vor­ teilhafte Einschaltdauer im Sekundenbereich vorgesehen.

Wesentlich bei der Erfindung ist es auch, daß zwei getrenn­ te Gleichspannungsquellen parallel vorgesehen sind, eine erste hoher Ausgangsspannung zum Liefern der Zündspannung und eine zweite geringer Ausgangsspannung lediglich zur Aufrechterhaltung der niedrigen Brennspannung des Licht­ bogens. Dadurch ist das Verfahren kostengünstig durchzu­ führen, da auf an sich bekannte, schon zur Verfügung stehende Netzteile zurückgegriffen werden kann. Teure Spezialanfer­ tigungen, welche zusätzlich zur hohen Zündspannung auch den großen Brennstrom liefern müßten, können so vermieden werden.

Bei der Erfindung können erfindungsgemäß lichtbogen­ erhaltende Komponenten, wie Induktivitäten, oder weiterhin Funkenstrecken entfallen, wodurch auch von da her hoch­ frequente Störungen vermieden werden.

Von den Netzteilen ausgehende impulsartige Störungen werden von den lichtbogenhemmenden Mitteln abgefangen, so daß das erfindungsgemäße Verfahren weitgehend störungsfrei ver­ läuft und gleichzeitig eine ausreichen lange, im Sekunden­ bereich liegende störungsfreie Untersuchungszeit zur Ver­ fügung stellt.

In Ausgestaltung der Erfindung ist als lichtbogenhemmendes Mittel ein Serien-Vorwiderstand vorgesehen, an welchem Zünd- und Brennspannung in bezug auf das zu prüfende Kabel anliegen. Es können aber auch andere lichtbogenhemmende Mittel, z. B. lange Kabelstücke nach Art von Vorwiderständen, Verwendung finden.

Zunächst die Zündspannung und danach die Brennspannung müssen den Spannungsabfall am Serienwiderstand zunächst durchlaufen, wobei eine Einschaltdauer im Sekundenbereich vorgesehen ist, um dann an dem zu prüfenden Kabel anzu­ liegen. Nach Zündung des Lichtbogens wird die Zündspannung abgeschaltet bzw. der Lichtbogen infolge der Zündspannung reißt nach kurzer Zeit selbsttätig ab, da lichtbogen­ erhaltende Komponenten, wie z. B. Drosseln oder eine Strom­ stabilisierung fehlen, und die Brennspannung übernimmt die weitere konstante Aufrechterhaltung des Lichtbogens bei nun niedriger Brennspannung und hohem Erhaltungsstrom. Nach einer Zeitdauer im Sekundenbereich wird auch die Brennspannung abgeschaltet. Bei der Erfindung ist es vor­ teilhaft, daß zur Einleitung des Zündvorganges an der Fehlerstelle keine impulsartige Entladung eines Stoß­ wellengenerators nötig ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, daß die erste Gleichspannungsquelle hoher Ausgangsspannung nur kurzfristig sehr leistungsfähig vorgesehen ist und die zweite Gleichspannungsquelle niedriger Ausgangsspannung länger für einen Zeitraum im Sekundenbereich sehr leistungs­ fähig vorgesehen ist. Dadurch können bei dem erfindungs­ gemäßen Verfahren kostengünstige serienmäßige Netzteile Verwendung finden.

In Ausgestaltung der Erfindung ist es weiterhin vorgesehen, daß die Brenndauer des Lichtbogens für einen Zeitraum von etwa 1,5 Se­ kunden aufrecht erhalten wird. Hierdurch wird eine vorteilhafte, ausreichend lange Untersuchungszeit gewährleistet, die weitgehend störungsfrei verläuft, ohne die Netzteile zu belasten.

Die Erfindung wird nun anhand der einzigen Zeichnung näher erläutert, wobei aus der nun folgenden Beschreibung weitere Vorteile der Erfin­ dung hervorgehen.

Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine erste Gleichspannungs­ quelle 14 hoher Spannung zur Lieferung der Zündspannung, bestehend aus einem Transformator 1 und einem Gleichrichter 2, vorgesehen, sowie eine zweite Gleichspannungsquelle 15 niedriger Spannung, be­ stehend aus dem Trafo 5 und dem Gleichrichter 6, zur Lieferung der Brennspannung. Die Stromquelle bzw. Gleichspannungsquelle 14 kann auch aus einem bereits vorhandenen Kabelbrenngerät bestehen. Beide Gleichspannungsquellen 14, 15 sind über den Verknüpfungspunkt 13 parallel geschaltet und von da aus über den serienmäßig angeord­ neten Vorwiderstand 4 an das zu prüfende Kabel 11 geschaltet. Nach dem Einschalten der Gleichspannungsquelle 14 wird die Zündspannung erzeugt, die über den Vorwiderstand 4 an der Fehlerstelle 10 des Kabels einen Lichtbogen erzeugt, welcher aber nach kurzer Zeit wieder abreißt, da lichtbogenerhaltende Komponenten fehlen. Kurz nach der Zündung des Lichtbogens wird über die Sperrdiode 8 die Gleichspannungs­ quelle 15 zugeschaltet, welche über den gleichen oder einen anderen, nicht dargestellten Vorwiderstand den Lichtbogen bei niedriger Brenn­ spannung, etwa im Bereich bis 50 Volt, aufrecht erhält.

Vorzugsweise liegt hier die Gesamtbrenndauer des Licht­ bogens im Bereich von etwa 1,5 Sekunden. In der gezeigten Abbildung sind Schalter zum Einschalten der Gleichspannungs­ quellen 14, 15 nicht dargestellt. Es können aber hier serien­ mäßige Schalter Verwendung finden.

Das Impulsechomeßgerät 12 ist in an sich bekannter Weise über einen Koppelkondensator 9 zugeschaltet.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ein serienmäßiger Transformator 1 vorgesehen, der vom normalen Wechselstrom­ netz betrieben, eine hohe Wechselspannung erzeugt, die durch den Gleichrichter 2 gleichgerichtet und durch den Kondensator 3 geglättet wird. Die nun entstandene Hoch­ spannungsquelle 14 ist kurzfristig sehr leistungsfähig und kann bei brennbaren Kabelfehlern zur Wandlung der Fehler­ stelle benutzt werden.

Diese Hochspannung wird nun kurzfristig, die Zeitdauer kann bei 1,5 Sekunden liegen, über den Widerstand 4 an das fehlerhafte Kabel angelegt. An der Fehlerstelle 10 entsteht bei genügend hoher Zündspannung und bei genügend großem Strom ein Lichtbogen, der jedoch nach kurzer Zeit abreißt, da lichtbogenerhaltende Komponenten, z. B. eine Drossel oder eine Stromstabilisierung, fehlen.

Um einen auch nur über kurze Zeit konstanten Lichtbogen zu erhalten, wird eine zweite Stromquelle 15 angeschaltet, die den erforderlichen hohen Erhaltungsstrom an den Lichtbogen bei der Fehlerstelle 10 zu liefern imstande ist. Der Vor­ gang läuft wie folgt ab:

Im Transformator 5, der ebenfalls vom normalen Wechselstrom­ netz betrieben wird, entsteht eine Wechselspannung, die deutlich unter der vom Transformator 1 liegt. Durch eine nachfolgende Gleichrichtung mit dem Gleichrichter 6 und einer Glättung durch den Kondensator 7 entsteht eine Gleichspannung, die über eine Sperrdiode 8 in dem ersten Hochspannungskreis am Verknüpfungspunkt 13 eingekoppelt wird. Dies entspricht einer Parallelschaltung von zwei Spannungsquellen 14, 15, die über ein Koppelglied, hier eine Sperrdiode 8, parallel liegen. Nach dem Zünden der Fehlerstelle 10 durch die Hochspannungsstufe 14 wird nun die Gleichspannung von der Spannungsquelle 15 über die Sperrdiode auf den Lichtbogen gegeben, wodurch für einen kurzen Zeitraum von etwa 1,5 Sekunden ein konstanter Lichtbogen entsteht.

Über den Trennkondensator 9 werden nun Impulse eines Impulsechomeßgerätes eingespeist. Diese Impulse werden wie bei der normalen Impulsechospannung an der Fehlerstelle reflektiert, da der dort anstehende Lichtbogen einen niederen Widerstandswert aufweist als der Wellenwiderstand des Kabels.

Als Impulsechomeßgerät wird ein computerunterstütztes Modell benützt, bei dem das Echogramm elektronisch ge­ speichert wird. Zur Speicherung eines Echogrammes wird eine Zeit von 0,5 Sekunden benötigt, das bedeutet, daß bei einem stehenden Lichtbogen mit einer Zeitdauer von ca. 1,5 Sekunden ein Echogramm aufgenommen werden kann.

Nach diesem Zeitablauf werden sowohl die Hochspannungs­ stufe 14 als auch die Mittelspannungsstufe 15 automatisch abgeschaltet. Durch den Kurzzeitbetrieb ist es möglich, mit relativ geringer Leistung zu arbeiten. So kann der Widerstand 4 für ein geringes Leistungsvermögen ausgelegt werden. Dadurch ergeben sich preislich günstige Komponenten.

Die Vergleichsechogramme können einmal mit und einmal ohne Lichtbogen dargestellt werden, wobei die Computer­ unterstützung des Impulsechomeßgerätes verwendet wird. Dadurch besteht die Möglichkeit, nicht nur direkt, sondern auch im Vergleichsverfahren die örtliche Eingrenzung der Fehlerstelle vorzunehmen.

Erfindungsgemäß werden über den Vorwiderstand 4 hoch­ frequente Störungen unterdrückt, da sowohl Zünd- als auch Brennspannung über diesen gemeinsamen Vorwiderstand 4 laufen. Bei der Erfindung ist die erste Gleichspannungs­ quelle 14 nur kurzfristig sehr leistungsfähig, allerdings bei hoher Spannung vorgesehen, die nach der Zündung des Lichtbogens an dem Vorwiderstand zusammenbricht, insbe­ sondere weil spannungserhaltende Komponenten fehlen. Daraufhin übernimmt die Gleichspannungsquelle 15 die weitere Aufrechterhaltung des Lichtbogens an der Fehler­ stelle 10 bei niedriger Brennspannung. In diesem Bereich, etwa bis 50 Volt, ist die Gleichspannungsquelle 15 sehr leistungsfähig vorgesehen, zur Lieferung des hohen Brenn­ stromes, um den Lichtbogen zumindest für eine Zeitdauer von etwa 1,5 Sekunden aufrecht zu erhalten. Die Zeitdauer der Zündung des Lichtbogens ist kürzer vorgesehen, kann sich aber auch in diesem Bereich von 1,5 Sekunden bewegen. Insgesamt soll erreicht werden, daß der Lichtbogen an der Fehlerstelle 10 für etwa 1,5 Sekunden konstant brennt.

Die Gleichspannungsquellen 14, 15 sind kostengünstig, da sie in getrennten Ausführungen vorliegen, einmal mit hoher Spannung bei nur kurzzeitigem Zündstrom, und einmal mit niedriger Spannung bei hohem Brennstrom im Sekundenbereich. Hier kann auf schon vorhandene serienmäßige Netzteile zurückgegriffen werden.

• Zeichnungslegende  1  Transformator
   2  Gleichrichter
   3  Kondensator
   4  Vorwiderstand
   5  Transformator
   6  Gleichrichter
   7  Kondensator
   8  Sperrdiode
   9  Koppelkondensator
  10  Fehlerstelle
  11  Kabel
  12  Impuls-Echo-Meßgerät
  13  Verknüpfungspunkt
  14  erste Gleichspannungsquelle
  15  zweite Gleichspannungsquelle

Claims (4)

1. Verfahren zur Vorortung intermittierender Fehler an Energiekabeln, wobei mittels einer Gleichspannungsquelle hoher Spannung ein Lichtbogen an der Fehlerstelle inner­ halb des Kabels erzeugt wird und die Laufzeit des reflek­ tierten Spannungsimpulses durch ein Impulsechomeßgerät ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwei getrennte Gleichspannungsquellen (14, 15) parallel zueinander und in Serie zu lichtbogenhemmenden Mitteln an dem zu prüfenden Kabel (11) anliegen, wobei eine erste Gleichspannungsquelle (14) hoher Ausgangsspannung kurz­ fristig zur Zündung des Lichtbogens und eine zweite Gleich, spannungsquelle (15) niedriger Ausgangsspannung zur Auf­ rechterhaltung der Brenndauer des Lichtbogens vorgesehen sind, mit einer Brenndauer des Lichtbogens im Sekunden­ bereich.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als lichtbogenhemmendes Mittel ein Vorwiderstand (4) vorgesehen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gleichspan­ nungsquelle (14) hoher Ausgangsspannung nur kurzfristig sehr leistungsfähig vorgesehen ist und die zweite Gleich­ spannungsquelle (15) niedriger Ausgangsspannung länger für eine Zeitdauer im Sekundenbereich sehr leistungsfähig vor­ gesehen ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenndauer des Licht­ bogens für einen Zeitraum von etwa 1,5 Sekunden vorgesehen ist.