DE4003788A1 - Verfahren und vorrichtung zur ueberwachung einer zweidrahtleitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer von einer Endbeschaltung abgeschlossenen Zwei­ drahtleitung wie bei Überwachungsleitungen zur lokalen Leckdetektion in Rohrleitungsnetzen für Flüssigkeiten, bei dem sowohl ein Schleifen- als auch ein Isolations­ widerstand während einer Spannungsbeaufschlagung mit Meßspannungen jeweils anderer Polarität bestimmt wer­ den. Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Überwachung einer von einer Endbe­ schaltung abgeschlossenen Zweidrahtleitung, die einen Energie übertragenden Versorgungstransformator mit zwei Sekundärwicklungen aufweist.

Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung werden dafür eingesetzt, um Beschädigungen im Bereich von Rohrleitungsnetzen festzustellen, in denen leit­ fähige flüssige Medien transportiert werden. Die Zwei­ drahtleitung ist dazu entlang der Rohrleitung und in deren unmittelbarer Umgebung verlegt. Bei Auftreten eines Lecks im Bereich der Rohrleitung tritt das flüs­ sige Medium aus und ermöglicht einen Stromfluß zwischen den Drähten des Zweidrahtleiters im Bereich des Lecks. Die elektrische Verbindung der Drähte der Zweidraht­ leitung führt zu einer Veränderung des an außerhalb des Rohrleitungsnetzes angeordneten Abgriffen meßtechnisch erfaßbaren Leitungswiderstandes. Bei einem bekannten Normalwiderstand der Zweidrahtleitung kann aus der Widerstandsveränderung die Position des Lecks ermittelt werden.

Zur Ermöglichung einer Prüfung der Funktionsfähigkeit der Vorrichtung weist die Zweidrahtleitung eine Endbe­ schaltung auf, die beispielsweise als Diode ausgebildet ist und einen Stromfluß lediglich in eine Richtung er­ möglicht. Bei einer Beaufschlagung der Zweidrahtleitung mit einer Spannung in Durchlaßrichtung der Diode liegt zwischen den Meßanschlüssen im wesentlichen lediglich der geringe Leitungswiderstand der Zweidrahtleitung an. Ein Leitungsabriß, der einen Stromfluß bei dieser Beschaltung verhindert, wird durch eine derartige Messung leicht festgestellt. Bei einer Beaufschlagung der Zweidrahtleitung mit einer Meßspannung entgegenge­ setzter Polarität wird ein Stromfluß durch die Diode verhindert, und zwischen den Meßanschlüssen liegt somit ein sehr großer Widerstand an, der im wesentlichen dem Isolationswiderstand der Zweidrahtleitung entspricht.

Bei einer bekannten derartigen Vorrichtung wird der Wechsel der Polarität der Meßspannung mit Hilfe einer Steuervorrichtung zeitlich getaktet, die Transistoren angesteuert, die im leitenden Zustand der Zweidraht­ leitung von einem Gleichrichter bereitgestellte Gleich­ spannungen unterschiedlicher Polarität der Zweidraht­ leitung zuführen.

Ein derartiges Meßverfahren erfordert eine separate Steuervorrichtung sowie den Einsatz von aktiven elek­ trischen Bauelementen. Bei einer erforderlichen galva­ nischen Trennung des mit der Zweidrahtleitung verbun­ denen Stromkreises von der Steuervorrichtung sind dar­ über hinaus spezielle Kopplungselemente erforderlich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art zu verbessern und die Überwachung der Zweidrahtleitung mit einfachen Mitteln durchzuführen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wechsel der Meßspannungspolarität von einer Netz­ wechselspannung synchronisiert wird.

Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrich­ tung dieser Art zu verbessern, um für eine vollautoma­ tische Durchführung der Überwachung mit einfachen Mit­ teln die erforderlichen Meßsignale bereitzustellen.

Erfindungsgemäß besteht die Lösung darin, daß zwischen dem Versorgungstransformator und jedem der die Zwei­ drahtleitung ausbildenden Drähte jeweils ein Vorwider­ stand angeordnet ist, der im Bereich seines der Zwei­ drahtleitung zugewandt angeordneten Anschlusses mit einem Gleichrichter verbunden ist.

Durch die Synchronisierung des Polaritätswechsels der Meßspannungen durch die Netzwechselspannung wird die Verwendung einer separaten Steuervorrichtung vermieden und dadurch eine preiswerte Fertigung ermöglicht sowie die Zuverlässigkeit einer nach diesem Verfahren arbei­ tenden Meßvorrichtung erhöht. Darüber hinaus steht die Netzwechselspannung mit hoher Zuverlässigkeit zur Ver­ fügung.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Meßspannungen von einem Versorgungstrans­ formator als positive und negative Halbwelle einer Wechselspannung bereitgestellt. Die Verwendung eines Versorgungstransformators ermöglicht in einfacher Weise eine galvanische Entkopplung der Meßvorrichtung und zugleich die Energieversorgung im Bereich der Meßvor­ richtung angeordneter und elektrischer Verbraucher.

Weiterhin wird vorgeschlagen, daß die im Bereich des Gleichrichters anliegende Spannung von einem Komparator mit einem Sollwert verglichen und bei einer unzuläs­ sigen Abweichung vom Sollwert eine Alarmvorrichtung ausgelöst wird. Diese Spannungsüberwachung ermöglicht eine automatische Durchführung des Meßverfahrens, ohne daß eine häufige Überwachung durch Bedienpersonal er­ folgen muß. Es wird vielmehr zyklisch zum einen die Funktionsfähigkeit der Meßvorrichtung und zum anderen die Leckfreiheit des Rohrleitungssystems überprüft. Erst bei einem festgestellten Defekt, der durch die Alarmvorrichtung angezeigt wird, ist es erforderlich, daß Bedienpersonal die Schadensursache ermittelt und den Schaden beseitigt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung als eine prinzipielle Meßschaltung darge­ stellt.

Eine Vorrichtung zur Überwachung einer Zweidrahtleitung 1 besteht im wesentlichen aus einem Versorgungstrans­ formator 2, zwei Vorwiderständen 3, 4 sowie zwei Gleich­ richtern 5, 6. Der Gleichrichter 5 ist mit einer Leitung 7 verbunden, die sich zwischen dem Vorwiderstand 3 so­ wie der Zweidrahtleitung 1 erstreckt. Der Gleichrichter 6 ist mit einer Leitung 8 verbunden, die sich zwischen dem Vorwiderstand 4 und der Zweidrahtleitung 1 er­ streckt. Die Gleichrichter 5, 6 sind jeweils so ange­ ordnet, daß ein positiver Stromfluß in eine der Leitung 7, 8 abgewandte Richtung ermöglicht wird. Im Bereich ihrer den Leitung 7, 8 abgewandten Anschlüsse sind die Gleichrichter 5, 6 mit Kondensatoren 9, 10 verbunden, in denen jeweils der Spitzenwert der über die Gleichrich­ ter zugeführten Spannung gespeichert wird. Im Bereich ihrer den Gleichrichtern 5, 6 abgewandt angeordneten Anschlüsse sind die Speicherkondensatoren 9, 10 mitein­ ander sowie mit einem Bezugsanschluß 11 verbunden. Der Bezugsanschluß 11 weist eine Verbindung zu einem Mittelabgriff 12 einer Sekundärabwicklung 13 des Ver­ sorgungstransformators 2 auf. Der Mittelabgriff 12 ist zwischen zwei Teilwicklungen 14, 15 der Sekundärwicklung 13 angeordnet. Der Versorgungstransformator 2 weist des weiteren eine Primärwicklung 16 auf, die mit einer Wechselstromversorgung 17 verbunden ist, die dem Ver­ sorgungstransformator 2 eine Netzwechselspannung zu­ führt.

Parallel zu jedem der Speicherkondensatoren 9, 10 sind Ausgleichswiderstände 18, 19 geschaltet, die eine Ent­ ladung der Speicherkondensatoren 9, 10 mit großer Zeit­ konstante und damit eine Anpassung der an den Konden­ satoren 9, 10 anliegenden Spannungen an den aktuellen Meßzustand ermöglichen.

Die Zweidrahtleitung 1 weist eine Endbeschaltung 20 auf, die als eine Reihenschaltung eines Widerstandes 21 sowie einer Diode 22 ausgebildet ist. Bei einer Aus­ richtung der Diode 22, die einen positiven Stromfluß in Richtung auf den Gleichrichter 5 ermöglicht, liegt am Speicherkondensator 9 eine Meßspannung an, aus der der Isolationswiderstand der Zweidrahtleitung 1 bestimmt werden kann. Am Speicherkondensator 10 liegt eine Meß­ spannung an, die eine Ermittlung des Schleifenwider­ standes ermöglicht.

Die an den Kondensatoren 9, 10 anliegenden Spannungen werden von Komparatoren 24, 25 detektiert und mit vor­ gegebenen Sollwerten verglichen. Bei einer unzulässigen Abweichung der Spannungen von den vorgegebenen Soll­ werten, die einem Unterschreiten des normalen Isolati­ onswiderstandes beziehungsweise einem Überschreiten des normalen Schleifenwiderstandes entspricht, wird von den Komparatoren 24, 25 ein Alarmgeber 26 ausgelöst. Die Komparatoren sind vorzugsweise als Schnitt-Trigger realisiert. Die Komparatoren 24, 25 sowie der Alarmgeber 26 werden von einem Gleichrichter 27 versorgt, der mit den Sekundärwicklungen 14, 15 verbunden ist.

Bei einer Überwachung der Zweidrahtleitung 1 mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Diode 22 bei einem gegenüber dem Mittelabgriff 12 positiven Poten­ tial der Leitung 8 in Durchlaßrichtung betrieben. Der Speicherkondensator 10 wird in dieser Betriebsphase auf ein Spannungspotential aufgeladen, das etwa einer Spannung entspricht, die zwischen dem Meßanschluß 29 der Zweidrahtleitung 1 und dem Bezugsanschluß 11 an­ liegt und die durch den Schleifenwiderstand der Anord­ nung Leitung-Abschluß bestimmt wird. Nach einem Pola­ ritätswechsel der an der Sekundärwicklungen 14, 15 an­ liegenden Wechselspannung sperrt die Diode 22 den Stromfluß durch die Zweidrahtleitung 1 und am Spei­ cherkondensator 9 liegt eine Spannung an, die im we­ sentlichen einer Spannung zwischen einem Meßanschluß 28 der Zweidrahtleitung 1 und dem Bezugsanschluß 11 ent­ spricht und die durch den Isolationswiderstand der Leitung bestimmt wird. Die Speicherkondensatoren 9, 10 werden mit einer vorgegebenen Zeitkonstante über die Ausgleichswiderstände 18, 19 entladen, um so eine Ände­ rung der Kondensatorspannungen bei sich ändernden Spitzenwerten der Meßspannungen zu ermöglichen. Pas­ sieren diese Spannungen jeweils einen vorgegebenen Schwellwert, wird dies durch die Komparatoren 24, 25 erfaßt und über den Alarmgeber 26 zur Anzeige gebracht. Eine Störung im Bereich der Zweidrahtleitung 1, die entweder auf einen Defekt der Zweidrahtleitung 1 oder auf einen Defekt des Rohrleitungssystems zurückzuführen ist, wird somit schnell zu Anzeige gebracht und ermög­ licht eine zügige Schadensbehebung. Ein sicherer Be­ trieb der Anlage wird durch die Schutzeinrichtung 23 gewährleistet.

Claims (16)

1. Verfahren zur Überwachung einer von einer Endbe­ schaltung abgeschlossenen Zweidrahtleitung wie bei Überwachungsleitungen zur lokalen Leckdetektion in Rohrleitungsnetzen für Flüssigkeiten, bei dem so­ wohl ein Schleifen- als auch ein Isolationswider­ stand während einer Spannungsbeaufschlagung mit Meßspannungen jeweils anderer Polarität bestimmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechsel der Meßspannungspolarität von einer Netzwechselspannung synchronisiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspannungen der Zweidrahtleitung (1) als Wechselspannungshalbwellen unterschiedlicher Pola­ rität zugeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schleifen- und der Isolations­ widerstand jeweils durch eine Spannungsmessung er­ mittelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsmessung mit einem Gleichrichter (5, 6) sowie mit einem parallel zu einem Aus­ gleichswiderstand (18, 19) geschalteten Glättungs­ kondensator (9, 10) durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Glättungskondensa­ toren (9, 10) anliegenden Spannungen von Kompara­ toren (24, 25) mit vorgegebenen Sollwerten ver­ glichen werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweidrahtleitung (1) mit symmetrischen Spannungen gespeist wird.

7. Vorrichtung zur Überwachung einer von einer Endbe­ schaltung abgeschlossenen Zweidrahtleitung, die einen Energie übertragenden Versorgungstransforma­ tor mit zwei Sekundärwicklungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Versorgungstrans­ formator (2) und jedem der die Zweidrahtleitung (1) ausbildenden Drähte jeweils ein Vorwiderstand (3, 4) angeordnet ist, der im Bereich seines der Zwei­ drahtleitung (1) zugewandt angeordneten Anschlusses mit einem Gleichrichter (5, 6) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Versorgungstransformator (2) eine Sekundärwicklung (13) mit symmetrisch zueinander ausgebildeten Teilwicklungen (14, 15) aufweist, die im Bereich eines Mittelabgriffes (12) miteinander verbunden sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8 dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Gleichrichter (5, 6) mit einem das Meßsignal vergleichsmäßigen Glättungskonden­ sator (9, 10) verbunden ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter (5, 6) zwischen dem Vorwiderstand (3, 4) und dem Glät­ tungskondensator (9, 10) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Ausgleichswiderstand (18, 19) parallel zum Glättungskondensator (9, 10) geschaltet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß der Glättungskondensator (9, 10) mit einem die Kondensatorspannung über­ wachenden Komparator (24, 25) verbunden ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß der Komparator (24, 25) mit einem unzulässige Spannungsabweichungen anzei­ genden Alarmgeber (26) verbunden ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß die Komparatoren (24, 25) und der Alarmgeber (26) mit einem sie versorgenden und an die Sekundärwicklung (13) angeschlossenen Gleichrichter (27) verbunden sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen der Zweidraht­ leitung (1) und den Gleichrichtern (5, 6) eine die Übertragung von Überspannungen unterdrückende Schutzeinrichtung (23) angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß die Endbeschaltung (20) als Reihenschaltung eines Widerstandes (21) und einer Diode (22) ausgebildet ist.