DE4100037C2 - Verfahren, einen Mantelerdschluss in einem beidseitig geerdeten, mit einem Isoliermantel umgebenen elektrisch leitfähigem Medium mit einem induktiven Meßsystem während des Betriebes festzustellen - Google Patents

Description

Verfahren, einen Mantelerdschluß in einem beidseitig geerdeten, mit einem Isoliermantel umgebenen, elektrisch leitfähigem Medium mit einem induktiven Meßsystem während des Betriebes festzustellen.

Die Erfindung geht von einem Verfahren zur Feststellung eines Mantelerdschlusses in einem elektrisch leitfähigen Medium aus, wie es im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben ist.

Es sind Verfahren bekannt, die während des Betriebs eingesetzt werden können. Solche Verfahren werden als Überwachungsverfahren bezeichnet.

Bei Fernmeldeleitungen und Hochspannungsleitungen, sofern sie als Druckgasleitungen ausgeführt sind, können Druckwächter installiert werden, die einen Druckabfall registrieren. Eine Beschädigung wird erst dann erkannt, wenn sowohl Außenisolierung, der Man­ tel(Abschirmung) als auch die Innenisolierung beschädigt ist. Das ist häufig erst Jahre nach der ursprünglichen Beschädigung i. allg. durch unsachgemäße Erdarbeiten der Fall. Viele Kabel sind bauartbedingt längsdruckdicht und entziehen sich dieser Überwachungsmethode.

Bei einem weiteren Überwachungsverfahren wird innerhalb des Abschirmungsmantels ein blanker oder teilisolierter Leiter geführt. Wird das Kabel zerstört oder "säuft es ab", entsteht ein Kurzschluß zwischen Mantel und Leiter. Dies Verfahren kann einen Fehler nur zu einem späten Zeitpunkt feststellen, wenn die Leitung für Signalübertragung längst unbrauchbar ist.

Falls die Leitungen schaltbar ausgeführt und nicht alle zur gleichen Zeit benutzt werden (z. B. Telefon) kann sie in einer Nutzungspause nachgemessen werden. Dafür kommen Gleich- wie Wechselstromimpedanz­ messungen als auch Impulsreflektometrie in Betracht. I. allg. ändern sich Kabeleigenschaften erst, nachdem auch die Isolierung zwischen Mantel (Abschirmung) und Innenleitern zerstört ist. Das Verfahren kann nicht bei dauernd benötigten Leitern eingesetzt werden.

Ein Verfahren zur Erfassung des Isolationszustandes eines elektrisch leitfähigen Mediums ist aus der WO 88/01748 A1 bekannt.

Dort wird mit einer Sendespule ein mit dem H-Vektor senkrecht zum Kabel stehendes elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt. Kabelmantelfehler erzeugen eine Feldstörung in leitendem Medium, die durch eine um 90 Grad zur Sendespule orientierten Empfangsspule detek­ tiert wird. Dieses Verfahren funktioniert nur in ungestörter gut leit­ fähiger Umgebung wie z. B. Seewasser mit homogenem Bo­ den.

Darüber hinaus sind Verfahren die ein Auftrennen des Kabels an mindestens einer Stelle erfordern bekannt.

Ein solches Verfahren ist die Impulsreflektometrie mittels der der Fehlerort wie auch die Fehlerart bestimmt werden kann.

Bei einem weiteren Verfahren wird durch Hochspannungsdurchschläge an einem Hochspannungskabel ein akustisches Signal erzeugt, das die Fehlerortung ermöglicht.

Bei dem DC-Meßbrückenverfahren wird die Impedanz des Fehlers von beiden Kabelenden gemessen. Dadurch kann der Fehlerort näherungsweise bestimmt werden. Dabei muß das fehlerhafte Kabel von beiden Enden zugänglich sein.

Bei dem NF-Induktionsmeßverfahren wird mit einem NF-Generator von einer Seite in das aufgetrennte Kabel ein Sinussignal eingespeist. Oberhalb der Erdschlußfehlerstelle kann ein Phasensprung induktiv ermittelt werden (DT 22 26 743 B2) (DE 17 91 027 B2). Der Phasensprung kann durch einen zusätzlichen Kondensator an dem der Einspeisung gegenüberliegenden Kabelende verstärkt werden (DT 17 66 172 B2) oder er kann durch kapazitative oder galvanische Verfahren bestimmt werden.

Ein weiteres Verfahren, welches ein Auftrennen des Kabels an einer Stelle erfordert, ist das Fehlerstromverfahren. Dort kann in einseitig geerdeten Systemen der Fehlerstrom durch induktive Messung des Erdleiterstroms bestimmt werden. Hierbei kann in Serie zum Erdleiter eine Wechselspannung überlagert sein, deren Strom beobachtet wird, die sich von der Netzfrequenz unterscheidet, um einen besseren Störab­ stand zu gewährleisten. (DE 26 17 644 B2), (WO 88/04 055 A1), (EP 01 22 366 A1). Allen Verfahren gemeinsam ist, daß sie nur in an einer Seite geerdeten Systemen eingesetzt werden können.

Bei dem direkten DC-Verfahren wird mittels Bodensonden eine Spannungstrichtermessung durchgeführt. Dieses Verfahren wird vorwiegend in kathodisch korrosionsgeschützten Anlagen angewandt.

Aus EP 0 010 841 A1 ist ein Verfahren zum Orten eines Mantelerdschlusses bei einem Kabel bekannt, bei dem Gleichstromimpulse auf den Kabelmantel aufgebracht werden und mit einem induktiven Meßverfahren der Fehlerort ermittelt wird. Bei diesem Verfahren muß jedoch zuerst das Kabel freigeschaltet und die den Kabelmantel erdende Erdleitung aufgetrennt werden.

Bei den aus JP 2-25767 A. In: Patents Abstr. of Japan, Sect. P Vol. 14 (1990), Nr. 169 (P-1032) und JP 2-228574 A. In: Patents Abstr. of Japan, Sect. P Vol. 14 (1990), Nr. 538 (P-1136) bekannten Verfahren zur Ortung eines Erdungsfehlers werden mittels Abschlußeinrichtungen Nullphasenspannungen und -ströme auf beiden Seiten eines Kabelabschnitts induziert und an den Endpunkten des Abschnitts die Nullphasenspannungen, die anschließend zur Fehlerortung verwendet werden, berechnet. Diese Verfahren können jedoch nur auf in der Erdung galvanisch getrennte oder erdfreie Systeme angewendet werden.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mittels dessen an dem oder jedem Teilstück des elektrisch leitfähigen Mediums, insbesondere Starkstromkabels, zwischen zwei Erdungspunkten eine Isolationsmessung durchzuführen, ohne dieses Teilstück außer Betrieb zu setzen oder die Erdungspunkte aufzuheben.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 7 angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.

Durch das induktive Meßsystem entsteht ein nur durch die Mantelisolationskapazität bestimmter kapazitativer Strom IC gegen Erde.

Besteht nun ein Isolationsfehler, so addiert sich zu diesem kapazitativen Strom der Fehlerstrom IF, der durch den Übergangswiderstand des Isolationsfehlers bestimmt wird.

Da der Fehlerstrom durch seinen im wesentlichen ohm­ schen Widerstand bestimmt wird, unterscheidet er sich in der Phase vom kapazitativen Strom, der durch die Systemisolation hervorgerufen wird.

Die Ströme I1, I2 und die durch die Induktionstrafos T₁, T₂ erzeugten Spannungen U1, U2 werden in Betrag und Phase an beiden Erdungsenden mittels Stromwandler T₃, T₄ gemessen, oder nur an einem Ende gemessen während der Strom I2 für das Meßsignal am anderen Ende durch eine Regelschaltung auf nahezu Null geregelt wird.

Tritt ein Isolationsfehler gegen Erde auf, so ändert sich der Strom in Betrag und-oder Phase. Dies wird zur Anzeige gebracht oder einer Meßwerterfassungs­ station mitgeteilt.

Der durch die oben beschriebene Anordnung erzeugte Fehlerstrom kann zur Fehlerlokalisation herangezogen werden.

Die Synchronisation der durch die Induktionstrafos T₁, T₂ erzeugten Spannung erfolgt über eine Regelschaltung, oder es wird ein Synchronisationssignal auf dem überwachten System übertragen, oder es wird eine eigene Synchronisations- und Meßwerterfassungsleitung geführt, oder drahtlos vermittels Funksignal übertra­ gen.

Die Synchronisation kann entweder über die induzierte Spannung selbst, oder vermittels Linearer oder Phasenmodulation auf der induzierten Spannung oder einem Hilfsträger erfolgen.

Die Induktionstrafos T₁, T₂ sind so ausgeführt, daß sie eine Spannung auf dem System (Kabel, Rohrleitung) selbst induzieren und nicht auf den Erdungsleitungen.

Dadurch kann auch ein mehrfach geerdetes System ab­ schnittsweise überwacht werden. (Z. B. jeweils an den Muffen geerdetes Kabel.

Diese Erdung kann auch zusätzlich angebracht sein, um das zu überwachende System in Abschnitte sinnvoller Länge aufzuteilen. (Z.B. zur Überwachung einer Ab­ wasserleitung).

Die Methode ist unabhängig von in die Erdung eingeschleifen Abgrenzeinheiten (kathodischer Korrosionsschutz).

Eine punktgenaue Fehlerortung ist nach den Phasensprungverfahren möglich. Hierbei kann das Phasenmeßgerät mit den Induktionstrafos mittels den in den Patentansprüchen angegebenen Verfahren synchronisiert werden. Durch die frei wählbaren Standorte der Induktions­ trafos T₁, T₂ kann der Meßabschnitt sinnvoll bestimmt werden.

Störungen außerhalb des Meßabschnitts werden unterdrückt.

Auch bei ungeerdeten Systemen kann das Verfahren angewendet werden. Hier werden die Störungen außerhalb des Meßabschnitts unterdrückt.

Claims (7)

1. Verfahren, einen Mantelerdschluß in einem beidseitig geerdeten, mit einem Isoliermantel umgebenen elektrisch leitfähigem Medium, im folgenden auch Kabel genannt, mit einem induktiven Meßsystem während des Betriebes festzustellen, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem aus mindestens zwei Induktionstrafos T₁, T₂ und Stromwandlern T₃ besteht, die das Kabel dessen Abschirmung beidseitig des zu überwachenden Abschnittes geerdet ist, an jeweils einem Ende umschließen, und eine Wechselspannung im Gleichtakt gegen Erde induzieren, wobei die induzierten Spannungen und Ströme mittels Stromwandler T₃, T₄ in Betrag und Phase gemessen und bei Auftreten eines Fehlerstroms IF gegen Erde die Ströme in Betrag und Phase ändern, und zur Anzeige oder Auswertung gebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisation der durch die Induktionstrafos T₁, T₂ erzeugten Spannungen durch eine Regelschaltung erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung eines Induktionstrafos T₁ oder T₂ so geregelt wird, daß der induzierte Strom an dieser Stelle des Kabels zu Null wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Synchronisationssignal auf dem Kabel übertragen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine eigene Synchronisationsleitung geführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Synchronisationssignal drahtlos vermittels Funksignal übertragen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Synchronisation ein linear- oder phasenmodulierter Hilfsträger induziert wird.