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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Kabelfehlerüberwachungssystem.
Sie betrifft insbesondere, aber nicht ausschließlich, die Überwachung von Mänteln von
Erdkabeln, wo eine Beschädigung
an der äußeren Isolierung
einen Leitungsweg von einem inneren metallischen Element zur Erde
bewirkt.
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Es ist bekannt, daß, wo die
Isolierung eines Erdkabels beschädigt
wird, der Kurzschluß zwischen dem
metallischen Element des Kabels und der Erde das Auftreten einer
Korrosion hervorruft, wenn es ungeschützt bleibt.
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Bekannte Verfahren für die Ortung
von Fehlern vom Ende (von den Enden) des Kabels aus versagen, wenn
im Kabel mehrere Fehler vorhanden sind. Die Fehler können in
primäre
Fehler mit niedriger Impedanz und sekundäre Fehler mit höherer Impedanz
eingeteilt werden. Wo ein primärer
und ein sekundärer
Fehler in der Leitung vorhanden sind, wird die Genauigkeit der Ortung
des primären
Fehlers durch das Vorhandensein des sekundären Fehlers beeinflußt werden.
Wenn mehrere primäre
Fehler vorhanden sind, ist es nicht möglich, sie separat zu identifizieren
und sie daher zu lokalisieren. Dieses Problem ist besonders akut,
wo Gleichstrommessungen von jedem Ende des Kabels aus vorgenommen werden,
da es in jenem Fall unmöglich
wird, mehr als einen Fehler aufzulösen. Im allgemeinen werden Gleichstrommeßverfahren
wegen der Abschwächung
der Hochfrequenzsignale über
lange Strecken infolge des Signalstromkriechens zur Erde durch kapazitive
Kopplung bevorzugt.
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Es wäre möglich, mehrere Fehler durch
Anwendung der Time-Domain-Reflektometrie aufzulösen. Es wurde jedoch ermittelt,
daß die
Impedanz und die Abschwächung
der typischen Kabelmäntel im
allgemeinen die Anwendung der Verfahren der Time-Domain-Reflektometrie
ausschließt.
Das trifft besonders zu, wo Signale am leitenden Mantel eines faseroptischen
Kabels angelegt werden sollen.
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Es ist ebenfalls möglich, eine
Vielzahl von Meßfühlern längs des
Kabels bereitzustellen, von denen ein jeder Spannungswerte (und
möglicherweise Stromwerte)
an jeder Stelle längs
des Kabels nachweisen und diese Werte zu einer Analysestation übertragen
kann. Jene Analysestation analysiert dann die Werte entlang der
Länge des
Kabels, um die Stelle des oder eines jeden Fehlers durch Extrapolation
zwischen den Werten zu ermitteln, die von den Meßfühlern erzeugt werden.
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Das JP-A-55-062364 offenbart eine
Anordnung, bei der Ströme
an jeder Endspleißung
längs eines
Kabels benutzt werden, um entsprechende Verbindungen zwischen Hilfsleitungen,
die längs
des Kabels verlaufen, zu triggern, um zu ermöglichen, daß die Entfernung zum Fehler
in der Basisstation ermittelt wird, mit der die Hilfsleitungen verbunden
sind.
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Die vorliegende Erfindung funktioniert
nach einem dritten Prinzip. Sie schlägt vor, daß eine Vielzahl von Meßfühlern längs des
Kabels bereitgestellt wird, von denen ein jeder in der Lage ist,
den Kabel-zu-Erde-Widerstand eines Abschnittes des Mantels des Kabels
zu messen, indem ein Widerstandsmeßelement im Meßfühler verwendet
wird. Die Ergebnisse der Widerstandsmessungen können dann zu einer Analysestation übermittelt
werden.
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Daher wird entsprechend einem ersten
Aspekt der Erfindung ein Verfahren zum Nachweisen von Fehlern bei
einem Kabel nach Patentanspruch 1 bereitgestellt. Zu bevorzugende
charakteristische Merkmale des ersten Aspektes werden in den Patentansprüchen 2 bis
7 dargelegt. Entsprechend einem zweiten Aspekt der Erfindung wird
ein Kabelüberwachungssystem
nach Patentanspruch 8 bereitgestellt.
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Wenn ein Abschnitt des Kabels, an
dem eine Messung vorgenommen wird, intakt ist, wird seine Kabel-zu-Erde-Konduktanz
niedrig sein (in der Größenordnung
von Mikrosiemens/Kilometer). Wenn das Kabel jedoch beschädigt ist
und ein Leitungsweg vom Mantel zur Erde vorhanden ist, wird der
gemessene Widerstand viel geringer sein.
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Um eine lange Kabelleitung zu legen,
werden Abschnitte der optischen Faser mit einer Länge von
etwa 2 km durch Spleißverbindungen
verbunden. Es ist daher zweckmäßig, die
Meßfühler an
derartigen Spleißungen
anzuordnen, da die Abschnitte des Mantels dort für eine elektrische Verbindung
zugänglich
sind.
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Vorzugsweise enthält jeder Meßfühler einen Schalter, beispielsweise
einen fernbetätigbaren
softwaregesteuerten elektronischen Schalter, der den Mantel von
zwei separaten Abschnitten des Kabels verbindet oder trennt. Wenn
die Schalter an jedem Ende eines Abschnittes offen sind, wird jener
Abschnitt vom übrigen
Kabel isoliert, und es können
geeignete Widerstandsmessungen vorgenommen werden. Wenn der Meßfühler dann
zu einer Basisstation zurück
signalisiert und dieser Vorgang für jeden Kabelabschnitt wiederholt
wird, kann ermittelt werden, ob ein Abschnitt einen Fehler enthält. Es kann
bemerkt werden, daß das
gestattet, daß mehrere
Fehler nachgewiesen werden, da Messungen an jedem Abschnitt separat
durchgeführt
werden. Vorzugsweise werden die von jedem Meßfühler ermittelten Werte zur
Analysestation mittels des Kabels selbst übertragen, aber Telekommunikationsübertragungssysteme sind
ebenfalls möglich.
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Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden
jetzt detailliert als Beispiel mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, die zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer ersten Ausführung eines Lokalisierungssystems
für ein
Kabel entsprechend der vorliegenden Erfindung; und
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2 eine
schematische Darstellung einer zweiten Ausführung, die bei einem Abzweigkabel
zur Anwendung kommt.
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In 1 weist
ein Kabel 100 eine Vielzahl von Meßfühlern 5a bis 5e entlang
seiner Länge
auf. Jeder Meßfühler 5a bis 5e weist
eine gleiche Konstruktion auf, und nur der Meßfühler 5b wird im Detail gezeigt.
Das Kabel 100 ist ein faseroptisches Kabel mit einem Hauptkabelverlauf 1 und
einem Mantel 3. Der Hauptkabelverlauf 1 ist in
einer Reihe von Abschnitten vorhanden, die durch Spleißverbindungen 2 verbunden
sind. Der Mantel 3 ist an der Stelle der Spleißverbindungen 2 diskontinuierlich.
Eine Basisstation 4 ist mit dem Mantel 3 verbunden
und legt eine Spannung daran an, wobei die Spannung vorzugsweise
eine negative Spannung ist, um eine anodische Korrosion zu vermeiden.
Die Basisstation 4 wird durch eine Basisstationssteuereinheit 4a gesteuert,
die bei Benutzung einer geeigneten Software funktioniert. Ein Empfänger 101 und
ein Analysator 102 sind ebenfalls mit dem Mantel 3 verbunden,
um Signale von den Meßfühlern 5a bis 5e zu
analysieren, wie später
beschrieben wird. Der Empfänger 101 und
der Analysator 102 werden durch die Basisstationssteuereinheit 4a wie
in einem Schalter 46 gesteuert, um selektiv die Basisstation 4 oder
den Empfänger 101 mit
dem Mantel 3 zu verbinden.
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Wie vom Meßfühler 5b aus gesehen
werden kann, werden die Abschnitte des Mantels 3 auf beiden
Seiten des Meßfühlers 5b mittels
eines Schalters 6 miteinander verbunden, wobei der Schalter 6 normalerweise
geschlossen ist. Der Schalter 6 kann ein elektronischer
Schalter sein, der durch geeignete Software gesteuert wird. Es wird
bevorzugt, daß der Schalter
normalerweise geschlossen ist, da es Vorteile bringt, wie beispielsweise
eine Kontinuität
der Leitung für
Lokalisierungszwecke, obgleich es möglich ist, ein System innerhalb
der vorliegenden Erfindung zu konstruieren, das funktioniert, indem
die Schalter normalerweise offen sind. Die Schalter würden sich
dann in Folge intermittierend für
eine Kontinuität
und Widerstandsmeßkontrollen
schließen.
Der Meßfühler 5b enthält ebenfalls
eine Einrichtung 7 für die
Messung des Widerstandes im Megaohmbereich, wie beispielsweise ein
Megaohmmeter oder ein elektronisches Äquivalent davon, einen Mikroprozessor und
einen Datengeber 9. Ein Kondensator 10 ist über den
Meßfühlerschaltkreis
mit der Erde verbunden, so daß der
Kondensator 10 auf die Spannung aufgeladen wird, die an
den Mantel 3 mittels der Basisstation 4 angelegt
wird. Die Zeit für
den Kondensator eines jeden Meßfühlers 5a bis 5e,
um sich aufzuladen, wird sich mit der Entfernung von der Basisstation 4 erhöhen, aber
die maximale Aufladungszeit wird leicht ermittelt werden, und das
System kann betätigt
werden, um zu sichern, daß die
Intervalle zwischen den Widerstandsmeßzeitpunkten ausreichend lang
sind, damit die Kondensatoren 10 aller Meßfühler 5a bis 5e zum
Zeitpunkt der Messung vollständig
aufgeladen sein werden.
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Wenn alle Kondensatoren voll aufgeladen sind,
kann eine Überwachungsfolge
getriggert werden. Ein einfaches Triggersignal kann erzeugt werden,
indem die von der Basisstation 4 zugeführte Spannung für eine kurze
Zeit unterbrochen wird, was einen Spannungsimpuls am Mantel liefern
wird, der durch den Mikroprozessor 8 eines jeden Meßfühlers 5a bis 5e nachweisbar
ist. Zu einem geeigneten Zeitpunkt ab dem Impuls steuert der Mikroprozessor 8 eines
jeden Meßfühlers 5a bis 5e den
Schalter 6 der entsprechenden Meßfühler 5a bis 5e.
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Bei der veranschaulichten Ausführung tritt die
erste Stufe in der Meßfolge
auf, wenn die Schalter 6 der Meßfühler 5a, 5b geöffnet werden.
Das Öffnen jener
Schalter isoliert den Abschnitt 104 des Mantels 3 zwischen
den Meßfühlern 5a, 5b,
und eine Widerstandsmessung wird bei jenem Abschnitt mittels der Widerstandsmeßeinrichtung 7 des
Meßfühlers 5a durchgeführt. Unter
der Annahme, daß kein
Mantel-zu-Erde-Fehler
im Abschnitt 104 vorhanden ist, wird der Widerstand mittels
der Widerstandsmeßeinrichtung 7 des
Meßfühlers 5a hoch
sein. Wenn jedoch ein Mantel-zu-Erde-Fehler zu verzeichnen ist, wird
der Widerstand viel niedriger sein, so daß die Messung des Widerstandes
eine Möglichkeit
zur Ermittlung dessen liefern wird, ob der Abschnitt 104 zufriedenstellend
ist oder nicht.
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Sobald die Widerstandsmeßeinrichtung 7 des
Meßfühlers 5a den
Widerstand im Abschnitt 103 gemessen hat und der Mikroprozessor 8 des
Meßfühlers 5a die
Daten registriert, werden die Schalter 6 der Meßfühler 5a und 5b geschlossen,
und die Daten werden mittels des Datengebers 9 zum Empfänger 101 übertragen.
Da der Schalter 6 des Meßfühlers 5a zu diesem
Zeitpunkt geschlossen ist, ist ein Signalweg längs des Mantels 3 vom
Meßfühler 5a zum Empfänger 101 vorhanden.
Natürlich
können
andere Signalisierungsverfahren angewandt werden, wie beispielsweise
die Funkübertragung.
Die Leistung für diese
Funktion wird vom Kondensator 10 des Meßfühlers 5a geliefert.
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Nach einem geeigneten Zeitintervall
werden die Schalter 6 der Meßfühler 5b und 5c geöffnet, um die
Widerstandsmeßeinrichtung 7 des
Meßfühlers 5b in
die Lage zu versetzen, den Widerstand im nächsten Abschnitt des Mantels 3 zu
messen. Dieser Vorgang kann längs
des Kabels 100 wiederholt werden, bis alle Abschnitte des
Mantels 3 gemessen wurden. Es muß beachtet werden, daß die Länge des
Kabels zwischen der Basisstation 4 und dem ersten Meßfühler 5a normalerweis
kurz und oftmals sichtbar ist, und daher besteht weniger die Notwendigkeit,
eine Messung daran vorzunehmen. Wenn es erforderlich ist, ist der
Meßfühler 5a an
oder sehr nahe an der Basisstation 4.
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Sobald dieser Vorgang für alle Meßfühler 5a bis
5e wiederholt wurde, können
die Ergebnisse mittels eines Analysators 102 analysiert
werden. Die Überwachungsfolge
kann in geeigneten Zeitintervallen wiederholt werden, damit der
Analysator Fehler längs
des Kabels 100 nachweisen kann. Von einem sehr langen Kabel
können
die Daten von allen Meßfühlem aufgezeichnet
werden, oder die Messungen können
nur registriert werden, wenn Veränderungen nachgewiesen
werden.
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Es muß beachtet werden, daß, obgleich
die veranschaulichte Ausführung
fünf Meßfühler aufweist,
die vorliegende Erfindung bei einer Anordnung anwendbar ist, die
jede beliebige Anzahl von Meßfühlern längs der
Länge des
Kabels verwendet.
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Die vorangehend beschriebene Ausführung weist
ein einfaches einzelnes Kabel zwischen zwei Punkten auf. Tatsächlich werden
viele Kabel mit T-Muffen verzweigt, und eine Ausführung, die
ein derartiges System veranschaulicht, wird in 2 gezeigt. In der Ausführung in 2 wird das Kabel 100 aus 1 in zwei Abzweige 110, 111 aufgeteilt.
An der Verbindung ist eine Spleißung 2a vorhanden.
Wie in 2 veranschaulicht
wird, weist der Abzweig 110 die Meßfühler 5f, 5g darin
in einer gleichen Weise wie die Meßfühler 5a bis 5e des
Kabels 100 auf. Gleichermaßen weist der Abzweig 111 die
Meßfühler 5h, 5j darin
auf. Außerdem
ist ein Meßfühler 11 an
der Spleißung 2a vorhanden,
der den anderen Meßfühlern gleicht,
aber drei Schalter x, y und z darin aufweist. Der Schalter x entspricht
im allgemeinen dem Schalter 6 des Meßfühlers 5b und gestattet
die Durchführung
von Messungen am vorhergehenden Abschnitt 112 des Mantels 3 des
Kabels 100; die Schalter y und z gestatten die Auswahl
zwischen den Abzweigen 110 und 111.
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Bei einer derartigen Anordnung werden
alle drei Schalter x, y und z anfangs geschlossen, um ein Aufladen
des Kondensators 10 der Meßfühler 5a bis 5j und 11 zu
gestatten. Messungen werden dann am Kabel 100 durchgeführt, wie
es vorangehend in der ersten Ausführung beschrieben wurde. Wenn
der Abschnitt 112 des Mantels 3 zwischen den Meßfühlern 5e und 11 gemessen
werden soll, wird der Schalter x geöffnet wie der Schalter 6 des
Meßfühlers 5e,
um die Durchführung
einer Messung mittels des Meßfühlers 5e in
einer gleichen Weise wie der vorangehend beschriebene zu gestatten.
Jene Schalter werden dann geschlossen, um zu gestatten, daß die Kondensatoren
wieder aufgeladen und die Daten übertragen werden.
Wenn Messungen am Abzweig 110 durchgeführt werden sollen, werden beide
Schalter x und z geöffnet
wie der Schalter 6 des Meßfühlers 5f. Eine Messung
kann dann am Abschnitt 113 des Mantels 3 des Abzweiges 110 durchgeführt werden.
Die Schalter werden danach für
ein Wiederaufladen und eine Datenübertragung geschlossen. Der
Vorgang für
die Messung am Abschnitt 114 zwischen den Meßfühlern 5f und 5g des
Abzweiges 110 ist der gleiche wie für beispielsweise die Meßfühler 5a und 5b,
und er wird daher nicht detaillierter beschrieben.
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Wenn eine Messung am Abschnitt 115 des Abzweiges 111 durchgeführt werden
soll, werden die Schalter x und y des Meßfühlers 11 geöffnet, zusammen
mit dem Schalter 6 des Meßfühlers 5h. Das gestattet
die Durchführung
einer Widerstandsmessung am Abschnitt 115 mittels des Meßfühlers 11.
Die Schalter werden anschließend
für eine
Datenübertragung
und ein Wiederaufladen geschlossen. Die Messung am Abschnitt 116 zwischen
den Meßfühlern 5h und 5j kann
dann die gleiche sein, wie es vorangehend für die Meßfühler 5a und 5b beschrieben
wird.
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Die vorangehenden Ausführungen
beschrieben eine sequentielle Messung und wiederholte Übertragungen
von Widerstandsdaten für
jeden Abschnitt des Kabels. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht
darauf beschränkt.
Messungen können
im Prinzip in jeder Reihenfolge längs des Kabels durchgeführt werden.
Es wäre
ebenfalls möglich,
daß alle Messungen
in den Meßfühlern gespeichert
werden, bis alle erfaßt
wurden. Ebenfalls können
die von jedem Meßfühler übertragenen
Daten zusätzliche
Informationseinheiten einschließen,
wie beispielsweise eine Bestätigung
der Meßfühleridentität, der Temperatur,
des Spannungsniveaus oder anderer Daten, wie es erforderlich ist.
In bestimmten Fällen
kann das geeignete Meßeinrichtungen
in den Meßfühlern erfordern,
die in den Ausführungen
nicht gezeigt werden.