EP1902292A1 - Verfahren zur ortung von leckagen in rohren - Google Patents

Verfahren zur ortung von leckagen in rohren

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EP1902292A1
EP1902292A1 EP06764105A EP06764105A EP1902292A1 EP 1902292 A1 EP1902292 A1 EP 1902292A1 EP 06764105 A EP06764105 A EP 06764105A EP 06764105 A EP06764105 A EP 06764105A EP 1902292 A1 EP1902292 A1 EP 1902292A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pipeline
resistance
test
conductor
impedance
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06764105A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bier Günther
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
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Publication of EP1902292A1 publication Critical patent/EP1902292A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
    • G01M3/16—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using electric detection means
    • G01M3/18—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using electric detection means for pipes, cables or tubes; for pipe joints or seals; for valves; for welds; for containers, e.g. radiators
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
    • G01M3/16—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using electric detection means
    • G01M3/165—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using electric detection means by means of cables or similar elongated devices, e.g. tapes

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting and optionally locating leaks in pipelines for the transport of liquid or gaseous media by means of at least one along the longitudinal extent of the pipeline from a starting point to an end point extending electrical conductor, according to the preamble of claim 1.
  • Pipelines for the transport of liquid or gaseous media are widespread and mostly underground. These are, for example, water pipes or district heating pipes, whereby in the case of the latter the transport medium can also be present in gaseous form in the form of water vapor.
  • the transport medium In order to keep the leakage of the medium and in the case of district heating pipelines the loss of energy due to leaks as small as possible, the quickest possible detection of these leaks is necessary. In order to further minimize the labor and cost of repairing the damage, it is also desirable to locate this leak as accurately as possible.
  • Different methods are known for detecting and locating leaks.
  • One possibility is, for example, the measurement of the time echo pulse-shaped test signals in electrical monitoring conductors, which are laid in the vicinity of the pipeline.
  • electrical monitoring conductors which are laid in the vicinity of the pipeline.
  • the plastic jacket is in turn provided with a water-impermeable protective cover.
  • This arrangement is also referred to below as a composite pipe. The occurring due to the discharge of the transport medium moistening of the plastic sheath reduces the insulation resistance between the pipeline and the electrical monitoring conductor or between the monitoring conductors, and thus represents a low-impedance point at which the voltage pulses are reflected.
  • Another way to detect a leak consists essentially in the use of a resistance measuring bridge.
  • the electrical resistance between a high-impedance conductor, such as a nickel-chromium conductor, and a low-resistance conductor, such as a copper wire or the conductive tube monitored.
  • a threshold for the electrical resistance is defined, wherein falls below this threshold, an alarm signal is generated and the location is made.
  • the invention is based on the consideration that the resistance behavior of the overall system of pipeline, electrical monitoring conductor, their joints, the separating filler material and the voltage sources and measuring devices during the service life of the pipe line is not constant, although the pipe in which the medium is transported , is still intact. Rather, it comes about in the course of damage to the pipe network and the associated moisture ingress from outside the pipe network, or due to temperature changes to variations in the degree of moisture within the pipe network without the pipeline would be defective.
  • the invention is based on the view that the filling material separating the at least one monitoring conductor and the pipeline represents a dielectric which changes over the course of the operating time and has complex electrolytic and sometimes galvanic properties.
  • the measurement of a mere resistance value and its comparison with a threshold that is the focus of the considerations, but rather the "resistance behavior" of the entire system is examined, because it shows that creeping resistance changes due to factors other than a leak are quite likely due to changes differentiate between actual leaks.
  • Claim 1 thus relates to a method for detecting and optionally locating leaks in pipes for the transport of liquid or gaseous media by means of at least one extending along the longitudinal extent of the pipeline from a starting point to an end point, electrical conductor, which is provided according to the invention that between two electrical conductors or between an electrical conductor and the pipe a defined test voltage is applied, and the resistance ⁇ or impedance behavior between the beginning and end of the two conductors or the conductor and the pipe is determined with intact piping, and at later times the resistance or impedance behavior is determined at the same test voltages and compared with the resistance or impedance behavior known for the intact pipeline, wherein from the deviations of the determined at later times resistance or impedance behavior s is closed by that for the intact pipeline on the presence of a leak.
  • a measured resistance value is not compared with a threshold value, but the observed resistance or impedance behavior is compared with that with an intact pipeline.
  • the determination of the resistance or impedance behavior between the start and end point of the two conductors or of the conductor and the pipeline with intact pipeline not only involves the mere determination of a resistance value at a certain DC voltage value, but can also determine the resistance values at several DC voltage values, or the impedances at multiple AC amplitudes and frequencies. It is also not excluded, in the determination of the resistance or impedance behavior with intact pipeline also empirical values that are gained in the course of the operating life of the pipe line to flow, such as when cyclical changes or a gradual change in resistance or Impedance behavior are observed. For example, those cases of false alarms may be eliminated where a resistance value has fallen below a threshold established in current practices, but it is clear from comparison with the resistance performance of intact piping that the change in resistance value is due to other factors.
  • a further advantage of the method according to the invention lies in the fact that it is also possible to work with several test voltages when comparing the resistance or impedance behavior with intact piping, which is not possible with the mere monitoring of a threshold value.
  • the completion of a test program in which, for example, resistance values or impedance values at different voltage values and frequencies, that is to say the "resistance or impedance behavior", are determined and evaluated, can be carried out automatically at fixed time intervals.
  • Claim 2 provides that the test voltage is at least one DC voltage value.
  • Claim 3 provides that the test voltage is an AC voltage having at least one defined frequency and amplitude.
  • Claim 4 provides that the resistance or impedance behavior is measured both at the starting point and at the end point of the electrical conductors. This allows precise location of the leak. If the resistance or impedance behavior is measured only at the beginning or end point of the electrical conductors, a location of the leak can be made only with limited accuracy, so that in this case is limited primarily to the detection of a leak.
  • a concrete procedure for measuring the impedance behavior is proposed in claim 5. Claim 5 suggests that
  • Monitoring conductor is coupled as the first feed signal
  • Feed signal is coupled in,
  • Pipeline is compared.
  • test signal An impedance behavior determined in this way is also referred to below as a jump or impulse response of the pipe network.
  • test voltage the term “test signal” is also used below.
  • Such a procedure can be run in particular according to claim 6 as part of a test program with different test signals.
  • different frequencies, voltage amplitudes, pulse duration or pulse pattern can be coupled in a sequence of the test program and the corresponding response signals are evaluated.
  • the test program can be repeated. The repetition of a measurement with variation of the test signal makes it possible to narrow down any leak that may have occurred more accurately.
  • the impedance between two electrical conductors or between an electrical conductor and the pipeline determined by means of defined test voltages, each having different frequencies and their frequency dependence is compared to that of intact piping.
  • a delimitation of the leak is also possible, it being assumed here that the leaking from a leak medium causes a change in capacitance in the region of the leak to the surrounding earth.
  • the earth represents a known quantity, wherein the changes in the mass ratio occurring at the location of the leak due to the leak lead to a change in the impedance conditions.
  • test signal generator with a correspondingly high peak power is required.
  • a signal generator with a correspondingly high peak power is required.
  • at least one digital amplifier and at least one analog amplifier are connected in series to generate the test voltage.
  • test signals of the required quality and suitable frequency response can be generated with relatively high efficiency.
  • claim 9 is provided in particular that two digital amplifier stages are used, whose output signals are fed to an analog amplifier.
  • 1 is a schematic representation of a cross section of a composite pipe with two monitoring conductors
  • 3 shows an equivalent circuit diagram for determining the impedance behavior at AC voltage
  • 4 is a schematic representation for determining the impedance behavior of a pipeline route
  • FIG. 5 is a circuit diagram for generating a test signal
  • FIG. 6 shows an embodiment of a circuit implementation for forming a test signal
  • FIG. 7 shows an embodiment of a control technology implementation for forming a test signal.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a cross section of a composite pipe 8, as they are widely used for the transport of liquid or gaseous media.
  • the composite tube 8 is usually difficult to access over long distances, e.g. underground, guided. These are, for example, water pipes or district heating pipes, whereby in the case of the latter the transport medium can also be present in gaseous form in the form of water vapor.
  • the method according to the invention is suitable for monitoring pipelines for transporting media of all kinds, provided that the transported medium is electrically conductive, with a conductivity of the transport medium of a few ⁇ S / cm is already sufficient.
  • the composite tube 8 has the pipe 1, such as a steel or copper pipe, for the transport of the liquid or gaseous medium, as well as electrical monitoring conductor 2, which are laid in the vicinity of the pipe 1.
  • the pipe 1 in which the medium is transported, wrapped with a thermally and electrically insulating sheath 3, in which the electrical conductors 2 are embedded, as well as with a waterproof protective cover 4.
  • the thermally and electrically insulating material may be about plastic , such as rigid polyurethane foam, glass or rock wool, or a fiber insulation.
  • plastic jacket 3 has electrically insulating properties in the dry state.
  • the monitoring conductors 2 is a high-impedance conductor 2, such as a nickel-chromium conductor, and optionally a low-resistance conductor 2, such as a copper wire or a copper-nickel conductor.
  • a high-impedance conductor 2 such as a nickel-chromium conductor
  • a low-resistance conductor 2 such as a copper wire or a copper-nickel conductor.
  • the electrical resistance between the high-resistance conductor 2 and the low-resistance conductor 2 and optionally also between the high-resistance conductor 2 and the tube 1 is monitored.
  • the electrical resistance between the high-resistance conductor 2 and the conductive tube 1 is monitored.
  • the invention is based on the view that the filling material 3 separating the at least one monitoring conductor 2 and the pipeline 1 represents a dielectric which changes over the course of the operating time and has complex electrolytic and sometimes galvanic properties. A leak significantly changes the dielectric properties, and thus the resistance behavior of the overall system.
  • FIG. 2 To model the electrical properties of the overall system, reference is made to an equivalent circuit diagram, which is shown in FIG. 2 for DC test signals U M and the use of only one monitoring conductor 2, and in FIG. 3 for AC test signals u L.
  • the pipeline route is assumed to be a series connection of resistors R ', with different route lengths II and II of the pipeline route being reproduced by means of a different number of resistors R'.
  • the measuring voltage U M is applied at a starting point, and measured at an end point, the output voltage U Ma .
  • the area of the leak is regarded as an error voltage source t £ between pipe 1 and conductor 2 with the internal resistance Rp.
  • FIG. 3 shows an equivalent circuit diagram when only one monitoring conductor 2 and alternating voltage test signals u L i and u L 2 are used.
  • the pipe section is defined by the resistors R ', inductive resistors L' and capacitive resistors C with the conductance G '. modeled. Different lengths of pipe sections Ii and I2 are again represented by a different number of R 'L' C resistive elements.
  • the measuring voltage u L i is applied at a starting point, and the output voltage is measured at an end point.
  • the area of the leak is called capacitive connection C F between pipe 1 and conductor 2 with resistance ⁇ B? construed. From the ratio of the impedance distribution at the starting point and end point of the line can be concluded that the position of the leak in the pipeline system. This will be explained in more detail below with reference to an embodiment.
  • FIG. 4 shows a schematic illustration for determining the impedance behavior of a pipeline section, which comprises the composite pipe 8.
  • a measuring device Ma or M b is mounted in each case at a starting point and at an end point of the pipeline route to be monitored. Both devices Ma and M b are connected to a server 15, which controls the measurement, and on which the evaluation of the measured data takes place.
  • a test signal u L is alternately emitted by the two measuring devices M a and M b and analyzed on the respectively opposite side of the measuring arrangement.
  • the measuring device M a first generates a test signal u L i, and evaluates the impedance distribution at the feed point at the starting point of a pipeline route where it is coupled in as an input signal. At the end point of the pipeline route, it is subsequently measured as the first response signal.
  • the first response signal is then generated by the measuring device M B one of the first test voltage corresponding second test voltage u L 2 and coupled at the end of a monitoring conductor as a second feed signal.
  • This second feed-in signal is measured at the starting point as a second response signal.
  • the measurement data are transmitted to the evaluation unit 15, for example a server, where the correlation of the feed and response signals with the respective test voltages u L i, u L 2 is determined and compared with that for the intact pipeline 1.
  • This Vogangmud can be traversed as part of a test program with different test signals u L , in which different parameters of the test signal 14 are varied. It can be coupled within a sequence of the test program about different frequencies, voltage amplitudes, pulse duration or pulse pattern and the corresponding response signals are evaluated. At predetermined time intervals, the test program can be repeated.
  • This evaluation procedure is based on an evaluation and analysis program, which is evaluated by evaluating the change in the Impedance behavior of the line as well as by the reaction of the line to adaptively adjusted test signals can assess the line with regard to leaks.
  • an evaluation and analysis program which is evaluated by evaluating the change in the Impedance behavior of the line as well as by the reaction of the line to adaptively adjusted test signals can assess the line with regard to leaks.
  • the simpler conduction state analysis that is to say the detection of a leak without its location
  • only a tendency analysis is carried out on the impedance response of the arrangement. A tendency to sudden change, if it occurs outside of certain tolerances allowed on almost all test frequencies with the same tendency leads to error detection and signaling.
  • the fault location is determined specifically from both sides of the line with test signals as the ratio of the respectively opposite test responses.
  • the process is roughly described as follows. If the line condition analysis identifies a fault, the impedance distribution is started to be alternately determined from both sides of the line. The test signals are adaptively changed so that a representative spectrum can be recorded over the entire test frequency range. The measurement series thus determined are statistically set in relative relation to each other, and the ratio of the respective results is extrapolated to the location of the defect.
  • the quality of the method is closely related to the signal quality of the test signals (and their adaptive control) and the measurement accuracy. In practice, resolutions of better than 1% can be computationally realized. The temporal course of the moisture penetration is also recorded, since with increasing moisture in the insulation, the determination of the exact leakage becomes more and more inaccurate. This allows a later calculation and determination of the actual leak.
  • the determination of the impedance behavior between the start and end point of the Pipe line and the conductor 2 includes not only the mere determination of a single impedance value, but also the determination of impedance values at multiple AC amplitudes and frequencies, or variations of the test signal u L of other kind.
  • the respective step response of the overall system for all these test cases forms the "Impedance behavior" of the entire system, which is initially charged with intact pipeline 1.
  • the impedance behavior between the beginning and end point of the conductor 2 and the pipe 1 is subsequently repeatedly determined at arbitrary, later points in time and compared with the impedance behavior known for the intact pipeline 1, wherein the deviations of the impedance behavior determined at any given time from that is closed for the intact pipeline 1 to the presence of a leak.
  • the repetition of a measurement with variation of the test signal u L makes it possible to narrow down any leak that may have occurred more accurately.
  • test signal u L As already mentioned, an impedance detection over a sufficiently large frequency range makes special demands on the test signal u L , in particular when using high-resistance nickel or nickel-chromium lines Signal generator with correspondingly high peak power is required.
  • a circuit principle according to FIG. 5 is therefore proposed by way of example in which two digital amplifiers 7, 10 and one analog amplifier 13 are connected in series to generate the test signal U 1 , wherein they are coupled by a capacitance Q 1 , b are.
  • the voltage u L apparent in FIG. 5 represents the input voltage for the impedance measurement, ie the test signal.
  • FIG. 6 A possible circuit implementation of such a cascaded linear / switching amplifier is shown in FIG. 6.
  • the two digital amplifier stages 7, 10 each include the switches Si and S 4 , which are designed as transistors, and the diodes Di and D 4, respectively.
  • the output voltages Ui and U2 represent the input signal to the analog amplifier, the amplified signal again being labeled u L.
  • This circuit is drawn for the special case of driving loads with regard to the leak location.
  • FIG. 7 A possible control technology implementation for shaping a test signal u L suitable for the method according to the invention is shown in FIG. 7.
  • a reference voltage U REF is supplied to the signal generators 5,6.
  • the AC voltage u R formed by the signal generator 6 is supplied to the two digital amplifier stages 7, 10, whereby a constant value K can also be added or subtracted for the correction of signal errors due to structural tolerances or temperature fluctuations.
  • the resulting signal is identified in FIG. 7 by u R i and u R 2, respectively.
  • a Vorabregelung 9 the switches S a , b of the digital amplifier stages 7,10 controlled.
  • the amplified signal is in each case fed to a filter stage 11.
  • the output voltages of the filter stages 11 are fed back and subtracted from the respective input voltages u R i and u R 2, respectively.
  • the output signal ui or U2 ultimately resulting from the respective amplifier stages 7, 10 is then supplied to the analog amplifier 13.
  • the analog-amplified signal passes through a filter stage 14, and is fed back for subtraction from the signal supplied by signal generator 5.
  • the resulting signal passes through a control stage 12, and subsequently serves to control the amplifier stage 13.
  • the inventive method thus enables the reliable detection and location of leaks in pipes 1, in this way improves the monitoring of piping 1 and the maintenance costs can be minimized.

Abstract

Verfahren zur Feststellung und gegebenenfalls Ortung von Leckstellen in Rohrleitungen (1) für den Transport flüssiger oder gasförmiger Medien mittels zumindest eines entlang der Längserstreckung der Rohrleitung (1) von einem Anfangspunkt zu einem Endpunkt verlaufenden, elektrischen Leiters (2). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zwischen zwei elektrischen Leitern (2) oder zwischen einem elektrischen Leiter (2) und der Rohrleitung (1) eine definierte Test-Spannung (UM, uL) angelegt wird, und das Widerstands- bzw. Impedanzverhalten zwischen Anfangs- und Endpunkt der beiden Leiter (2) oder des Leiters (2) und der Rohrleitung (1) bei intakter Rohrleitung (1) ermittelt wird, und zu späteren Zeitpunkten das Widerstands- bzw. Impedanzverhalten bei denselben Test-Spannungen (UM,uL) ermittelt und mit dem für die intakte Rohrleitung (1) bekannten Widerstands- bzw. Impedanzverhalten verglichen wird, wobei aus den Abweichungen des zu späteren Zeitpunkten ermittelten Widerstands- bzw. Impedanzverhaltens von jenem für die intakte Rohrleitung (1) auf das Vorliegen einer Leckstelle geschlossen wird.

Description

Verfahren zur Ortung von Leckagen in Rohren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Feststellung und gegebenenfalls Ortung von Leckstellen in Rohrleitungen für den Transport flüssiger oder gasförmiger Medien mittels zumindest eines entlang der Längserstreckung der Rohrleitung von einem Anfangspunkt zu einem Endpunkt verlaufenden, elektrischen Leiters, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Rohrleitungen für den Transport flüssiger oder gasförmiger Medien sind weit verbreitet und zumeist unterirdisch geführt. Es handelt sich dabei etwa um Wasserleitungsrohre oder Fernwärmerohre, wobei bei letzteren das Transportmedium auch gasförmig in Form von Wasserdampf vorliegen kann. Um den Austritt des Mediums und im Fall von Fernwärmeleitungen den Energieverlust aufgrund von Leckstellen so gering wie möglich zu halten, ist eine möglichst rasche Erkennung dieser Leckstellen notwendig. Um in weiterer Folge den Arbeits- und Kostenaufwand zur Behebung des Schadens zu minimieren ist es außerdem wünschenswert, diese Leckstelle auch so genau wie möglich zu orten.
Es sind unterschiedliche Verfahren zur Feststellung und Ortung von Leckstellen bekannt . Eine Möglichkeit besteht etwa in der Vermessung des Zeitechos impulsförmiger Testsignale in elektrischen Überwachungsleitern, die im Nahebereich der Rohrleitung verlegt werden. Hierzu wird etwa die Rohrleitung, in dem das Medium transportiert wird, mit einem Kunststoffmantel umhüllt, in dem die elektrischen Leiter eingeschäumt sind. Der Kunststoffmantel ist wiederum mit einer wasserundurchlässigen Schutzhülle versehen. Diese Anordnung wird im Folgenden auch als Rohrverbund bezeichnet. Die aufgrund des Austritts des Transportmediums auftretende Befeuchtung des Kunststoffmantels reduziert den Isolationswiderstand zwischen Rohrleitung und elektrischem Überwachungsleiter bzw. zwischen den Überwachungsleitern, und stellt somit eine niederohmige Stelle dar, an der die Spannungsimpulse reflektiert werden. Aus der Laufzeit des Echos kann auf die Entfernung der Leckstelle vom Ort der Einkopplung des TestSignals geschlossen werden. Auch wenn entsprechend niederohmige Leiter, wie etwa Kupferdrähte, verwendet werden, kann eine Leckstelle erst bei relativ starker Befeuchtung und somit erst bei vergleichsweise langem Austritt des Mediums aus dem Rohr zuverlässig geortet werden. Außerdem erweist sich die Auswertung und Interpretation des Zeitechos als aufwändig und schwierig.
Eine weitere Möglichkeit zur Feststellung einer Leckstelle besteht im Wesentlichen in der Verwendung einer Widerstandsmessbrücke. Hierbei wird der elektrische Widerstand zwischen einem hochohmigen Leiter, etwa einem Nickelchrom- Leiter, und einem niederohmigen Leiter, etwa einem Kupferdraht oder dem leitfähigen Rohr, überwacht. Bei Befeuchtung des Kunststoffmantels des Rohrs durch Austritt des Transportmediums wird wiederum der Isolationswiderstand verringert, wobei nach dem Prinzip des unbelasteten Spannungsteilers die Leckstelle geortet wird. Hierzu wird ein Schwellenwert für den elektrischen Widerstand definiert, wobei bei Unterschreiten dieses Schwellenwerts ein Alarmsignal generiert und die Ortung vorgenommen wird. Dieses Verfahren erweist sich als empfindlich genug, um bereits geringe Widerstandsänderungen detektieren zu können, und somit eine rasche Fehlerstellenermittlung zu ermöglichen. Es zeigt sich aber in der Praxis, dass dieses Verfahren eine untolerierbar hohe Anzahl von Fehlalarme erzeugt, sodass die Wartungskosten der Rohrleitungsstrecke aufgrund letztendlich unnötiger baulicher Interventionen erhöht werden.
Es ist daher das Ziel der Erfindung, die Feststellung und gegebenenfalls Ortung von Leckstellen in Rohrleitungen zuverlässiger zu gestalten, um auf diese Weise nicht nur die Überwachung von Rohrleitungen zu verbessern, sondern auch die Wartungskosten zu minimieren. Diese Ziele werden durch die Merkmale von Anspruch 1 erreicht . Der Erfindung liegt die Überlegung zu Grunde, dass das Widerstandsverhalten des Gesamtsystems aus Rohrleitung, elektrischer Überwachungsleiter, deren Verbindungsstellen, dem trennenden Füllmaterial sowie der Spannungsquellen und -messgeräte während der Betriebsdauer der Rohrleitungsstrecke nicht konstant ist, obwohl die Rohrleitung, in dem das Medium transportiert wird, noch intakt ist. Vielmehr kommt es etwa im Zuge von Beschädigungen des Rohrverbundes und des damit verbundenen Feuchtigkeitseintrittes von außerhalb des Rohrverbundes, oder auch aufgrund von Temperaturveränderungen zu Variationen des Feuchtigkeitsgrades innerhalb des Rohrverbundes, ohne dass die Rohrleitung schadhaft wäre. Des Weiteren kann es auch in der gesamten Elektrik der Überwachungsleiter, etwa in den Verbindungsstellen der Leiter, zu Beeinträchtigungen kommen, die aufgrund einer Verringerung des Durchgangswiderstands eine scheinbare Verringerung des Isolationswiderstands bewirken. Erfolgt nun die Beurteilung der Integrität der Rohrleitung aufgrund eines Vergleiches mit einem vorher definierten Schwellenwert, und insbesondere aufgrund der Detektierung eines Unterschreitens dieses Schwellenwerts, so kann fälschlicherweise eine Leckstelle angezeigt werden, obwohl die Rohrleitung noch intakt ist.
Eine weitere Überlegung besteht darin, dass die Interpretation einer Leckstelle als bloße Kurzschluss-Stelle zu kurz greift. Die Erfindung beruht vielmehr auf der Auffassung, dass das den zumindest einen Überwachungsleiter sowie die Rohrleitung trennende Füllmaterial ein sich im Laufe der Betriebszeit änderndes Dielektrikum mit komplexen elektrolytischen und mitunter galvanischen Eigenschaften darstellt. Es steht somit nicht die Messung eines bloßen Widerstandswerts und dessen Vergleich mit einem Schwellenwert im Mittelpunkt der Betrachtungen, sondern es wird das „Widerstandsverhalten" des Gesamtsystems untersucht. Es zeigt sich nämlich, dass sich schleichende Widerstandsänderungen aufgrund anderer Faktoren als einer Leckstelle durchaus von Änderungen aufgrund tatsächlicher Leckstellen unterscheiden lassen. Anspruch 1 bezieht sich somit auf ein Verfahren zur Feststellung und gegebenenfalls Ortung von Leckstellen in Rohrleitungen für den Transport flüssiger oder gasförmiger Medien mittels zumindest eines entlang der Längserstreckung der Rohrleitung von einem Anfangspunkt zu einem Endpunkt verlaufenden, elektrischen Leiters, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass zwischen zwei elektrischen Leitern oder zwischen einem elektrischen Leiter und der Rohrleitung eine definierte Test-Spannung angelegt wird, und das Widerstands¬ bzw. Impedanzverhalten zwischen Anfangs- und Endpunkt der beiden Leiter oder des Leiters und der Rohrleitung bei intakter Rohrleitung ermittelt wird, und zu späteren Zeitpunkten das Widerstands- bzw. Impedanzverhalten bei denselben Test-Spannungen ermittelt und mit dem für die intakte Rohrleitung bekannten Widerstands- bzw. Impedanzverhalten verglichen wird, wobei aus den Abweichungen des zu späteren Zeitpunkten ermittelten Widerstands- bzw. Impedanzverhaltens von jenem für die intakte Rohrleitung auf das Vorliegen einer Leckstelle geschlossen wird.
Im Unterschied zu bekannten Verfahren wird somit nicht ein gemessener Widerstandswert mit einem Schwellenwert verglichen, sondern es wird das beobachtete Widerstands- bzw. Impedanzverhalten mit jenem bei intakter Rohrleitung verglichen. Die Ermittlung des Widerstands- bzw. Impedanzverhaltens zwischen Anfangs- und Endpunkt der beiden Leiter oder des Leiters und der Rohrleitung bei intakter Rohrleitung umfasst dabei nicht nur die bloße Ermittlung eines Widerstandswerts bei einem bestimmten Gleichspannungswert, sondern kann auch die Ermittlung von Widerstandswerten bei mehreren Gleichspannungswerten, oder der Impedanzen bei mehreren Wechselspannungsamplituden und -frequenzen umfassen. Es ist des Weiteren auch nicht ausgeschlossen, bei der Ermittlung des Widerstands- bzw. Impedanzverhaltens bei intakter Rohrleitung auch Erfahrungswerte, die im Laufe der Betriebsdauer der Rohrleitungsstrecke gewonnen werden, einfließen zu lassen, etwa wenn zyklische Veränderungen oder eine allmähliche Veränderung des Widerstands- bzw. Impedanzverhaltens beobachtet werden. So können etwa jene Fälle eines Fehlalarms ausgeschieden werden, bei denen ein Widerstandswert zwar unter einen im Rahmen gängiger Verfahren festgelegten Schwellenwert gefallen ist, aber aus dem Vergleich mit dem Widerstandsverhalten bei intakter Rohrleitung klar ist, dass die Änderung des Widerstandswerts auf andere Faktoren zurückzuführen ist.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass bei dem Vergleich mit dem Widerstands- bzw. Impedanzverhalten bei intakter Rohrleitung auch mit mehreren Testspannungen gearbeitet werden kann, was bei der bloßen Überwachung eines Schwellenwerts nicht möglich ist. Dabei kann die Absolvierung eines Prüfprogramms, bei dem etwa Widerstands- bzw. Impedanzwerte bei unterschiedlichen Spannungswerten und -frequenzen, also das „Widerstands- bzw. Impedanzverhalten", ermittelt und ausgewertet werden, in festgelegten zeitlichen Abständen automatisiert vorgenommen werden .
Anspruch 2 sieht vor, dass es sich bei der Test-Spannung um zumindest einen Gleichspannungswert handelt. Anspruch 3 sieht vor, dass es sich bei der Test-Spannung um eine Wechselspannung mit zumindest einer definierten Frequenz und Amplitude handelt .
Anspruch 4 sieht vor, dass das Widerstands- bzw. Impedanzverhalten sowohl am Anfangspunkt als auch am Endpunkt der elektrischen Leiter gemessen wird. Dadurch wird eine präzise Ortung der Leckstelle ermöglicht. Falls das Widerstands- bzw. Impedanzverhalten lediglich am Anfangs- oder Endpunkt der elektrischen Leiter gemessen wird, kann eine Ortung der Leckstelle nur mit eingeschränkter Genauigkeit vorgenommen werden, sodass man in diesem Fall in erster Linie auf das Feststellen einer Leckstelle beschränkt ist. Eine konkrete Vorgangsweise zur Vermessung des Impedanzverhaltens wird in Anspruch 5 vorgeschlagen. Anspruch 5 schlägt vor, dass
-) eine erste Test-Spannung erzeugt und am Anfangspunkt eines
Überwachungsleiters als erstes Einspeisesignal eingekoppelt wird,
-) am Endpunkt ein erstes Antwortsignal gemessen wird,
-) in Abhängigkeit vom ersten Antwortsignal eine der ersten
Test-Spannung entsprechende, zweite Test-Spannung erzeugt und am Endpunkt eines Überwachungsleiters als zweites
Einspeisesignal eingekoppelt wird,
-) am Anfangspunkt ein zweites Antwortsignal gemessen wird,
-) und die Korrelation der Einspeise- und Antwortsignale mit den jeweiligen Test-Spannungen mit jener für die intakte
Rohrleitung verglichen wird.
Ein auf diese Weise ermitteltes Impedanzverhalten wird im folgenden auch als Sprung- oder Impulsantwort des Rohrverbundes bezeichnet. Anstelle des Ausdrucks „Test- Spannung" wird im Folgenden auch der Begriff „Testsignal" verwendet .
Eine solche Vorgangsweise kann insbesondere gemäß Anspruch 6 im Rahmen eines Prüfprogramms mit unterschiedlichen Test- Signalen durchlaufen werden. Dabei können innerhalb eines Ablaufes des Prüfprogramms etwa unterschiedliche Frequenzen, Spannungsamplituden, Impulsdauer oder Impulsmuster eingekoppelt und die entsprechenden Antwortsignale ausgewertet werden. In vorgegebenen zeitlichen Abständen kann das Prüfprogramm wiederholt werden. Die Wiederholung einer Messung bei Variation des Test-Signals erlaubt es dabei, eine eventuell aufgetretene Leckstelle immer genauer einzugrenzen.
Gemäß Anspruch 7 ist vorgesehen, dass die Impedanz zwischen zwei elektrischen Leitern oder zwischen einem elektrischen Leiter und der Rohrleitung mithilfe definierter Test- Spannungen mit jeweils unterschiedlichen Frequenzen ermittelt wird, und ihre Frequenzabhängigkeit von jener bei intakter Rohrleitung verglichen wird. Auf diese Weise ist ebenfalls eine Eingrenzung der Leckstelle möglich, wobei man hierbei davon ausgeht, dass das aus einer Leckstelle austretende Medium eine Kapazitätsänderung im Bereich der Leckstelle zur umgebenden Erde bewirkt. Die Erde stellt dabei eine bekannte Größe dar, wobei die durch die Leckstelle auftretenden Veränderungen im Masseverhältnis am Ort der Leckstelle zu einer Veränderung der Impedanzverhältnisse führen.
Eine Impedanzerfassung über einen hinreichend großen Frequenzbereich stellt besondere Anforderungen an das Testsignal, wobei insbesondere bei Verwendung hochohmiger Nickel- bzw. Nickelchrom-Leitungen ein Signalgenerator mit entsprechend hoher Spitzenleistung erforderlich ist. Zur Generierung eines geeigneten Testsignals wird daher gemäß Anspruch 8 vorgeschlagen, dass zur Erzeugung der Test-Spannung zumindest ein digitaler Verstärker und zumindest ein Analogverstärker hintereinander geschaltet werden. Dadurch können mit relativ hohem Wirkungsgrad Testsignale der geforderten Qualität und geeignetem Frequenzverhalten erzeugt werden. Gemäß Anspruch 9 ist insbesondere vorgesehen, dass zwei digitale Verstärkerstufen verwendet werden, deren Ausgangssignale einem Analogverstärker zugeführt werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen die
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines Rohrverbunds mit zwei Überwachungsleiter,
Fig. 2 ein Ersatzschaltbild für die Ermittlung des Widerstandsverhaltens bei Gleichspannung,
Fig. 3 ein Ersatzschaltbild für die Ermittlung des Impedanzverhaltens bei Wechselspannung, Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Ermittlung des Impedanzverhaltens einer Rohrleitungsstrecke,
Fig. 5 ein Schaltbild zur Erzeugung eines Testsignal,
Fig. 6 eine Ausführungsform einer schaltungstechnischen Realisierung zur Formung eines Testsignals, und
Fig. 7. eine Ausführungsform einer regeltechnischen Realisierung zur Formung eines Testsignals.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines Rohrverbunds 8, wie sie für den Transport flüssiger oder gasförmiger Medien weit verbreitet sind. Der Rohrverbund 8 ist über weite Strecken zumeist schwer zugänglich, z.B. unterirdisch, geführt. Es handelt sich dabei etwa um Wasserleitungsrohre oder Fernwärmerohre, wobei bei letzteren das Transportmedium auch gasförmig in Form von Wasserdampf vorliegen kann. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich aber zur Überwachung von Rohrleitungen zum Transport von Medien jeder Art, sofern das transportierte Medium elektrisch leitfähig ist, wobei eine Leitfähigkeit des Transportmediums von wenigen μS/cm bereits ausreichend ist.
Der Rohrverbund 8 weist die Rohrleitung 1, etwa ein Stahloder Kupferrohr, für den Transport des flüssigen oder gasförmigen Mediums auf, sowie elektrische Überwachungsleiter 2, die im Nahebereich der Rohrleitung 1 verlegt werden. Hierzu wird etwa die Rohrleitung 1, in dem das Medium transportiert wird, mit einem thermisch und elektrisch isolierenden Mantel 3 umhüllt, in dem die elektrischen Leiter 2 eingebettet sind, sowie mit einer wasserundurchlässigen Schutzhülle 4. Das thermisch und elektrisch isolierende Material kann etwa Kunststoff sein, etwa PUR-Hartschaum, Glas- oder Steinwolle, oder eine Faserisolierung. Im Folgenden wird von einem Kunststoffmantel 3 ausgegangen. Der Kunststoffmantel 3 weist im trockenen Zustand elektrisch isolierende Eigenschaften auf. Die aufgrund des Austritts des Transportmediums auftretende Befeuchtung des Kunststoffmantels 3 reduziert den Isolationswiderstand zwischen Rohrleitung 1 und elektrischem Überwachungsleiter 2 bzw. zwischen den Überwachungsleitern 2, und stellt somit eine niederohmige Stelle dar, wobei die geänderten elektrischen Verhältnisse für eine Erkennung und Ortung der Leckstelle herangezogen werden können .
Fig. 1 zeigt die Verwendung von zwei Überwachungsleiter 2, es ist aber auch die Verwendung von bloß einem Leiter 2 oder auch von mehreren Leiter 2 denkbar, wobei die Anordnung der Überwachungsleiter 2 innerhalb der Ummantelung 3 variieren kann. Bei den Überwachungsleitern 2 handelt es sich um einen hochohmigen leiter 2, etwa ein Nickelchrom-Leiter, sowie wahlweise einem niederohmigen Leiter 2, etwa einem Kupferdraht oder einem Kupfer-Nickel-Leiter. Dabei wird der elektrische Widerstand zwischen dem hochohmigen Leiter 2 und dem niederohmigen Leiter 2, sowie wahlweise auch zwischen dem hochohmigen Leiter 2 und dem Rohr 1 überwacht . Bei Verwendung von lediglich einem Überwachungsleiter 2 wird der elektrische Widerstand zwischen dem hochohmigen Leiter 2 und dem leitfähigen Rohr 1 überwacht.
Wie bereits erwähnt wurde, beruht die Erfindung auf der Auffassung, dass das den zumindest einen Überwachungsleiter 2 sowie die Rohrleitung 1 trennende Füllmaterial 3 ein sich im Laufe der Betriebszeit änderndes Dielektrikum mit komplexen elektrolytischen und mitunter galvanischen Eigenschaften darstellt. Eine Leckstelle verändert die dielektrischen Eigenschaften signifikant, und somit das Widerstandsverhalten des Gesamtsystems. Zur Modellierung der elektrischen Eigenschaften des Gesamtsystems wird auf ein Ersatzschaltbild zurückgegriffen, das in Fig. 2 für Gleichspannungs-Testsignale UM und der Verwendung von lediglich einem Überwachungsleiter 2 gezeigt ist, und in der Fig. 3 für Wechselspannungs- Testsignale uL . Wie der Fig. 2 entnommen werden kann, wird dabei die Rohrleitungsstrecke als Serienschaltung von Widerständen R' angenommen, wobei unterschiedliche Streckenlängen Ii und I2 der Rohrleitungsstrecke mithilfe einer unterschiedlichen Anzahl von Widerständen R' wiedergegeben werden. Zwischen Leiter 2 und der Rohrleitung 1 wird an einem Anfangspunkt die Messspannung UM angelegt, und an einem Endpunkt die Ausgangsspannung UMa gemessen. Der Bereich der Leckstelle wird als Fehlerspannungsquelle t£ zwischen Rohrleitung 1 und Leiter 2 mit dem Innenwiderstand Rp aufgefasst. Durch die Bestimmung des Schleifenwiderstands kann eine Leckstelle erkannt werden, wobei für eine genaue Ortung der Leckstelle sowohl am Anfangs¬ ais auch am Endpunkt gemessen werden muss. Bei Verwendung eines weiteren Überwachungsleiters 2 lässt sich die Lokalisierung der Leckstelle präzisieren.
In ähnlicher Weise zeigt Fig. 3 ein Ersatzschaltbild bei Verwendung von lediglich einem Überwachungsleiter 2 und Wechselspannungs-Testsignalen uLi und uL2 • Die Rohrleitungsstrecke wird durch die Widerstände R' , induktiven Widerstände L' und kapazitiven Widerstände C mit dem Leitwert G' modelliert. Unterschiedliche Streckenlängen Ii und I2 der Rohrleitungsstrecke werden wiederum mithilfe einer unterschiedlichen Anzahl von R' L' C -Widerstandselementen wiedergegeben. Zwischen Leiter 2 und der Rohrleitung 1 wird an einem Anfangspunkt die Messspannung uLi angelegt, und an einem Endpunkt die Ausgangsspannung gemessen. Der Bereich der Leckstelle wird als kapazitive Verbindung CF zwischen Rohrleitung 1 und Leiter 2 mit dem Widerstand ~B? aufgefasst. Aus dem Verhältnis der Impedanzverteilung am Anfangspunkt und Endpunkt der Leitung kann auf die Position der Leckstelle im Rohrleitungssystem geschlossen werden. Dies soll im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung zur Ermittlung des Impedanzverhaltens einer Rohrleitungsstrecke, die den Rohrverbund 8 umfasst. Zur Ermittlung des exakten Fehlerortes durch Impedanzanalyse wird jeweils an einem Anfangspunkt sowie an einem Endpunkt der zu überwachenden Rohrleitungsstrecke ein Messgerät Ma bzw. Mb angebracht. Beide Geräte Ma und Mb sind mit einem Server 15 verbunden, der die Messung steuert, und auf dem die Auswertung der Messdaten erfolgt.
Für eine exakte Leckstellenbestimmung wird jeweils von den beiden Messgeräten Ma und Mb abwechselnd ein Testsignal uL ausgesendet und an der jeweils gegenüberliegenden Seite der Messanordnung analysiert. Hierzu erzeugt zunächst die Messeinrichtung Ma ein Testsignal uLi, und wertet die Impedanzverteilung an der Einspeisestelle am Anfangspunkt einer Rohrleitungsstrecke, wo es als Einspeisesignal eingekoppelt wird, aus. Am Endpunkt der Rohrleitungsstrecke wird es in weiterer Folge als erstes Antwortsignal gemessen. In Abhängigkeit vom ersten Antwortsignal wird daraufhin von der Messeinrichtung MB eine der ersten Test-Spannung entsprechende, zweite Test-Spannung uL2 erzeugt und am Endpunkt eines Überwachungsleiters als zweites Einspeisesignal eingekoppelt. Dieses zweite Einspeisesignal wird am Anfangspunkt als zweites Antwortsignal gemessen. Die Messdaten werden der Auswerteeinheit 15, etwa einem Server, übermittelt, wo die Korrelation der Einspeise- und Antwortsignale mit den jeweiligen Test-Spannungen uLi,uL2 ermittelt und mit jener für die intakte Rohrleitung 1 verglichen wird.
Diese Vogangsweise kann etwa im Rahmen eines Prüfprogramms mit unterschiedlichen Test-Signalen uL durchlaufen werden, bei denen unterschiedliche Parameter des Test-Signals 14 variiert werden. Dabei können innerhalb eines Ablaufes des Prüfprogrammes etwa unterschiedliche Frequenzen, Spannungsamplituden, Impulsdauer oder Impulsmuster eingekoppelt und die entsprechenden Antwortsignale ausgewertet werden. In vorgegebenen zeitlichen Abständen kann das Prüfprogramm wiederholt werden.
Diesem Messverfahren übergeordnet ist ein Auswerte- und Analyseprogramm, welches durch die Bewertung der Änderung des Impedanzverhaltens der Leitung sowie durch die Reaktion der Leitung auf adaptiv nachgestellte Testsignale die Leitung hinsichtlich Dichtheit bewerten kann. Dabei wird im Fall der einfacheren Leitungszustandsanalyse, also der Feststellung einer Leckage ohne deren Ortung, lediglich eine Tendenzanalyse auf die Impedanzantwort der Anordnung durchgeführt. Eine tendenziell sprungförmige Änderung, sofern sie außerhalb gewisser erlaubter Toleranzen auf nahezu allen Testfrequenzen mit gleicher Tendenz erfolgt, führt zu einer Fehlererkennung und Signalisierung.
Bei der Fehlerortung wird im Gegensatz zur Leitungszustandsanalyse gezielt von beiden Seiten der Leitung mit Testsignalen die Fehlerstelle als Verhältnis der jeweils gegenüberliegenden Testantworten ermittelt. Der Vorgang ist in etwa folgendermaßen zu beschreiben. Wenn die Leitungszustandsanalyse eine Fehlerstelle ausweist, wird von beiden Seiten der Leitung begonnen die Impedanzverteilung abwechselnd zu bestimmen. Dabei werden die Testsignale adaptiv so verändert, dass über den gesamten Testfrequenzbereich ein repräsentatives Spektrum aufgenommen werden kann. Die so ermittelten Messreihen werden statistisch in relativer Relation zueinander gesetzt, und aus dem Verhältnis der jeweiligen Resultate wird auf den Ort der Fehlerstelle hochgerechnet .
Die Qualität des Verfahrens steht in engem Zusammenhang mit der Signalgüte der Testsignale (sowie deren adaptiver Regelung) und der Messgenauigkeit. Praktisch sind Auflösungen von besser als 1% rechnerisch realisierbar. Der zeitliche Verlauf der Feuchtigkeitsdurchdringung wird dabei mitprotokolliert, da mit zunehmender Feuchte in der Isolierung die Bestimmung der genauen Leckage immer ungenauer wird. Dadurch ist ein späteres Rückrechnen und Ermitteln des tatsächlichen Lecks möglich.
Es ist daraus aber auch ersichtlich, dass die Ermittlung des Impedanzverhaltens zwischen Anfangs- und Endpunkt der Rohrleitungsstrecke und des Leiters 2 nicht nur die bloße Ermittlung eines einzelnen Impedanzwerts umfasst, sondern auch die Ermittlung von Impedanzwerten bei mehreren Wechselspannungsamplituden und -frequenzen, oder Variationen des Test-Signals uL anderer Art. Die jeweilige Sprungantwort des Gesamtsystems für all diese Testfälle bildet das „Impedanzverhalten" des Gesamtsystems, das zunächst bei intakter Rohrleitung 1 erhoben wird.
Das Impedanzverhalten zwischen Anfangs- und Endpunkt des Leiters 2 und der Rohrleitung 1 wird in weiterer Folge zu beliebigen, späteren Zeitpunkten wiederholt ermittelt, und mit dem für die intakte Rohrleitung 1 bekannten Impedanzverhalten verglichen, wobei aus den Abweichungen des zu beliebigen Zeitpunkten ermittelten Impedanzverhaltens von jenem für die intakte Rohrleitung 1 auf das Vorliegen einer Leckstelle geschlossen wird. Die Wiederholung einer Messung bei Variation des Test-Signals uL erlaubt es dabei, eine eventuell aufgetretene Leckstelle immer genauer einzugrenzen.
Im Zuge der Bewertung von Abweichungen im Impedanzverhalten können auch Erfahrungswerte, die im Laufe der Betriebsdauer der Rohrleitungsstrecke gewonnen werden, berücksichtigt werden, etwa wenn zyklische Veränderungen oder eine allmähliche Veränderung des Impedanzverhaltens beobachtet werden. Auch im Zuge von Erweiterungen oder sonstigen Modifikationen der Rohrleitungsstrecke wird sich das Impedanzverhalten des Gesamtsystems verändern. So können etwa jene Fälle eines Fehlalarms ausgeschieden werden, bei denen sich das Impedanzverhalten zwar verändert hat, aber aus dem Vergleich mit dem Impedanzverhalten bei intakter Rohrleitung 1 klar ist, dass die Änderung des Impedanzverhaltens auf andere Faktoren als ein Rohrleitungsbruch zurückzuführen ist.
Wie bereits erwähnt wurde, stellt eine Impedanzerfassung über einen hinreichend großen Frequenzbereich besondere Anforderungen an das Testsignal uL, wobei insbesondere bei Verwendung hochohmiger Nickel- bzw. Nickelchrom-Leitungen ein Signalgenerator mit entsprechend hoher Spitzenleistung erforderlich ist. Zur Generierung eines geeigneten Testsignals uL wird daher beispielhaft ein Schaltungsprinzip gemäß Fig. 5 vorgeschlagen, bei dem zur Erzeugung des Testsignals U1 zwei digitale Verstärker 7,10 und ein Analogverstärker 13 hintereinander geschaltet werden, wobei sie durch eine Kapazität Q1,b gekoppelt sind. Die in der Fig. 5 ersichtliche Spannung uL stellt dabei die Eingangsspannung für die Impedanzmessung, also das Testsignal, dar. Im Zuge eines solchen Mehrstufensystems in Form kaskadierter Analog- und Digitalverstärker 7,10,13 liefern die beiden digitalen Schaltstufen 7,10 zunächst das ungefähre Ausgangssignal, welches mit einem Offset behaftet ist. In weiterer Folge stellt ein Linearverstärker 13 das eigentliche Ausgangssignal uL zur Verfügung. Da dieser Verstärker 13 mit relativ geringer Spannung arbeitet, kann hiermit der Wirkungsgrad des Gesamtsystems entsprechend markant gesteigert werden. Die erforderliche Kleinsignalbandbreite wird vom Analogverstärker 13 bestimmt, und kann somit entsprechend hoch angesetzt werden. Dadurch vereint eine Schaltung gemäß Fig. 5 die breitbandige Einsetzbarkeit eines Analogverstärkers 13 mit dem hohen Wirkungsgrad der Digitalverstärker 7,10. Dabei ist aber nicht ausgeschlossen, dass ein Testsignal ii mit der für das erfindungsgemäße Verfahren erforderlichen Güte bei Verwendung entsprechender Digitalverstärker 7,10 auch ohne die vorgeschlagene Analogverstärkerstufe 13 geformt werden kann.
Eine mögliche schaltungstechnische Realisierung eines solchen kaskadierten linear/Schaltverstärkers ist in der Fig. 6 gezeigt. Die beiden Digitalverstärkerstufen 7,10 umfassen jeweils die Schalter Si bzw. S4, die als Transistoren ausgeführt sind, sowie die Dioden Di bzw. D4. Die Ausgangsspannungen Ui und U2 stellen das Eingangssignal für den Analogverstärker dar, wobei das verstärkte Signal wiederum mit uL gekennzeichnet ist. Diese Schaltung ist dabei für den Spezialfall des Treibens von Lasten im Hinblick auf die Leckstellenortung gezeichnet. Eine mögliche regeltechnische Realisierung zur Formung eines für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten Testsignals uL ist in der Fig. 7 gezeigt. Eine Referenzspannung UREF wird den Signalgeneratoren 5,6 zugeführt. Die durch den Signalgenerator 6 geformte Wechselspannung uR wird den beiden Digitalverstärkerstufen 7,10 zugeführt, wobei zur Korrektur von Signalfehlern aufgrund von Bautoleranzen oder Temperaturschwankungen auch ein Konstantwert K addiert bzw. subtrahiert werden kann. Das resultierende Signal ist in der Fig. 7 mit uRi bzw. uR2 gekennzeichnet. Durch eine Vorabregelung 9 werden die Schalter Sa,b der digitalen Verstärkerstufen 7,10 gesteuert. Das verstärkte Signal wird jeweils einer Filterstufe 11 zugeführt. Die Ausgangsspannungen der Filterstufen 11 werden rückgekoppelt, und von den jeweiligen Eingangsspannungen uRi bzw. uR2 subtrahiert. Das aus den jeweiligen Verstärkerstufen 7, 10 letztendlich resultierende Ausgangssignal ui bzw. U2 wird nun dem Analogverstärker 13 zugeführt. Das analog verstärkte Signal durchläuft eine Filterstufe 14, und wird zur Subtraktion von dem durch Signalgenerator 5 gelieferten Signal rückgekoppelt. Das resultierende Signal durchläuft eine Regelstufe 12, und dient in weiterer Folge zur Steuerung der Verstärkerstufe 13. Dadurch können mit relativ hohem Wirkungsgrad Testsignale uL der geforderten Qualität und geeignetem Frequenzverhalten erzeugt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit die zuverlässige Feststellung und Ortung von Leckstellen in Rohrleitungen 1, wobei auf diese Weise die Überwachung von Rohrleitungen 1 verbessert und die Wartungskosten minimiert werden können.

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zur Feststellung und gegebenenfalls Ortung von Leckstellen in Rohrleitungen (1) für den Transport flüssiger oder gasförmiger Medien mittels zumindest eines entlang der Längserstreckung der Rohrleitung (1) von einem Anfangspunkt zu einem Endpunkt verlaufenden, elektrischen Leiters (2), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei elektrischen Leitern (2) oder zwischen einem elektrischen Leiter (2) und der Rohrleitung (1) eine definierte Test-Spannung (UM,uL) angelegt wird, und das Widerstands- bzw. Impedanzverhalten zwischen Anfangs- und Endpunkt der beiden Leiter (2) oder des Leiters (2) und der Rohrleitung (1) bei intakter Rohrleitung (1) ermittelt wird, und zu späteren Zeitpunkten das Widerstands- bzw. Impedanzverhalten bei denselben Test-Spannungen (UM,uL) ermittelt und mit dem für die intakte Rohrleitung (1) bekannten Widerstandsbzw. Impedanzverhalten verglichen wird, wobei aus den Abweichungen des zu späteren Zeitpunkten ermittelten Widerstands- bzw. Impedanzverhaltens von jenem für die intakte Rohrleitung (1) auf das Vorliegen einer Leckstelle geschlossen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Test-Spannung (UM,UL) um zumindest einen Gleichspannungswert (UM) handelt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Test-Spannung (UM,Ui) um eine Wechselspannung (uL) mit zumindest einer definierten Frequenz und Amplitude handelt .
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Impedanzverhalten sowohl am Anfangspunkt als auch am Endpunkt des zumindest einen elektrischen Leiters (2) gemessen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
-) eine erste Test-Spannung (uLi) erzeugt und am Anfangspunkt eines Überwachungsleiters (2) als erstes Einspeisesignal eingekoppelt wird,
-) am Endpunkt ein erstes Antwortsignal gemessen wird, -) in Abhängigkeit vom ersten Antwortsignal eine der ersten Test-Spannung (uLi) entsprechende, zweite Test- Spannung (uL2) erzeugt und am Endpunkt eines Überwachungsleiters (2) als zweites Einspeisesignal eingekoppelt wird,
-) am Anfangspunkt ein zweites Antwortsignal gemessen wird,
-) und die Korrelation der Einspeise- und Antwortsignale mit den jeweiligen Test-Spannungen (ULI,UL2) mit jener für die intakte Rohrleitung (1) verglichen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es im Rahmen eines Prüfprogramms mit unterschiedlichen Test-Spannungen (uL) durchlaufen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanz zwischen zwei elektrischen Leitern (2) oder zwischen einem elektrischen Leiter (2) und der Rohrleitung (1) mithilfe definierter Test-Spannungen (uL) mit jeweils unterschiedlichen Frequenzen ermittelt wird, und ihre Frequenzabhängigkeit von jener bei intakter Rohrleitung
(1) verglichen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Test-Spannung (uL) zumindest ein digitaler Verstärker (7,10) und zumindest ein Analogverstärker (13) hintereinander geschaltet werden .
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei digitale Verstärkerstufen (7,10) verwendet werden, deren Ausgangssignale einem Analogverstärker (13) zugeführt werden.
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