FI84108C - Foerfarande och anordning foer lokalisering av kabelfel. - Google Patents

Description

84108

MENETELMÄ JA LAITE KAAPELIVIAN PAIKALLISTAMISEKSI FÖRFARANDE OCH ANORDNING FÖR LOKALISERING AV KABELFEL

Tämän keksinnön kohteena on menetelmä ja laite kaapelivian paikallistamiseksi, jossa johtimessa olevan vian, kuten vuodon, oikosulun tai katkoksen sijaintia tunnustellaan detektorilla paikan päällä.

Nykyisin käytössä olevat tämäntyyppiset kaapelivian paikal-listamislaitteet edellyttävät, että vikakohta on poltettu poikki syöttämällä vialliseen johtoon korkeajännite. Tämän jälkeen vikakohdan etsiminen tapahtuu kuuntelemalla vikakoh-taan korkeajännitteen avulla aikaansaatua kipinöintiä herkällä kuuntelulaitteella.

Tunnetulla tekniikalla on muutamia vakavia epäkohtia; ensinnäkin poikkipolttamisen onnistuminen vian kohdalla riippuu vian tyypistä. Toisaalta kipinöivän vikakohdan löytäminen kuuntelemalla on liikenteen ym. taustamelun johdosta käytännöllisesti katsoen mahdotonta muulloin kuin yöaikana. Näistä syistä johtuen joudutaan kaapelia kaivamaan esiin usein tarpeettoman pitkältä matkalta vikakohdan paljastamiseksi, ja paljastettua kaapelia joudutaan tutkimaan vielä kertaalleen erikoismenetelmin ja -laittein vian tarkan sijainnin löytämiseksi. Vian karkea sijaintikohta (etäisyys vikakohtaan kaapelia pitkin mitattuna) voidaan yleensä määritellä tunnetulla tavalla kytkemällä viallisen ja ehjän johdinparin päihin toimintaperiaatteeltaan vastussiltaa muistuttava laite, kuten esim. suomalaisessa patenttihakemuksessa 852542 esitetään.

Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä ja laite, jonka avulla mikä tahansa vika on tarkasti paikallistettavissa "kentällä" maan päältä. Tämän aikaansaamiseksi on keksinnön mukaiselle menetelmälle, jossa kaapelin johdin-parista, joista toinen johto on tutkittava viallinen johto, 2 84108 muodostetaan johdinsilmukka, jonka ehjään haaraan syötetään vikatilanteen mukaan riittävän suuri jännite viallisen toiminnan kuten läpilyönnin aikaansaamiseksi, ja siitä aiheutuvan paluuvirran aikaansaamiseksi viallisessa johtimessa, on tunnusomaista se, että läpilyöntivirtaan lisätään korkeataa-juinen signaali eli kantoaalto magneettikentän luomiseksi keskinäisinduktanssin avulla viallisen ja mainitun jännite-pulssin ehjän syöttöjohtimen välillä, ja jonka magneettikentän päättymistä sitä oikosulkevaan vikakohtaan tunnustellaan mainitun kantoaallon taajuutta ilmaisevan laitteen avulla.

Riittävän korkealla jännitteellä saadaan siis vialliseen kaapeliin muodostettua virtasilmukka, jonka mukana korkea-taajuinen, esim. RF-signaali kulkee. Vika muodostaa oikosulun tälle virtasilmukalle, jonka jälkeen RF-signaalia ei siis esiinny. Detektoimalla RF-signaali sen taajuudelle tarkasti viritetyn ilmaisimen avulla saadaan häiriöille tunnoton ja varma ilmaisu vikapaikasta.

Keksinnön mukaisen menetelmän muille edullisille sovellu-tusmuodoille on tunnusomaista se, mitä jäljempänä olevissa patenttivaatimuksissa on esitetty.

Keksinnön mukaista menetelmää toteuttavalle laitteelle, johon kuuluu elimet läpi lyöntijännitteen aikaansaamiseksi vikakohdassa sekä antenni tai sentapainen ilmaisin johtimessa tapahtuvan läpilyönnin detektoimiseksi paikan päällä, on tunnusomaista se, että elimet läpilyöntijännitteen aikaansaamiseksi muodostuvat lähetinyksiköstä, jossa on säädettävä teholähde ja tämän ulostuloon kytketty modulaattori, jolla korkeataajuinen signaali eli kantoaalto on moduloitavissa pientaajuussignaalilla ja lisättävissä teholähteen ulostuloon magneettikentän aikaansaamiseksi viallisen ja ehjän syöttöjohtimen välillä, ja vastaanotinyksiköstä, jossa on mainitun magneettikentän ilmaisin, yksi tai useampia vahvistimia ja suotimia mainitun kantoaallon läsnäolon ilmaisemi-

II

3 84108 seksi, demodulaattori moduloivan pientaajuussignaalin erottamiseksi kantoaallosta sekä laitteet pientaajuussignaalin ilmaisemiseksi käyttäjälle.

Keksinnön mukaisen laitteen muille edullisille sovellutus-muodoille on tunnusomaista se, mitä jäljempänä olevissa patenttivaatimuksissa on esitetty.

Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin esimerkkien avulla viittamalla oheisiin piirustuksiin, joissa

Kuvio 1 esittää yleiskuvaa mittaustilanteesta,

Kuvio 2 esittää keksinnön mukaisen laitteen lähettimen periaatetta lohkokaaviomuodossa,

Kuvio 3 esittää keksinnön mukaisen laitteen vastaanottimen perusratkaisua,

Kuvio 4 esittää keksinnön mukaisen laitteen vastaanottimen erästä sovellutusmuotoa.

Kuviossa 1 on maanpinnan 1 alla esim. puhelinkaapeliin sisältyvät johtimet 2,3, joista johtimessa 3 on kohdassa 4 vika. Keksinnön mukaisesti johtimeen 2, joka valitaan sopivasti kaapelin ehjistä jehtimistä, kytketään tasajänniteläh-de 5, jonka antama jännite valitaan sellaiseksi, että viallisen kaapelin 3 kautta saadaan kulkemaan riittävä määrä tasavirtaa. Tämä voi vaatia esim. 5 kV:n syöttöjännitteen. Yksiköstä 6, jota selostetaan tarkemmin jäljempänä, syötetään virtamuuntajan 7 kautta amplitudimoduloitu korkeataa-juinen (5-500 kHz) RF- tai HF-signaali johtimeen 2, joka signaali siten summautuu eli ekstrapoloituu jännitelähteen 5 syöttämään tasajännitteeseen. Tuloksena on korkeajännittei-siä, korkeataajuisia pulsseja, joiden amplitudi on verran- 4 84108 nollinen moduloivaan, esim. 1-10 kHz:n taajuiseen tunniste-signaaliin.

Koska ylilyöntipotentiaali vikakohdassa 4 on saavutettu jo tasajännitteellä, on helppoa aikaansaada olennainen osa RF-tai HF-signaalista kulkemaan viallisen johtimen 3 haraa A pitkin takaisin. Vikakohta 4 muodostaa siis moduloidulle signaalille olennaisesti oikosulkua muistuttavan kohdan. Johtimien 2 ja 3 haarassa A kiertävä signaali synnyttää johtimien 2 ja 3 keskinäisinduktanssin johdosta magneettikentän, joka loppuu vikakohtaan 4, eikä siis ole havaittavissa johdinhaarassa B. Tunnistelemalla magneettikenttää sen taajuudelle viritetyllä resonanssipiirillä eli antennilla 8, voidaan vikakohta 4 paikallistaa maan päältä.

Kuviossa 2 esitetään esimerkki keksinnön mukaisen laitteen lähettimestä lohkokaaviomuodossa. Lähetin muodostuu pääkom-ponenteistaan tasavirtalähteestä 6 (säädettävä 0-5 kV), vir-tamuuntajasta 7, RF-tehovahvistimesta/modulaattorista 9, pientaajuussignaaligeneraattorista 10, joka muodostaa moduloivan signaalin, 1-10 kHz, sekä RF-oskillaattorista 11, joka muodostaa kantoaaltosignaalin, esim. 100 kHz. Yllä esitetyn mukaisesti tasavirtalähteellä 6 aikaansaadaan heikkovir-tainen valokaari vikakohdassa johtimien 2 ja 3 välillä, jolla RF-vahvistimen 9 tuottama moduloitu signaali "ratsastaa".

Toinen vaihtoehto lähettimen rakenteelle on käyttää teholtaan riittävän suurta ja säädettävää vahvistinta 9, jolla saadaan aikaan riittävän suuri amplitudi (esim. 1 kV) ylilyönnin eli "kipinöinnin" aikaansaamiseksi vikakohdassa. Tällöin DC-teholähdettä 6 ja virtamuuntajaa 7 ei tarvita, toisaalta tarvitaan vahvistimen 9 ja johtimien 2,3 välillä impedanssin sov itu sinuun ta j a.

Erilaisia tilanteita varten, kuten vaihtelevaan maaperään kaivettujen taikka meren pohjaan laskettujen kaapelien vi-

II

5 84108 kojen paikallistamiseksi, on eduksi, jos kantoaallon ja/tai tunnistesignaalin taajuus on säädettävä. Kantoaalto-oskillaattorissa riittää esim. kolme valittavissa olevaa, kolmella kiteellä aikaansaatua kiinteätä taajuutta sopivalla taajuusalueella. Mikäli lähettimessä ei käytetä erillistä tehonsäätöä ulosmenossa, tulee tunnistesignaalin vahvistus olla portaattomasti säädettävissä, jotta amplitudimodulointi ja siten vikakohdassa 4 tapahtuva läpilyönti olisi hallittavissa.

Kuviossa 3 esitetään keksinnön mukaisen laitteen vastaanottimen perusratkaisua. Lähettimen generoima RF-taajuinen magneettikenttä johtimien haarassa A tunnistetaan antennilla eli resonanssipiirillä 12. Antennisignaali vahvistetaan an-tennivahvistimessa 13, jossa on automaattinen tason säätö (AGC). Automaattinen tason säätö voi olla kytkimellä valittavissa käsisäätoiseksi, jolloin tietyissä olosuhteissa saadaan viallinen kohta paikallistettua tarkemmin, eräänlaisena hienosäätönä. Häiriönpoisto tapahtuu suodattamalla esiin detektoidusta signaalista lähettimen antama kantoaalto, esim. alle 100 Hz leveän taajuuskaistan muodossa. Tämä suoritetaan kuvion 3 mukaisesti kahdella kaistasuodattimella 14 ja 16, joiden jälkeen suoritetaan kompensoiva RF-vahvistus vahvistimilla 15 ja 17. Näin saadaan aikaan tehokas vaimennus kantoaallon ulkopuolella. Valmiiksi suodatettu ja vahvistettu signaali johdetaan signaali-ilmaisupiiriin 18, joka itse asiassa on demodulaattori suodattaen esiin moduloivan pientaajuussignaalin kantoaallosta. Ilmaisupiiristä 18 on myös järjestetty tasonsäätötakaisinkytkentä antennivahvis-timelle 13. Pientaajuussignaali vahvistetaan vahvistimessa 19 ja muutetaan kaiuttimella, kuulokkeilla, merkkivaloilla tms. laitteella ihmisen havaitsemaan muotoon kohdassa 20, joka siis edustaa yhtä tai useampaa yllämainituista komponenteista. Periaatteessa on kyse AM-signaalin vastaanottamisesta, joka on esim. radioalan ammattimiehelle selvä asia.

6 84108

Kun kaapelin viallinen kohta on löytynyt ja kaapeli kaivettu esiin, ei yleensä vielä tiedetä vian sijaintia niin tarkasti, että kaapelin suojavaippaa ja eristekerroksia kannattaisi ryhtyä avaamaan korjausta varten. Markkinoilla on laitteita, joilla vian tarkka sijainti on määritettävissä siirtämällä laitetta kaapelin pintaa pitkin, kunnes osutaan vian kohdalle. RF-taajuuksien ilmaisu keksinnön mukaisella laitteella sellaisenaan ei ole paras mahdollinen ratkaisu näin lyhyillä etäisyyksillä. Sensijaan, jos vastaanottimen RF-osa ohitetaan signaalin detektoinnissa, eli resonanssipiiristä 12 johdetaan tunnistesignaali suoraan pientaajuusvahvisti-meen 19, saadaan moduloivan pientaajuussignaalin vikakoh-dassa kipinöinnin tms. ilmiön seurauksena aiheuttunut heikko pientaajuinen magneettikenttä ilmaistua sen voimakkuuteen nähden järkevältä etäisyydeltä. Tällä tavalla vika on paikallistettavissa muutaman senttimetrin tarkkuudella, ja kaapelin vaippa voidaan nyt avata. Tämä piirre ei kuulu varsinaiseen keksintöön, mutta muodostaa edullisen lisäpiirteen, koska erillistä, kaapelin päältä vikakohtaa tarkasti paikallistavaa erikoislaitetta ei tarvita.

Jos kuvion 3 mukaiseen vastaanottimeen halutaan lisätä vas-taanottotaajuuden säätömahdollisuus, joka on tarpeen esim. käytettäessä taajuudeltaan säädettävää lähetintä (kuvio 2), käy se yksinkertaisesti esim. lisäämällä antennivahvistimen 13 ja ensimmäisen kiinteän kaistasuodattimen 14 väliin sekoitin, johon toisaalta syötetään antennisignaali ja toisaalta oskillaattorin tuottamaa, taajuudeltaan säädettävää signaalia. Muuttamalla oskillaattorin taajuutta muuttuneen kantoaaltotaajuuden mukaan siten, että suodattimen 14 näkemän signaalin taajuus on aina sama, voidaan laitetta käyttää oskillaattorin säätöalueen puitteissa detektoimaan eri kantoaaltotaajuuksia, ja detektoidun taajuuden arvo voidaan järjestää esim. suoraan luettavaksi oskillaattorin taajuuden säätönupista.

Il 7 84108

Toinen tapa vastaanottimen taajuussäädettävyyden aikaansaamiseksi on käyttää kuvion 4 mukaista kytkentää, jossa on taajuudeltaan säädettävä digitaalinen suodin, jolla päästään erittäin kapeisiin päästökaistoihin ja jyrkkään vaimennukseen kaistan ulkopuolella, esim. Q=10000. Periaatteeltaan kytkentä on sama kuin kuviossa 3, LC-piireineen 21, RF-an-tennivahvistimineen 22, RF-välivahvistimineen 23 ja 27, ilmaisinpiireineen 28, automaattisen tason säädön laitteineen 29 ja pientaajuussignaalin toistolaitteineen 30. Digi-taalisuodin, jonka tekniikka on ammattimiehelle tunnettua, muodostuu taajuudeltaan säädettävästä oskillaattorista 24, taajuuden jakopiiristä 25, dekoderipiiristä 26 sekä kondensaattoreista C. Oskillaattorilla 24, jonka taajuus yleensä asetetaan 2n-kertaiseksi tutkittavaan kantoaaltoon nähden, ja jakopiirillä 25 (n kpl. esim JK-flip-flop-piirejä) aikaansaadaan dekoderin 26 kahteen sisääntuloon sellaiset pulssisekvenssit, että sen kaikki neljä ulostuloa ovat ylhäällä samanaikaisesti tutkittavan kantoaallon taajudella. Tällöin tämän taajuinen signaali etenee suoraan seuraavalle RF-vahvistinasteelle 27, muussa tapauksessa, ainakin yhden dekoderin 26 ulostulojen ollessa alhaalla, menee erittäin tarkasti koko signaalivirta yhden tai useampien kondensaattorien C varaamiseen.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön eri sovellu-tusmuodot eivät rajoitu yllä esitettyihin esimerkkeihin, vaan että ne voivat vaihdella jäljempänä esitettyjen patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (6)

8 84108

1. Menetelmä kaapelivian paikallistamiseksi, jossa menetelmässä johtimessa olevan vian (4), kuten vuodon, oikosulun tai katkoksen sijaintia tunnustellaan detektorilla paikan päällä, ja jossa kaapelin johdinparista (2,3), joista toinen johto (3) cm tutkittava viallinen johto, muodostetaan joh-dinsilmukka, jonka ehjään haaraan (2) syötetään vikatilanteen mukaan riittävän suuri jännite viallisen toiminnan kuten läpilyönnin aikaansaamiseksi, ja siitä aiheutuvan paluu-virran aikaansaamiseksi viallisessa johtimessa (3), tunnettu siitä, että läpilyöntivirtaan lisätään korkeataa-juinen signaali eli kantoaalto magneettikentän luomiseksi keskinäisinduktanssin avulla viallisen (3) ja ehjän (2) johtimen välillä, ja jonka magneettikentän päättymistä sitä oikosulkevaan vikakohtaan (4) tunnustellaan mainitun kantoaallon taajuutta ilmaisevan laitteen (8;12-20;21-30) avulla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainitun kantoaallon aiheuttama magneettikenttä ilmaistaan kentän kanssa resonoivasti kytketyn induk-tiokäämin ja siihen kytketyn yhden tai useamman kaistasuoti-men (14,16;24-26) avulla.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu kantoaalto muodostuu 5-500 kHz taajuisesta HF- tai RF-signaalista.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukaisen menetelmän toteuttamiseen tarkoitettu laite, johon kuuluu elimet (6;9) läpilyöntijännitteen aikaansaamiseksi vikakohdassa (4) sekä antenni (8; 12;21) tai sentapainen ilmaisin johtimessa tapahtuvan läpilyönnin detektoimiseksi paikan päällä, tunnettu siitä, että elimet läpilyöntijännitteen aikaansaamiseksi muodostuvat lähetinyksiköstä, jossa on säädettävä teholähde (6;9) ja tämän ulostuloon kytketty modulaattori (9), jolla li 9 84108 korkeataajuinen signaali eli kantoaalto on moduloitavissa pientaajuussignaalilla ja lisättävissä teholähteen (6;9) ulostuloon magneettikentän aikaansaamiseksi viallisen (3) ja ehjän (2) johtimen välillä, ja vastaanottinyksiköstä, jossa on mainitun magneettikentän ilmaisin (12;21), yksi tai useampia vahvistimia (13,15,17;22,23,24) ja suotimia (14,16;24-26) mainitun kantoaallon läsnäolon ilmaisemiseksi, demodu-laattori (18;28) moduloivan pientaajuussignaalin erottamiseksi kantoaallosta sekä laitteet (19,20;30) pientaajuussignaalin ilmaisemiseksi käyttäjälle.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tunnettu siitä, että lähetinyksikko muodostuu erillisestä DC-jännite-lähteestä (6), joka on kytketty virtamuuntajan (7) toisio-käämiin, RF-taajuisesta kantoaalto-oskillaattorista (11) ja pientaajuus-signaalilähteestä (10), sekä AM-modulaattorista ja virtamuuntajan (7) ensiökäämiin kytketystä RF-tehovahvis-timesta (9), joiden avulla pientaajuussignaalilla moduloitu RF-kantoaalto on syötettävissä tutkittavaan johdinsilmukkaan (2,3).

6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tunnettu siitä, että lähetinyksikko muodostuu säädettävästä RF-suur-tehovahvistimesta ja sitä syöttävästä modulaattorista (9), sen ja tutkittavan johdinsilmukan (2,3) väliin kytketystä impedanssin sovitusmuuntajasta, RF-taajuisesta kantoaalto-oskillaattorista (11) ja pientaajuus-signaalilähteestä (10). 10 84108