SE388925B

SE388925B - MONITORING DEVICE FOR A PIPE SYSTEM

Info

Publication number: SE388925B
Application number: SE7511415A
Authority: SE
Inventors: L H Wiberg
Original assignee: Blom H E; Jonsson B G; L H Wiberg
Priority date: 1975-10-10
Filing date: 1975-10-10
Publication date: 1976-10-18

Description

7511415-1 2 den delsträcka inom rörledningssystemet som har för stor fuktinträng- ning måste signalen vara karakteristisk för delsträckan. Ett vanligt sätt att åstadkomma denna identifieringskarakteristika är att använda växelspänningssignaler, vilkas frekvens är individuell för varje delsträcka. Hela övervakningssystemet måste därför byggas upp med övervakningsutrustningar, som konstruktivt skiljer sig från varandra och detta innebär en avsevärd fördyring av hela anläggningen och kan dessutom medföra felavläsningar om inte signalerna görs mycket klart åtskilda från varandra. Ändamålet med uppfinningen är därför att åstadkomma en över- vakningsanordning av den inledningsvis nämnda typen, som medger att identiska'övervakningsutrustningar användes och som inte kräver att utrustningarna genererar och sänder signaler till centralen. 7511415-1 2 the section within the pipeline system that has too much moisture penetration, the signal must be characteristic of the section. A common way to achieve this identification characteristic is to use alternating voltage signals, the frequency of which is individual for each section. The entire monitoring system must therefore be built up with monitoring equipment, which is structurally different from each other and this means a considerable increase in the cost of the entire facility and can also lead to erroneous readings unless the signals are made very clearly separated from each other. The object of the invention is therefore to provide a monitoring device of the type mentioned in the introduction, which allows identical monitoring equipment to be used and which does not require the equipment to generate and send signals to the exchange.

Ett ytterligare ändamål är att åstadkomma en övervakningsan- ordning som tillåter mycket stora variationer i matningsspänningen utan att den övervakande funktionen störes.A further object is to provide a monitoring device which allows very large variations in the supply voltage without disturbing the monitoring function.

Dessa ändamål förverkligas helt med den uppfinning som defi-- nieras i patentkraven.These objects are fully realized with the invention defined in the claims.

Uppfinningen“beskrives i anslutning till bifogade ritningar, som visar ett utföringsexempel.The invention is described in connection with the accompanying drawings, which show an embodiment.

Figur l åskådliggör förenklat_en del av en rörsektion i ett fﬁärrvärmenät anslutande till en annan rörsektion, figur 2 visar förenklat tre sektioner i fjärrvärmenätet och figur 3 visar delvis i blockform den elektroniska felindikerings- utrustning, som är ansluten till varje sektion.Figure 1 illustrates in simplified form a part of a pipe section in a district heating network connecting to another pipe section, figure 2 shows in simplified form three sections in the district heating network and figure 3 shows partly in block form the electronic fault indication equipment connected to each section.

I figur l visas ett stycke av ett fjärrvärmerör 1, som består av ett inre elektriskt ledande rör 2 av exempelvis stål genom vilket' varmvatten eller ånga ledes. Röret 2 omgives av en plastisolering 3 av exempelvis polyuretanskum. Plastisoleringen 3 omgives av ett yttre skyddsrör U av plast, sâsomexempelvis polyeten. Figuren 1 visar änd- partierna på fjärrvärmeröret l respektive ett anslutande fjärrvärmerör l'. Fjärrvärmeröret l ingår_i sektionen A i figur 2 och fjärrvärme- röret l'-i sektionen B i figur 2. 7 Även om anslutningen mellan röret l och l' på figur l visas vara öppen är den i praktiken isolerad genom ingjutet plastskum och detta omgives av en plastmuff, som är fastlimmad på skyddsrören, exempelvis skyddröret H för att vätskeinträngning skall förhindras.VmÜe fjärrvärmerör ingående i en sektion är försedd med en iisoleringen 7š1141s-7 3 ingjuten oisolerad elektriskt ledande mättråd 5,6,7, respektive 8.Figure 1 shows a piece of a district heating pipe 1, which consists of an inner electrically conductive pipe 2 of, for example, steel through which hot water or steam is conducted. The pipe 2 is surrounded by a plastic insulation 3 of, for example, polyurethane foam. The plastic insulation 3 is surrounded by an outer protective tube U of plastic, such as polyethylene. Figure 1 shows the end portions of the district heating pipe 1 and a connecting district heating pipe 1 ', respectively. The district heating pipe 1 is included in section A in Figure 2 and the district heating pipe 1 'in section B in Figure 2. 7 Although the connection between the pipe 1 and 1' in Figure 1 is shown to be open, it is in practice insulated by molded plastic foam and this is surrounded by a plastic sleeve, which is glued to the protective pipes, for example the protective pipe H to prevent liquid penetration.VmÜe district heating pipes included in a section are provided with the insulation 7š1141s-7 3 cast in uninsulated electrically conductive measuring wire 5,6,7, respectively 8.

I varje fjärrvärmerör, exempelvis 1,1' är inlagd en strömmatningsledare 9 i isoleringen 3 och dessa-strömmatningsledare i de olika sektionerna A-D är seriekopplade med varandra, såsom senare kommer att framgå i motsats till mättrådarna 5-8, som är individuella för varje.sektion.In each district heating pipe, for example 1,1 ', a current supply conductor 9 is inserted in the insulation 3 and these current supply conductors in the different sections AD are connected in series with each other, as will appear later in contrast to the measuring wires 5-8, which are individual for each. section.

Röret 2 bildar i det visade utföringsexemplet en tredje, för samtliga sektioner A-D gemensam ledare, men kan ersättas av en tràdledare, som gär genom isoleringen 3. in I Till röret 2 är ansluten en ledare 10 från en mätcentral 12, som är gemensam för samtliga sektioner A-D. Strömmatningsledaren 9»är ansluten över~a1ledare ll till centralen 12, som matar en likspänning över de båda ledarna 10 och ll. Centralen 12 är försedd med en ström- mätningsanordning 16, exempelvis en digital amperemeter, medelst vilken den totala till sektionerna utmatade strömmen kan bestämmas, Till varje anslutning mellan tvâ intill varandra liggande sektioner,emmpehds sektionerna A och B är, såsom bäst framgår av figur 1 inkopplad en individuell övervakningsutrustning l3,lU respektive 15. Övervakninge- utrustningarna tillföres spänning från strömmatningsledaren 9 och röret 2, såsom senare beskrives och övervakar isolationsmotstândet mellan tillhörande mätledare (ledaren 5 för utrustningen 13) och röret 2.In the embodiment shown, the pipe 2 forms a third conductor, common to all sections AD, but can be replaced by a wire conductor, which runs through the insulation 3. In I To the pipe 2 is connected a conductor 10 from a measuring center 12, which is common to all sections AD. The current supply conductor 9 »is connected via a conductor 11 to the exchange 12, which supplies a direct voltage across the two conductors 10 and 11. The control panel 12 is provided with a current measuring device 16, for example a digital ammeter, by means of which the total current output to the sections can be determined. For each connection between two adjacent sections, the section A and B are, as best shown in Figure 1, connected an individual monitoring equipment 13, 11 and 15, respectively. The monitoring equipment is supplied with voltage from the current supply conductor 9 and the pipe 2, as described later, and monitors the insulation resistance between the associated measuring conductor (conductor 5 of the equipment 13) and the pipe 2.

Varje övervakningsutrustníng är försedd med konstantströmgeneratorer, anordnade att oberoende av ändringar i matningsspänningen från centralen 12, varigenom varje övervakningsutrustning tillföres konstant ström.Each monitoring equipment is provided with constant current generators, arranged so that independent of changes in the supply voltage from the control panel 12, whereby each monitoring equipment is supplied with constant current.

Företrädesvis är strömförbrukníngen lika stor hos varje övervakningsut- rustning och om denna ström betecknas I och n stycken övervakningsut- rustningar är inkopplade till centralen kommer denna följaktligen att mäta den totala strömmen n.I. Om fukt skulle tränga in i någon sektion kommen resistansen mellan mätledaren i denna sektion och röret 2 att 'minska och Sektionens övervakningsutrustning kommer att bryta strömmen _ till samtliga efterföljande sektioner och eventuellt minskas eller bry- tes strömmen till den detekterande övervakningsutrustningen. Centralen kommer sålunda att indikera en ström som minskat med I gånger antalet bortkopplade övervakningsutrustningar och den felaktiga sektionen kan därmed lätt identifieras, varefter felet lokaliseras genom användning av välkända mätförfaranden. ' Ä En övervakningsutrustning som är lämpad för det ovan beskrivna systemet visas förenklat i figur 4.Preferably, the current consumption of each monitoring equipment is equal and if this current is denoted I and n pieces of monitoring equipment are connected to the exchange, it will consequently measure the total current n.I. Should moisture penetrate into any section, the resistance between the measuring conductor in this section and the pipe 2 will decrease and the Section's monitoring equipment will cut off the current to all subsequent sections and possibly reduce or break the current to the detecting monitoring equipment. The control panel will thus indicate a current which has decreased by 1 times the number of disconnected monitoring equipment and the faulty section can thus be easily identified, after which the fault is located by using well-known measuring methods. A monitoring equipment suitable for the system described above is shown in simplified form in Figure 4.

Centralen 12 innehåller en likspänningskälla l7, vilkens negativa g7s11u1s-7 pol över strömmätningsinstrumentet 13 är kopplad till ledningsröret 2 och vilkens positiva pol är kopplad till strömmatningsledaren 9. Till strömmatningsledaren 9 är över en ledning 18 ansluten en generator 19, anordnad att alstra en konstant ström, exempelvis § m A genom denldæms som innefattar en zenerdiod 2D,.som är parallellkopplad med en spän- ningsdelare bestående av motstånden 21 och 22 till negativ potential på röret 2. Zenerdioden 20 medför en konstant arbetsspänning av exempel- vis 6,8 volt och från föreningspunkten 23 mellan de båda resistanserna 21,22 uttages en referensspänning över ledaren 2H till ena ingången på en operationsförstärkare 25. Den konstanta spänningen på 6,8 volt i punkten 26'matas över en ledare 27 till en oscillator 28, anordnad att alstra en växelspänníng, exempelvis en.ﬁrkantspänning med en frekvens av 4 kHz, vilken växelspänning har konstant amplitud. Oscillatorns ena utgångsklämma överen ledning 29 ansluten till stâlröret 2 och den andra utgångsklämman är över ett motstånd 30 ledning 31 ansluten till mättråden 5. Motståndet 30 och isolationsmotstândet mellan mättråden 5 och röret 2 bildar en spänningsdelare. Isolationsmotstândet, som anüﬂhs vid 32 sjunker vid stigande fuktighetí_isolationsmaterialet 3 och därmed kommer också spänningen i punkten 33 att sjunka. Spänningen i punkten 33 matas till ena ingången 3H på en operationsförstärkare 35 via en ledare 36. Operationsförstärkarens 35 utgång 37 är ansluten till en likriktare 38 för likriktning av växelspänningen och en glåttning av den halvvågslikriktade spänningen åstadkommas medelst en kondensator 39. Öperationsförstärkarens 35 andra ingång H0 är ansluten till en spännings- delare, bestående av den variabla resistansen 41 och den fasta resistan- sen R2. I föreningspunkten mellan dessa båda resistanser Hl,N2 av- _ kånnes operationsförstärkarens 35 utsignal och en reglering av opera- tionsförstärkaren erhålles så, att spänningsnivån mellan de båda in- gångarna blir konstant. 7 I Resistansen HH; zenerdioden H5 och kondesatorn 46 bildar en skyddskrets av konventionell typ för operationsförstärkaren 35. 7 Den glättade likspänningen i punkten 43 matas till den negativa ingången H7 på en operationsförstärkare 48, som ingår i en toppspän- ningsavkännande krets. Operationsförstärkarens H8 andra ingång till- föres spänningen i punkten H9 i en spänningsdelare med resistanserna 50 och 51. Punkten H9 ligger i det visade utföringsexemplet på halva utspänningen från generatorn 19, Mellan operationsförstärkarens posi- tiva ingång och dess utgång är ansluten en resistans 52 och denna krets, 7511415-7 i 5 som utgör en Schmitt-trigger arbetar så att en minskande ingångssignal pâ den inverterande ingången, den negativa ingången, medför en stigande utgångssignal, som över en resistans 53 matas till basen pâ en tran- sistor 54, vilkens emitter är anluten till röret 2 över en ledare 55 .och vilkens kollektor över en ledare 56 är ansluten till basen på en transistor 57, till vilken bas utgången från operatiomsförstärkaren '25 är kopplad över en resistans 58. Operationsförstärkarens 25 inver- terade ingång 59 är anslutaitill transistorns 57 emitter.The control panel 12 contains a direct voltage source 17, the negative pole 7 of which 7 across the current measuring instrument 13 is connected to the line pipe 2 and the positive pole of which is connected to the current supply conductor 9. A generator 19 is connected to the current supply conductor 9, arranged to generate a constant current. , for example § m A through the damper which comprises a zener diode 2D, which is connected in parallel with a voltage divider consisting of resistors 21 and 22 to negative potential on the tube 2. The zener diode 20 carries a constant operating voltage of, for example, 6.8 volts and from the junction 23 between the two resistors 21,22, a reference voltage is applied across the conductor 2H to one input of an operational amplifier 25. The constant voltage of 6.8 volts at the point 26 'is supplied across a conductor 27 to an oscillator 28, arranged to generate a alternating voltage, for example a rectangular voltage with a frequency of 4 kHz, which alternating voltage has a constant amplitude. One output terminal of the oscillator above line 29 connected to the steel tube 2 and the other output terminal is connected via a resistor 30 line 31 to the measuring wire 5. The resistor 30 and the insulating resistance between the measuring wire 5 and the tube 2 form a voltage divider. The insulation resistance used at 32 decreases with increasing humidity in the insulation material 3 and thus the voltage at point 33 will also decrease. The voltage at point 33 is supplied to one input 3H of an operational amplifier 35 via a conductor 36. The output 37 of the operational amplifier 35 is connected to a rectifier 38 for rectifying the alternating voltage and a smoothing of the half-wave rectified voltage is effected by means of a capacitor 39. is connected to a voltage divider, consisting of the variable resistance 41 and the fixed resistance R2. At the junction between these two resistors H1, N2, the output signal of the operational amplifier 35 is sensed and a control of the operational amplifier is obtained so that the voltage level between the two inputs becomes constant. 7 I Resistance HH; the zener diode H5 and the capacitor 46 form a protection circuit of a conventional type for the operational amplifier 35. 7 The smoothed DC voltage at point 43 is supplied to the negative input H7 of an operational amplifier 48, which is part of a peak voltage sensing circuit. The second input of the operational amplifier H8 is applied to the voltage at point H9 in a voltage divider with resistances 50 and 51. The point H9 is in the shown embodiment of half the output voltage from the generator 19. Between the positive input of the operational amplifier and its output is connected a resistor 52 and this circuit, which constitutes a Schmitt trigger, operates so that a decreasing input signal at the inverting input, the negative input, results in a rising output signal, which is applied via a resistor 53 to the base of a transistor 54, the emitter of which is connected to the tube 2 via a conductor 55, and whose collector over a conductor 56 is connected to the base of a transistor 57, to which base the output of the operational amplifier '25 is connected via a resistor 58. The inverted input 59 of the operational amplifier 25 is connected to emitter 57 of the transistor.

Transistorns 57 kollektor är kopplad till lindñingen 59 på ett relä, som har en normalt sluten kontakt 60 över vilken strömledaren 9 går. Strömmen, som normalt flyter genom lindringen 59 och kontakten 60 på reläet, vilket företrädesvis utgöres av ett reed-relä hâlles av tran- sistorn 57 och Schmitt-tríggern 57 på konstant värde och eftersom gene- ratorn l9 drar konstant ström även vid varierande matningsspänningar, exempelvis inom området 18-R8 volt kommer den_beskrivna utrustningens totala strömförbrukning att vara konstant, exempelvis l0 m A.The collector of the transistor 57 is connected to the winding 59 of a relay, which has a normally closed contact 60 over which the current conductor 9 runs. The current which normally flows through the relief 59 and the contact 60 on the relay, which is preferably a reed relay, is kept by the transistor 57 and the Schmitt trigger 57 at a constant value and since the generator 19 draws constant current even at varying supply voltages, for example within the range 18-R8 volts, the total power consumption of the equipment described will be constant, for example 10 m A.

Anordningen arbetar vid minskande resistans mellan sektionens, exempelvis sektionen A, mättråd 5 och det för samtliga sektionerna gemensamma röret 2 på följande sätt.The device operates at decreasing resistance between the section, for example section A, measuring wire 5 and the pipe 2 common to all sections in the following manner.

Från början antages isolationsresistansen 32 vara mycket stor och i idealfallet oändlig. Dä fukt tränger in i isolationsskiktet 3 kommer resistansen 32 att minska och spänningen i punkten 33 att minska.From the beginning, the insulation resistance 32 is assumed to be very large and ideally infinite. As moisture penetrates the insulating layer 3, the resistance 32 will decrease and the voltage at point 33 will decrease.

Operationsförstärkarens 35 utgångssignal minskar i motsvarande grad och därmed minskar även signalen på operationsförstärkarens 48 inver- terande ingång H7, varvid förstärkarens utsignal ökar. Då denna utsignal ökat över ett bestämt värde kommer transistorn SU att leda ström och potentialen mellan resistansen 58 och transistorns 57 bas sjunker så mycket att den hittills ledande transistorn 57 stryps och bryter ström- men genom relälindningen 59 varvid kontakterna 60 öppnas och strömmat- ningsledaren 9 brytes till samtliga efterföljande övervakningsutrust- ningar och till relädelen av den påverkade utrustningen. Med antagandet att varje övervakningsutrustning förbrukar 2 I ampere, att I förbrukas av relädelen i respektive utrustning samt att övervakningsutrustningen för sektionen A i figur 2 påverkats kommer följaktligen centralen 13 att mäta strömmen I, vilket anger att den närmast centralen liggande sektionen är den felaktiga. Om felet uppträder i sektionen B kommer strömmen 3 I att indikeras, om felet uppträder i sektionen C kommer 5 I att indikeras, etc. Det är, såsom ovan antytts, även möjligt att helt 7511415-7 bryta strömtillföreseln till den felaktiga sektionens utrustning, för- utom till efterföljande utrustningar. Den ovan antagna strömfördelningen, dvs halva förbrukningsströmmen till relädelen kan givetvis ändras så, att relädelen drar exempelvis 75% av strömmen, utan att indikeringen försvåras. W I Om av någon anledning röret_2 inte kan användas som-ledare an- bringas en oisolerad ledare tätt intill röret. Denna ledare är liksom mättråden 5 företrädesvis utförd av koppar eller annan lågresistiv metall I Mätledaren 5 kan dock tillverkas av konstantantråd eller liknande om resistiv mätning skall utföras för lokalisering av felet inom den felaktiga sektionen.The output signal of the operational amplifier 35 decreases correspondingly and thus also the signal at the inverting input H7 of the operational amplifier 48 decreases, whereby the output signal of the amplifier increases. When this output signal increases above a certain value, the transistor SU will conduct current and the potential between the resistor 58 and the base of the transistor 57 drops so much that the hitherto conducting transistor 57 is throttled and breaks the current through the relay winding 59, opening the contacts 60 and the current supply conductor 9 is broken to all subsequent monitoring equipment and to the relay part of the affected equipment. Assuming that each monitoring equipment consumes 2 I amps, that I is consumed by the relay part of the respective equipment and that the monitoring equipment for section A in Figure 2 is affected, the control panel 13 will consequently measure the current I, indicating that the closest control section is the fault. If the fault occurs in section B, the current 3 I will be indicated, if the fault occurs in section C, 5 I will be indicated, etc. It is, as indicated above, also possible to completely interrupt the power supply to the equipment of the faulty section, for - except for subsequent equipment. The current distribution assumed above, ie half the consumption current to the relay part, can of course be changed so that the relay part draws, for example, 75% of the current, without complicating the indication. W I If for some reason the pipe_2 cannot be used as a conductor, an uninsulated conductor is placed close to the pipe. This conductor, like the measuring wire 5, is preferably made of copper or other low-resistance metal. However, the measuring conductor 5 can be made of constant wire or the like if resistive measurement is to be performed to locate the fault within the faulty section.

I De ovan visade specifika kretsarna i övervakningsutrustningen är endast att betrakta som exempel och kan varieras. 7 Sålunda kan oscillatorn 28 vara anordnad att utsända helvågs- pulser eller halvvågspulser i bestämda eller godtyckliga tidsintervall, varvid kondensatorn 39 håller spänningen mellan pulserna.In The specific circuits in the monitoring equipment shown above are to be considered as examples only and may be varied. Thus, the oscillator 28 may be arranged to transmit full-wave pulses or half-wave pulses at fixed or arbitrary time intervals, the capacitor 39 holding the voltage between the pulses.

Anordningen kan även baseras på utnyttjandet av den galvaniska ' spänning som alstras mellan ledaren 5, då denna är tillverkad av exem- pelvis koppar och stålröret 2. Denna galvaniska spänning än såsom är välkänt,konstant men den uttagbara strömmen ökar med stigande fukthalt i isolationen. I detta fall bortfaller givetvis oscillatorn 28 och den galvaniska spänningen bildar styrspänning till efterföljande kretsar. «__ The device can also be based on the utilization of the galvanic voltage generated between the conductor 5, as this is made of, for example, copper and the steel pipe 2. This galvanic voltage, as is well known, is constant, but the removable current increases with increasing moisture content in the insulation. In this case, of course, the oscillator 28 fails and the galvanic voltage forms control voltage to subsequent circuits. «__

Claims

»7 att A 7511415-7 Patent claim

Monitoring device for a pipeline system, for example a pipeline system for district heating systems, which has an insulating layer (3), which is in electrically conductive contact with longitudinal, spaced-apart conductors (eg 2, 5), which extend in pairs along sections (A, B, C, D) of the wiring system, the monitoring pair in each section being connected to a monitoring equipment (13, 19, 15), which is connected to a monitoring center (12) and arranged to detect the resistance of the insulation layer within the section and, if the resistance is less than a certain value, send a signal to the monitoring center, characterized in that each monitoring equipment is arranged to be supplied with a substantially constant current independent of the resistance in the insulation layer (3), indicated by the monitoring center and that when the resistance of the insulation layer is below said determined value, the current is cut off to all subsequent _ g monitoring towing equipment, calculated in the direction of the monitoring center.

2. Monitoring device according to claim 1, characterized in that the wires in the respective conductor pairs consist of a conductor baked into the insulation layer (3) (eg 5) and a metal pipe (2) which conducts a medium in the pipeline system. .

3. monitoring device according to claim 1 or 2, characterized in that a current supply conductor (9) continuously extends over all sections and is arranged to supply said substantially constant current to the respective monitoring equipment. d H.

Monitoring device according to claim 3, characterized in that the current supply line (9) is connected in each monitoring equipment (13, lä, 15) over a relay means (59, 60), arranged that when the monitoring equipment detects a resistance value below said determined value so affect the relay means that the current supply line is broken by the relay means. _

Monitoring device according to one of Claims 1 to 2, characterized in that the monitoring center is arranged to indicate the sum of the substantially constant currents which go to the respective monitoring equipment.

Monitoring device according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the monitoring equipment is arranged to consume the same amount of current. .LOVED PUBLICATIONS: i _ I