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Dokumentenidentifikation DE19935867A1 15.02.2001
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Ortung von Kabelfehlern
Anmelder Hagenuk KMT Kabelmeßtechnik GmbH, 01471 Radeburg, DE
Erfinder Thurau, Wilfried, Dipl.-Ing., 01169 Dresden, DE;
Jung, Gerhard, Dipl.-Ing., 01277 Dresden, DE
Vertreter Patentanwälte HANSMANN-KLICKOW-HANSMANN, 22767 Hamburg
DE-Anmeldedatum 30.07.1999
DE-Aktenzeichen 19935867
Offenlegungstag 15.02.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.02.2001
IPC-Hauptklasse G01R 31/11
Zusammenfassung Bei dieser Ausbildung zur Ortung von Kabelfehlern nach der Impulsreflexionsmethode durch eine Differenzbildung zur Fehlerortbestimmung von Gesundbild und Fehlerbild ist vorgesehen, daß im ersten Schritt ein Impulskondensator aufgeladen wird, der seine Ladung impulsartig über eine Funkenstrecke auf das fehlerhafte Kabel abgibt. Im zweiten Schritt wird parallel ein zweiter Stoßkondensator bis über die Fehlerzündspannung aufgeladen. Nach dem Schließen eines Hauptschalters entlädt sich dieser in die Fehlerstelle, bis die Spannungsdifferenz an der Funkenstrecke diese erneut zündet. Reicht die Ladespannung des Stoßkondensators nicht mehr zur Fehlerzündung aus, wird eine Prüfspannungsquelle direkt an das Kabel geschaltet und der Hauptschalter durch einen Gleichrichter ersetzt. Bei Fehlerzündung koppelt der Gleichrichter den gleichen, vorher beschriebenen Zyklus an.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ortung von Kabelfehlern, insbesondere zur Ortung nicht festbrennbarer Kabelfehler im Bereich von verzweigten Kabeln, nach der Impulsreflexionsmethode, bei der durch Überlagerung von zwei Impulsreflektogrammen der Fehlerort ermittelt wird, wobei ein Impulskondensator auf eine Ladespannung unterhalb der Fehlerzündspannung aufgeladen und seine Ladung impulsmäßig über eine Funkenstrecke an das Kabel abgegeben wird sowie das Reflektogramm über eine Auskoppeleinrichtung einem ersten Kanal eines Speichern zugeführt und anschließend parallel zum Impulskondensator ein Stoßkondensator auf eine Ladespannung größer als die Fehlerzündspannung zur Erzeugung eines Fehlerlichtbogens aufgeladen wird und an das fehlerhafte Kabel geschaltet wird, wobei der gleichfalls aufgeladene Impulskondensator durch eine Funkenstrecke vom Stoßkondensator getrennt ist und bei fortschreitender Entladung des Stoßkondensators die Spannungsdifferenz zur Zündung der Funkenstrecke und damit zur impulsmäßigen Entladung des Impulskondensators in den brennenden Fehlerlichtbogen führt und das Reflektogramm über die Auskoppelvorrichtung einem zweiten Kanal des Speichers zugeführt wird.

Es ist bekannt die Ortung von Kabelfehlern mittels Hochspannungsimpulsen aus Kondensatorentladungen durchzuführen, bei denen Reflexionswellen ausgekoppelt und zur Fehlerortbestimmung herangezogen werden. Bedingt durch die Zündverzögerung bei der Zündung des Fehlers ist die so gemessene Impulslaufzeit verfälscht und führt damit zu ungenauen Fehlerortbestimmungen.

Es ist eine Meßanordnung aus der DE 41 00 305 A1 zur Vorortung hochomiger und intermittierender Kabelfehler nach der Impulsechomethode bekannt, bei der ein Stoßkondensator aus einem Stoßwellengenerator seine Ladung über eine Luftfunkenstrecke zur Zündung des Fehlers in das Kabel abgibt.

Weiterhin sind Anordnungen bekannt geworden, die durch eine Vorionisation der Fehlerstelle die Zündverzögerung unwirksam werden lassen, wie gemäß der DE 39 19 497 C2 zu entnehmen ist. Dabei wird die Ladung eines Kondensators auf das fehlerhafte Kabel geschaltet und nach der Zündung der Fehlerstelle ein Lichtbogen erzeugt. Nach Absinken der Kondensatorspannung auf einen geeigneten Wert wird durch Kurzschluß des Strombegrenzungselementes die Restladung impulsartig in die Fehlerstelle entladen und die Reflexionswelle ausgekoppelt und einem Digitalspeicher zugeführt. Zur Erzeugung eines Gesundbildes wird eine Impulsspannung, die kleiner als die Zündspannung des Fehlers ist, als Reflexionswelle auf das Kabel geschaltet, ausgekoppelt und einem zweiten Kanal eines Digitalspeichers zugeführt. Der Fehlerort wird durch Übereinanderschreiben der beiden Reflektogramme ermittelt. Nachteile dieses Verfahrens sind die aufwendige schnelle Kurzschließeinrichtung für das strombegrenzende Element und die Verwendung von Stoßkondensatoren mit ihrer relativ hohen Eigeninduktivität als Impulserzeuger. Für verschiedene Fehlerspannungen muß der aus mehreren Teilkondensatoren bestehende Stoßkondensator auch noch umgeschaltet werden, was zu weiteren Zusatzinduktivitäten führt. Bei mittelohmigen Fehlern wird durch die Spannungsteilung von Fehlerwiderstand und Strombegrenzungselement die Fehlerzündspannung unter Umständen nicht mehr erreicht.

Gemäß der DE 43 35 924 C1 wird die Ortungsqualität dadurch verbessert, daß parallel zu dem Hauptkondensator ein zweiter Impulskondensator aufgeladen wird und der Hauptkondensator in einem Stoßwellengenerator über die Spule und der Impulskondensator über einen geschlossenen Kurzschlußschalter durch Schließen eines Hauptschalters in das fehlerhafte Kabel entladen und das Reflektogramm über die Auskopplung einem ersten Kanal eines Digitalspeichers zugeführt wird. Nach dem Öffnen des Kurzschlußschalters werden die beiden Kondensatoren erneut aufgeladen und durch Schließen des Hauptschalters erneut in das fehlerhafte Kabel entladen, wobei die Entladung des Impulskondensators über eine plasmagetriggerte Funkenstrecke erfolgt, die mittels einer Zündspule aus der Ladung des Stoßkondensators getriggert wird und durch die Zeitverzögerung der Plasmabildung und Auslenkung die Entladung des Impulskondensators erst nach erfolgter Fehlerzündung erfolgt und die zündverzögerungsfreie Reflexionswelle über die Auskopplung einem zweiten Kanal des Digitalspeichers zugeführt und zur Fehlerortbestimmung ausgewertet wird. Die hierbei erforderliche Zündvorrichtung ist bei einem großen Spannungsbereich relativ aufwendig.

Für Fehler mit höheren Zündspannungen wird das Verfahren durch die Ladespannung des Stoßkondensators und die immer aufwendigeren Isolationsanforderungen begrenzt. Bei größeren Übersetzungsverhältnissen zwischen den Spulen sinkt der Strom über der Zündfunkenstrecke und verschlechtert das Zündverhalten der Hauptfunkenstrecke. Durch das Parallelschalten der beiden Spulen sind Stromflußzeit und Induktivität nicht mehr eindeutig bestimmt.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten Verfahren und die Vorrichtungen dahingehend zu verbessern, daß sie mit geringem Aufwand ohne Energietrennfilter, gesteuerte Kurzschlußschalter, plasmagesteuerte Funkenstrecken mit aufwendigen Zündvorrichtungen oder umschaltbaren Kondensatoren für beliebige Fehlerzündspannungen einsetzbar sind, um eine verzögerungsfreie Ortung zu ermöglichen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Verfahrensschritte, daß der Impulskondensator durch eine Funkenstrecke von dem Stoßkondensator getrennt ist, der sich bei Schließen eines Hauptschalters derart entlädt, daß an der Funkenstrecke gegenüber dem Impulskondensator erst eine negative und im Verlauf der weiteren Entladung eine wachsende positive Spannungsdifferenz bis zur Zündung der Funkenstrecke auftritt und sich der Impulskondensator impulsmäßig über einen Widerstand in das Kabel entlädt, wobei der Zündzeitpunkt für die Funkenstrecke erst nach dem Abklingen der durch die Fehlerzündung hervorgerufenen Wanderwellen erreicht und ein Gesundbildreflektogramm durch erneutes Aufladen nur des Impulskondensators bei Erreichen der Zündspannung der Funkenstrecke mit gleicher Impulsamplitude und über den gleichen Impulspfad erzeugt wird.

Weiterhin ist bei erforderlichen höheren Fehlerzündspannungen vorgesehen, daß zur Anschaltung an das fehlerhafte Kabel bei Fehlerzündspannungen über einer zulässigen Ladespannung des Stoßkondensators ein Koppelgleichrichter den Hauptschalter ersetzt und eine zusätzliche Prüfspannungsquelle die Prüfspannung am fehlerhaften Kabel bis zur Fehlerzündung erhöht, wobei der Koppelgleichrichter bei Erreichen der Ladespannung des parallel zum Impulskondensator aufgeladenen Stoßkondensators (1) sperrt und ein Spannungsüberschlag am Fehler einen gedämpften Ausschwingvorgang herbeiführt, der beim ersten Durchschwingen in die Gegenpolarität den Koppelgleichrichter zur Durchführung eines Ortungsverfahrens öffnet.

Hierdurch wird der Vorteil erzielt, daß bei Entladung des Stoßkondensators in den Kabelfehler sich an einer Funkenstrecke eine Spannungsdifferenz gegenüber einem geladenen Impulskondensators aufbaut, die bei Erreichen der Zündspannung der Funkenstrecke ohne Steuerelemente die Ladung des Impulskondensators impulsartig in die Fehlerstelle abgibt, wo sie an dem dort brennenden Fehlerlichtbogen reflektiert und als Fehlerbildreflektogramm ausgekoppelt wird, das durch die konstante Überschlagsspannung der Funkenstrecke unabhängig von der Fehlerzündspannungshöhe ist. Dabei verhindert die Zeitkonstante der Differenzbildung den Einfluß der bei Zündung des Fehlers entstehenden Wanderwellen. Für Fehlerzündspannungen, die höher als die zulässige Ladespannung des Stoßkondensators sind, erfolgt die Fehlerzündung durch Vorschalten der Prüfspannungsquelle und eines Koppelgleichrichters derart, daß Stoßkondensator und Impulskondensator wie bei Fehlerzündspannungen im Bereich der Ladespannung des Stoßkondensators aufgeladen werden und die Spannung der Prüfspannungsquelle bei Erreichen der Ladespannung des Stoßkondensators den Koppelgleichrichter sperrt. Dieses geschieht bis zur Erhöhung auf die Fehlerzündspannung und führt bei Fehlerzündung zu einem gedämpften Ausschwingvorgang, der beim ersten Durchschwingen in die Gegenpolarität den Koppelgleichrichter öffnet und zu dem vorher beschriebenen Fehlerreflektogramm unter Bildung eines zeitlich begrenzten Fehlerlichtbogens, dem Aufbau der Differenzspannung und zum impulsmäßigen Entladen des Impulskondensators führt.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht darin, daß die Widerstände jeweils als Widerstandsschlauch induktivitätsarm ausgebildet sind.

Eine günstige Lösung zur Vermeidung von Mehrfachreflexionen besteht darin, daß der Widerstand zur Entladung entsprechend dem Wellenwiderstand des Kabels bemessen ist.

Ferner wird vorgeschlagen, daß die Funkenstrecke als Überspannungsleiter ausgebildet ist.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer Anordnung und

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild für eine Anordnung mit einer zusätzlichen Prüfspannungsquelle und einem Koppelgleichrichter als Hauptschalter.

Das Gesundbildreflektogramm wird derart erzeugt, daß eine Gleichspannungsquelle 5 bei geöffnetem Schalter 4 über hochohmige Widerstände eines Spannungteilers 6 und 9 einen induktivitätsarm aufgebauten Impulskondensator 10 solange mit negativer Polarität auflädt, bis bei geschlossenem Hauptschalter 11 die Zündspannung der Differenzfunkenstrecke 7 erreicht ist und sich der Impulskondensator 10 über einen Gleichrichter 3 und einem induktionsarmen Widerstand 8 in der Größe des Wellenwiderstandes eines fehlerhaften Kabels 13 in dieses entlädt. Dabei kommt es zu keiner Fehlerzündung und das Reflektogramm als Gesundbild über eine als Rogowski-Spule ausgebildete Stromauskopplung 12 wird dem ersten Kanal eines Digitalspeichers zugeführt.

Für Fehlerüberschlagsspannungen bis in Höhe der zulässigen Ladespannung eines Stoßkondensators 1 wird nach Fig. 1 das Fehlerbildreflektogramm dadurch gewonnen, daß der Schalter 4 geschlossen wird und die Gleichspannungsquelle 5 sowohl den Stoßkondensator 1 als auch im Spannungsteilerverhältnis den Impulskondensator 10 negativ auflädt, wobei der Hauptschalter 11 geöffnet ist. Nach Erreichen der Ladespannung des Stoßkondensators 1 wird der Hauptschalter 11 geschlossen und der Kabelfehler gezündet, wobei sich durch die strombegrenzenden Widerstände 2 und 8 ein Fehlerlichtbogen bildet und an der Differenzfunkenstrecke durch die Entladung des Stoßkondensators 1 erst eine durch den Gleichrichter 3 gesperrte negative und im Verlauf der weiteren Entladung positiv wachsende Spannungsdifferenz entsteht, die bei Erreichen der Zündspannung der Differenzfunkenstrecke zur impulsartigen Entladung des Impulskondensators 10 über den Gleichrichter 3 und den Widerstand 8 führt, der eine Mehrfachreflexion des Impulses verhindert und das Reflektogramm einem zweiten Kanal eines Digitalspeichers zugeführt wird. Zur Fehlerortbestimmung werden beide Reflektogramme in bekannter Weise genutzt, in dem das Gesundbildreflektogramm vom Fehlerreflektogramm subtrahiert wird und aus der Reflexionszeit der Fehlerort bestimmt wird. Kann der Kabelfehler mit der Ladespannung der Gleichspannungsquelle 5 nicht gezündet werden, wird gemäß Fig. 2 der Hauptschalter 11 durch einen Koppelgleichrichter 15 ersetzt und eine Prüfspannungsquelle 14 direkt an das fehlerhafte Kabel 13 geschaltet. Das Gesundbildreflektogramm wird wie vorher beschrieben erzeugt, wobei die Impulsreflexionswelle über den Koppelgleichrichter 15 läuft. Die Fehlerzündung erfolgt durch Erhöhung der Spannung an der Prüfspannungsquelle 14 bis zum Fehlerüberschlag, wobei vorher die parallele Aufladung von 1 und 10 wie Fig. 1 erfolgt und der Koppelgleichrichter 15 bei Überschreiten der Ladespannung 5 durch die Prüfspannung 14 sperrt.

Der gedämpfte Ausschwingvorgang des Fehlerüberschlages koppelt in der vorher beschriebenen Weise über den durch das erste Durchschwingen in die positive Polarität geöffneten Koppelgleichrichter 15 an und es beginnt die Entladung des Stoßkondensators 1. Es erfolgt der gleiche Verfahrensablauf wie gemäß Fig. 1 beschrieben.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Ortung von Kabelfehlern, insbesondere zur Ortung nicht festbrennbarer Kabelfehler im Bereich von verzweigten Kabeln, nach der Impulsreflexionsmethode, bei der durch Überlagerung von zwei Impulsreflektogrammen der Fehlerort ermittelt wird, wobei ein Impulskondensator seine Ladung mit einer Impulsamplitude kleiner als die Fehlerzündungspannung an ein fehlerhaftes Kabel abgibt und das Reflektogramm über eine Auskoppeleinrichtung einem ersten Kanal eines Speichers zugeführt und anschließend ein parallel zum Impulskondensator angeordneter Stoßkondensator auf eine Ladespannung größer als die Fehlerzündspannung zur Erzeugung eines Fehlerlichtbogens aufgeladen und über einen Hauptschalter an das fehlerhafte Kabel geschaltet wird und der Impulskondensator seine Ladung in den brennenden Fehlerlichtbogen impulsmäßig abgibt und ein Reflektogramm über die Auskoppelvorrichtung einem zweiten Kanal des Speichers zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulskondensator (10) durch eine Funkenstrecke (7) von dem Stoßkondensator (1) getrennt ist und sich bei Schließen eines Hauptschalters (11) derart entlädt, daß an der Funkenstrecke (7) gegenüber dem Impulskondensator (10) erst eine negative und im Verlauf der weiteren Entladung eine wachsende positive Spannungsdifferenz bis zur Zündung der Funkenstrecke (7) auftritt und sich der Impulskondensator (10) impulsmäßig über einen Widerstand (8) in das Kabel (13) entlädt, wobei der Zündzeitpunkt für die Funkenstrecke (7) erst nach dem Abklingen der durch die Fehlerzündung hervorgerufenen Wanderwellen erreicht und ein Gesundbildreflektogramm durch erneutes Aufladen des Impulskondensators (10) bei Erreichen der Zündspannung der Funkenstrecke (7) mit gleicher Impulsamplitude und über den gleichen Impulspfad erzeugt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anschaltung an das fehlerhafte Kabel (13) bei Fehlerzündspannungen über einer zulässigen Ladespannung des Stoßkondensators (1) ein Koppelgleichrichter (15) als Hauptschalter ausgebildet ist und eine zusätzliche Prüfspannungsquelle (14) angeschaltet ist, die die Prüfspannung bis zur Fehlerzündung erhöht, wobei der Koppelgleichrichter (15) bei Erreichen der Ladespannung des parallel zum Impulskondensator (10) aufgeladenen Stoßkondensators (1) sperrt und ein Spannungsüberschlag am Fehler einen gedämpften Ausschwingvorgang herbeiführt, der beim ersten Durchschwingen in die Gegenpolarität den Koppelgleichrichter (15) zur Durchführung eines Ortungsverfahrens öffnet.
  3. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (2, 8) jeweils als Widerstandsschlauch induktivitätsarm ausgebildet sind.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (8) zur Entladung entsprechend dem Wellenwiderstand des Kabels bemessen ist.
  5. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenstrecke (7) als Überspannungsableiter ausgebildet ist.






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