DE2201024C3 - Verfahren zur Ortung nichtfestbrennbarer Kabelfehler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ortung nichtfeslbrennbarer Kabelfchler, bei dem am Fehletort ein Lichtbogen durch eine Spannungsquelle erzeugt wird, die so ausgelegt ist, daß ihre Spannung zur Zündung und ihr Strom zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens ausreicht, wobei die Spannungsquelle über eine Induktivität mit dem Kabel verbunden ist.

Nichtfestbrennbare Kabelfehler konnten bisher mit periodisch messenden Impuls-Rellexions-Meßgerälen nicht erfaßt werden. Sie sollen nunmehr festgestellt und damit einer genauen Ortung zugänglich gemacht werden können.

Die KabclfehlerorUing benutzt zur Ermittlung des Fehlerortes die Impuls-Rcflexions-Methode. Impulse werden periodisch in das Kabel gesendet und deren Laufzeit zum Fehler und zurück mittels elektronischer Zeilmeßmethoden sehr genau bestimmt. Dieses Verfahren ist allgemein bekannt. Um eine Fehler-Reflexion zu erhalten, muß der Fehler den Wellenwiderstand am Fehlerort erhöhen oder erniedrigen. Die Änderung muß größer sein als die im Verlauf des Kabels unregelmäßig verteilten Wellenwiderstandsimregelmäßigkeiten, die auch Reflexionen verursachen. Bei vollisolierten Massekabeln wird deshalb ein Fehler, der für eine Impuls-Echo-Messung eine zu geringe Wcllen-Widerstandsändcrung zeigt, mittels hoher Spannung fcslgcbrannt und damit mehr oder weniger so weit niederohmig gemacht, daß diese Meßmethode angewendet werden kann.

Ein nichtfestbrennbarer Fehler ist ein solcher, der unterhalb der Prüfspannimg eines Kabels zum Überschlag führt und selbst bei Aufrechterhaltung des Lichtbo⁽ⁱcns über Hindere Zeit nach dessen A.bschal- 6^c Hing keinen merklichen Fehlerwidersland zeigt. Das ist vorzugsweise der Fall bei modernen Koaxialpaarcn. Diese haben z. B. nur alle 3 cm eine dünne Isolierscheibe, durch die der Innenleiter geführt ist. l_m übrigen sind sie mit Luft gefüllt. Diese Leitungen lassen es nicht zu, daß ein Fehler uiederohmig oder ZU einem Kurzschluß gebrannt wird, weil nicht genügend Isoliermasse vorhanden ist, die zu einer niederohmigen Brücke zwischen Innen- und Außenleiter verkohlt weiden kann.

Es sind Verfahren bekannt, die es erlauben, solche Fehler zu orten, diese haben jedoch Nachteile, die ihre Anwendung in Frage stellen oder großen Aufwand erfordern. Diese Verfahren sinJ folgende:

Es werden in das Kabel HochspannungsimpuKe gesendet, die am Kabelfehler überschlagen und zum Anfang des Kabels zurückkehren, und deren Laufzeit zur Entfernungsbestimmung gemessen wird. Diese leistungsstarken Impulse können bei vernünftigem Aufwand nur mit einer relativ langsamen Folge in Größenordnung .Sekunden erzeugt werden. Infolgedessen ist die Schirmbildhelligkeit des von den Impulsen getragenen und im Bereich von ijsec messenden Zeitmeß-Oszillographen sehr gering. Die Entfernung muß außerdem von dem Bildschirm abgelesen werden, dessen Zeiteichung infolge der Ungenauigkeilen der Zeitablenkung und der Nicht-Linearität des Braunschen Rohres nur in Größenordnung einiger Prozent liegen kann. Hinzu kommt, daß ein Hochspannungs-In:puls nicht sofort, wenn er am Fehlerort ankommt, zum Überschlag führt. Die Funkenstrecke am Fehler benötigt eine gewisse Zeit zur Ionisierung, die als Zündverzug bekannt ist. Dieser Zündverzug ist von der Fehlerart, dem Abstand der Leiter, von der Höhe der Spannung eines Impulses sowie von dessen Anstiegszeit und Rückenform abhängig; alles Größen, die nicht bekannt sind. Der Zündverzug kann einige Zehntel ;j.sec bis zu einigen μ5εε dauern. Das entspricht Fehlanzeigen von einigen 10 bis zu einigen 100 Metern.

Andere Verfahren benutzen Gleichspannung zur Aufladung des Kabels und benutzen die Mehrfach-Reflexion;n der beim Überschlag entstandenen Wanderwelle zur Entfernungsbestimmung. Die Entfernungsbestimmung geschieht ebenfalls auf dem Schirm eines Braunschen Rohres und hat dieselben Nachteile, die im letzten Abschnitt genannt wurden, bis auf den Zündverzug.

Eine andere Methode benutzt zur Messung der Laufzeit dieser Wanderwellen elektronische Zähleinrichtungen nach dem »Starl-Stop-Prinzip«, wobei die zuerst ankommende Wanderwege den Zähler startet, die zweite Wanderwelle, die durch Reflexion am Anfang und am Fehler entsteht, den Zähler stoppt. Der Aufwand eines zusätzlichen Zählers ,zu einem zumeist schon vorhandenen Impuls-Laiifzeitmeßgerät für niedcrohmigc Fehler ist beträchtlich line sollte vermieden werden. Da dieses Verfahren ohne Oszillograph arbeitel, kann die »Start-Stop«-EinriehUing fälschlicherweise im Kabel vorhandene natürliche Stoßstellen anmessen.

Die vorgenannten Verfahren sind noch aus einem anderen Grunde zu vermeiden. Fs ist nicht empfehlenswert, z. B. an Koaxialpaaren für Fernsehen und Fernsprechweilverkehr, mit Impulsen großer Energie zu arbeilen, weil alle übrigen im Kabel befindlichen Leitungen gestört werden könnten. Im übrigen sind die bekannten Verfahren nicht ir. der Lage, die hohe Meßgenauigkeit eines Impuls-Echo-Meßgeiäles voll auszuschöpfen.

Es ist auch ein lonisations-Brenimerät zum Nieder-

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brennen von Kabelfehlern bekannt, bei dem ein Zündinipuls zur Zündung einer Fehlerstelle dient. Dem Zündimpuis folgt ein zweiter, in der Spannung niedriger, mittels lndukii\ iiät verzögerter Brennimpuls längerer Dauer (bis Miü'sckunden), dessen Strom am Ende nach Null abfällt, Der Ziind'.organg wird so oft wiederholt, bis eine niederohmige KoIiIebrücke an der Fehlerstelle vorbanden ist (¹JT-OS 18 07 552).

Mit dei" bekannten Brcnngeiät kann kein konstant brennender Lichtbogen für die Meßzeit erzeugt werden, weil der Brennvorgang impulsmäßig vor sich geht, so daß eine Ortung von Kabelfehlern praktisch nicht möglich ist. Einem schmalen Orlungsimpuls niedriger Spannung wird ein Zündimpuis sehr hoher Spannung (mehrere Größenordnungen) überlagert, so daß Verstarker und Anzeigemöglichkeiten übersteuert werden.

Um die genannten Mängel zu umgehen, wird ein Verfahren zur Ortung niciuiestbrcnnbarer Kabelfehler angegeben, das erfhidungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß am Fehler ein ununterbrochen brennender Lichtbogen durch eine an sich bekannte strombegrenzende Gleichspannungsquelle erzeugt wird und die Induktivität den Lichtbogenstrom so stabilisiert, daß keine die Messung störenden Schwankungen oder Unterbrechungen des Lichtbogens entstehen, und der Lichtbogen einen Parallelwiderstand zum Wellenwiderstand des Kabels darstellt, so daß Jie an die Nachbarleitungen in bezug auf Spektrum um Amplitude anpaßbaren und damit nicht störenden Meßimpulse eines Impuls-Echo-Meßgerätes einen genügend großen Reflexionsfaktor an der Fehlerstelle vorfinden und der Fehler geortet wird.

Die praktische Durchführung dieses Verfahrens ist mit vergleichsweise geringem Aufwand möglich. Die Induktivität kann durch eine elektronische Regelschaltung ersetzt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand des Blockschaltbildes erläutert.

Der Transformator 1 wird an das Wechselstromnetz über Klemmen 2 und 3 angeschlossen. Er speist den Gleichrichter 4, der seine Spannung über den Strombegrenzungswiderstand 5 an die Induktivität 6 abgibt, die am Pi:nkt 7 mit dem Kabel 8 und der Entfernungsmeßeinrichtung lü bis 14 verbunden ist.

9 ist der nichtfestbrennbare Fehler im Kabel 8. Ein spannungsfester Koppelkondcnsator 10 und eine gasgefüllte Schutzfunkenstreeke 12 sind vorhanden. Die letztere verhindert, daß die Zündflar'te, die vom Fehler zum Punkt 7 läuft, dem Transformator 11, dem Anpassungswiderstand für den Wellenwiderstand des Kabels 13 und dem Impuls-Echomeßgerät 14 keinen Schaden zufügen kann. Der Ablauf der Messung geht folgendermaßen vor sich:

Nach Anlegen der Netzspannung an die Klemmen 2 bis 3 des Transformators 1 entsteht an der Sekundärwicklung eine Wechselspannung, die über den Gleichrichter 4 gleichgerichtet wird und über ocn Widerstand 5 und die Induktivität 6 an den Inncnlcitcr des Kabels 8 gelangt mid dieses auflädt. Die Übersetzung des Transformators wird so gewählt, bzw. durch eine nicht gezeichnete Regelung der Netzspannung so eingestellt, daß die Zündspannung des Kabelfehlers 9 erreicht wird. Die Spannung am Fehler bricht dann infolge Bildung eines Lichtbogens bis auf die Bogenspannung zusammen. Diese liegt normalerweise in Größenordnung 10 bis 50 Volt. Die Wanderwelle der zusammenbrechenden Spannung läuft zum Kabelanfang und zum Kabelende hin. Zwischen Kabelende und Lichtbogen wird die letztere mehrfach reflektiert und durch Dämpfung vernichtet. Sie hat für die Messung keinerlei Bedeutung. Die zum Kabelanfang

ίο hinlaufende Flanke findet über den Kondensator 10 und den Transformator 11 den Widerstand 13 des Wellenwiderstandsabschiusses vor und wird in diesem in Wärme umgewandelt. Die Induktivität 6 ist dabei so groß, daß sie auf den Wellenwiderstandsabschluß keinen störenden Einfluß hat. Wenn die Wanderwelle eine so hohe Spannung hat, daß die Schutzfunkenstrecke 12 anspricht, gibt es hier eine Teilreflexion, die durch nochmaliges Hin- und Rücklaufen zum Fehler binnen kürzester Zeit vernichtet wird. Die Induktivitat 6 hat die Aufgabe, die infolge des in ihr fließenden Stromes gespeicherte magnetische Energie dann automatisch als elektrische Energie freizugeben, wenn infolge zu geringen Stromflusses im Lichtbogen am Fehler, dieser abzureißen dreht. Das geschieht besonders dann, wenn an der Fehlersteile, die zwei Elektroden darstellt, Abbrand entsteht, der die Elektronen emittierenden Stellen vermindert, und deshalb eine höhere Feldstrecke benötigt wird, um eine genügende Anzahl Elektronen freizumachen, die den Lichtbogen aufrechterhalten. Hier setzt die regelnde Wirkung der Drossel ein. Bei vermindertem Strom gibt diese eine höhere Spannung an, welche die Feldstärke i'in Lichtbogen automatisch vergrößert. Der gleiche Effekt wird bei der Elektroschweißung mit Gleichstrom zur Stabilisierung des Lichtbogens angewendet.

Der nunmehr am Fehler entstandene Gleichstromlichtbogen stellt einen Widerstand dar, dessen Größe aus Strom und Spannung bestimmt werden kann. Die Bogenspannung sei beispielsweise 20 Volt, der Strom sei 0,2 Ampere, dann beträgt der Fehlerwiderstand 100 Ohm. Dieser liegt zum Wellenwiderstand des Kabels von 75 Ohm parallel und ergibt einen Wellenwiderstandssprung durch die Parallelschaltung des Fehlerwiderstandes von 100 Ohm zum Wellenwiderstand von 75 Ohm in einer Größe von etwa 43 Ohm. Das ergibt einen Reflexionsfaktor

= ca. 27%

75 + 43

Damit ist eine exakte Fehlerortbestimmung mit dem Impuls-Echo-Meßgerät möglich. Die Einrichtung verhält sich jetzt genauso, als ob das Kabel spannungslos und der Fehlerwiderstand ein fester Ohmschcr Widerstand wäre. Die Impulse des Impuls-Echo-Meßgerätes gelangen über den Transformator 11, den Koppelkondcnsator Ht, den Punkt 7 und das KabclS zum Fehler 9, werden dort reflektiert und gelangen über den gleichen Weg zurück zum Impuls-Fcho-Meßgerät, mittels dessen die Laufzeit zum Fehler hin- und zurück genau bestimmt werden kann und damit bei bekannter Laufgeschwindigkeit der Fehlerort in Metern festgelegt werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

22 Ol Patentansprüche:

1. Verfahren zur Ortung nichlfesibrennbarer Kabclfehler, bei dem am Fehlerort ein Lichtbogen durch eine Spannungsquelle erzeugt wird, ι! > ausgelegt ist, daß ihre Spannung zur Zünduii; i ihr Strom zur Aufrechterhaltung des Lichtbi _cns ausreicht, wobei die Spannungsquelle über eine Induktivität mit dem Kabel verbunden ist, da- ίο durch gekennzeichnet, da(3 am Fehler ein ununterbrochen brennender Lichtbogen durch eine an sich bekannte strombegrenzende Gleichspannungsquclle erzeugt wird und die Induktivität den Lichtbogenstrom so stabilisiert, daß keine die Messung störenden Schwankungen oder Unterbrechungen des Lichtbogens entstehen, und der Lichtbogen einen Parallelwiderstand zum Wellenwiderstand des Kabels darstellt, so daß die an die NachbarleiUingen in bezug auf Spektrum und Amplitude anpaßbaren und damit nicht störenden Meßimpulse eines lmpuls-Echo-Meßgerätcs einen genügend großen Reflexionsfaktor an der Fehlerstelle vorfinden und der Fehler geortet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität durch eine elektronische Regelschaltung ersetzt wird.