DE1052559B - Verfahren zur Feststellung der Lage von Kurzschlussstellen und Kabelmuffen von in Erde verlegten Starkstromkabeln - Google Patents

Description

• Verfahren zur Feststellung der Lage von Kurzschlußstellen und Kabelmuffen von in Erde verlegten Starkstromkabeln Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Feststellung der Lage von Kurzschlußstellen von im Erdreich verlegten Starkstromkabeln mit verdrillten Leitern, bei dem der von dem kurzgeschlossenen oder künstlich kurzgeschlossenen verdrillten Adernpaar gebildete Stromkreis mit tonfrequentem Wechselstrom gespeist wird und mittels einer längs des Kabels geführten induktiv wirkenden Suchspule Signalspannungen gewonnen werden. Die Erfindung besteht darin, daß eine mit ihrer Achse in Richtung zum aus dem Erdreich austretenden magnetischen Längsfeld, insbesondere parallel zur Kabeltrasse, gerichtete Suchspule knapp über dem Erdboden geführt wird.
• Die Erfindung eignet sich auch für die Ermittlung der Lage von Kabelmuffen längs der Kabeltrasse mit der Maßgabe, daß als Kriterium das Anschwellen der Signalspannung im Bereich der Ninfre benutzt wird.
• Für die Durchführung des Verfahrens wird zweclrmäßigerweise der Stromkreis mit einer Tonfrequenzspannung von etwa 800 bis 4000 Hz bei einer Leistung von einigen hundert Watt gespeist, wobei es vorteilhaft ist, einen Generator zu benutzen, dessen Ausgang an den Widerstand des Stromkreises anpaßbar ist.
• Es empfiehlt sich, die Suchspule mittels eines Kondensators auf die Generatorfrequenz abzustimmen und die in ihr induzierten Spannungen über einen zweckmäßigerweise auf die Generatorfrequenz abstimmbaren Verstärker, einem Anzeigegerät oder einem Kopfhörer zuzuleiten.
• Zur Fehlerortung, Lage- und Tiefenbestimmung von Erdkaheln werden Verfahren angewandt, die auf dem Induktionsprinzip beruhen.
• Es ist ein Verfahren bekannt, bei dem als Stromleiter eine Kabelader und als Rückleiter die Erde bzw. der Bleimantel benutzt wird. Ein in das Kabel eingespeister tonfrequenter Wechselstrom erzeugt ein konzentrisches Magnetfeld, das sich im Erdboden ausbreitet und über Erde mit geeigneten Meßgeräten nachgewiesen wird. Es genügen geringe Stromstärken, um ein hinreichend starkes Alagnetfeld für die Ausmessung der Kabellage und -tiefe mit einem Kabelsuchgerät zu erhalten. Das Kabelsuchgerät ist mit einer oder zwei richtungsempfindlichen Suchspulen ausgestattet und ermöglicht die Lage- und Tiefenbestimmung eines verlegten Kabels, jedoch nur in einigen besonders günstig gelagerten Fällen auch die Ermittlung der Lage eines Kabelfehlers.
• Weiterhin ist eine Vorrichtung bekannt, die aus zwei gegeneinandergeschalteten Suchspulen besteht, die hintereinander in einem bestimmten Abstand längs der Kabeltrasse geführt werden und die nur Suchtonspanung abgeben, wenn sich die Fehlerstelle im Bereich zwischen den Suchspulen befindet. Diese Vorrichtung eignet sich jedoch nur zur Fehlersuche bei Kabeln, bei denen ein Leiter Erdschluß aufweist und nur dieser eine defekte Leiter mit tonfrequentem Wechselstrom gegen Erde gespeist wird.
• Ein anderes Verfahren nützt den Dralleffekt zur Fehlerortung in freiliegenden bzw. freigelegten Kabein aus, wobei das bei der Wechselstromspeisung zweier einen Kurzschluß aufweisender verdrillter Adern eines Kabels senkrecht aus diesem austretende Feld ausgemessen wird, das sich in der Luft ausbreitet und das hinsichtlich Stärke und Austrittrichtung vom Strom, von der Frequenz und von der Lage der stromführenden Adern (Drall) abhängt.
• Dabei wird die Suchspule so über das Kabel geführt, daß die Suchspulenachse senkrecht auf der Kabellängsachse steht. Die bei diesem Verfahren praktisch ausnutzbare Reichweite des quer zur Kabelachse austretenden Feldes ist jedoch eng begrenzt, da ab einer gewissen Entfernung von den Adern seine Feldstärke sehr rasch abnimmt. Aus den magnetischen Feldeigenschaften können Rückschlüsse auf den Zustand des Kabels gezogen werden. Beim Ausschreiten der freigelegten mutmaßlichen Fehlerstelle fährt man mit der Suchspule unmittelbar auf der Oberfläche des Kabels entlang, ohne daß die Suchspule dabei nach den Seiten ausgleiten darf. Das dabei in unmittelbarer Nähe der Oberfläche des Kabels vorhandene Feld folgt dem Aderdrall, so daß der aufgenommene Suchton periodisch anschwillt und abnimmt. Diese Erscheinung unterbleibt sofort hinter der Kurzschlußstelle. Auf diese Weise ist eine Fehlerortung direkt auf freiliegenden, nicht aber bei im Boden verlegten Kabeln möglich. Bei verlegten Kabeln muß die verdächtige Stelle erst auf andere Weise ermittelt und dann dort aufgegraben werden.
• Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei einem verdrillten, arn fernen Ende durch einen Kabelfehler oder auch künstlich kurzgeschlossenen Adernpaar in relativ weiter Entfernung von den Leitern ein Suchton wahrnehmbar ist, wenn die Achse der Suchspule etwa parallel zur Kabeltrasse ausgerichtet wird. Somit können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Fehler und Muffen von in Erde verlegten Kabeln über Erde punktgenau ermittelt werden. Ein infolge eines Kabelfehlers kurzgeschlossenes Adernpaar wird zu diesem Zweck mit einer Tonfrequenzleistung von einigen hundert Watt mit einer Frequenz im Bereich zwischen 800 bis 4000 Hz gespeist. Dadurch breitet sich um das Kabel ein magnetisches Wechselfeld aus, das zum Teil über Erde austritt. Die Feldgrößen werden dabei von der Stromstärke im Leiterpaar, von der Frequenz des Stromes, vom Abstand und der Lage (Drall) der stromführenden Adern und von der Verl egungs tiefe des Kabels beeinflußt. Mit einer sehr richtungsempfindlichen Suchspule wird über Erde das magnetische Längsfeld, das ist jene Magnetfeldkomponente, die parallel zum untersuchten Kabel gerichtet ist, ausgemessen. Längs des vom tonfrequenten Strom durchflossenen Kabels ändert sich die Intensität des im Abstand vom Kabel abgegriffenen magnetischen Längsfeldes periodisch in --ähnlicher Weise wie bei dem bekannten Suchverfahren, bei dem die unmittelbar aus dem Kabel senkrecht zu dessen Achse austretende Querfeldkomponente abgegriffen wird. Diese Erscheinung kann ebenfalls zum Nachweis des Kabeldralles an sich und der Drallwindungslänge benutzt werden. Sie ermöglicht die Auffindung des Kurzschlußortes im verlegten Kabel, weil der Dralleffekt hinter dem Kurzschluß in einem etwa noch vorhandenen Magnetfeld nicht-mehr auftritt. Eine Veränderung des Adernabstandes äußert sich in einer Zunahme der Feldstärke bei Vergrößerung des Adernabstandes und in einer Abnahme der Feldstärke bei sich verringerndem Adernabstand. Wenn sich also längs eines Kabels an einer bestimmten Stelle die Feldstärke sprunghaft vergrößert, läßt dies auf eine Vergrößerung des Abstandes der Adern an dieser Stelle, verglichen mit dem übrigen Kabel, schließen.
• Da eine solche Abstandsvergrößerung zwangläufig bei Verbindungs- und Abzweigmuffen vorhanden ist, läßt sich das Meßverfahren auch für die Auffindung von Muffen verlegter Kabel bequem verwenden.
• Für den Meßvorgang werden ein Tongenerator und ein Suchgerät benötigt. Als Ausgangsleistung des Tongenerators genügen einige hundert Watt mit einer Frequenz im Bereich von etwa 800 bis 4000 Hz. Die Ausgangsimpedanz des Generators soll zweckmäßigerweise regelbar sein, um eine günstige Anpassung auf das kurzgeschlossene Kabel und/oder dessen Ergänzung (Abstimmung) zu einem Resonanzkreis zu erreichen.
• Das Suchgerät besteht aus einer richtungsempfindlichen Spule mit offenem Eisenkern. Die Spule ist mit einem Kondensator zu einem für die verwendete Generatorfrequenz sehr selektiven Schwingkreis ergänzt. Die in der Spule von dem aus dem Erdboden austretenden magnetischen Längsfeld induzierten Spannungen werden über einen zweckmäßigerweise auf die Generatorfrequenz abgestimmten Verstärker einem Meß- bzw. Anzeigegerät oder Kopfhörer zugeleitet.
• Das erfindungsgemäße Verfahren setzt zwischen den Adern der Leiterschleife eine Verbindung mit geringem Ubergangswiderstand (Kurzschluß) voraus.
• Ein zusätzlicher Erdschluß ist bei Einspeisung mittels eines von Erde isolierten Generators ohne Einfluß auf den Meßvorgang. Sollte der Kabelfehler einen für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu hohen Übergangswiderstand aufweisen, so ist die Fehlerstelle mit entsprechender Leistung aus dem Versorgungsnetz mittels eines Transformators durchzubrennen. Für fast alle praktisch vorkommenden Fehlerfälle, auch bei Erdschluß nur einer Ader, sind Methoden bekannt, einen gegebenenfalls zunächst sich als hochohmige Ableitung darstellenden Kabelfehler in einen zweipoligen, niederohmigen Kurzschluß zu verwandeln.
• Der erfindungsgemäß zur Anwendung gelangende Tongenerator wird an einer Trennstelle an das kurzschlußbehaftete Kabeladernpaar angeschlossen und auf Strommaximum angepaßt bzw. abgestimmt. Nun führt man die Spule knapp über dem Erdboden der Kabeltrasse entlang. Senkrecht über dem Kabel ergibt sich die größte Anzeige im Meßinstrument bzw. die größte Lautstärke im Kopfhörer. Ein periodisches Anschwellen der empfangenen Tonfrequenz beim Abschreiten der Kabeltrasse, der sogenannte Dralleffekt, ist genau bis zur Fehlerstelle wahrzunehmen. Nach der Fehlerstelle ist der Meßton nicht mehr oder nur als schwacher Dauerton zu hören. Auf diese Weise ist die Ermittlung des Fehlerortes mit Sicherheit ermöglicht.
• Jede Messung nach dieser Methode in jedem beliebigen Punkt über dem zu untersuchenden Kabel liefert ein eindeutiges Ergebnis, ob man sich vor oder nach dem Kabelfehler befindet und ermöglicht die Eingrenzung des Fehlers.
• Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung näher erläutert, und es zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung des Magnetfeldes eines stromdurchflossenen verdrillten Adernpaares, Fig. 2 eine Darstellung des Suchvorganges und Fig. 3 eine Darstellung der beim Suchvorgang gemäß Fig. 1 aufnehmbaren Suchtonintensität.
• Unter der Erdoberfläche 1 ist in einer gewissen Tiefe das zu untersuchende Kabel 2 verlegt. Es enthält ein verdrilltes Paar Adern 3, 4, in die gegensinnig vom Kabelende 5 her ein nicht dargestellter Generator den Suchtonstrom einspeist. An das Kabelende 6 schließt sich in beliebiger Entfernung ein durch einen Fehler oder künstlich hergestellter Kurzschluß zwischen den Adern 3, 4 an. In der unmittelbaren Umgebung der beiden Leiter 3, 4 bildet sich ein Querfeld çk aus. Zwischen den durch die Verdrillung gebildeten großen Leitermaschen entsteht in weiterer Entfernung von den Leitern ein sich längs der Leiterausdehnung schraubenförmig fortwindendes Magnetfeld, dessen in der Zeichenebene verlaufende Komponente durch die großen ellipsenartigen Feldlinien all und dessen in einer senkrecht hierzu orientierten Ebene verlaufende Komponente durch die kleinen ellipsenartigen Feldlinien çL2 dargestellt sind.
• Das aus der Erdoberfläche austretende Magnetfeld 1 1 wird mittels einer Suchspule 7 abgegriffen, deren Achse 8 etwa parallel zur Kabellängsachse verläuft.
• Durch die gleichzeitig in der Nähe der Kabeloberfläche (also im Bereich des Erdbodens 1') gestrichelt dargestellte Suchspule 9 wird die Lage der Suchspulen bei den vorbekannten, nur an freigelegten Kabeln anwendbaren Suchverfahren gezeigt. Bei diesen vorbekannten Verfahren steht die Spulenachse 10 etwa senkrecht auf der Kabellängsachse.
• Fig. 2 zeigt die Durchführung des Suchvorganges, bei dem die mit dem Suchtonverstärker 11 verbundene Suchspule 7 knapp über dem Erdboden 1 geführt wird, wobei die Suchspulenachse 8 etwa parallel zur, zweckmäßigerweise vorher markierten, Kabeltrasse gehalten wird. Am Kabel 2 Sitzt an der Stelle 12 eine Kabelmuffe 13. An der Stelle 14 ist das Kabel mit einem Kurzschluß behaftet.
• Gemäß Fig. 3 ändert sich beim Abschreiten des in Fig. 2 dargestellten Kabels die Intensität der mit der Drallperiode des Kabels 2 schwankenden Suchtonfeldstärke entsprechend der Kurve 16. Am Ort 12 der Muffe 13 verstärkt sich der Suchton sprunghaft zufolge des in der Muffe 13 vergrößerten Aderabstandes; hinter dem Ort 14 des Kurzschlusses 15 verschwindet jedoch der Dralleffekt und der Suchton ist nicht mehr oder nur noch schwach wahrnehmbar.
• PATENTANSPRtJCHE: 1. Verfahren zur Feststellung der Lage von Kurzschluß stellen von im Erdreich verlegten Starkstromkabeln mit verdrillten Leitern, bei dem der von dem kurzgeschlossenen oder künstlich kurzgeschlossenen verdrillten Adernpaar gebildete Stromkreis mit tonfrequentem Wechselstrom gespeist wird und mittels einer längs des Kabels geführten, induktiv wirkenden Suchspule Signalspannungen gewonnen werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit ihrer Achse in Richtung zum aus dem Erdreich austretenden magnetischen Längsfeld, insbesondere parallel zur Kabeltrasse, gerichtete Suchspule knapp über dem Erdboden geführt wird.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine Anwendung für die Ermittlung der Lage von Kabelmuffen längs der Kabeltrasse mit der Maßgabe, daß als Kriterium das Anschwellen der Signalspannung im Bereich der Muffe benutzt wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromkreis mit einer Tonfrequenzspannung von etwa 800 bis 4000 Hz bei einer Leistung von einigen hundert Watt gespeist wird.

   4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Stromkreis speisender Generator benutzt wird, dessen Ausgang an den Widerstand des Stromkreises anpaßbar ist.

   5. Verfahren nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Suchspule mittels eines Kondensators auf die Generatorfrequenz abgestimmt wird.

   6. Verfahren nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Suchspule induzierten Spannungen über einen zweckmäßigerweise auf die Generatorfrequenz abstimmbaren Verstärker einem Anzeigegerät oder einem Kopfhörer zugeleitet werden.

   In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 1 297 929, 2 518 227, 2291533; »Elektrizitätswirtschaft«, 51. Jahrgang, 1952, H. 22, S. 614 bis 617.