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Verfahren zur Bestimmung einer Leckstelle in einem
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pneumatisch überwachten Kabel Die Erfindung betrifft ein Verfahren
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Einrichtung zur Durchführung eines
solchen Verfahrens.
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Zur Oberwachung von pneumatischen Kabeln verwendet man üblicherweise
Manometer oder Strömungsmesser an der Einspeisestelle für die Druckluft, die bei
einer Leckstelle im Kabel den Druckabfall oder die Strömung anzeigen. Infolge der
an der Leckstelle ausströmenden Luft kann zwar keine Feuchtigkeit in das Kabel eindringen,
so daß die Adern des Kabels selbst geschützt bleiben. Da jedoch die an der Leckstelle
ausströmende Luft einen Druckluftnachschub an der Einspeisungsstelle erfordert,
der jedoch erst einsetzt, wenn auch an der Einspeisestelle der Druck im Kabel unter
einem Grenzwert abgesunken ist, und die eingespeiste Druckluft zuvor gereinigt und
getrocknet werden muß, ist es erwünscht, die Leckstelle abzudichten,um den Verbrauch
an aufbereiteter Druckluft einzuschränken. Zu diesem Zweck werden auch heute schon
pneumatische Schalter in bestimmten Abständen in das Kabel eingebaut. Diese Schalter
haben eine gemeinsame Hinleitung und getrennte Rückleitungen für die Signalisierung,
so daß eine Vielzahl von Kabel adern nur für die pneumatische
Oberwachung
benötigt wird. Damit die Anzahl der Signaladern möglichst klein gehalten wird, müssen
die Oberwachungsabschnitte zwischen den pneumatischen Schaltern sehr groß gewählt
werden. Eine Lokalisierung der Fehlerstelle innerhalb eines solchen großen Abschnittes
ist nicht möglich.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Angabe von Maßnahmen
zur Lokalisierung der Leckstelle von einer Zentrale aus, so daß man die Ausgrabungsarbeiten
für die Kabel reparatur zur schnellen Abdichtung der Leckstelle auf einen möglichst
kleinen Bereich der Kabellänge beschränken kann und für diese genauere Leckeinkreisung
nur eine Mindestanzahl von Kabel adern benötigt.
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Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebenen
Merkmale gelöst.
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Durch die Aufteilung des Kabels in einzelne Abschnitte, die jeweils
durch einen Drucküberwachungsschalter definiert sind, und durch die zentrale Ermittlung
eines bei Druckabfall ansprechenden Schalters läßt sich eine Leckstelle, deren nächstgelegener
Schalter auf den durch das Leck bedingten Druckabfall anspricht, mit einer gewünschten
Genauigkeit lokalisieren, die von der Feinheit der Unterteilung in einzelne Kabelabschnitte,
also vom Abstand der einzelnen Druckschalter abhängt. Die Kontakte der Druckschalter
überbrücken in durch die einzelnen Kabelabschnitte bestimmten Abständen ein Meßaderpaar,
das am Leitungsende durch einen Abschlußwiderstand vom Wert des Widerstandes eines
einzelnen Kabelabschnittes abgeschlossen ist. Sofern kein Druckschalter angesprochen
hat, ist der Gesamtschleifenwiderstand des Meßaderpaares gleich der Summe der einzelnen
Abschnittswiderstände zuzüglich dem Abschlußwiderstand. Spricht ein Druckschalter
infolge eines Lecks an, dann wird das Meßaderpaar an dieser Stelle überbrückt, und
der Widerstand der Meßschleife verringert sich um den Anteil von der Oberbrückungsstelle
bis zum Kabelende. Aus dem Widerstandsverhältnis von Kabel mit Leck und unbeschädigtem
Kabel läßt sich die Zahl der Kabelabschnitte bis zum ausgelösten Druckschalter,
und damit die Kabellänge zur Leckstelle bestimmen.
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Die Überwachung des Meßschleifenwiderstandes und die Ermittlung der
Widerstandsänderung beim Ansprechen eines pneumatischen Druckschalters kann automatisch
erfolgen, und auch die Berechnung der Kabel länge bis zur Leckstelle kann - ausgelöst
durch die Widerstandsänderung der Meßschleife beim Ansprechen eines pneumatischen
Druckschalters - automatisch mit Hilfe eines Computers oder Mikroprozessors durchgeführt
werden, der einen Drucker zum Ausdrucken eines Fehlerprotokolls ansteuern kann,
das beim Auftreten einer Leckstelle sofort erstellt wird und bei einer Signal gabe
für das Auftreten eines solchen Kabel fehlers unmittelbar zur Verfügung steht.
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Damit die Meldeanlage beim Auftreten eines Lecks nicht gegen die Meldung
weiterer Lecke blockiert wird, wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die
Meßschleife nach der Meldung des ersten Lecks wieder freigeschaltet. Dazu muß der
Kurzschluß des Meßaderpaares durch den pneumatischen Druckschalter wieder aufgehoben
werden, und dies kann zweckmäßigerweise dadurch erfolgen, daß der pneumatische Druckschalter
einen Umschaltkontakt aufweist, der im Ruhezustand die eine Meßader an eine Oberbrückungsleitung
und im Ansprechzustand an eine zweite Oberbrückungsleitung legt: Diese beiden Oberbrückungsleitungen
verlaufen zu den Kontakten eines zweiten Umschalters, der im Ruhezustand die zweite
Meßader an diejenige Oberbrückungsleitung anschließt, auf welche der Umschalter
des pneumatischen Druckschalters im Ansprechfalle die erste Meßader schaltet, so
daß dann beide Meßadern an dieser Stelle überbrückt sind. Da der pneumatische Druckschalter
selbst erst beim erneuten Ansteigen des Kabeldruckes - nach der Reparatur der Leckstelle
- wieder zurückschaltet, läßt sich der Meßaderkurzschluß dadurch freischalten, daß
der zweite Umschalter durch Erregen eines Relais auf die erste Oberbrückungsleitung
umgeschaltet wird, welche durch den Umschalter des pneumatischen Druckschalters
im Ansprechfalle freigegeben worden ist. Nach der Kabelreparatur und Zurückschalten
des pneumatischen Druckschalters wird dann auch der zweite Umschalter wieder in
seine frühere Lage zurückgeschaltet, so daß der Meßaderkurzschluß aufgehoben ist.
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Die Steuerung des Relais für den zweiten Umschalter läßt sich über
dasselbe Meßaderpaar mit Hilfe einer Diodenschaltung vom Meßstrom entkoppeln, indem
man Meßstrom und Relaisbetätigungsstrom mit einander entgegenge-
setzter
Polarität wählt, so daß also der Meßstrom das Umschaltrelais nicht betätigen kann.Hierzu
kann man zweckmäßigerweise in die beiden Meßleitungen Dioden mit solcher Polung
einfügen, daß sie bei Ansprechen eines pneumatischen Druckschalters den Meßstrom
als Kurzschlußstrom an dieser Leitungsstelle fließen lassen. Parallel zu den beiden
Oberbrückungsleitungen sind zwischen die Kontakte der beiden Umschalter Relaisstromkreise
geschaltet, in denen je eine Relaiswicklung in Reihe mit einer Diode liegt, welche
entgegengesetzt wie die Diode in der Oberbrückungsleitung gepolt ist, so daß der
Kurzschlußstrom bei Ansprechen eines pneumatischen Druckschalters zwar durch die
jeweils eingeschaltete Uberbrückungsleitung fließen kann, nicht jedoch über die
Relaiswicklungen.
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Bei Umpolung der Spannung an dem Meßaderpaar kann dagegen kein Kurzschlußstrom
mehr fließen, da dieser ja durch die Dioden in den Oberbrückungsleitungen gesperrt
wird, sondern es fließt ein Strom durch eine Relaiswicklung und die mit dieser in
Reihe liegende und nunmehr leitende Diode.
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Damit nun zur Beibehaltung der Umschaltstellung des Relaisumschalters
nicht ständig ein Haltestrom für das Relais über das Meßaderpaar geschickt werden
muß, weil dieses ja für weitere Leckmeldungen wieder frei sein soll, verwendet man
als Umschaltrelais zweckmäßigerweise ein bistabiles Relais mit zwei Wicklungen,
welches bei Erregung der einen Wicklung seinen Umschaltkontakt in eine bestimmte
Lage bringt und bei Erregung der zweiten Wicklung den Umschaltkontakt in die andere
Kontaktstellung umlegt. Man kann auf diese Weise die Schaltstellung des Umschalters
unter Verwendung von Spannungsdiskriminatoren durch die Höhe der an das Meßaderpaar
gelegten Spannung - die entgegengesetzt wie die Meßspannung gepolt ist - bestimmen,
ohne daß dazu irgendwelche zusätzlichen Adern außer den beiden ohnehin für die Leckmeldung
benutzten Meßadern benötigt würden.
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Um die beiden Relaiswicklungen mit unterschiedlicher Ansprechempfindlichkeit
auf die beiden verschiedenen Umschaltspannungen reagieren zu lassen, kann man in
Reihe mit den beiden Relaiswicklungen je einen Schwellwertschalter unterschiedlichen
Schwellwertes anordnen. Wird der niedrigere Schwellwert überschritten, so fließt
durch die eine Relais-
wicklung ein Strom, so daß der Umschalter
in die zugeordnete Kontaktlage gebracht wird; beim Anlegen der höheren Schaltspannung
spricht der zweite Schwellwertschalter an, so daß die zweite Relaiswicklung erregt
wird, welche so bemessen ist, daß sie die Wirkung der ersten Relaiswicklung überwiegt
und den Umschalter in die zweite Schaltstellung bringt. Man kann auch den beim niedrigeren
Schwellwert ansprechenden Schalter so ausbilden, daß er bei Erreichen des zweiten,
höheren Schwellwertes wieder öffnet und die mit ihm in Reihe liegende Relaiswicklung
stromlos werden läßt. Dieser Schalter wäre dann nur in einem bestimmten Spannungsbereich
durchlässig. Mit Hilfe elektronischer Bauelemente lassen sich derartige Schalter
realisieren, deren Steuereingang dann an je einen der Umschaltkontakte des Druckschalters
bzw. des Relaisschalters gelegt würde und deren Lastschalter als der erwähnte Schwellwertschalter
in Reihe mit der Relaiswicklung liegen würde. In diesem Falle könnte man Pol relais
mit zwei gleichen Wicklungen verwenden.
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Es sei nun anhand der beiliegenden Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 das Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen
Einrichtung zur Ermittlung einer Leckstelle in einem pneumatisch überwachten Kabel
; Fig. 2 ein Schaltbild zur Erläuterung der Schaltungsweise der Umschaltkontakte
der pneumatischen Druckschalter und Fig. 3 ein gegenüber Fig. 2 ausführlicheres
Schaltbild zur Erläuterung der Steuerung der Umschaltrelais für das Freischalten
des Meßaderpaares.
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Fig. 1 zeigt als Ausschnitt aus einer Kabel strecke lediglich die
beiden Meßadern a und b, während das restliche Kabel mit seinen Stromkreisen und
dem Kabelmantel nicht dargestellt ist. In Abständen von beispielsweise 1,5 bis 3
km sind pneumatische Druckschalter DS in Muffen oder Verstärkerbehältern angeordnet,
um den Luftdruck im Kabel zu überwachen.
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Zweckmäßigerweise werden die Druckschalterabstände gleichmäßig gewählt,
damit
die einzelnen Kabelabschnitte zwischen den Druckschaltern gleich große Schleifenwiderstände
haben. Erforderlichenfalls können Abgleichwiderstände eingefügt werden, um dies
zu erreichen. Der Widerstand eines Kabelabschnittes zwischen zwei Druckschaltern
DS ist in Fig. 2 mit Rn bezeichnet. Längs der in Fig. 1 veranschaulichten Kabelstrecke
sind beispielsweise 100 Druckschalter verteilt, von denen die ersten drei mit 1,
2 und 3 und der letzte mit 100 bezeichnet sind, während der dazwischenliegende Teil
der Kabel strecke und die übrigen Druckschalter durch die gestrichelte Verbindung
der Meßadern a und b symbolisiert sein sollen. Am Ende der Kabel strecke sind die
beiden Meßadern a und b durch einen Abschlußwiderstand RA miteinander verbunden,
dessen Wert ebensogroß wie der Widerstandswert eines Kabel abschnittes ist, also
gleich Rn, wie dies in Fig. 2 vermerkt ist. Der Abschlußwiderstand RA kann dabei
ein Festwiderstand, der Widerstand einer Leitungsschleife oder eine Kombination
aus beiden sein.
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Der Schleifenwiderstand des so beschalteten Meßaderpaares a, b am
Anfang der Kabel strecke richtet sich nach der Länge der Kabelstrecke, also der
Anzahl der Kabelabschnitte, deren Widerstand jeweils Rn beträgt.
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Sieht man X Druckschalter vor, unterteilt das Kabel also in X Kabelabschnitte,
dann ergibt Sich der Schleifenwiderstand RN zu RN = X . Rn + RA ( 1).
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Da der Abschlußwiderstand RA genausogroß wie die Widerstände Rn der
einzelnen Kabelabschnitte gewählt ist, also RA = Rn, erhält man für den Schleifenwiderstand
RN = (X+1) Rn (2).
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Schaltet nun wegen eines Druckabfalls im Kabel infolge einer Leckstelle
einer der pneumatischen Druckschalter DS ein, so werden die Meßadern a und b an
dieser Stelle kurzgeschlossen, und der Schleifenwiderstand verringert sich auf RN'
Y Rn (3).
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Dabei ist Y die Anzahl der Kabelabschnitte vom Anfang der Kabel strecke
bis zu dem Druckschalter, der angesprochen hat. Aus den Gleichungen (2)
und
(3) läßt sich durch Auflösung nach Rn die Beziehung
ableiten, aus welcher sich die Anzahl der Kabelabschnitte Y bis zum eingeschalteten
pneumatischen Druckschalter ergibt zu
Am Anfang der Kabel strecke befindet sich ein zentrales Meldegerät Z mit einem Stromversorgungsteil
S, einem Mikrocomputer M und einem Drucker Dr.
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Mit Hilfe des Stromversorgungsteils S wird dem Meßaderpaar a, b ein
konstanter Strom eingeprägt, was mit modernen elektronischen Schaltungen sehr genau
möglich ist. Der am Anfang der Kabel strecke zwischen den Meßadern a und b auftretende
Spannungsabfall UN ist proportional dem Schleifenwiderstand RN und wird durch eine
Meßeinrichtung, die hier der Einfachheit halber nicht eigens dargestellt ist, sondern
im Stromversorgungsteil S zu denken ist, laufend überwacht.
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Tritt irgendwo an der Kabel strecke ein Leck auf, dann fällt der Luftdruck
im Kabel an dieser Stelle ab, und der nächstgelegene Schalter DS spricht an. Er
überbrückt an dieser Stelle die beiden Meßadern a, b, so daß sich der Schleifenwiderstand
und damit die Spannung am Anfang der Kabelstrecke entsprechend dem Wegfall des hinter
dem ansprechenden Druckschalter liegenden Teils der Meßaderschleife verringert.
Wegen der Proportionalität der Spannung an der Meßschleife zum Schleifenwiderstand
bei konstantem Strom läßt sich die Gleichung (5) auch als Spannungsgleichung folgendermaßen
schreiben:
Aus dem Verhältnis der sich beim Ansprechen eines der Druckschalter Dr verringernden
Spannung UN' an der Meßschleife zur Spannung UN, wenn keiner der pneumatischen Druckschalter
Dr angesprochen hat, läßt sich also die Anzahl der Druckschalter bis zu der Leckstelle
berechnen, da die Gesamtzahl X der eingebauten pneumatischen Druckschalter bekannt
ist. Diese
Berechnung erfolgt mit Hilfe des im Meldegerät Z vorgesehenen
Mikroprozessors M, der hierfür programmiert ist.
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Nach dieser Berechnung bewirkt der Mikroprozessor, daß der Stromversorgungsteil
den in die Meßschleife geschickten Meßstrom unterbricht und eine Freischaltspannung
entgegengesetzter Polarität wie die Meßspannung UN an die Meßadern a, b anlegt.
Aufgrund dieser Freischaltspannung wird der Kurzschluß zwischen den Meßadern a und
b an der Stelle, wo ein pneumatischer Druckschalter angesprochen hat, in nachstehend
noch erläuterter Weise wieder aufgehoben, so daß die Meßadern wieder frei für Meldungen
anderer Druckschalter sind.
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Die einmal von dem Meldegerät Z identifizierte Druckschalternummer
wird zusammen mit der Uhrzeit, dem Tag und einem Zeichen für "EIN" von einem Drucker
des Meldegerätes auf einen Papierstreifen gedruckt, z.B.: Meldesystem F 100 Amt:
Münster 4 Kabel-Nr. 4711 Tag: 0125 Zeit: 20.16 Druckschalter Nr.: 47 EIN Druckschalter
hat angesprochen (d.h. ist eingeschaltet) Gleichzeitig mit dem Ausdrucken werden
Ausgangssignale geschaltet, die das Bedienungspersonal darauf aufmerksam machen.
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Das Signal und die Daten des Ausdruckes auf dem Papierstreifen sagen
aus, daß in der Nähe des gekennzeichneten pneumatischen Druckschalters eine Leckstelle
im Kabelmantel zu einem Druckabfall geführt hat. Der sich fortsetzende Druckabfall
im Kabel bewirkt danach das Ansprechen weiterer Druckschalter, die ebenfalls identifiziert
und mit dem Zeichen "EIN" ausgedruckt werden. Der Ausdruck eines zweiten pneumatischen
Druckschalters läßt für das Personal die Aussage zu, daß die Leckstelle im Kabel
in der Nähe des ersten pneumatischen Druckschalters in Richtung zum zweiten zu lokalisieren
ist.
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Sobald ein dritter pneumatischer Druckschalter angesprochen hat und
dies ausgedruckt wurde, führt das Meldegerät eine Berechnung der örtlichen Lage
der Leckstelle durch und druckt auch dieses Ergebnis aus. Zur Berechnung verwendet
der Prozessor des Meldegerätes die Zeitdifferenzen zwischen dem Ansprechen des jeweils
ersten und zweiten bzw. ersten und dritten pneumatischen Druckschalters. Das Ergebnis
dieser Berechnung sagt aus, etwa wieviel Meter entfernt die Leckstelle voM zuerst
gemeldeten Druckschalter in Richtung zum zu zweit gemeldeten Druckschalter liegt.
Damit ist eine Grobortung der Leckstelle durchgeführt und das Personal kann die
Feinortung auf eine Teilstrecke der Kabel anlage von maximal beispielsweise 400
m konzentrieren. Ein solcher Ausdruck mit Fehlerberechnung ist nachfolgend dargestellt:
Fehl erberechnung X = L x 0,4785 DS-Nr. 44 IN Richtung 43 Die Fehlerstelle liegt
in diesem Fall etwa X Meter von dem Druckschalter 44 in Richtung zu dem Druckschalter
43 entfernt. Der Wert L ist dabei der dem Plan zu entnehmende Abstand der beiden
genannten Druckschalter in Metern.
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Alle mit "EIN" gemeldeten pneumatischen Druckschalter werden in einem
Speicher der hier nicht näher dargestellten Elektronik des Meldegerätes festgehalten,
so daß jederzeit ein Protokoll aller mit "EIN" gemeldeten Druckschalter von dem
Drucker des Meldegerätes Z auf Tastendruck hin abgefordert werden kann. Dieses Protokoll
enthält auch die Fehlerberechnungen.
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Sofern in die Kabel strecke pneumatische Zwischenspeisestellen eingebaut
sind, die ihren Luftbedarf z. B. aus Stahl flaschen beziehen, kann anstelle eines
zuvor genannten pneumatischen Druckschalters ein Flaschendruckschalter verwendet
werden. Das Signal dieses Flaschendruckschalters wird dann z.B. als"Flasche leer
58" ausgedruckt. Im Zuge der Kabelanlage können auch andere einen Kontakt schaltende
Einrichtungen vorgesehen, angeschlossen, überwacht und ihrer Funktion und Aufgabe
entsprechend benannt und ausgedruckt werden.
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Nach der Beseitigung der Leckstelle im Kabel bzw. während des Wiederauffüllens
der Kabelstrecke mit Druckluft, was erst nach Tagen der Fall sein kann, schalten
die Druckschalter zurück, werden identifiziert und mit dem Zeichen "AUS" ausgedruckt.
Diese Meldungen mit dem Zeichen "AUS" gestatten dem Personal eine Kontrolle des
Wiederauffüllens der Kabelstrecke ohne Druckmessungen durchführen zu müssen.
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Zu diesem Zweck muß aber auch das Zurückschalten des Druckschalters,
welcher angesprochen hatte und danach aus der Meßschleife durch deren Freischaltung
herausgeschaltet worden war, vom Meldegerät erkannt werden. Dieses muß also feststellen,
wann ein Druckschalter bei Druckabfall einschaltet und wann er bei Druckanstieg
wieder zurückschaltet. Wie dies geschieht, sei nun anhand der Fig. 2 und 3 näher
erläutert.
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Der Kontakt der pneumatischen Druckschalter DS ist als Umschaltkontakt
UDS ausgebildet. Der Schaltzustand (EIN oder AUS) eines pneumatischen Druckschalters
läßt sich durch die Lage des Schaltarmes seines Umschaltkontaktes feststellen. Die
beiden festen Kontakte jedes Umschalters UDS liegen über getrennte Oberbrückungsleitungen
an den festen Kontakten eines weiteren Umschalters UR, der durch ein Relais schaltbar
ist und dessen Schaltarm mit der Meßader b verbunden ist, während der Schaltarm
des Umschalters UDS des Druckschalters mit der Meßader a verbunden ist.
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Während in Fig. 2 die Druckschalter DS1 und DS100 nicht angesprochen
haben und die Schaltarme ihrer Umschalter UDS die Meßader a mit der linken Oberbrückungsleitung
ÜL verbinden, die nicht über den Relaisumschaltkontakt UR mit der Meßader b verbunden
ist, hat der Druckschalter DS2 angesprochen. Sein Umschaltkontakt UDS verbindet
die Meßader a mit der rechten Oberbrückungsleitung OR, die auch über den Relaisumschalter
UR an der Meßader b liegt. Da gemäß der in Fig. 2 angegebenen Polarität der Spannung
UN' die Diode D in der rechten Oberbrückungsleitung ÜR des Druckschalters DS2 in
Leitungsrichtung vorgespannt ist, wird an der Stelle des Druckschalters DS2 ein
Kurzschluß wirksam, der den nachfolgenden Teil der Kabel strecke kurzschließt. Um
diesen Kurzschluß wieder aufzuheben, also um die Meßadern wieder freizuschalten,
sorgt man dafür, daß der Relaisumschalter UR des Druckschalters DS2 in die linke,
gestrichelt gezeichnete Position umgelegt wird. Dann liegen die beiden Meßadern
a,b
nicht mehr an derselben Oberbrückungsleitung und sind also
nicht mehr miteinander verbunden. Die Meßadern sind somit wieder freigeschaltet.
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Steigt nach der Reparatur des Lecks der Luftdruck im Kabel wieder
an, so schaltet der pneumatische Druckschalter seinen Umschalter UDS wieder in die
frühere Position zurück, wie sie für die Schalter 1 und 100 gezeichnet ist, Dann
tritt wiederum ein Kurzschluß zwischen den Meßadern a und b, diesmal über die linke
Überbrückungsleitung ÜL, auf, der anzeigt, daß der Druck an dieser Stelle des Kabels
wieder vorhanden ist.
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Die Beseitigung dieses Rückmeldekurzschlusses erfolgt durch Zurückschalten
des Relaisumschalters R auf die rechte Oberbrückungsleitung ÜR, womit auch dieser
Kurzschluß wieder aufgehoben wird und die Ausgangsposition wieder hergestellt ist.
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Die Steuerung der Umschalter UR erfolgt mit Hilfe eines Relais, und
zwar eines bistabilen Relais mit zwei Relaiswicklungen, deren eine den Umschaltkontakt
in die eine Richtung und deren zweite ihn in die andere Richtung umschalten läßt,
wobei die jeweilige Schaltlage auch dann beibehalten wird, wenn kein Strom mehr
in der betreffenden Relaiswicklung fließt, so daß zum Umschalten nur eine kurzzeitige
Erregung der jeweiligen Relaiswicklung notwendig ist.
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Die beiden Wicklungen dieser bistabilen Relais sind in Fig. 3 mit
R1 und R2 bezeichnet. Sie liegen jeweils in Reihe mit Dioden Dr (Relaisdiode), welche
entgegengesetzt gepolt sind wie die Dioden D in den Überbrückungsleitungen, und
mit jeweils einem Schwellwertschalter S1 bzw. S2. Die beiden Schwellwertschalter
haben unterschiedliche Ansprechwerte, beispielsweise kann der Ansprechwert des Schalters
S1 niedriger liegen als derjenige des Schalters S2. Zur Betätigung der Relais-Umschaltkontakte
UR zwecks Freischaltung des Meßaderpaares a, b wird an dessen Anfang eine entgegengesetzt
wie die Spannung UN bzw. UN' gepolte Spannung angelegt, was durch die in Fig. 3
gegenüber der Fig. 2 umgekehrte Polarität der am Meßaderpaar a, b liegenden Spannung
veranschaulicht ist (siehe die in Klammern angegebenen Polaritätsangaben an den
Meßadern a und b). Diese umgekehrt gepolte Spannung ist in Fig. 3 durch einen nach
oben gerichteten Spannungspfeil für die Umschaltspannung USch dargestellt. Aufgrund
dieser Umschaltspannung USch, die höher als der Schwellwert des Schwellwert-Schalters
S1 bzw. S2 ist, fließt nun ein Strom durch den betreffen-
den Zweig
mit der Relaiswicklung R und der nun in Durchlaßrichtung gepolten Diode DR und dem
Schwellwertschalter S, während die parallel dazu liegende Oberbrückungsleitung wegen
der bei dieser Polarität der an das Kabeladerpaar a, b angelegten Spannung gesperrten
Diode D stromlos ist.
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Nach dieser Erläuterung der zu den pneumatischen Druckschaltern DS
gehörenden Elektronik (in den in Fig. 1 gezeichneten Druckschaltern durch das Symbol
E angedeutet) sei wieder der Meldefall des Druckschalters 2 in Fig. 2 betrachtet.
Dieser Druckschalter DS2 hatte infolge eines Lecks in der Nähe angesprochen und
seinen Umschalter UDS in die rechte Lage gebracht, so daß über die rechte Oberbrückungsleitung
ÜR und den geschlossenen Kontakt des Relaisumschalters UR ein Kurzschlußstrom zwischen
den Meßadern a und b fließt. Nach der bereits erläuterten Berechnung dieser Kurzschlußstelle,
in deren Nähe sich das Leck befinden muß, wird nun zum Freischalten der Leitung
die umgekehrte gepolte Spannung USch an die Meßadern a und b gelegt, so daß der
Relaisumschalter UR des Druckschalters 2 in der soeben erörterten Weise in die in
Fig. 2 gestrichelte Lage umgeschaltet wird und der Kurzschluß an der Stelle des
Druckschalters 2 auf diese Weise wieder aufgehoben wird. Zur Betätigung des Relais
für diese Umschaltung sei eine Schaltspannung USch beispielsweise von der Größe
U1 = 40 Volt erforderlich, welche über dem Ansprechwert des Schalters S1 liegt,
jedoch unterhalb des Ansprechwertes des Schwellwertschalters S2. Da der Kurzschluß
nun aufgehoben ist, sind die Kabeladern a, b für weitere Meldungen freigeschaltet.
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Nach einer Reparatur des Lecks baut sich der Druck im Kabel wieder
auf, so daß der pneumatische Druckschalter DS2 schließlich wieder in seine frühere
Lage zurückkehrt und seinen Umschalter UDS aus der Lage (am rechten Kontakt) gemäß
Fig. 2 wieder in die Lage (am linken Kontakt) gemäß Fig. 3 bringt. Da aber der Umschalter
UR des Relais ebenfalls noch an die linke Oberbrückungsleitung angeschlossen ist,
entsteht wieder ein Kurzschluß an der Stelle des Schalters 2, wie dies in Fig. 3
rechts zu sehen ist. Die hierdurch ausgelöste Meldung in der Zentrale zeigt nun
an, daß der Kabeldruck wieder auf seinem Sollwert ist. Durch Anlegen einer wiederum
gemäß Fig. 3 gepolten Schaltspannung, die beispielsweise einen Wert U2 = 60 Volt
haben kann und über dem Ansprechwert des Schwellwertschalters S2 liegt, spricht
nun die zweite Relaiswicklung R2 an und bringt
den Umschalter UR
wieder in die rechte n Fig. 3 gestrichelte Lage, so daß der ursprüngliche Zustand
wie vor Auftreten des Lecks wieder hergestellt ist.
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Das Freischalten der Meldeleitung a, b und Feststellen der Schaltrichtungen
funktioniert im übrigen deshalb besonders gut, weil jedes Kabel, also auch die Meldeleitung,
eine elektrische Kapazität hat. Die Spannungen U1 und U2 laden zunächst die Leitungskapazität
auf und entladen sich dann schlagartig bei Erreichen der Ansprechwerte über die
Schwellwertschalter S und die Relaiswicklungen. Dadurch schalten die Relais sehr
sicher, auch wenn sie von der Spannungsquelle weit entfernt installiert sind.
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Die Meldung einer Leckstelle und die Freischaltung der Kabel adern
arbeiten - zusammengefaßt - wie folgt zusammen: Solange bei den dauernd wiederholten
Messungen des Meldegerätes Z auf der Meldeleitung immer dieselbe Spannung UN gemessen
wird, wird diese Tatsache als "keine Meldung" bewertet. Wird jedoch bei zwei nacheinander
folgenden Messungen wegen des Kurzschlusses eines pneumatischen Druckschalters eine
von UN verschiedene Spannung UN' gemessen, dann wird die Berechnung nach Formel
(6) durchgeführt und das Ergebnis, die Identifikation, an einem Papierstreifendrucker
des Meldegerätes ausgedruckt. Darüberhinaus werden in diesem Fall noch weitere optische
und akustische Signale ausgelöst.
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Nach dieser Identifikation wird von dem Meldegerät Z die umgepolte
Spannung USch z.B. eine Sekunde lang an die Meßadern gegeben. Danach wird wieder
zurückgeschaltet auf die normale Meßspannung und im Programm des Mikroprozessors
verglichen, ob UN' = UN oder weiterhin UN'#UN ist. Ist UN'=UN, dann hat U1 das Relais
des meldenden Druckschalters erregen können. Aus dieser Tatsache wird prozessorseitig
der Schluß gezogen, daß die Schaltrichtung des gerade meldenden Druckschalters"Druckabfall"
bedeutet. Auch diese Feststellung findet Niederschlag in dem Ausdruck des Meldegerätes
Z.
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Ist jedoch weiterhin UN'#UN, so hat das Relais am Druckschalter nicht
reagieren können, weil die umgepolte Spannung USch die Spannungssperre nicht überwinden
konnte. Das Meldegerät Z legt deshalb die zweite,
höhere umgepolte
Spannung U2 eine Sekunde lang an die Meßadern. Diesem Vorgang folgt wieder die normale
Meßspannung und prozessorseitig der Vergleich UN' = UN oder UN'#UN . Aus UN' = UN
wird nun "Druckanstieg" geschlossen und aus weiterhin UN'#UN wird festgestellt,
daß entweder das Relais des meldenden Druckschalters bzw. seine Peripherie-Elektronik
defekt ist oder die Meldeleitung in der Nähe des identifizierten Druckschalters
einen Kurzschluß hat.
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Die Meldeleitung wird demnach auch auf Leitungskurzschlüsse kontrolliert
und darüberhinaus auf Leitungsunterbrechungen, denn bei letzterem Defekt fließt
kein Strom, weder bei der Spannung UN noch U1 oder U2.
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In der Praxis steigt die Meßspannung bei Leitungsunterbrechung an,
während sie bei den Meldungen der Druckschalter absinkt. Der Prozessor des Meldegerätes
identifiziert die Zustände "Leitungskurzschluß in der Nähe von ..." und "Leitungsunterbrechung"
bzw. nach einem solchen Defekt auch "Leitung in Ordnung". Der Drucker des Meldegerätes
druckt die Hinweise aus.
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Das zuvor beschriebene Verfahren zur Identifizierung der Meldung eines
Druckschalters läßt sich in sehr vereinfachter Form auch mit Hilfe eines Wischkontaktes
ausführen, der - von einer Membrane oder Druckmeßdose angetrieben - kurzzeitig die
Meldeleitung a, b kurzschließt. Die Ermittlung der Schaltrichtung ist jedoch bei
einem Wischkontakt schwieriger und die von dem Wischkontakt bestimmte begrenzte
Kurzschlußzeit wirkt sich nachteilig für das Identifizieren aus.
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Bei dem zuvor beschriebenen Verfahren können die beiden zusammenwirkenden
Umschaltkontakte als gesteuerter Wischkontakt bezeichnet werden. Die Steuerbarkeit
bewirkt eine weitaus höhere Sicherheit bei der Identifizierung und gestattet das
Erkennen der Schaltrichtung.
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