Verfahren zum punktgenauen Orten, vorzugsweise Nachorten, von Kabelfehlern
Zum Orten von Fehlstellen in Kabeln, wie sie insbesondere durch elektrische Durchschläge
an Energiekabeln zustandekommen, sind seit der Verwendung von Kabeln zur Elektrizitätsversorgung
zahlreiche Verfahren und Geräte entwickelt worden. Alle diese Verfahren fußen auf
der Messung solcher elektrischer Kabelgrößen, die von der Kabellänge und damit vom
Abstand einer entstandenen Fehlerstelle zu einer zugänglichen Kabeleingangs- oder
-ausgangsstelle abhängen. Bei den älteren Verfahren dient der elektrische Widerstand
des Kabels pro Längeneinheit, seine Kapazität pro Längeneinheit oder seine Induktivität
pro Längeneinheit als Meßgröße. Bei den modernen Verfahren ist es die Fortpflanzungsgeschwindigkeit
elektrischer Impulse längs der Kabel, die als physikalische Größe für die Bestimmung
von Fehlerorten herangezogen wird. Die Bestimmungsgenauigkeit einer Fehlerortung
ist bei diesen Verfahren indessen nicht nur abhängig von der Genauigkeit, mit der
die jeweiligen Meßgrößen ermittelt werden können, sondern auch von den Schwankungen
dieser Meßgrößen längs des Kabels. Bei den in der Erde verlegten Energieversorgungskabeln
bedeutet diese Meßunsicherheit um so höhere Grabungskosten, je unsicherer die Ortbestimmung
ausfällt. Auch die damit verbundene zeitliche Verzögerung in der Fehlerbeseitigung
und die häufige fehlerhafte Kabelverschneidung ergeben Kostenaufwendungen, die es
lohnend erscheinen lassen, Verfahren zu ersinnen, mit denen eine punktgenaue Fehlernachortung
durchgeführt werden kann. Method for pinpoint location, preferably post location, of cable faults
For locating defects in cables, especially those caused by electrical breakdowns
power cables have come about since the use of cables for electricity supply
numerous procedures and devices have been developed. All of these procedures are based on
the measurement of such electrical cable sizes that depend on the cable length and thus from the
Distance between a fault and an accessible cable entry or
-Depending on the starting point. In the older methods, electrical resistance is used
of the cable per unit length, its capacitance per unit length or its inductance
per unit of length as a measured variable. With modern methods it is the speed of reproduction
electrical impulses along the cable used as a physical quantity for the determination
is used by fault locations. The determination accuracy of a fault location
is, however, not only dependent on the accuracy with which
the respective measured variables can be determined, but also from the fluctuations
of these measurands along the cable. In the case of the power supply cables laid in the ground
This measurement uncertainty means the higher the excavation costs, the more uncertain the location
fails. Also the associated time delay in troubleshooting
and the frequent faulty cable intersections result in an expense that it
It seems worthwhile to devise methods with which a pinpoint error pinpointing
can be carried out.
Eines der hierfür entwickelten bekannten Verfahren nutzt zum punktgenauen
Nachorten die Symmetriestörungen des magnetischen Wechselfeldes aus, die an einer
Fehlstelle aufzufinden sind, wenn das Kabel vom Eingang her mit einer kräftigen
tonfrequenten Wechselspannung gespeist wird. Die Feststellung des magnetischen Wechselfeldes
in der Kabelumgebung erfolgt hierbei über eine induktiv gekoppelte Spule, die oberhalb
der Erde längs des verlegten Kabels entlanggeführt wird. Dieses in bestimmten Fällen
erfolgreich anwendbare Verfahren führt indessen sehr häufig zu Fehlmessungen an
allen vor allem in Stadtgebieten oft vorkommenden Stellen, an denen Symmetriestörungen
des erzeugten magnetischen Wechselfeldes auf andere Ursachen zurückzuführen sind
als auf Fehlerstellen im untersuchten Kabel. Nach einem anderen bekannten Verfahren
werden an der Fehlerstelle durch periodisches Aufladen des defekten Kabels elektrische
Überschläge produziert, die akustisch abgehört werden können. Auch dieses Verfahren
ist nur in bestimmten Fällen anwendbar und versagt ins-
besondere bei satten Kurzschlüssen,
bei denen keine Kabelaufladung mehr möglich ist. Nach einem englischen Verfahren
wird längs des Kabelmantels des zu untersuchenden Kabels von außen her über elektrische
Kontakte ein elektrischer Gleichstrom einmal an einer Stelle A und dann an einer
etwas davon entfernteren Stelle B erzeugt. Am Kabelausgang ist eine Röhrenanordnung
angeschlossen, mit der an einem Meßinstrument beurteilt werden kann, ob und wann
die Kontaktstellen bei A bzw. B symmetrisch zur Fehlerstelle liegen. Dieses Verfahren
setzt indessen voraus, daß das Kabel bereits freigelegt ist und löst daher nicht
die Aufgabe, die mit einer punktgenauen Nachortung im allgemeinen gestellt ist.
Auch ist die Meßsicherheit bei dieser widerstandsbrückenähnlichen Methode nur in
Sonderfällen wirklich genügend gewährleistet. One of the well-known processes developed for this purpose is used for pinpoint accuracy
Nachort the symmetry disturbances of the magnetic alternating field, which at a
Defects can be found if the cable is connected to the entrance with a strong
audio-frequency alternating voltage is fed. The determination of the alternating magnetic field
in the cable environment takes place here via an inductively coupled coil, the above
is guided along the earth along the laid cable. This in certain cases
However, successfully applicable methods very often lead to incorrect measurements
all places that often occur, especially in urban areas, where symmetry disturbances
of the generated alternating magnetic field are due to other causes
than for faults in the examined cable. According to another known method
become electrical at the point of failure by periodically charging the defective cable
Flashovers produced that can be heard acoustically. This procedure too
is only applicable in certain cases and fails in particular
especially with deep short circuits,
which no longer allow cable charging. According to an English method
is along the cable sheath of the cable to be examined from the outside via electrical
Contacts a direct electrical current once at a point A and then at one
position B a little further away from it. At the cable exit is a tube arrangement
connected, with which a measuring instrument can be used to assess whether and when
the contact points at A and B are symmetrical to the point of failure. This method
however, assumes that the cable is already exposed and therefore does not solve
the task that is generally set with pinpoint pinpointing.
In this resistance bridge-like method, the measurement reliability is only in
Special cases really guaranteed enough.
Zur Überwindung der eng beschränkten Anwendbarkeit der bisher bekanntgewordenen
Verfahren zur punktgenauen Fehlernachortung wird das im folgenden beschriebene neue
vorgeschlagen. Seine physikalische Grundlage beruht einmal auf dem Umstand, daß
ebenso wie magnetische Wechselfelder im Kabelumfeld durch Wechselströme hervorgerufen
werden können, die in das Kabel eingespeist werden, auch Induktionsströme im Kabel
zu messen sind, wenn das Kabel durch äußere magnetische Wechselfelder beaufschlagt
wird. Zum anderen beruht es darauf, daß elektrische Ströme längs eines Kabelmantels
über Fehlstellen auch im inneren Kabelkreis wirksam werden. To overcome the narrowly limited applicability of the previously known
The method for pinpoint fault pinpointing is the new one described below
suggested. Its physical basis is based on the fact that
as well as alternating magnetic fields in the cable environment caused by alternating currents
that are fed into the cable, also induction currents in the cable
to be measured when the cable is exposed to external magnetic alternating fields
will. On the other hand, it is based on the fact that electrical currents along a cable jacket
also take effect in the inner cable circuit via flaws.
Zur Erläuterung der im Kabel in der Umgebung einer Fehlstelle entstehenden
Tnduktionsspannungen wird auf die Fig. 1 verwiesen.-In ihr bedeutet 1 ein
beispielsweise
einadriges Kabel mit Innenleiter 2 und Kabelmantel3, das an der Stelle4, dem Kabeleingang,
und der Stelle 5, dem Kabelausgang, zugänglich sein soll. Befindet sich dann an
der Stelle 6 eine Fehlstelle, die physikalisch durch eine niederohmige Überbrückung
von 2 nach 3 gegeben ist, dann wird an der Stelle 4 zwischen dem Innenleiter2 und
dem Mantel3 eine Induktionsspannung auftreten, wenn zeitlich veränderliche Induktionslinien
mittels einer magnetisch möglichst stark streuenden Spule 7 im Raumgebiet 8 zwischen
dem Kabelinnenleiter 2 und dem Kabelmantel 3 erzeugt werden. Diese Induktionsspannung
läßt sich an der Stelle 4 über einen Abschlußwiderstand 9 mittels eines angeschlossenen
Oszillographen 10 nach Amplitude und Phase gegenüber der Phase des Erregerstromes
durch die Spule 7 messen. Wird die Spule 7 hierbei beispielsweise aus einer Wechselspannungsquelle
11 versorgt, dann kann die Phase der Induktionsspannung an der Stelle 4 gegenüber
der Phase der Wechselspannung aus der Quelle 11 z. B. dadurch gemessen werden, daß
die Zeitablenkung des Oszillographen 10 über eine Spannung von 11 synchronisiert
wird, oder daß mittels einer an der Stelle 4 in das Kabel eingespeisten Pilotfrequenz
sowohl die Synchronisation der Zeitablenkung von 10 erfolgt, als auch mittels einer
bekannten und in der Nähe der Meßstelle der Anordnung 7 angeordneten Suchspule die
Synchronisation desWechselspannungsgenerators in 11. Durch diese und andere bekannte
wechselseitige Synchronisierverfahren läßt sich so die Phase der Induktionsspannung,
die an der Stelle 4 gemessen wird, gegenüber der Phase der erregenden Induktionsspannung
bestimmen. Die in dem Raumgebiet 8 erzeugten und an der Stelle 4 zu messenden Induktionsspannungen
haben gegenüber einer an der Stelle 5 zu messenden Induktionsspannung, die von den
das Raumgebiet 12 durchsetzenden Induktionslinien erzeugt wird, eine entgegengesetzte
Phase. Die durch die zeitlich veränderlichen Induktionslinien im Raumgebiet 12 erzeugten
Induktionsspannungen führen durch den Schluß des Kabelstromkreises rechts von der
Fehlstelle 6, z. B. über die Kabelkapazität oder und einen Abschlußwiderstand 13
bei 5, zu Wechselströmen durch 6, die denen über die Induktionsspannung im Raumgebiet
8 erzeugten entgegengesetzt gerichtet sind. Bei einer Lage der Erregerspule 7, die
etwa symmetrisch zur Fehlerstelle 6 liegt, kompensieren sich daher beide Induktionsspannungen
- die, welche durch die zeitlich veränderlichen Induktionslinien im Raumgebiet 8
erzeugt werden und durch die im Raumgebiet 12 induzierten , so daß mit dem Oszillographen
10 im streng symmetrischen Falle keine Wechselspannungsamplitude nachweisbar ist.
Bei einer Lage der Spule 7 mehr links von der Fehlstelle 6 wird hingegen die Induktionsspannung,
die über das Raumgebiet 8 erzeugt wird, wesentlich stärker sein als bei einer Lage
der Spule mehr rechts von 6, bei der die stärkere Induktion über das Raumgebiet
12 zustandekommt. Das heißt, daß beim Hinwegführen der Spule 7 über die Fehlstelle
längs des Kabels beim Überschreiten der Fehlerstelle 6 eine Phasenumkehrung der
in das Kabel induzierten und mit dem Oszillographen 10 gemessenen Wechselspannung
auftritt. Damit ist die Fehlerstelle punktgenau nachgewiesen. To explain the defects occurring in the cable in the vicinity of a defect
Induction voltages are referred to FIG. 1. In it, 1 means a
for example
single-core cable with inner conductor 2 and cable sheath 3, which at point 4, the cable entry,
and point 5, the cable outlet, should be accessible. Then is on
the point 6 is a defect that is physically caused by a low-resistance bridge
from 2 to 3 is given, then at point 4 between the inner conductor 2 and
An induction voltage occurs on the jacket3 if induction lines vary over time
by means of a magnetically as strong as possible scattering coil 7 in the space area 8 between
the inner cable conductor 2 and the cable jacket 3 are generated. This induction voltage
can be connected at the point 4 via a terminating resistor 9 by means of a
Oscilloscope 10 according to amplitude and phase compared to the phase of the excitation current
Measure through coil 7. If the coil 7 is here, for example, from an alternating voltage source
11 is supplied, then the phase of the induction voltage at point 4 can be opposite
the phase of the alternating voltage from the source 11 z. B. be measured in that
the time deflection of the oscilloscope 10 is synchronized via a voltage of 11
or that by means of a pilot frequency fed into the cable at point 4
both the synchronization of the time deflection of 10 takes place, as well as by means of a
known and arranged in the vicinity of the measuring point of the arrangement 7 search coil
Synchronization of the alternating voltage generator in 11. Known by these and others
mutual synchronization process, the phase of the induction voltage,
which is measured at point 4, compared to the phase of the exciting induction voltage
determine. The induction voltages generated in the spatial area 8 and to be measured at the point 4
have compared to an induction voltage to be measured at point 5, which is determined by the
the area 12 penetrating induction lines is generated, an opposite
Phase. The induction lines generated in spatial area 12 by the time-varying induction lines
Induced voltages lead to the end of the cable circuit to the right of the
Defect 6, e.g. B. on the cable capacity or and a terminating resistor 13
at 5, to alternating currents through 6, which correspond to those via the induction voltage in the spatial area
8 generated are oppositely directed. With a position of the excitation coil 7, the
is approximately symmetrical to the point of failure 6, therefore both induction voltages compensate each other
- those which are caused by the time-varying induction lines in space area 8
are generated and induced by the area 12, so that with the oscilloscope
10 no alternating voltage amplitude can be detected in the strictly symmetrical case.
With a position of the coil 7 more to the left of the defect 6, however, the induction voltage,
which is generated over the spatial area 8, be much stronger than in one location
of the coil more to the right of 6, where the stronger induction over the area of space
12 comes about. This means that when the bobbin 7 is guided over the defect
along the cable when the fault point 6 is exceeded, a phase reversal of the
AC voltage induced in the cable and measured with the oscilloscope 10
occurs. In this way, the point of the fault is detected with pinpoint accuracy.
Die Wechselspannung, mit der die Spule 7 erregt wird, braucht nicht
sinusförmig zu sein. Für den beschriebenen Nachweis genügt ein Induktionsstoß. Das
Verfahren
kann daher auch so angewendet werden, daß mittels der vom Eingang her eingespeisten
Pilotfrequenz in 11 gemäß Fig. 2 ein Kondensatorkreis 14 über die Spule7 entladen
wird. Dlabei ist es häufig zweckmäßig, als Folgefrequenz für die Induktionsstöße
an 7 eine solche Frequenz zu benutzen, die aus der Pilotfrequenz durch bekannte
Frequenzteilerschaltungen 15 aus der mit einer Suchspule 16 gegebenenfalls über
einen Verstärker 17 aufgenommenen Wechselspannung der Pilotfrequenz synchronisiert
ist. The alternating voltage with which the coil 7 is excited does not need
to be sinusoidal. An induction shock is sufficient for the verification described. That
procedure
can therefore also be used in such a way that by means of the fed in from the input
Pilot frequency in 11 according to FIG. 2, a capacitor circuit 14 is discharged via coil 7
will. It is often useful as a repetition frequency for the induction surges
at 7 to use such a frequency that is known from the pilot frequency by
Frequency divider circuits 15 from the with a search coil 16 optionally over
an amplifier 17 synchronized AC voltage of the pilot frequency recorded
is.
Die Pilotfrequenz kann zudem zugleich durch willkürliche Ein- und
Ausschaltungen von der Stelle 4 aus als Signalträger für den Spulengänger der Spule
7 benutzt werden, der die Spule längs des Kabels transportiert, um ihn über diese
Signalgebung bei seiner Fehlersuche zu steuern.The pilot frequency can also be switched on and off at the same time
Disconnections from point 4 as a signal carrier for the bobbin winder of the coil
7 can be used, which transports the spool along the cable in order to move it over it
To control signaling during its troubleshooting.
Die Ermittlung der Fehlstelle bei 6 in Fig. 1 gelingt auch, wenn
die Wechselspannungen entgegengesetzter Phasenlage rechts und links von der Fehlerstelle
6 dadurch hervorgerufen werden, daß über die Längsrichtung des Kabelmantels 3 gemäß
Fig. 3, also in der Pfeilrichtung, ein Wechselstrom einer Wechselspannungsquelle
18 über zwei, eine gewisse, aber relativ kurze Strecke im Erdboden auseinander liegende
Elektroden 19 und 20 eingespeist wird. Auch hier entsteht bei einer Elektrodenanordnung
mehr links von 6 im Oszillographen 10 der Fig. 1 eine Spannung der entgegengesetzten
Phasenlage wie bei einer Lage der Elektroden 19 und 20 mehr rechts von 6. Durch
wiederholtes Abtasten des Kabelfeldes in der Nähe der nach anderen bekannten Verfahren
vorgeorteten Fehlstelle läßt sich auf diese Weise eine punktgenaue Nachortung durchführen. The determination of the defect at 6 in FIG. 1 is also possible if
the alternating voltages of opposite phase position to the right and left of the fault location
6 are caused by the fact that over the longitudinal direction of the cable jacket 3 according to
3, that is to say in the direction of the arrow, an alternating current from an alternating voltage source
18 over two, a certain but relatively short distance apart in the ground
Electrodes 19 and 20 is fed. Here, too, occurs with an electrode arrangement
more to the left of 6 in oscilloscope 10 of FIG. 1, a voltage of the opposite
Phase position as with a position of the electrodes 19 and 20 more to the right of 6. Through
repeated scanning of the cable field in the vicinity of the other known methods
In this way, pinpoint pinpointing of the pre-located defect can be carried out.
Um die Wechselspannung der Pilotfrequenz vom Oszillographen 10 fernzuhalten,
kann in bekannter Weise die Wechselspannung der Pilotfrequenz über einen symmetrischen
Transformator 21 der Fig. 4 in das Kabel eingespeist werden. Dies bedeutet die Möglichkeit,
den Oszillographen 10 so an den Eingangswiderstand 9 anzuschließen, daß die Wechselspannung
der Pilotfrequenz für 10 vollständig symmetrisch ist. Bei Verwendung einer sinusförmigen
Wechselspannung für die Erzeugung der gegenphasigen Ströme rechts und links von
der Fehlstelle im inneren Kabelkreis nach Fig. 1 bzw. Fig. 3 wird zum Zwecke der
wirksamen Durchdringung gegebenenfalls überlagerten Erdreiches über dem Kabel und
zum Zwecke der Ausschaltung von Störwechselspannungen auf dem Kabel auf dem Meßoszillographen
10 vorzugsweise Tieffrequenz gewählt. Analoges gilt für den Frequenzbereich der
gegebenenfalls anzuwendenden Induktionsstöße. Das Verfahren ist nicht auf das in
den Abbildungen als Beispiel gewählte ummantelte Einleiterkabel beschränkt. Es läßt
sich ebenso bei Mehrleiterkabeln anwenden. To keep the AC voltage of the pilot frequency away from the oscilloscope 10,
can in a known manner the alternating voltage of the pilot frequency via a symmetrical
Transformer 21 of Fig. 4 are fed into the cable. This means the possibility
to connect the oscilloscope 10 to the input resistor 9 that the alternating voltage
the pilot frequency for 10 is completely symmetrical. When using a sinusoidal
AC voltage for the generation of currents in phase opposition to the right and left of
the defect in the inner cable circle according to FIG. 1 or FIG. 3 is used for the purpose of
effective penetration of any superimposed soil above the cable and
for the purpose of eliminating interference AC voltages on the cable on the measuring oscilloscope
10 preferably selected low frequency. The same applies to the frequency range of the
any induction shocks to be used. The procedure is not based on the in
the sheathed single-core cable selected as an example in the figures is limited. It leaves
can also be used for multi-conductor cables.