DE3010369A1

DE3010369A1 - System und verfahren zum auffinden von widerstands- und verbindungsfehlern in mehradrigen kabeln

Info

Publication number: DE3010369A1
Application number: DE19803010369
Authority: DE
Inventors: Benjamin K Wright
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1979-03-16
Filing date: 1980-03-14
Publication date: 1980-12-04
Also published as: JPS55140171A; SE441310B; CA1152568A; FR2451587B1; BR8001522A; GB2045955A; SE8001956L; FR2451587A1; US4322677A; GB2045955B

Description

M 42o8

Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, Minnesota, V. St. A.

System und Verfahren zum Auffinden von Widerstandsund Verbindungsfehlern in mehradrigen Kabeln

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Auffinden von Fehlern in Leitungen und insbesondere ein System sowie ein Verfahren zum Auffinden von Widerstands- und Verbindungsfehlern zwischen den Adern eines Kabels wie bspw. eines Telefonkabels.

Widerstandsfehler werden am häufigsten durch Wasser verursacht, das in das Kabel durch Schwachstellen im oder Schäden an der äußeren Schutzumhüllung eindringt. Freileitungen sind der Feuchtigkeit, dem Regen und Temperaturschwankungen ausgesetzt, Unterbodenleitungen dem Grundwasser. Dieses Wasser bewirkt eine schnelle Güteabnahme einer Papierisolation oder wandert zu Orten, in denen die Isolierung nicht einwandfrei ist - bspw. an Verbindungsstellen - und führt zu Kriechstrompfaden zwischen meh-

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reren Adern und/oder ggf. der metallischen Abschirmung des Kabels. Widerstandsfehler können Probleme wie Störungen, Stromkreisausfälle, Überschläge und Korrosion hervorrufen.

Verbindungsfehler werden verursacht durch mangelnde Aufmerksamkeit des Personals beim Verbinden von Kabelabschnitten. Der häufigste Fehler ist, daß beide Adern eines Paares in einem Abschnitt nicht mit dem gleichen Adernpaar des nächsten Kabelabschnitts verbunden werden. Die beiden Paare sind daher nicht im Gleichgewicht und können daher Störungen, von externen magnetischen oder elektrostatischen Feldern in starkem Ausmaß übernehmen. Auch komplizierte Verbindungsfehler können im Feld auftreten.

Die zum Auffinden von Widerstandsfehlern zwischen den Adern eines Kabels derzeit eingesetzten Verfahren sind Brückenmessungen, die Impulsreflektometrie, das Abtasten eingeprägter Ströme mit einer Suchspule sowie das Anlegen hoher Spannungen, um die Fehleradern miteinander zu verschweißen, so daß der Fehler sich dann nach einem der anderen Verfahren auffinden läßt. Diese Verfahren unterliegen jedoch bestimmten Einschränkungen und Nachteilen. Brückenmessungen erfordern eine einwandfreie ungeerdete Ader, die Kenntnis des Widerstands, der Länge und der Stärke des geprüften Leitungsabschnitts sowie eine Reihe von Berechnungen, um diese Einfluß-

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größen zu einer Entfernung umzurechnen. Die Impulsreflektometrie erfordert ein erhebliches Können des Prüftechnikers bei der Bewertung von Schirmbildern; die Fähigkeit zum Auffinden von Fehlsern von mehr als etwa dem Zehnfachen der Impedanz der geprüften Leitungen ist begrenzt, und derartige Messungen werden weiter behindert durch fremde Schaltungselemente wie Brückenaufheber ("bridge lifters"), Pupinspulen und Ausgleichskondensatoren in Telefonleitungen. Systeme mit nichtabgeschirmter Suchspule oder einer als "Suchspule" bekannten Spule zum Verfolgen bzw. Abtasten eines angelegten Stroms werden stark durch Störungen aus elektrostatischen und elektromagnetischen Feldern beeinträchtigt und erfordern das Anlegen verhältnismäßig hoher Ströme, die die Widerstandsfehler oft durch Erwärmen der Feuchtigkeit im Fehlerbereich kurzzeitig beheben. Das Ausbrennverfahren, d.h. das Anlegen einer hohen Spannung, ist sowohl für den Kunden als auch für das an den zugehörigen Kabeln und Leitungen arbeitende Personal gefährlich und verursacht häufig auch infolge von Überschlagen Fehler in ansonsten fehlerfreien anderen Leitungen.

Verbindungsfehler in gepaarten mehradrigen Kabeln werden üblicherweise mit einer Suchspule (mit der man einen angelegten Wechselstrom verfolgt), mit der Impulsreflektometrie oder durch Messen des Kapazitätsverhältnisses lokalisiert. Das Suchspulenverfahren ist den oben bereits erwähnten Einschränkungen un-

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terworfen; die Impulsrefleltometrie und die Kapazitätsverhältnismessung erfordern die Fähigkeit zur Interpretation der Meßergebnisse und Fehler können infolge von Fertigungsunregelmäßigkeiten sowie Einflußgrößen verursacht werden, die die dielektrischen Eigenschaften oder körperlichen Eigenschaften wie die Länge oder den Durchmesser des Kabels beeinflussen.

Die vorliegende Erfindung schafft ein System sowie ein Verfahren, mit denen die Nachteile und Einschränkungen der bisher zum Auffinden von Widerstands- und Anschlußfehlern in den Adern eines Kabels eingesetzten Verfahren eliminiert werden können. Nach der vorliegenden Erfindung wird ein magnetisches Wechselfeld auf das fehlerhafte Kabel an mehereren aufeinanderfolgenden Punkten entlang des Kabels aufgebracht und das durch das magnetische Wechselfeld induzierte Signal an einem Ende des Kabels untersucht. Bei einem Widerstandsfehler oder einem Verbindungsfehler ist das Signal am Ende des Kabels wahrnehmbar stärker, wenn das Magnetfeld zwischen dem Fühler und dem Fehler aufgebracht wird, als wenn man das Feld hinter dem Fehler aufbringt. In beiden Fällen zeigt sich der Ort des Fehlers durch eine Änderung des Fühlersignals, während man das Feld an Punkten auf beiderseits des Fehlers aufbringt. Die Signalinformation wird der Person übermittelt, die das Magnetfeld auf das Kabel aufbringt, und kann von dieser zum Auffinden des Fehler ausgewertet werden.

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Die Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Systems zum Auffinden von Fehlern in Kabeln nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2A zeigt die Verwendung des Systems nach Fig. 1 zum Auffinden eines Verbindungsfehlers;

Fig. 2B zeigt in Form eines Blockschaltbilds den Verbindungsfehler der Fig. 2A;

Fig. 3 ist ein Teilblockdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines Systems nach der vorliegenden Erfindung zum Auffinden von Fehlern in Kabeln.

In der Zeichnung ist das Fehlersuchsystem an einem Kabel 11 mit einer Vielzahl von Adern gezeigt, die paarweise angeordnet sind. Derartige Kabel werden vielfach in der Telefonindustrie sowie anderen Kommunikationssystemen eingesetzt und sind zuweilen auch mit einer metallischen Abschirmung ausgestattet.

Wie die Fig. 1 zeigt, weist das System Mittel auf, um ein magnetisches Wechselfeld auf das Kabel an aufeinanderfolgenden Punkten entlang desselben aufzubringen und so den Adern eine kleine Spannung von bspw. wenigen Millivolt aufzuprägen.

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mm ^p ^m

Eine geeignete Quelle eines magnetischen Wechselfelds zusammen mit Mitteln zum Aufbringen des Feldes auf das Kabel derart, daß die von der Quelle erzeugten Kraftlinien die Adern schneiden, ist bei 12 gezeigt. Die in den Adern durch die Quelle hervorgerufene Spannung hängt von der magnetischen Feldstärke ab, und da nichtgepaarte Adern normalerweise in unterschiedlicher Entfernung von der Magnetfeldquelle liegen, tritt zwischen diesen Adern eine kleine Differenzspannung von bspw. mehreren Mirkovolt auf. Das Wechselfeld hat vorzugsweise eine Frequenz unterhalb des Hörbereichs (bspw. 3oo Hz oder weniger); eine Frequenz von etwa 3o Hz oder weniger hat sich als besonders zufriedenstellend erwiesen. Diese tiefe Frequenz erlaubt, die Netzfrequenzen und deren H armonische wirkungsvoll zu unterdrücken und die Adernkapazitäten sowie die normalerweise vorliegenden Systemteile wie Pupinspulen, Ausgleichskondensatoren usw. stellen dann verhältnismäßig belanglose Reihen- oder Nebenschlußimpedanzen dar. Weiterhin lassen sich Filter und andere Schaltungen für diese Frequenzen mit Bauteilen in Standardwerten aufbauen.

Es sind Mittel vorgesehen, um das in den Adern durch das magnetische Wechselfeld erzeugte Signal zu überwachen und die Information der das Feld auf das Kabel aufbringenden Person zu übermitteln. In der dargestellten Ausführungsform weist diese Einrichtung einen Stromfühler 14 auf, der eine Ausgangsspannung

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- Io -

entsprechend dem angelegten Eingangsstrom erzeugt. Der Führung ist mit den Adern an einem Ende des Kabels auf die unten ausführlich erläuterte Weise verbunden. Eine Differenzspannung zwischen nichtgepaarten Adern bewirkt einen Stromfluß über den Fehler und den Fühler. Der Fühler ist vorzugsweise abgeschirmt, damit das induzierte Signal sich auch unter elektrostatischen und -magnetischen Störungen erfassen läßt.

Der Stromfühler ist ausgangsseitig an den Eingang eines Verstärkers 16 gelegt, dessen Ausgang wiederum zum Eingang eines Bandfilters 17 geht, das auf die Frequenz des Wechselfeldes abgestimmt ist. Das Filter ist ausgangsseitig an den Eingang eines Verstärkers 18 gelegt, dessen Ausgang zum Eingang eines Modulators 19 führt, der einen Träger aus einem Oszillator 21 moduliert. Das Ausgangssignal des Modulators verstärkt der Verstärker 22, dessen Ausgang über ein geeignetes Koppelelement ■ bspw. einen Koppelkondensator 23 - auf das Kabel gekoppelt ist. In der dargestellten Ausführungsform dient also das Kabel selbst als Übertragungsleitung, die die Information über das vom Feld erzeugte Signal zurück zu der das Feld aufbringenden Person führt. Es ist jedoch einzusehen, daß zu diesem Zweck eine beliebige geeignete Nachrichtenverbindung eingesetzt werden kann.

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Es sind Mittel vorgesehen, um das auf dem Kabel übertragene Signal zu empfangen und es zur Fehlerortbestimmung auszuwerten. Diese Mittel sind eine Fühlspule 26, die mit dem Kabel gekoppelt und an den Eingang eines Verstärkers 27 gelegt ist. Dieser Verstärker ist abgestimmt derart, daß er selektiv den modulierten Träger bzw. das Empfangssignal durchläßt. Der Ausgang des Verstärkers ist an den Eingang eines Mischers 28 gelegt, in dem das Empfangssignal mit einem Signal aus einem Oszillator 29 zu einem NF-Signal verknüpft wird, das an den Eingang eines Tongatters 31 geführt ist. Der Ausgang dieses Gatters ist an den Eingang eines NF-Verstärkers 32, dessen Ausgang an einen Lautsprecher 33 gelegt.

Der Ausgang des Verstärkers 27 führt weiterhin an den Eingang eines Demodulators 36, dessen Ausgang an den Eingang eines Amplitudendiskriminators 37 gelegt ist. Das Ausgangssignal dieses Amplitudendiskriminators geht auf den Steuereingang der Tonschaltstufe 31 und steuert dort den Durchgang des NF-Signals aus dem Mischer 28 zum Verstärker 32. In der bevorzugten Ausführungsform hat der Amplitudendiskriminator einen einstellbaren Schwellwert, der, wie unten ausführlicher beschrieben, das System geeignet macht zur Ortung einer Vielzahl von Fehlern entlang eines Kabels.

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In der bevorzugten Ausführungsform sind die Elemente 26-37 mit der Feldquelle 12 zu einem tragbaren Prüfgerät zusammengefaßt, daß sie beliebig entlang des Kabels einsetzen läßt.

Die Funktions- und Einsatzwei-se des Systems der Fig. 1 und das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung zur Ortung eines Widerstandsfehlers sind wie folgt. Es sei angenommen, daß der Widerstandsfehler (38 in Fig. 1) zwischen zwei nichtgepaarten Adern 39, 41 an einem unbekannten Ort entlang des Kabels vorliegt. Die Eingänge des Stromfühlers sind an die fehlerbehafteten Adern an einem Podest ("pedestal") oder an einem anderen geeigneten Punkt zu einem Kabelende hin angeschlossen. An einem geeigneten Punkt hinter dem Fehler enden die zu prüfenden Adern ohne Abschluß. Wird nun das magnetische Wechselfeld auf das Kabel gegeben, induziert es ungleiche Spannungen in den nichtgepaarten Adern 39, 41. Wird das Feld zwischen dem Fühler und dem Fehleraufgebracht, erzeugen die induzierten ungleichen Spannungen einen wahrnehmbaren Strom, der durch den Fehler fließt und vom Fühler 14 erfaßt wird. Wird das Feld hinter dem Fehler aufgebracht, fließt kein Strom, den der Fühler erfassen könnte, da die Adern nicht abgeschlossen sind. Ohne einen erfaßten Strom wird das empfangene Trägersignal mit dem Ausgangssignal des Oszillators 29 im Mischer 28 zu einem NF-Signal verknüpft, das durch das Gatter 31 zum Verstärker 32 und zum Lautsprecher 33 läuft und dort einen

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hörbaren Ton erzeugt, der angibt, daß das System einwandfrei arbeitet. Erfaßt der Fühler 14 einen Signalstrom und ersieht das Ausgangssignal des Demodulators 36 den Schwellwert des Amplitudendiskriminators 37, wird die Schaltstufe 31 gesperrt, so daß der Lautsprecher leinen Ton mehr abgibt. Der Ton erscheint und verschwindet dann wieder periodisch mit einer Häufigkeit, die der Frequenz des Magnetfeldes entspricht.

Den Fehlerort ermittelt man, indem man das Magnetfeld irgendwo entlang des Kabels aufbringt. Wird bei angelegtem Feld ein Signalstrom erfaßt, wurde das Feld zwischen dem Fühler und dem Fehler aufgebracht und man verschiebt das Prü%erät zum nicht abgeschlossenen Kabelende, bis der Signalstrom verschwindet. Wird bei angelegtem Feld kein Signalstrom erfaßt, ist das Feld hinter dem Fehler aufgebracht worden; man verschiebt nun das Prüfgerät zum Fühler hin, bis der Signalstrom verschwindet. Der Fehler liegt dort, wo der Signalstrom sich ändert, d.h. erscheint bzw. verschwindet.

Wie bereits erwähnt, läßt das System der Fig.l sich auch dazu verwenden, eine Vielzahl von Fehlern entlang des Kabels aufzufinden. Da die Fehler parallel zueinander liegen, erzeugen näher am Fühler 14 liegende Fehler stärkere Fühlerströme als weiter vom Fühler entfernte Fehler. Indem man also die Schwelle des Amplitudendiskriminators 37 auf fortschreitend stärkere

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Signalströme einstellt und sich zum Fühler hin bewegt, lassen sich auch Mehrfach fehl er auffinden. Derartige Fehler kann man auch ermitteln, indem man den Schwellwert des Amplitudendiskriminators fortschreitend verringert und sich vom Fühler entfernt.

Das System der Fig. 1 läßt sich auch einsetzen zum Orten eines Verbindungsfehlers 43, wie in den Fig. 2A, 2B gezeigt. Dieser Fehler besteht aus einer Kreuzverbindung zwischen den Adern zweier Paare des Kabels. Wie in der Fig. 2B gezeigt, besteht vor dem Fehler ein Paar aus den Adern IA, IB, das andre aus den Adern 2A, 2B. An der Fehlerstelle sind die Adern IB, 2A kreuzverbunden, so daß man nach der Fehlerstelle feh!verbundene Paare aus den Adern IA, 2A einserseits und IB, 2B andererseits erhält.

Um den Verbindungsfehler zu orten, werden die Adern des einen feh!verbundenen Adernpaars (bspw. die Adern IB, 2B) an einem geeigneten Punkt hinter der Fehlerstelle miteinander verbunden und die gleichen zwei Adern an die Eingänge des Stromfühlers 14 an einer geeigneten Stelle vor der Fehlerstelle zum anderen Kabelende hin gelegt. Bringt man dann das magnetische Wechselfeld auf das Kabel zwischen dem Fühler und dem Fehler auf, induziert es ungleiche Spannungen in die nichtgepaarten Adern IB, 2B, so daß ein Strom fließt, den der Fühler 14 erfaßt.

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Wird das Feld hinter dem Verbindungsfehler aufgebracht, sind die in die beiden Adern induzierten Spannungen im wesentlichen gleich, so daß am anderen Kabelende kein Strom erfaßt wird. Den Fehler ortet man, indem man das Feld an verschiedenen aufeinanderfolgenden Punkten entlang des Kabels aufbringt, bis der Signalstrom sich ändert, wie oben erläutert.

Das in der Fig. 3 gezeigte System entspricht allgemein dem der Fig. 1; gleiche Bezugszeichen kennzeichnen dabei in den beiden Ausführungsformen einander entsprechende Teile. In der Fig. ist jedoch das Ausgangssignal des Mischers 28 unmittelbar an den Eingang des Verstärkers 32 gelegt und der NF-Ton aus dem Lautsprecher 33 wird beim Etfassen des Signalstroms nicht unterbrochen. In dieser Ausführungsform ist das Ausgangssignal des Demodulators 36 an den Eingang eines Verstärkers 51 gelegt, dessen Ausgangssignal ein Instrument 52 ansteuert, das eine Sichtanzeige der relativen Stärke des Signalstroms abgibt.

Die Funktions- und Einsatzweise des Systems nach Fig. 3 entsprechen im allgemeinen den oben beschriebenen zum Auffinden von Widerstands- oder Verbindungsfehlern. Bei diesem System wird jedoch ein stetiger NF-Ton abgegeben, und man ermittelt den Ort des Fehlers durch Beobachten des Instruments 52, während man das Magnetfeld an verschiedenen Punkten entlang des Kabels aufbringt.

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Claims

1BERMN33 8MUNCHEN80

Auguste-Viktoria-Straße 85 _n n||onui/C O DADTMCD Plenzenaueretrafie 2

Pat.-Anw. Dr. Ing. Ruschke Ur. KUbOHK-C Ot KAK I NtK

Pat.-Anw. Dipl.-lng. ,-. _{Λ TI}__KIT ..,,,, _x . _TI_ Pat.-Anw.Dipl.-lnB.

oiaf Ruschke PATENTANWÄLTE ^Η*^η· ^Ε· ^κ»^ΛΙ<β

Tel. (030)8 26 38 96/8 2644 81 BERLIN - MÖNCHEN Tel. (089) 98 08 24 / 98 72 B8

Telegramm-Adresse: =^ ·-*·■· ' — Telegramm-Adresse:

Quadratur Berlin ·., . >._λαλ Quadratur München

TELEX: 183786 ^O I Q 3 O <3 TELEX: 522767

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Patentansprüche

ML. JSystefn mit Systemteilen an einem Ende eines mehradrigen Kabels und entlang dieses Kabels zum Auffinden eines Widerstands- oder Verbindungsfehlers zwischen zweier Adern des Kabels, dadurch gekennzeichnet, daß der Systemteil zum Einsatz an einem Kabelende einen Fühler zum Anschluß an zwei Adern des fehlerbehafteten Kabels an dessen Ende aufweist und daß der Systemteil entlang des Kabels eine ein magnetisches Wechselfeld erzeugende Einrichtung, die ein magnetisches Wechselfeld an aufeinanderfolgenden Punkten entlang des Kabels aufbringt und eine Spannung in die Adern induziert, die am Fühler ein erstes Signal, wenn das Magnetfeld am Kabel zwischen dem Fühler und dem Fehler aufgebracht wird,, und ein zweites Signal bewirkt, das sich vom einen Signal unterscheidet, wenn das Feld von dem einen Kabelende her gesehen hinter dem Fehler aufgebracht wird, wobei das System eine Überwachungseinrichtung enthält, um die am Fühler erzeugten Signale zu überwachen und den Fehlerort aufgrund des Unterschieds zwischen dem ersten und dem zweiten Signal zu ermitteln.

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2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Überwachen des Fühlersignals Sendemittel aufweist, um ein von dem Signal am Fühler abgeleitetes Signal an denjenigen Ort zu übermitteln, an dem die das magnetische Wechselfeld erzeugende Einrichtung an das Kabel angesetzt wird.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Übermitteln des Signals eine Trägerquelle, eine Moduliereinrichtung, die ein moduliertes Trägersignal entsprechend dem am Fühler erzeugten Signal sowie eine Koppeleinrichtung aufweist, um das modulierte Trägersignal auf das Kabel überzukoppeln.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der entlang des Kabels erforderliche Systemteil eine Empfangseinrichtung, die entlang des Kabels ansetzbar ist, um das modulierte Trägersignal zu empfangen, eine Demoduliereinrichtung, die den modulierten Träger zu einem Demodulationssignal demoduliert, und einen Amplitudendiskriminator aufweist, der auf das Demodulationssignal ansprechend den Pegel des am Fühler erzeugten Signals aazeigt.

5. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der entlang des Kabels erforderliche Systemteil eine entlang des Kabels anordenbare Empfangseinrichtung, die das modulierte Trä-

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gersignal empfangen kann, einen Oszillator sowie einen Mischer aufweist, der das modulierte Trägersignal mit einem Signal aus dem Oszillator zu einem NF-Ton verknüpft, der den Empfang des modulierten Trägersignals anzeigt.

6. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der entlang des Kabels erforderliche Systemteil eine entlang des Kabels verschiebbare Empfangseinrichtung, die das modulierte Trägersignal empfangen kann, eine ein NF-Signal erzeugende Einrichtung, die auf das empfangene modulierte Trägersignal ansprechend einen NF-Ton erzeugt, eine Demoduliereinrichtung zum Demodulieren des empfangenen modulierten Trägersignals sowie eine Tonunterbrechereinrichtung aufweist, die auf die Stärke des Demodulationssignals anspricht und betrieblich mit der den NF-Ton erzeugenden Einrichtung verbunden ist, um den NF-Ton zu unterbrechen, wenn das am Fühler erzeugte Signal eine vorbestimmte Stärke erreicht.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechereinrichtung einen Amplitudendiskriminator mit einstellbarem Schwellwert sowie eine Schalteinrichtung aufweist, die vom Ausgangssignal des Amplitudendiskriminators gesteuert wird.

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