DE2737067B2

DE2737067B2 - Gerät zum Ermitteln von Fehlern in einem elektrischen Kabel

Info

Publication number: DE2737067B2
Application number: DE2737067A
Authority: DE
Inventors: Zbigniew Iver Buckinghamshire Bonikowski; Anthony Augustus Briant; Suhas Ghanashyan Kulkarni
Original assignee: BICC PLC
Current assignee: Balfour Beatty PLC
Priority date: 1976-08-17
Filing date: 1977-08-17
Publication date: 1979-09-20
Also published as: FR2362509A1; DE2737067A1; GB1590946A

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Ermitteln von Fehlern in einem elektrischen Kabel mit einer Schaltereinheit, die zwischen eine Wechselspannungsquelle und das zu prüfende Kabel in Reihe geschaltet ist, sowie mit einer Meßeinheit zum Messen eines Prüfstromes, um die Existens eines Fehlers anzuzeigen. Ein solches Gerät ist aus der DE-AS 20 12 900 bekannt.

Wenn es erforderlich ist, einen Fehler in einem Niederspannungs-Verteilerkabel, z. B. einem Kabel, das normalerweise bei 240 Volt arbeitet und für Normalverbraucher bestimmt ist, zu ermitteln und zu lokalisieren, war es bisher notwendig, vom Wechselstromnetz sowohl jene Verbraucher, die mit einer fehlerhaften Phase verbunden sind, als auch solche Verbraucher zu trennen, die mit intakten Phasen verbunden sind, damit der Prüfvorgang am fehlerhaften Kabel durchgeführt werden kann.

Ein für diesen Zweck verwendetes Gerät weist in der Regel eine Hochspannungszufuhr zur Reduzierung des Widerstandes der Fehlerstelle und ein Impuls-Echoinstrument oder ein Brückenelement auf, das zu einer Vorlokalisierung der Fehlerstelle verwendet wird. Alternativ werden Fehler an Niederspannungskabeln dadurch lokalisiert, daß das fehlerhafte Kabel aufeinanderfolgend abgeschnitten und dann mit einer Ersatzsicherung erneut mit Energie versorgt wird, um festzustellen, ob der Fehler vor oder hinter dem Schnitt liegt. Durch dieses Verfahren wird die Notwendigkeit vermieden, Verbraucher abzutrennen, da die verwendete Prüfspannung die normale Anlagenspannung ist; es hat aber den Nachteil, daß infolge des öfteren Abschneidens des Kabels ein nicht unbeträchtlicher Teil desselben ersetzt werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zum Ermitteln und Lokalisieren eines Fehlers in einem elektrischen Kabel ein Gerät zu schaffen, bei dessen Verwendung es nicht notwendig ist, von der Wechselspannungszufuhr entweder die mit einer fehlerhaften Phase verbundenen Verbraucher oder die mit intakten Phasen verbundenen Verbraucher zu trennen, und bei dem keine größeren Kabelstücke ersetzt werden müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Meßeinheit einen mit der Schaltereinheit in Reihe geschalteten Widerstand enthält, daß eine Triggerschaltung vorgesehen ist, die einen manuell betätigbaren Auslöseschalter enthält, de·· so mit der Schaltereinheit verbunden ist, daß betätigtem Auslöseschalter die Triggerschaltung die Schaltereinheit leitfähig macht und daß bei in Gebrauch zwischen dem zu prüfenden Kabel und der Netzspannungsquelle des in Betrieb befindlichen Kabels in Reihe geschaltetem Gerät die Triggerschaltung die Schaltereinheit für eine voreingestellte Zeitdauer elektrisch leitend hält, die ausreicht, um die Meßeinheit in die Lage zu versetzen, die Größe des durch den Widerstand fließenden Stromes anzuzeigen.

Vorteilhaft weist die Schaltereinheit zwei Thyristoren auf, die in Antiparallelschaltung angeordnet sind. Derartige Thyristoren können Ströme bis zu einem bestimmten Maximalwert über lange Zeitabschnitte leiten,- diese Bauteile können jedoch größere Ströme sicher nur über beschränkte Zeitabschnitte leiten. Der vorgewählte Zeitabschnitt, über den die Triggerschaltung die Schaltereinheit leitend machen kann, ist derart lang bemessen, daß die Prüfströme, die sehr viel größer sind als die bei Dauerbetrieb zulässigen maximalen Ströme, während der Prüfung fließen können, ohne daß die Schaltereinheit-Bauteile oder andere Teile der Reihenschaltung beschädigt werden können. Beispielsweise liegt ein typischer vorgewählter Zeitabschnitt zwischen 8 bis 12 Perioden. Vorzugsweise hat die Triggerschaltung die Aufgabe zu erfüllen, den Schalter nichtleitend zu machen vor dem Ende des vorgewählten Zeitabschnittes, wenn die Meßeinheit einen Prüfstrom anzeigt, der über dem Strom liegt, der von dem ganzen System während des vorgewählten Zeitabschnittes sicher verarbeitet werden kann.

Die Triggerschaltung ist mit den Steuerelektroden der Thyristoren vorzugsweise über einen Trenntransformator und/oder über Schutzdioden verbunden. Der vorgewählte Zeitabschnitt kann durch eine Zeitschaltung, z. B. eine monostabile Multivibratorschaltung mit einem vorbestimmten Zeitabschnitt bzw. Periode, geregelt werden. Für den Fall, daß die Spannungsquelle durch eine Wechselspannungsquelle gebildet wird, weist das Prüfgerät vorzugsweise eine Zählschaltung auf, die die Perioden des Wechselstromes bis zu einem vorbestimmten Maximalwert zählt. Eine bevorzugte Ausführungsform des Prüfgerätes weist sowohl eine Zählschaltung als auch eine Zeitschaltung ähnlicher Periode auf, um einen Schutz gegen das Versagen beider Schaltungen zu bilden.

Vorzugsweise umfaßt die Meßeinheit eine Scheitelwertdetektorschaltung mit einer kurzen Schaltzeii zur Messung der Spannung über den Widerstand, wenn dieser in die Reihenschaltung des Prüfgerätes eingeschaltet ist Die Spannung über den Widerstand kann an den Scheitelwertdetektor über einen Trenntransformator und/oder einen Zweiweggleichrichter und/oder einen Spannungsteiler angelegt werden. Der Ausgang des Scheitelwertdetektors ist vorzugsweise an einen Pegeldetektor angeschlossen, der eine visuelle und/oder hörbare Anzeigevorrichtung steuert oder eine Anordnung derartiger Anzeigevorrichtungen, wobei jede Anzeigevorrichtung der Anordnung bei einem Spitzenstrom betrieben werden kann, der von den Spitzenströmen der anderen Anzeigevorrichtungen der Anzeigeanordnung unterschiedlich ist.

Vorzugsweise umfaßt die Triggerschaltung einen

manuell betätigten Auslöseschalter, der als Druckknopfschalter ausgebildet ist, derart, daß durch eine Freigabe des Schalters vor dem Ende des vorgewählten Zeitabschnittes die Schaltereinheit abgeschaltet wird. Eine unbeabsichtigte Inbetriebnahme des Prüfgerätes wird vorzugsweise durch die Verwendung eines Rücksteilschalters verhindert, der das Prüfgerät nach einem Prüfvorgang zurückstellt, wobei dtr Auslöseschalter erst bei Betätigung des Rückstellschalters aktiv wird. Die Anzeigevorrichtung oder die Anzeigevorrichtungen zur Anzeige der Stärke des Prüfstromes können derart konstruiert sein, daß sie eingeschaltet bleiben, bis der Rückstellschalter betätigt wird. Der Rückstellschalter selbst kann inaktiv gehalten werden, bis das Prüfgerät für den nächsten Prüfvorgang betriebsfertig ist, z. B. bis das Gerät von den Erwärmungen eines vorher aufgetretenen starken Prüfstromes abgekühlt ist

Das Prüfgerät kann in einem einzigen Gehäuse untergebracht sein, wobei die Anzeigevorrichtungen an der Außenseite des Gehäuses montiert werden können, so daß sie von einem entfernten Bedienungsplatz aus sichtbar sind. Die Rückstell- und Auslöseschalter können ebenfalls auf dem Gehäuse angebracht sein, aber vorzugsweise ist der Auslöseschalter durch ein flexibles Kabel mit dem Prüfgerät verbunden, derart, daß dieses von einer entfernten Bedienungsstation gesteuert werden kann. Bei der Verwendung einer Sicherung kann diese innerhalb des Gehäuses eingebaut sein, aber im FaMe der Verwendung einer trägen Schmelzsicherung ist diese vorzugsweise derart am bzw. im Prüfgerät angeordnet, daß einer Bedienungsperson ein größtes Maß an Sicherheit zuteil wird.

Das Gerät nach der vorliegenden Erfindung hat einen wesentlichen Vorteil, der bei bekannten Geräten zum Ermitteln und Lokalisieren eines Fehlers in einem elektrischen Kabel nicht zu finden ist. Da das Gerät eine Triggerschaltung enthält, die bei Betätigung eine Prüfspannung für eine voreingestellte Zeitdauer, z. B. zehn Perioden, anlegt, die lang genug ist, um den Fehler lokalisieren zu können, aber nicht lang genug ist, um das Gerät oder das Kabel zu beschädigen, kann das Gerät dazu verwendet werden, einen Fehler in einem Niederspannungs-Verteilerkabel zu lokalisieren, z. B. in einem Kabel, das bei 240 Volt arbeitet, während das Kabel belastet ist. Da außerdem der Wert des Widerstandes in Reihe mit der Schaltereinheit des Gerätes so niedrig wie möglich gehalten ist, z. B. im Bereich von 0,1 bis 0,3 Ohm, ist es möglich, sicherzustellen, daß bei Verwendung des Gerätes zur Lokalisierung und Ermittlung eines Fehlers in einem unter Last befindlichen Niederspannungskabel ein überwiegender Anteil der Anlagenspannung an das Kabel angelegt wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung eines Prüfgerätes zu entnehmen, dessen Blockschaltbild in der Zeichnung dargestellt ist.

Das Prüfgerät weist eine Schaltereinheit 3 auf, die zwischen einer Spannungsquelle 1 und dem zu prüfenden Kabel 2 angeordnet ist und mit diesen in Reihe geschaltet ist, ferner eine Meßeinheit 5 zur Messung des Stromes in der Reihenschaltung und eine mit der Schaltereinheit 3 verbundene Triggerschaltung 4, die bei Betätigung eines Auslöseschalters 6 die Schaltereinheit 3 leitend und nach einem vorgewählten Zeitabschnitt die Schaltereinheit 3 nicht-leitend macht. Die Spannungsquelle 1 ist eine Stromschiene auf der örtlichen Verteilungstafel, mit welcher ferner eine Spannungsquelle 8 für die elektronische Schaltung der

Meßeinheit 5 und der Triggerschaltung 4 verbunden ist.

Die Schaltereinheit 3 umfaßt ein Paar von Thyristoren, die in Antiparallelschaltung miteinander verbunden sind, wobei Signale von der Triggerschaltung 4 über den Auslöseschalter 6 sowie einen nicht dargestellten Trenntransformator sowie ebenfalls nicht dargestellte Schutzdioden den Steuerelektroden der Thyristoren zugeleitet werden.

Die Meßeinheit 5 weist einen Widerstand 12 auf, der in die Reihenschaltung aus Spannungsquelle 1, Schaltereinheit 3 und zu prüfendem Kabel 2 eingebaut ist, sowie eine Scheitelwertdetektorschaltung 13 zur Überwachung der Spannung am Widerstand 12, wobei die Spannung an die Schaltung 13 über einen Trenntransformator, einen Zweiweggleichrichter und einen Spannungsteiler angelegt wird, wobei die drei letztgenannten Bauelemente nicht dargestellt sind. Die Scheitelwertdetektorschaltung 13 hat eine kurze Schaltzeit und ihr Ausgang wird einem Pegeldetektor 14 zugeführt, der in Abhängigkeit von dem Eingang wahlweise eine von drei lichtausstrahlenden Dioden 15,16,17 zündet.

Die Thyristoren der Schaltereinheit 3 haben einen gleichmäßigen Stromwert von 150 Ampere mit einer Kapazität eines Effektivstroms von 700 Ampere für 10 Perioden und eines Effektivstroms von 2500 Ampere für eine Periode als Maximum, wobei der Wert I²t 75 000 A² see beträgt. Der Pegeldetektor 14 ist derart eingestellt, daß bei der Verwendung eines Widerstands von 0,2 Ohm für den Widerstand 12 die lichtausstrahlenden Dioden 15 und 16 jeweils bei Strömen von 500 und 750 Ampere leuchten. Der Pegeldetektor 14 ist ferner derart eingestellt, daß ein Strom von 1000 Ampere oder mehr bewirkt, daß die lichtausstrahlende Diode 17 leuchtet und über eine Halteschaltung gezündet bleibt, bis der Rückstellschalter 20 betätigt wird. Der Ausgang des Pegeldetektors 14, der einen Strom darstellt, der zu stark ist, um sicher während des ganzen voreingestellten Zeitabschnittes zu fließen, wird außerdem über eine Leitung 19 der Triggerschaltung 4 zugeführt. Der voreingestellte Zeitabschnitt beträgt 10 Perioden entsprechend 200 rn see, aber die Speisung der Leitung 19 wird vorgenommen, um die Triggerung der Thyristoren zu verhindern, so daß ein Strom von 1000 Ampere oder mehr nur für eine halbe Periode fließt.

Die Triggerschaltung 4 weist eine Zählschaltung 7 auf, die durch den Rückstellschalter 20 auf Null eingestellt wird und über den Auslöseschalter 6 mit Wechselstrom von einem Netzgerät 8 gespeist wird. Ein Nulldurchgangsdetektor in der Zählschaltung 7 steuert einen Zähler, der bis zu einem voreingestellten Maximum zählt, wobei dieser eine Leitung 9 in der Schaltung eingeschaltet hält, bis der Maximaiwert erreicht ist. Die Leitung 9 ist mit einer Triggerimpulsschaltung 11 über einen Schalter 18 verbunden, der durch einen Zeitschalter betätigt werden kann, um das Signal auf der Leitung 9 am Ende des voreingestellten Zeitabschnittes für den Fall abzuschalten, daß die Zählschaltung 7 dies nicht bereits getan hat Der Zeitschalter 10 umfaßt eine monostabile Schaltung mit einer geeigneten Periode bzw. Frequenz; bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel des Prüfgeräts beträgt der voreingestellte Zeitabschnitt 10 Perioden, so daß die monostabile Schaltung auf 200msec eingestellt ist. Der Schalter 18 kann außerdem über die Leitung 19 betätigt werden, wie dies nachstehend beschrieben wird.

Die Triggerimpulsschaltung 11 zündet die Steuerelektrode des geeigneten Thyristors für jede Halbperiode so lang, wie ein Signal auf der Leitung 9 vorhanden ist Wenn die Leitung 9 während des vollen voreingestellte Zeitabschnittes eingeschaltet ist, schaltet auf dies Weise die Schaltung 11 die Thyristoren für jede de 10 Perioden ein. Wenn jedoch das Signal in der Leitun; 9 aussetzt, hören die Schaltung U und die Thyristorei auf zu leiten am Ende der Stromhalbperiode.

Das Prüfgerät weist ferner eine Sicherung 21 de Schnellschmelzart auf, die in die Reihenschaltun) eingebaut ist und die schmilzt, bevor irgendein Schade:

ίο an den Thyristoren auftreten kann infolge eines zi starken Stromdurchgangs über einen zu langei Zeitabschnitt. Wenn die Thyristoren einen gleichmäßi gen Stromwert von 150 Ampere aufweisen, ist di< Sicherung 21 auf 200 Ampere ausgelegt und hat einei

is /²f-Wert 46000 A²see. Wenn Thyristoren verwende werden, die mit höheren Strömen betrieben werdei können, z. B. Thyristoren, die einen gleichmäßige! Strom-Nennwert von 300 Ampere und einen /²i-Wer von 160 000 A² see aufweisen, würde eine Sicherunj Verwendung finden, die auf 250 Ampere ausgelegt is und einen /²/-Wert von 100000 A² see aufweist. Ii diesem letzteren Falle sind Ströme mit einen Effektivwert von 2000 Ampere bis zu 10 m see zulässig und der Pegeldetektor 14 würde entsprechend einge stellt werden.

Das Prüfgerät weist außerdem eine weitere nich dargestellte Sicherung des Langsamschmelztyps auf, dii so ausgelegt ist, daß der Durchgang von Strömei verhindert wird, die stark genug sind, um da

jo Bedienungspersonal möglicherweise zu gefährden. Be dem Einsatz von Thyristoren mit einem gleichmäßige) Stromnennwert von 150 Ampere und der Verwendunj einer Schnellschmelzsicherung, die auf 200Amper< ausgelegt ist, kann die zusätzliche Sicherung eini 80 000 A² see HRC-Sicherung herkömmlicher Ausfüh rung sein.

Bei Betrieb des Prüfgerätes wird der Triggerschalte 6 betätigt, um zu ermöglichen, daß die Triggerschaltunj 4 die Schaltereinheit 3 leitend macht, und ein Prüfstrom der während des voreingestellten Zeitabschnittes fließt wird durch Zündung einer der drei lichtaussirahlender Dioden 15, 16, 17 angezeigt. Die Freigabe de: Auslöseschalters 6 vor dem Ende des vorgewählter Zeitabschnittes bewirkt, daß die Triggerschaltung 4 vor der Schaltereinheit 3 getrennt wird und diese vor den Ende des vorgewählten Zeitabschnittes nichtleitenc gemacht wird. Die Messung eines Stromes durch di< Meßeinheit 5, der über der maximalen Sicherheitsgren ze liegt, bewirkt, daß die lichtausstrahlende Diode Ii

so zündet und ein Ausgang in der Leitung 19 erscheint, dei den Schalter 18 betätigt, um den Betrieb dei Triggerschaltung 4 zu beenden, selbst wenn dei vorgewählte Zeitabschnitt noch nicht abgelaufen ist Nach diesem Prüfvorgang wird das Prüfgerät inakth gehalten, bis die Betätigung des Rückstellschalters 2( die elektronische Schaltung der Triggerschaltung ^ zurückstellt und jedes Signal abschaltet, das auf dei Leitung 19 und an der lichtausstrahlenden Diode 1Ϊ vorhanden sein kann.

Der Rückstellschalter 20 kann so angeordnet sein daß er zu jeder Zeit betätigt werden kann; wenn eil maximaler Strom von 1000 Ampere geflossen ist, ist e; besonders empfehlenswert den Thyristoren und den Widerstand 12 die Möglichkeit zur Abkühlung z. B. füi 2 Minuten zu geben, bevor der Rückstellschalter 2( betätigt wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin daß der Rückstellschalter 20 für einen derartiger Zeitabschnitt durch einen Zeitschalter oder einer

Temperaturfühler, ζ. B. einen Bimetallstreifen, inaktiv gehalten wird, der derart angeordnet ist, daß eine Rückstellung verhindert wird, bis sich das Prüfgerät auf die gewünschte Temperatur abgekühlt hat.

Das erfindungsgemäße Gerät kann immer wieder bei der Ermittlung und Lokalisierung eines Fehlers in einem

elektrischen Kabel verwendet werden, wodurch der Nachteil beseitigt wird, der sich aus dem bekannten Verfahren zum Prüfer, von Kabeln ergibt, bei dem die Zerstörung einer oder mehrerer kostspieliger Sicherungen notwendig ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gerät zum Ermitteln von Fehlern in einem elektrischen Kabel mit einer Schaltereinheit, die zwischen eine Wechselspannungsquelle und das zu prüfende Kabel in Reihe geschaltet ist, sowie mit einer Meßeinheit zum Messen eines Prüfstromes, um die Existenz eines Fehlers anzuzeigen, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinheit (5) einen mit der Schaltereinheit (3) in Reihe geschalteten Widerstand (12) enthält, daß eine Triggerschaltung

(4) vorgesehen ist, die einen manuell betätigbaren Auslöseschalter (6) enthält, der so mit der Schaltereinheit (3) verbunden ist, daß bei betätigtem Auslöseschalter (6) die Triggerschaltung (4) die Schaltereinheit (3) leitfähig macht und daß bei in Gebrauch zwischen dem zu prüfenden Kabei (2) und der Netzspannungsquelle (1) des in Betrieb befindlichen Kabels (2) in Reihe geschaltetem Gerät die Triggerschaltung (4) die Schaltereinheit (3) für eine voreingestellte Zeitdauer elektrisch leitend hält, die ausreicht, um die Meßeinheit (5) in die Lage zu versetzen, die Größe des durch den Widerstand (12) fließenden Stromes anzuzeigen.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltereinheit zwei Thyristoren umfaßt, die in Antiparallelschaltung angeordnet sind.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerschaltung (4) mit den Steuerelektroden der Thyristoren über einen Trenntransforma- m tor und/oder Schutzdioden verbunden ist.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die Meßeinheit

(5) einen Prüfstrom anzeigt, der größer ist als derjenige, der für die Gesamtheit der voreingestellten Zeitdauer sicher durchgeleitet werden kann, die Triggerschaltung (4) die Schaltereinheit (3) vor dem Ende der voreingestellten Zeitdauer nicht-leitend macht bzw. sperrt.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerschaltung (4) eine Zählschaltung (7) enthält, welche die Perioden der Wechselspannung bis zu einem vorgegebenen Maximum zählt.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerschaltung (4) eine Zeitschaltung (10) zur Kontrolle der Länge der voreingestellten Zeitdauer enthält.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitschaltung (10) ein monostabiler w Multivibrator von voreingestellter Zeitdauer ist.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die voreingestellte Zeitdauer mindestens 8 Perioden beträgt.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, « dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinheit (5) eine Scheitelwertdetektorschaltung (13) zum Messen der Spannung aufweist, die am Widerstand (12) entwikkelt wird, wenn dieser mit der Reihenschaltung verbunden ist. ω

10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des Widerstandes (12) in der Größenordnung von 0,1 bis 0,3 Ohm liegt.

11. Gerät nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinheit einen Pegelde- μ tektor (14) aufweist, an den der Ausgang der Scheitelwertdetektorschaltung (13) angeschlossen werden kann und der eine visuelle und/oder akustische Anzeigevorrichtung oder einen Salz von derartigen Anzeigevorrichtungen (15,16,17) steuert, wobei jede Anzeigevorrichtung des Satzes bei einem Spitzenstrom betätigbar ist, der anders ist als jene der anderen Anzeigevorrichtungen des Satzes.

12. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöseschaher (6) durch ein flexibles Kabelstück (9) mit der Triggerschaltung (4) zur Steuerung des Prüfgerätes von einer entfernten Bedienungsstation verbunden isL

13. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöseschalter (6) ein Druckknopf- oder Tastenschalter ist, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß durch Freigabe des Schalters vor dem Ende des voreingestellten Zeitabschnittes die Schaltereinheit (3) abgeschaltet wird.

14. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch einen Rückstellschalter (20) zum Rückstellen des Gerätes nach einem Priifvorgang, wobei der Auslöseschalter erst bei Betätigung des Rückstellschalters (20) aktiv wird.