DK168969B1 - Anordning til måling af ekscentricitet og diameter af kabelisolation - Google Patents

Description

DK 168969 B1

Den foreliggende opfindelse angår en anordning til måling af ekscentricitet og diameter af kabelisolation.

Overvågning af kabelisolationens ekscentricitet og diameter er meget vigtig ved fremstilling af 5 højspændingskabler. Ved de kædevulkaniseringslinier, der normalt benyttes til fremstillingen, er der en lang kabelstrækning (nogle gange over 150 m) mellem ekstruderhovedet og det første punkt, hvor kablet er tilgængeligt for hidtil anvendte måleanordninger. På grund af den heraf følgende kontrolforsinkelse (som kan være mellem 30 og 60 minutter for de største kabler) kan der opstå væsentlige tab af kabel med fejl. Dette er især tilfældet ved større højspæn-10 dingskabler.

Fra US patentskrift nr. 3.148.279 er det kendt under anvendelse af strålingsenergi at måle en kappes tykkelse og ekscentricitet. Ved den kendte fremgangsmåde rettes en stråle mod kablets centrum, og absorption af spredt stråling under en vinkel i forhold til hovedstrålen benyttes som 15 indikator af tykkelse og dermed ekscentricitet af en blykappe på kablet. Den kendte fremgangsmåde er ikke egnet til at lokalisere forskellige grænseflader i kablet og til at give en løbende måling af isolationsekscentricitet i kablet eller af kabeldiameteren.

Formålet med opfindelsen er at anvise en anordning til løbende måling af kabelisolation, som 20 kan placeres nær ekstruderhovedet for at reducere materialetab.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved den i krav 1 anviste udformning. Det er ifølge opfindelsen hensigtsmæssigt at anvende en detektor på hver side af kablet, således at man kan finde grænseområderne på begge sider af kablet, uden at det er nødvendigt at bevæge detektoren 25 rundt om kablet for at fuldende målingerne langs en akse.

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere i forbindelse med tegningen, hvor fig. 1 viser i perspektiv og skematisk en anordning ifølge opfindelsen monteret nær ekstru-30 derhovedet på en kabelvulkaniseringslinie, fig. 2 skematisk og delvist i blokform måleanordningen ifølge opfindelsen, fig. 3 og 4 grafiske repræsentationer af målinger på tre kobber- og aluminiumkabeldimensio- 35 ner, og fig. 5 et forenklet rutediagram for måleanordningens virke.

DK 168969 B1 2 I fig. 1 er vist en anordning 10 ifølge opfindelsen til måling af ekscentricitet og diameter af kabelisolation anbragt på en forlængelse 12 mellem en ekstruder 14 og en tryksat kædevulkaniseringslinie 16. Anordningen omfatter en kilde for gamma-partikler indeholdt i en kildeholder 18 og to strålingsdetektorer 20, som er monteret på en drejelig struktur bestående af to ende-5 ringe 21, som forbindes af sidestykker 22. Den drejelige struktur kan drejes i passende lejer 23 om forlængelsen 12 ved hjælp af en pneumatisk cylinder 24. Detektorerne 20 er fastgjort 180° fra hinanden på sidestykkerne 22, medens kildeholderen 18 er svingbart monteret på enderingene 21 med svingtappe 26. Kildeholderen 18 kan svinges om disse tappe 26 ved hjælp af en reversibel motor 28, som bæres af en plade 30, der er fastgjort til den drejelige struktur. Moto-10 rens 28 aksel bærer et tandhjul 32, som er i indgreb med en tandkrans 34 på en ramme 36, der er fastgjort til kildeholderen 18. Kildeholderen er fremstillet af tæt afskærmet materiale, såsom eksempelvis bly for at hindre strålingsrisiko for operatører. Af hensyn til kildeholderens 18 vægt er en kontravægt 38 anbragt ved rammens 36 modsatte ende. Denne kontravægt virker også som en strålefælde, der absorberer den stråling, som passerer gennem anordningen. En deko-15 der 40 benyttes til at måle strålens vinkelstilling.

Fig. 2 viser skematisk en kilde for gamma-partikler (eksempelvis cæsium-137) anbragt i kildeholderen 18 og frembringende en stråle af gamma-partikler gennem en kollimator 19 fremstillet af et passende materiale såsom en wolframlegering. Kollimatoren, og i nogen grad kildens 20 geometri, bestemmer form og intensitet af den gamma-partikelstråle, som belyser kablet, og har således indflydelse på måleopløseligheden. Strålens tværsnit kan eksempelvis være omkring 0,1 cm vinkelret på kablets akse og 8,0 cm parallelt med kablets akse. Undersøgelser med mere fint kollimerede stråler (til omkring 0,05 cm bredde) har vist, at de medfølgende intensitetstab overstiger fordelene ved finere kollimering. Baggrundstællinger som følge af kil-25 dens placering nær detektoren kan overdøve de, som udgår fra kablet. Og effektiv udnyttelse af kilden lider under den voksende afskærmning af strålen ved den finere kollimering. Som tidligere omtalt, svinges kilden om svingtappene 26 for at rette en stråle mod eller nær grænserne leder/kabel/atmosfæren fordet kabel, som bevæges gennem forlængelsen 12.

30 Forlængelsen 12 er foretrukket forsynet med "vindueri' 44 med reduceret tykkelse for at mindske absorption og spredning af gamma-partiklerne. De gamma-partikler, som spredes ved eller nær grænserne og træder ind i en passende detektor 20, såsom en natriumiodid scintillations-detektor på den ene eller den anden side af kablet, afhængigt af hvilken side der skanderes, får detektoren til at frembringe impulser, hvis størrelse afhænger af de indtrædende gamma-35 partiklers energi.

Det skal bemærkes, at energien af de spredte gamma-partikler er en funktion af deres vinkelafbøjning. Partikler, som spredes fra kablet ind i detektoren, udviser i kraft af anordningens DK 168969 B1 3 geometri, et specifikt energiområde, som (for en cæsium-137-kilde, der udsender 0,662 MeV gamma-partikler) er fra omkring 0,24 til 0,40 MeV. Da afbøjningerne af partikler fra kollimator-vinduet og strålefælden er henholdsvis mindre og større end partikler fra kablet, indrammer deres karakteristiske energi så at sige ovennævnte energiområde for kablet. Fastlæggelse af 5 øvre og nedre energigrænser har således en væsentlig virkning, når man skal skelne mellem ønskede og uønskede spredte partikler. Tælleimpulserne fra den ene eller den anden detektor ledes derfor gennem et signalrelæ 46 og en forforstærker 48 til en flerkanals-impulshøjdeana-lysator 50, som afgrænser interesseområdet. Dette nedsætter virkningen af baggrundstælling i detektorerne. En analysator med en enkelt kanal kunne benyttes til måling. Men en flerkanals-10 impulshøjdeanalysator foretrækkes, fordi fleksibiliteten af en sådans egenskaber forenkler impulshøjdeanalyse ved kalibrering af detektorerne.

Detektorerne kalibreres ved frembringelsen af partikler med reproducerbar energifordeling og indstilling af detektorforstækrningen under anvendelse af en højspændingskilde 52, således at 15 der opnås resulterende impulser med reproducerbar højdefordeling. Dette kan ske ved spredning af strålen af gamma-partikler fra en måleposition, der giver en spids i impulshøjdeforde-lingen ved hjælp af en ekstern kilde eller ved hjælp af en intern detektorreference, såsom eksempelvis en americum-241-pulsar.

20 Anordningen styres af en computer 51, der aktiverer signalrelæet 46, den flerkanalede impulshøjdeanalysator 50, højspændingskilden 52 og drivmekanismeme 28 og 24 via grænseflader 54 henholdsvis 56. De af computeren 51 beregnede resultater udlæses på et passende display 60 og om nødvendigt på en printer 62.

25 Der er opstillet en matematisk model for spredningen af en gamma-partikelstråle fra et kabel, og dens opførsel er beregnet for et antal kabelstrukturer. Modellen tager højde for strålens bredde og dens absorption før og efter spredning fra koncentriske cylindre med forskellig densitet. Fig. 3 og 4 viser, at der opnås god overensstemmelse mellem den matematiske model og eksperimentelle data, som opnås ved anvendelse af tre forskellige kabeldimensioner (7,6; 6,0 30 og 3,0 cm0) med såvel kobber- som aluminiumleder. Baggrundsstøjen er trukket fra, og der er korrigeret for detektorens opsamlingseffektivitet som funktion af afstanden til strålen. For et HDPE-kabel med en diameter på 7,5 cm og en kobberleder, hvis diameter er 3,5 cm, vil der typisk forekomme mellem 400 tællinger/sek. i isolationen og 800 tællinger/sek. i lederen for en 1850 mega-becquerel-kilde.

Anordningens drift skal i det følgende forklares nærmere i forbindelse med rutediagrammet i fig. 5.

35 DK 168969 B1 4 I programtrin 100 tildeles funktions- og parametervariable til drift af impulshøjdeanalysatoren. Forstærkning, gruppevalg og andre driftsbetingelser vælges. Også interesseområder svarende til impulsenergiområder for (a) detektorkalibrering og (b) kabelmåling opstilles.

5 I programtrin 102 foretages en fuldautomatisereret kalibrering af detektorerne 20: a) Strålen skanderes mod et forudbestemt mål, som maksimerer en spredningsspids (tælling i relation til impulshøjde) for anordningens struktur.

10 b) Interesseområde for detektorkalibrering vælges. Dette område består af to nærliggende impulshøjdebånd centreret om den krævede spredningsspidsposition. Spidsen placeres ved sammenligning af de totale tællinger i hvert bånd.

c) En kortvarig spredningstælling udføres til prøvning af den aktuelle position af spred-15 ningsspidsen.

d) Tilbagekobling til detektoren af højspændingskildens styrespænding til regulering af detektorens forstærkning til opsøgelse af den krævede spredningsspidsposition.

20 e) Trin c) og d) gentages, indtil spidspositionskriterier er opfyldt. For større præcision øges tælletiden, efterhånden som spidsmålet kommes nærmere.

f) Højspændingskildens styrespænding ved succesfuld kalibrering lagres.

25 Kabelspecifikationer

Leder- og isolationsdiametre og massefylder indføres i segment 104 i computerprogrammet ved hjælp af en række promts eller automatisk fra et overvågningssystem.

Kabelmodel 30 Gamma-partikelspredning ved leder og kabel/atmosfæregrænseområdeme tælles i segment 106 og lagres som modelløsningsrækken fordet i segment 104 specificerede kabel.

Måletype

Ekscentricitet- og diameter-, eller kun diametermenumuligheder præsenteres af segment 108 i 35 computerprogrammet og vælges af operatøren. Måleakser (vandret, lodret eller begge dele) vælges også af operatøren.

DK 168969 B1 5

Initialiserinassekvens

Baseret på kabelspecifikation og måletype opsættes i segment 110 i computerprogrammet en udgangsraékke af stråleskanderingspositioner eller-mål.

5 Input-detektortemperaturen

Temperaturfølere inde i detektorhuset aflæses i segment 112 i computerprogrammet.

Kalibrering

Detektorkalibrering afhænger af, hvor gammel den tidligere kalibrering er, eller temperaturæn-10 dring siden denne, eller temperaturændringens hastighed. Afhængigt af sådanne forhold afgør computerprogrammets segment 114, om en fuldstændig kalibrering, som i segment 102, skal finde sted.

Kalibrerinasrequlerina 15 Hvis ikke fuldstændig kalibrering foretages, reguleres detektorens højspændingsstyrespænding 52 i segment 118 til opnåelse af mindre detektorforstærkningskorrektioner i overensstemmelse med en temperaturændring siden sidste kalibrering.

Strålepositionerino 20 I computerprogrammets segment 120 skanderes strålen til den første position af udgangsrækken som bestemt i ovennævnte segment 110.

Sætning af detektorhøispændino oo signal

Styrespændingen og signalskift for detektoren nærmest strålen aktiveres i segment 122.

25

Spredninostællino

Interesseområdet for kabelmåling vælges i segment 124, og tælling udføres i en forudbestemt tidsperiode.

30 Korrektion af tælling

Den samlede tælling i interesseområdet korrigeres automatisk i segment 126 for kildesvækkelse, baggrund og variation i detektorpartikelindsamlingseffektivitet med stråleposition (afstandskorrektion) på basis af informationer, der er lagret i computerens hukommelse.

35 Målcheck

Den korrigerede tælling testes i segment 128 til afgørelse af, om den falder udenfor eller indenfor det målområde, som etableres af modellen i segment 106.

DK 168969 B1 6

Strålereaulering

Hvis tællingen falder uden for målområdet jf. modellen bestemmer computerprogrammets segment 130 retning og størrelse af skanderingspositionsændring til opsøgning af grænsen.

5 Beregn arænseposition

Hvis tællingen falder inden for målområdet, beregnes den nøjagtige grænseposition udfra modelrækken, korrigeret tællling og stråleposition i segment 132.

Opdatering af mål 10 Strålemålet for den kompletterede grænseposition opdateres i segment 134 for at lette målfastsættelse ved næste skandering.

Næste mål? I segment 136 afgøres, om strålen skal rettes mod et andet mål for at fuldende den aktuelle 15 målecyklus.

Udvæta mål

Hvis målecyklussen ikke er fuldstændig, vælges i segment 138 næste mål for stråleposition.

For den første målecyklus tages målet fra udgangsrækken. Efterfølgende cyklusser benytter 20 opdaterede mål.

Beregn ekscentricitet oa diameter

Hvis målecyklussen er fuldendt, benyttes i segment 140 rækken af målte grænsepositioner til at beregne ekscentricitet og diameter.

25

Visning af målinger

Tabelopstillinger eller grafiske display er tilgængelige til at præsentere målingerne på en videomonitor (segment 142).

30 Næste trin I segment 144 kan vælges mellem: } 1. Gentagelse af målecyklussen, enten automatisk eller efter ønske.

2. ændring af måletype, eller 3. ændring af den opsatte kabelspecifikation.

Resumerende bemærkes, at den flerkanaiede impulshøjdeanalysator og skandering og aksedrev alle styres af computeren. Baseret på kabelspecifikationer eller identifikationskodeværdier, som indlæses i computeren, vil de respektive drev blive aktiveret for at rette den skande- 35 DK 168969 B1 7 rende stråle mod de sandsynlige grænsepositioner. Korte tælleperioder anvendes til at teste stråleposition, som om nødvendigt og automatisk reguleres til eftersøgning af det nøjagtige grænseområde. Når dette er sket, rettes strålen indenfor omkring 0,5 mm eller mindre af den grænser, der måles på. Tælling i en enkelt position vil være tilstrækkelig til beregning af de 5 nøjagtige grænsekoordinater. Grænser kan generelt bestemmes nøjagtigt inden for en tælletid på 10 sek. Med mulighed for stråleflytning og grænsesøgning kan der således være behov for ialt 2 min. til at foretage de otte grænsemålinger, som er nødvendige for fuldstændig karakterisering af ekscentricitet og diameter. For større kabler er dette tidsforbrug 10 til 20 gange mindre end den tid, kablet bevæges gennem vulkaniseringslinien og når kølesektionen, hvor må-10 ling ved hidtil kendt teknik kunne finde sted.

Målereproducerbarheden afhænger principielt af to faktorer: • strålepositionens nøjagtighed, og • tilfældige statistiske fejl.

15

Strålepositionsfeil

Strålepositionsfejl kan gøres små (mindre end 0,03 mm) ved anvendelse af en nøjagtigt styret motor i forbindelse med en højopløsnings optisk koder.

20 Tilfældige statistiske feil ved kabel/atmosfære grænse

Ved en 10 sek. tælling af en 1850 mega-becquerel kilde vil standardafvigelsen, med hvilken kabel/atmosfæregrænsen måles, variere mållem 0,03 og 0,05 mm for henholdsvis store (4-8 cm) og små (2,5-4 cm) kabler.

25 Tilfældige statistiske feil ved ledergrænse

For kobberkabler vil bestemmelse af ledergrænsen kunne afvige mellem 0,03 mm for større (over 2 cm0) og omkring 0,05 mm for mindre kabler. For aluminiumledere kan afvigelsen være dobbelt så stor ved samme tælleperiode. Dette fremgår af den mindre hældning af kurverne i fig. 4.

30

Inden for opfindelsens rammer kan der afviges fra den i forbindelse med tegningen beskrevne, foretrukne udførelsesform. Eksempelvis kan kilden 18 monteres således, at strålen udbredes lineært mellem kabel/atmosfære og ledergrænserne. Impulshøjdeanalysatoren kan også være en enkeltkanaltype. Og andre midler til kalibrering af detektorerne kan anvendes.

35

Claims (10)

1. Anordning til måling af ekscentricitet og diameter af kabelisolation og omfattende en drejelig struktur anbragt koaksialt med kablet, 5 en fint kollimeret kilde for gamma-partikler og anbragt på den drejelige struktur til frembringelse af en stråle af gamma-partikler, og en stråledetektor, som er fastgjort til den drejelige struktur for at detektere de gamma-partikler, der udspredes fra den nævnte stråle af kablet, og for at frembringe impulser, hvis amplitude afhænger af energien af de spredte gamma-partikler, som når detektoren, kende-10 tegnet ved yderligere at omfatte første drivorganer til bevægelse af kilden, således at gamma-strålen rettes mod første forudbestemte målpositioner svarende til sandsynlige leder-og kabel/atmosfæregrænser i kablet langs en første akse, der står vinkelret på kablets akse, andre drivorganer til flytning af den drejelige struktur for at bevæge kilden og stråledetektoren til en anden stiilling, hvor strålen rettes mod andre målpositioner svarende til 15 sandsynlige leder- og kabel/atmosfæregrænser langs en anden akse, der står vinkelret på kablets akse, en impulshøjdeanalysator, som påtrykkes detektorimpulserne og tæller disse i et forudindstillet område af impulshøjder, og en computer, der påtrykkes udgangssignalet fra impulshøjdeanalysatoren og testdata 20 fra computerens lager for at styre de første og andre drivorganer til at finde den aktuelle placering af nævnte grænser og til at beregne isolationsekscentricitet og -diameter på basis deraf.

2. Anordning ifølge krav 1,kendetegnet ved at omfatte en højspændingskilde til at 25 variere detektorens forstærkning for kalibrering, der sker ved at danne referencepartikler med reproducerbar energifordeling og ved at indstille detektorforstærkningen til at danne resulterende impulser med reproducerbar højdefordeling.

3. Anordning ifølge krav2, kendetegnet ved, at referencepartikleme frembringes 30 ved udstråling af strålen fra en monitormålposition, som giver en spids i impulshøjdefordelin- gen.

4. Anordning ifølge krav2, kendetegnet ved, at referencepartikleme frembringes af en ekstern referencekilde. 35

5. Anordning ifølge krav2, kendetegnet ved, at referencepartikleme frembringes af en intern detektorreferencekilde. DK 168969 Bl 9

6. Anordning ifølge krav 1 og omfattende en detektor på hver side af kablet, kendetegnet ved, at de andre drivorganer flytter den drejelige struktur for at bevæge kun kilden, men ikke stråledetektoren.

7. Anordning ifølge krav 1, kendetegnet ved at omfatte temperaturfølere, som er anbragt i detektoren til erkendelse af temperaturændringer under måleforløbet.

8. Anordning ifølge krav 1,kendetegnet ved, at kilden er en cæsium-137-kilde.

9. Anordning ifølge krav 1, kendetegnet ved at omfatte en wolframlegerings-kolli- mator.

10. Anordning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at detektoren er en natrium/iodid-/scintillationsdetektor. 15