NO341197B1 - Fremgangsmåte og system for overvåkning av tilstanden til elektriske kabler - Google Patents
Fremgangsmåte og system for overvåkning av tilstanden til elektriske kabler Download PDFInfo
- Publication number
- NO341197B1 NO341197B1 NO20121245A NO20121245A NO341197B1 NO 341197 B1 NO341197 B1 NO 341197B1 NO 20121245 A NO20121245 A NO 20121245A NO 20121245 A NO20121245 A NO 20121245A NO 341197 B1 NO341197 B1 NO 341197B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- cable
- impedance
- frequency
- phase
- set forth
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 44
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims description 25
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 47
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 25
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 23
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 21
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims description 21
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 12
- 238000001453 impedance spectrum Methods 0.000 claims description 11
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 claims description 10
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 claims description 6
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 15
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 14
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 9
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 6
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 4
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 4
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 4
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 238000003878 thermal aging Methods 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 2
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 1
- 238000012886 linear function Methods 0.000 description 1
- 239000003129 oil well Substances 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
- G01R31/58—Testing of lines, cables or conductors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
- G01R27/04—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant in circuits having distributed constants, e.g. having very long conductors or involving high frequencies
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
- G01R31/11—Locating faults in cables, transmission lines, or networks using pulse reflection methods
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
- G01R31/1227—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials
- G01R31/1263—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials of solid or fluid materials, e.g. insulation films, bulk material; of semiconductors or LV electronic components or parts; of cable, line or wire insulation
- G01R31/1272—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials of solid or fluid materials, e.g. insulation films, bulk material; of semiconductors or LV electronic components or parts; of cable, line or wire insulation of cable, line or wire insulation, e.g. using partial discharge measurements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
- G01R31/14—Circuits therefor, e.g. for generating test voltages, sensing circuits
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Locating Faults (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
- Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
- Testing Relating To Insulation (AREA)
Description
INTRODUKSJON
Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et system og en fremgangsmåte for overvåking av installerte elektriske kabler basert på linjeresonansanalyse. Overvåking omfatter eksempelvis tilstandsovervåking og sanntidsdiagnose av de elektriske kabler. Gjennomgående i den foreliggende beskrivelse blir systemet også referert til som LIRA, Line Resonance Analysis System (linjeresonansanalysesystem). Kablene har lengder som varierer fra noen få meter til flere hundre kilometer, avhengig av kabelens struktur og demping.
BAKGRUNN
LIRA, Line Resonance Analysis System, (linjeresonansanalysesystem) er basert på overføringslinjeteori, en etablert og godt dokumentert teori som er basis for to andre eksisterende teknikker for detektering av kabelfeil kjent som "tidsdomenereflektometi" ("Time Domain Reflectometry", TDR) og "frekvens-domenereflektometri" ("Frequency Domain Reflectometry", FDR).
En overføringslinje er den del av en elektrisk krets som tilveiebringer en forbindelse mellom en generator og en last. Oppførselen til en overføringslinje avhenger av dens lengde sammenlignet med bølgelengden X for det elektriske signal som beveger seg inn i den. Bølgelengden er definert som:
hvor v er hastigheten til det elektriske signal i ledningen (også kalt fasehastigheten) og f frekvensen til signalet.
Når overføringslinjens lengde er mye lavere enn bølgelengden, som tilfellet er når kabelen er kort (dvs. noen få meter) og signalfrekvensen er lav (dvs. noen få kHz), har linjen ingen innvirkning på kretsens oppførsel. Kretsimpedansen (Zinn), slik den ses fra generatorens side, er da lik lastimpedansen på ethvert tidspunkt.
Imidlertid, hvis linjelengden er høyere enn signalets bølgelengde, (L > X), får linjens karakteristika en viktig rolle og kretsens impedans sett fra generatoren samsvarer ikke med lasten, unntatt for enkelte svært spesielle tilfeller.
Spenningen V og strømmen I langs kabelen styres av de følgende differensialligninger, kjent som telefonistligningene:
hvor co er signalets radial frekvens, R er lederens motstand, L er induktansen, C kapasitansen og G isolasjonens konduktivitet, alle i forhold til en enhet av kabellengden. Disse fire parametere karakteriserer fullstendig oppførselen til en kabel når et høyfrekvenssignal passerer gjennom den. I overføringslinjeteori blir linjens oppførsel vanligvis studert som en funksjon av to komplekse parametere. Den første propageringsfunksjonen som ofte skrives som hvor den reelle del a er linjedempingskonstanten og den imaginære del p er forplantningskonstanten, som også er relatert til fasehastigheten v, radial frekvens © og bølgelengde X gjennom: Den annen parameter er den karakteristiske impedans
Ved bruk av (4) og (7) og løsing av differensialligningene (2) og (3), blir linjeimpedansen for en kabel i avstand d fra enden:
hvor Tl er den generaliserte refleksjon skoeffisient og Tl er lastrefleksjonskoeffisienten
I (10) er Zlimpedansen til lasten som er tilkoplet ved kabelenden.
Fra ligningene (8), (9) og (10), er det enkelt å se at når lasten samsvarer med den karakteristiske impedans, er vinkel Tl = Td = 0 og da er Zd = Zo = Zlfor enhver lengde og frekvens. I alle andre tilfeller er linjeimpedansen en kompleks variabel som er styrt av ligning (8), hvilken har form som kurvene på fig. 1 (amplitude og fase som en funksjon av frekvens).
Eksisterende metoder basert på overføringslinjeteori forsøker å lokalisere lokale kabelfeil (intet anslag over global forringelse er mulig) ved en måling av V (ligning (2)) som en funksjon av tid og evaluering av tidsforsinkelsen fra den inn-fallende bølge til den reflekterte bølge. Eksempler på slike metoder finnes i US-patenter 4,307,267 og 4,630,228, og i US-publikasjoner 2004/0039976 og 2005/0057259.
En fremgangsmåte og et system for overvåking av en tilstand for en elektrisk kabel ved analyse av et multifrekvenssignal som er påført på kabelen er beskrevet i US 7966137B2. Denne fremlagte fremgangsmåten og systemet detekterer impedanse-endringer langs kabelen. Overvåkningssystemet og fremgangsmåten som beskrives i US 7966137B2 refereres til som en LIRA-teknikk (Line Resonance Analysis System). LIRA-teknikken tilveiebringer transformasjon til et tidsdomene av linjeimpedansen (både amplitude og fase), også kalt domenet V, og anvender frekvensanalyse i dette domenet. Trinnene involvert i prosessen er: 1. Send et utvidet båndbreddesignal gjennom kabelen og mål det reflekterte signal. 2. Estimer linjeimpedansen gjennom hele båndbredden på basis av de sendte og reflekterte signaler. 3. Analyser linjeimpedansen for å få informasjon om kabelegenskaper, globale kabeltilstand, lokale degradasjonspunkter. LIRA (Line Resonance Analysis System) forbedrer deteksjonsfølsomheten og nøyaktigheten ved å analysere kabel inngangsimpedansen (se ligning 8) og Figur 1). Lokal degradasjons-deteksjon og -lokalisering, og også fastsettelse av global degradasjon tilveiebringes av: Støyfri estimering av linjeinngangsimpedansen som en funksjon av frekvens (båndbredde 0-X MHz, hvor X avhenger av kabellengden), og spektrumanalyse av linjeinngangsimpedansen for å detektere og lokalisere degradasjonspunkter (se detaljert beskrivelse.) Disse trinnene forklares i detalj senere.
LIRA tilveiebringer muligheten til å detektere forringelser på et tidlig stadium, særlig for kabler som er lengre enn noen få kilometer. I dette tilfellet kan LIRA estimere lokaliseringen av en utfordret del med en estimeringsfeil innenfor 0,3% av kabellengden.
I tillegg er et anslag over global kabeltilstand mulig, hvilket er viktig for estimering av kabelens restlevetid i anvendelser i strenge omgivelser (f.eks. kjernefysiske og luft- og romfartsanvendelser).
Fremgangsmåten beskrevet i US 7966137B2 har imidlertid begrensninger i følsomheten ved kabeltermineringen og innenfor områder av kabelen hvor endringer i impedansen har blitt identifisert og også med hensyn til alvorlighets-
graden av kabelnedbrytingen.
WO 2010/053531 A1 angår en fremgangsmåte og et apparat for simulering av elektriske karakteristikker av et belagt segment av en rørledning. Simuleringene kan benyttes til test og generell kalibrering av et MEIS rørledningsklednings-inspeksjonssystem.
SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN
Hensikten med oppfinnelsen er å løse eller i det minste avhjelpe de proble-mer som er angitt ovenfor.
I et første aspekt tilveiebringer oppfinnelsen en fremgangsmåte for overvåking av en tilstand for en elektrisk kabel, der fremgangsmåten omfatter de følgende trinn: - påføring av en bredbåndssignalbølge på en første ende av den elektriske kabelen, hvor bredbåndssignalbølgen er fase- og amplitudemodulert av minst en kabelimpedans for den elektriske kabelen, - å erverve ved den første enden av kabelen den fase- og amplitudemodulerte bredbåndssignalbølgen transmittert og reflektert av den elektriske kabelen, - beregning av en kompleks kabelimpedans Zdut som en funksjon av en frekvens f som er spesifisert av en amplitude og en fase, for den ervervede reflekterte bredbåndssignalbølgen,
- omforming av den komplekse kabelimpedans til et tidsdomene V
- beregning av en frekvens f i tidsdomenet f, hvor frekvensen f er fundamentalfrekvensen til en pseudo-periodisk funksjon med radial frekvens w' og amplitude A i tidsdomenet f grunnet en bølgerefleksjon av bredbåndssignalbølgen ved en avstand d fra en ende av kabelen, og hvor frekvensen f beregnes ved å anvende:
hvor vo er lyshastigheten i vakuum, og vr er en estimert relativ fasehastighet for et elektrisk signal i kabelen; - utføring av en effektspektrumanalyse av både amplitude og fase for den komplekse kabelimpedans i domenet av f for å finne og lokalisere enhver lokal forringelse av kabelisolasjonen; og - identifisering av frekvenskomponenter f'i, f' 2, ..., f"ni effektspektrumet for tidsdomenet V på grunn av bølgerefleksjoner av bredbåndssignalbølgen ved lokaliseringer xi,X2, ..., xn langs kabelen, idet bølgerefleksjonene skyldes diskontinuiteter i elektriske parametere for kabelen, og beregning av hver av lokaliseringene Xi ved: - å etablere et forhold mellom en reell og en imaginær del av faseimpedansspekter Fouriertransformasjonen av effektspekteret i et intervall rundt minst én av lokaliseringene xi,X2, ...,xn langs kabelen, og - å identifisere impedanseendringer i minst en av lokaliseringene xi,X2, ...,xn langs kabelen fra nevnte reelle og imaginære del.
I en utførelsesform inkluderer identifisering av impedanse-endringer identifisering av minst en trinn-øknings (step-up) impedanseendring, en trinn-reduksjons (step-down) impedanseendring, et høy-impedansepunkt eller et lav-impedansepunkt. Et høy-impedansepunkt er identifisert når den imaginære del er null og den reelle del er positiv. Et lav-impedansepunkt er identifisert når den imaginære del er null og den reelle del er negativ. En trinn-øknings impedanseendring er identifisert når den reelle del er null og den imaginære del er positiv. En trinn-reduksjons impedanseendring er identifisert når den reelle del er null og den imaginære del er negativ.
I en utførelsesform kan fremgangsmåten videre omfatte identifisering av et kabelsegment med en lavere impedans som en trinn-reduksjons impedanseendring i begynnelsen av kabelsegmentet etterfulgt av en trinn-øknings impedanseendring i enden av kabelsegmentet. Videre kan fremgangsmåten omfatte identifisering av et kabelsegment med en høyere impedans som en trinn-øknings impedanseendring i begynnelsen av kabelsegmentet etterfulgt av en trinn-reduksjons impedanseendring i enden av kabelsegmentet.
Det beskrives videre en fremgangsmåte for overvåking av en tilstand til en elektrisk kabel, der fremgangsmåten omfatter de følgende trinn: - påføring av en bredbåndssignalbølge med frekvens f på en første ende av den elektriske kabelen, hvor bredbåndssignalbølgen er fase- og amplitudemodulert av minst en kabelimpedans for den elektriske kabelen, - å erverve ved den første enden av kabelen den fase- og amplitudemodulerte bredbåndssignalbølgen transmittert og reflektert av den elektriske kabelen, - beregning/estimering av en kompleks kabelimpedans Zdut som en funksjon av frekvensen f som er spesifisert av en amplitude og en fase, for den ervervede reflekterte bredbåndssignalbølgen, - omforming av den komplekse kabelimpedans til et tidsdomene f; - beregning av en frekvens f i tidsdomenet V, hvor frekvensen f er fundamentalfrekvensen til en pseudo-periodisk funksjon med radial frekvens w' og amplitude A i tidsdomenet V grunnet en bølgerefleksjon av bredbåndssignalbølgen ved en avstand d fra en ende av kabelen, og hvor frekvensen f beregnes ved å anvende:
hvor vo er lyshastigheten i vakuum, og vr er en estimert relativ fasehastighet for et elektrisk signal i kabelen; - utføring av en effektspektrumanalyse av både amplitude og fase for den komplekse kabelimpedans i tidsdomenet av f for å finne og lokalisere enhver lokal forringelse av kabelisolasjonen; og - identifisering av frekvenskomponenter f'i, f' 2, ..., f"ni effektspektrumet i tidsdomenet V på grunn av bølgerefleksjoner av bredbåndssignalbølgen ved lokaliseringer xi,X2, ..., xn langs kabelen, idet bølgerefleksjonene skyldes diskontinuiteter i elektriske parametere for kabelen, og beregning av hver av lokaliseringene Xi ved:
videre omfattende å etablere en lokal degradasjons alvorlighet til en identifisert feil i kabelisolasjonen i minst én av lokaliseringene xi,X2, ...,xn langs kabelen ved å analysere en andre ordens refleksjon av bredbåndssignalet i nevnte identifiserte feil-lokalisering.
I en utførelsesform kan fremgangsmåten videre omfatte å etablere en differanse mellom en høyde av en første ordens refleksjons-spiss og høyden av en andre ordens refleksjons-spiss i effektspekteret og å evaluere kabeldempningen for å normalisere høyden til enhver spiss i en hvilken som helst avstand fra termineringen.
Videre kan fremgangsmåten omfatte å etablere et mål på tilstanden til kabelenden ved å analysere en terminerings-spiss i effektspekteret, omfattende å etablere et forhold mellom differansen dy mellom to daler på hver side av terminerings-spissen og en høyde dz av terminerings-spissen.
I en utførelsesform kan fremgangsmåten videre omfatte å estimere, ved å benytte en analysator, den estimerte relative fasehastighet (vr), hvor estimeringen av den estimerte relative fasehastighet (vr) inkluderer: - evaluering av i det minste to resonansfrekvenser av den komplekse kabelimpedansen Zdut, - identifisering av to påfølgende resonansfrekvensverdier fk og fk+i henholdsvis, av den komplekse kabelimpedansen Zdut; - beregning av en første verdi av en relativ fasehastighet vr for kabelen ved anvendelse av
hvor L er lengden av kabelen; - beregning av den fundamentale frekvens f for kabelen i tidsdomenet V ved bruk av den første relative fasehastighet vr og anvendelse av - beregning av en annen verdi f" av den fundamentale frekvens f ved å finne en maksimum toppverdi i domenet for V i et valgbart intervall rundt f; og
- beregning av estimatet av den relative fasehastighet v<final>rved anvendelse av
I et tredje aspekt tilveiebringer oppfinnelsen et system for overvåking av en tilstand for en elektrisk kabel, omfattende: - en analysator for beregning av en kompleks kabelimpedans Zdut som en funksjon av en frekvens spesifisert ved en amplitude og en fase; - genereringsmidler for generering av en bredbåndssignalbølge som skal fase- og amplitudemoduleres av en kabelimpedans, hvor bredbåndssignalbølgen påføres en første ende av kabelen; - en akkvisisjonsmodul for akvisisjon i den første kabelenden av bredbånds-signalbølgen som er fase- og amplitudemodulert av kabelimpedansen, - omformingsmidlerfor omforming av den komplekse kabelimpedans Zdut til et tidsdomene f; - en analysator for beregning av en frekvens f i tidsdomenet V, hvor frekvensen f er fundamentalfrekvensen til en pseudo-periodisk funksjon med radial frekvens w' og amplitude A i tidsdomenet f grunnet en bølgerefleksjon av bredbåndssignalbølgen ved en avstand d fra en ende av kabelen, og hvor frekvensen f beregnes ved å anvende:
hvor vo er lyshastigheten i vakuum og vr er en estimert relativ fasehastighet for et elektrisk signal i kabelen;
hvor analysatoren utfører en effektspektrumanalyse av både amplitude og fase for den komplekse kabelimpedans i domenet av f for å finne og lokalisere en hvilken som helst lokal forringelse av kabelisolasjonen; og
hvor analysatoren identifiserer frekvenskomponenter f'i, f' 2, ..., f n i effektspektrumet for tidsdomenet V på grunn av bølgerefleksjoner av bredbåndssignal-bølgen ved lokaliseringer xi,X2, ..., xn langs kabelen, idet bølgerefleksjonene skyldes diskontinuiteter i elektriske parametere for kabelen, og beregning av hver av lokaliseringene Xi ved:
hvor analysatoren etablerer et forhold mellom en reell og en imaginær del av faseimpedansspekter Fouriertransformasjon av effektspekteret i et intervall rundt minst én av lokaliseringene xi,X2, ...,xn langs kabelen, og - å identifisere impedanseendringer i minst en av lokaliseringene xi,X2, ...,xn langs kabelen fra nevnte reelle og imaginære del.
Identifisering av impedanseendringer kan inkludere identifisering av minst en trinn-øknings impedanseendring, en trinn-reduksjons impedanseendring, et høy-impedansepunkt eller et lav-impedansepunkt. Et høy-impedansepunkt er identifisert når den imaginære del er null og den reelle del er positiv. Et lav-impedansepunkt er identifisert når den imaginære del er null og den reelle del er negativ. En trinn-øknings impedanseendring er identifisert når den reelle del er null og den imaginære del er positiv. En trinn-reduksjons impedanseendring er identifisert når den reelle del er null og den imaginære del er negativ.
I en utførelsesform kan systemet videre omfatte identifisering av et kabelsegment med en lavere impedans som en trinn-reduksjons impedanseendring i begynnelsen av kabelsegmentet etterfulgt av en trinn-øknings impedanseendring i enden av kabelsegmentet. System kan videre omfatte identifisering av et kabelsegment med en høyere impedans som en trinn-øknings impedanseendring i begynnelsen av kabelsegmentet etterfulgt av en trinn-reduksjons impedanseendring i enden av kabelsegmentet.
Videre kan etablering av en lokal degradasjons alvorlighet til en identifisert feil i kabelisolasjonen i minst én av lokaliseringene xi,X2, ...,xn langs kabelen utføres ved å analysere en andre ordens refleksjon av bredbåndssignalet i nevnte identifiserte feil-lokalisering. System kan videre omfatte å etablere en differanse mellom en høyde av en første ordens refleksjons-spiss og høyden av en andre ordens refleksjons-spiss i effektspekteret og å evaluere kabeldempningen for å normalisere høydedifferansen til en høyde av en terminerings-spiss i effektspekteret. Etablering av et mål på tilstanden til kabelenden kan utføres ved å analysere en terminerings-spiss i effektspekteret, omfattende å etablere et forhold mellom differansen dy mellom to daler på hver side av terminerings-spissen og en
høyde dz av terminerings-spissen.
I en ytterligere utførelsesform av systemet er analysatoren videre operativ til o
a:
- evaluere i det minste to resonansfrekvenser av den komplekse kabelimpedansen Zdut, - identifisere to påfølgende resonansfrekvensverdierfkog fk+i henholdsvis av den komplekse kabelimpedansen Zdut; - beregne en første verdi av en relativ fasehastighet vr for kabelen ved anvendelse av
hvor L er lengden av kabelen; - beregne fundamentalfrekvensen f for kabelen ved bruk av den første relative fasehastighet vr og anvendelse av - beregne en andre verdi f" av den fundamentale frekvens f ved å finne en maksimum toppverdi i domenet for V i et valgbart intervall rundt f; og til slutt å - beregne estimatet av den relative fasehastighet v<final>r ved anvendelse av
Oppfinnelsen tilveiebringer et system for tilstandsovervåking av en elektrisk kabel, hvilket system omfatter et genereringsmiddel som tilveiebringer et referansesignal CHO; et innsamlingsmiddel som samler inn referansesignalet CHO og et signal CH1, idet signalet CH1 er referansesignalet CHO etter amplitude- og fasemodulasjon med en kabelimpedans Zdut for den elektriske kabel; og et analyseringsmiddel som beregner den komplekse kabelimpedans Zdut som en funksjon av den anvendte signalfrekvens basert på referansesignalet CHO og signalet CH1, og analysering av kabelens impedans, hvilket tilveiebringer et anslag over kabelens tilstand og/eller kabelfeil.
Genereringsmiddelet kan være operativt for å tilveiebringe et referansesignal CHO valgt fra en gruppe bestående av, et sveipesignal som har en frekvensbåndbredde fra wi tilW2(begge valgbare).
Innsamlingsmiddelet kan være et digitalt lagringsoscilloskop.
LIRA (Line Resonance Analysis System, linjeresonansanalysesystem) i henhold til oppfinnelsen er i stand til å overvåke den globale, progressive forringelse av kabelisolasjonen på grunn av strenge miljøbetingelser (eksempelvis høy temperatur, fuktighet, stråling) og detektere lokal forringelse av isolasjons-materialet på grunn av mekaniske effekter eller lokale uvanlige miljøbetingelser. LIRA-systemet kan brukes til detektering og overvåking av isolasjonsforringelse og linjebrudd i alle typer av elektriske kabler (kraftkabler og signalkabler); dvs. kabler i kraftgenerering, fordeling og overføring, kabler i prosessindustrier, kabler i luft- og romfartsindustri, på kabler i installasjoner på land, til havs og undervann, og identifisere posisjonen til skaden/bruddet. Overvåkingen og deteksjonen kan gjennomføres fra en fjerntliggende lokalisering i sanntid.
Oppfinnelsen er definert i de vedføyde krav.
KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE
Utførelser av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet med henvisning til de følgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser en grafisk representasjon av en kompleks linjeimpedans-amplitude og -fase som en funksjon av frekvens i henhold til ligning (8); Fig. 2 viser et funksjonelt diagram av en punktdeteksjonsalgoritme; Fig. 3 er et effektspektrum for en faseimpedans i en domene av f, hvor x-aksen har blitt skalert til avstand fra kabelstart (d = 300 m); Fig. 4 er et effektspektrum av faseimpedans i domenet for V, hvor frekvens-komponenten ved x = 200 er synlig, på grunn av en kapasitetsforandring på 20 pF i et 30 cm kabelsegment; Fig. 5 er et signal som resulterer fra en reell del av ligning (1), som er en dumpet sinusbølge med vinkelfrekvens w' og en amplitude A i domenet for f; Fig. 6 er et plott av fasen Z i domenet for f for A=1 i ligning (19); Fig. 7 er et plott av en semiperiodisk funksjon av fasefunksjonen (18); Fig. 8 er et plott av komponentene til funksjonen f(x) i ligning (28); Fig. 9 viser et eksempel på en LIRA fremvisningsskjerm for de første tre harmoniske i ligning (29) ifølge en utførelse av den foreliggende oppfinnelse; Fig. 10 er en skjematisk illustrasjon av effektene for C og L på LIRA aldringsindikatorer ifølge en utførelse av den foreliggende oppfinnelse; Fig. 11 illustrerer LIRA-signaturen fra et segment av en kabel med en høyere impedanse, og hvor segmentet er lengre enn oppløsningen av LIRA ifølge en utførelse av den foreliggende oppfinnelse; Fig. 12 viser et skjermbilde av LIRA-signaturen for en impedanse-økning (-5 pF/m, oppløsning=1.5m) som illustrert i figur 11 fra 50m til 60m fra kabelstart ifølge en utførelse av den foreliggende oppfinnelse; Fig. 13 illustrerer LIRA-signaturen fra et segment av en kabel med en lavere impedanse, og hvor segmentet er lengre enn LIRA-oppløsningen ifølge en ut-førelse av den foreliggende oppfinnelse; Fig. 14 viser et skjermbilde av LIRA-signaturen for en impedanse-nedgang (-5 pF/m, oppløsning=1.5m) som illustrert i figur 13 fra 50m til 60m fra kabelstart ifølge en utførelse av den foreliggende oppfinnelse; Fig. 15 er et skjermbilde av amplituden i Volt for en kabelimpedanse (reelle og imaginære deler) spektrum ved trinnposisjonen som en funksjon av punkt-avstand for et enkelt impedanse-trinn, negativ (SP-), og hvor spekteret ved impedanse trinnposisjonen er helt imaginært og negativt ifølge en utførelse av den foreliggende oppfinnelse; Fig. 16 viser den komplekse verdien til faseimpedans-spekteret ved trinnposisjonen vist i figur 15, hvor den komplekse verdien er helt imaginær og negativ for SP- ifølge en utførelse av den foreliggende oppfinnelse; Fig. 17 er et skjermbilde av amplituden i Volt for en kabelimpedanse (reelle og imaginære deler) spektrum ved trinnposisjonen som en funksjon av punkt-avstand for et enkelt impedanse-trinn, positiv (SP+), og hvor spekteret ved impedanse-trinnposisjonen er helt imaginært og positivt ifølge en utførelse av den foreliggende oppfinnelse; Fig. 18 viser den komplekse verdien til faseimpedans-spekteret ved trinnposisjonen vist i figur 17, hvor den komplekse verdien er helt imaginær og positiv for SP+ ifølge en utførelse av den foreliggende oppfinnelse; Fig. 19 illustrerer et segment av en kabel med en høyere impedans og den tilsvarende LIRA-signaturen vist under, og hvor dette kabelsegmentet er kortere enn LIRA-oppløsningen, ifølge en utførelse av den foreliggende oppfinnelse; Fig. 20 illustrerer et segment av en kabel med en lavere impedans og den tilsvarende LIRA-signaturen vist under, og hvor dette kabelsegmentet er kortere enn LIRA-oppløsningen, ifølge en utførelse av den foreliggende oppfinnelse; Fig. 21 er et skjermbilde av amplituden i Volt for en kabelimpedanse (reelle og imaginære deler) spektrum ved trinnposisjonen som en funksjon av punkt-avstand (m) for et punkt med lav impedanse, som vist i figur 20, hvor impedansepunktet er kortere enn oppløsningen til LIRA (DP-); spekteret ved punktet er rent reelt og negativt ifølge en utførelse av den foreliggende oppfinnelse; Fig. 22 viser den komplekse verdien til faseimpedans-spekteret ved posisjonen til impedansetrinnet fra figurene 20 og 21: hvor den komplekse verdien er rent reelt og negativt for DP- ifølge en utførelse av den foreliggende oppfinnelse; Fig. 23 er et skjermbilde av en LIRA-signatur for et DP+ punkt (+5 pF/m for 1 m, oppløsning=1.5m) som illustrert i figur 20-22 ved en posisjon 50m fra kabelstart ifølge en utførelse av den foreliggende oppfinnelse; Fig. 24 er et spektrum (reelle og imaginære deler) av et punkt med høy impedans i kabelen som vist i figur 25, hvor lengden av impedansepunktet er kortere enn oppløsningen til LIRA (DP+), og hvor spekteret i punktet er rent reelt og positivt ifølge en utførelse av den foreliggende oppfinnelse; Fig. 25 viser den komplekse verdien til faseimpedans-spekteret fra figur 24 ved posisjonen til impedansetrinnet; hvor den komplekse verdien er rent reell og positiv for DP+ ifølge en utførelse av den foreliggende oppfinnelse; Fig. 26 viser LIRA-signaturen for et DP+ punkt (-5 pF/m for 1m, oppløsning=1.5m) som vist i figurer 19, 24, 25 ved en avstand 50m fra kabelstart ifølge en utførelse av den foreliggende oppfinnelse; Fig. 27 viser et skjermbilde der det er vist hvordan en alvorlighetsgrad av lokal degradasjon korreleres til høydene for spissene (spikes) i LIRA-signaturen ifølge en utførelse av den foreliggende oppfinnelse; Fig. 28 viser et skjermbilde av en balansert terminerings-signatur (Balanced termination Signature (BTS)) i en kabelende for en kabel i balanserende tilstand (god kabel) BTS=0, ifølge en utførelse av den foreliggende oppfinnelse; Fig. 29 viser et skjermbilde av en balansert terminerings-signatur (Balanced termination Signature (BTS)) i en kabelende for en kabel med en terminering med høy kapasitans (lav impedans), hvor (BTS > 0), hvor BTS = AY/AZ<*>100; ifølge en utførelse av den foreliggende oppfinnelse; og Fig. 30 viser et skjermbilde av en balansert terminerings-signatur (Balanced termination Signature (BTS)) i en kabelende for en kabel med en terminering med lav kapasitans (høy impedans), hvor (BTS < 0), ifølge en utførelse av den foreliggende oppfinnelse. ;DETALJERT BESKRIVELSE ;Gjennom hele beskrivelsen og i kravene skal angivelsen overvåkning tolkes bredt og inkluderer for eksempel global/lokal tilstandsovervåkning, diagnose i sanntid og feildeteksjon. ;Overvåknings- og analysesystemet ifølge den foreliggende oppfinnelse kan implementeres som programvaremoduler. Overvåkningssystemet kan implementeres i et bærbart fysisk system/maskinvare. Maskinvaren omfatter en inngangsmodul for tilkobling til kabelen/wiren som skal overvåkes. Overvåknings- og analyseprogramvaren kan utføre fremgangsmåten og tilveiebringe analyseresultatet for kabelen/wiren automatisk. Manuell intervensjon av en operatør av overvåknings- og analysesystemet er imidlertid også mulig. ;LIRA-simulatormodulen. LIRA-simulatoren virker i frekvensdomenen og anvender overføringslinjeligningene (ligningene 1 til 10). I tillegg til dette anvender den en stokastisk modell for å evaluere usikkerhetene i kabelens elektriske parametere på grunn av fremstillingstoleranser og miljøforandringer. Kabelens parametere og lastparametere for den faktiske kabelforbindelse mates inn til LIRA-simulatormodulen. ;Den stokastiske modell evaluerer og anvender statistiske varia-sjoner (ved bruk av en normalfordeling med brukervalgt standardavvik) i de elektriske parametere (L, C og R) langs kabelen, på grunn av fremstillingstoleranser og miljøstøy. ;LIRA-analysatormodulen. Den kan opereres i sann modus eller simuleringsmodus. I det første tilfelle tar den innmating fra et akvisisjonskretskort signalinnsamlingsmoduli det annet tilfelle, kommer innmatingen fra LIRA-simulatormodulen. LIRA-analysatoren er kjernen i kabel-/lednings-overvåkingssystemet. LIRA-analysatoren virker både i frekvens- og tidsdomenen, og gjennomfører de følgende oppgaver: o Estimerer og viser frekvensspekteret for linjeinngangsimpedansen. ;o Beregner resonansfrekvensene. Resonansfrekvenser beregnes fra impedansspekteret og korresponderer til frekvensverdier hvor fasen er null. ;o Estimerer kabelens karakteristiske impedans Zdut. Den beregnes også fra impedansspekteret. Den karakteristiske impedans er verdien av impedansamplituden ved ethvert lokalt maksimum (eller minimum) av impedansfasen. ;o Estimerer kablelengden, hvis den ikke er kjent. ;o Detekterer lokale forringelsesområder og lokaliserer den. ;o Detekterer lastforandringer. ;o Analyserer og fremviser frekvenspektrum for å identifisere impedanse-endringer og impedanse-punkter, beregning av reelle og imaginære komponenter til impedans fasespekteret og analysering av høyden på spisser. ;Diagnose og lokalisering av lokal forringelse ;Linjeimpedansen beregnes som den gjennomsnittlige vindusbaserte transferfunksjon fra referansesignalet CHO til det modulerte impedanssignal CH1, hvilket resulterer i beregning av amplituden og fasen for linjeimpedansen Zdut som en funksjon av frekvens (se ligning 11)). Så snart linjeimpedansen er beregnet, blir kabeltilstanden analysert ved undersøkelsen av frekvensinnholdet for amplituden og fasekomponentene for den komplekse impedans. Dette vil bli forklart i det følgende. Zdut kan beregnes av maskinvare, og i dette tilfellet ser vi ikke CHO og CH1. ;Ligning (8) er det matematiske uttrykk for funksjonen på fig. 1. Linjeimpedansen Zd(for en kabel i avstand d fra enden av kabelen), er egentlig en kompleks parameter og fig. 1 viser både amplituden og fasen for den. Den pseudo-periodiske form av fasen skyldes periodisiteten til rd, ligning (9), som kan omskrives som: ;hvor amplituden minker med d (kabellengden) på grunn av dempingen a (fasen er periodisk hvis a = 0). Perioden for rd (og da for linjeimpedansfasen) er en 1/2p, ved betraktning av det som den uavhengig variable, eller en 1/2d, ved betraktning av p som den uavhengig variable (som på fig. 1). ;Ved bruk av uttrykket for forplantningskonstanten p fra ligning (6), ligning (12) omskrives som: ;hvor f er frekvensen til det anvendte signal som beveger seg langs en kabel med lengde d og v er fasehastigheten for det elektriske signal i kabelen. ;Ved antakelse av f som den uavhengig variable og skriving av de følgende transformasjoner: hvorVr=v/vo,Vrer den relative fasehastighet for det elektriske signal i kabelen, og vo lyshastigheten i vakuum. ;Ligning (14) blir: ;Ligning (18) er det matematiske uttrykk (i kompleks notasjon) for en pseudoperiodisk funksjon med radial frekvens co' og amplitude A. I det tapsfrie tilfelle (a = 0) er A = 1, i tapsbeheftede kabler i det virkelige liv er alfa en økende funksjon av signalfrekvens, slik at amplitude A er en minkende funksjon av f, hvilket resulterer i den dempede oscillasjon på fig. 1. Frekvensen for denne funksjon (i domenen av f) er: ;hvor f er den fundamentale frekvens for fasefunksjonen i domenen for f på grunn av bølgerefleksjonen ved avstand d (kabelavslutningen). Merk at uttrykket for f har dimensjonen av tid og er den tid som er medgått for en bølge for å nå avslutningen ved en avstand d og for å reflekteres tilbake. Fourier-transformasjonen (effekt spektrum) for impedansfasen, i domenen for f, ser eksempelvis ut som fig. 3, hvor x-aksen har blitt skalert til D ved den fundamentale frekvens i ligning (19). På ;fig. 3, har x-aksen blitt skalert til avstand fra kabelstart (d = 300 m). ;Når bølgen ved en avstand x finner en diskontinuitet i de elektriske parametere for kabelen (f.eks. en liten forandring i isolasjonens dielektrikum), vil en annen refleksjon være synlig fra avstand x, hvilket vil tilføye en ny frekvenskomponent i effektspekteret for impedansfasen, hvor frekvensen (fra ligning (19)) vil være: ;Og således: ;Hvis kabellengden er kjent, er kunnskapen om f og f fra effektspekteret for impedansfasen (i domenen for f) tilstrekkelig for beregningen av x-lokaliseringen: ;Hvis d ikke er kjent, kan kunnskapen om den relative fasehastighet vr (fra kabel-dataarket eller ved å måle den på en kabelprøve av den samme type) brukes til å beregne x-lokaliseringen basert på ligning (19): ;Det endelige resultat er da en spiss ved en hvilken som helst posisjon hvor en forandring (selv en svært liten forandring) av elektriske parametere (hoved-sakelig en forandring i dielektrisk verdi) produserer en reflektert bølge av det anvendte referansesignal. Denne refleksjon fremstår som en frekvenskomponent i fase/amplitude-spekteret for linjeimpedansen. Frekvensen for den reflekterte bølge er en lineær funksjon av avstanden fra kabelens ende til avviket. Fig. 4 viser en Fourier-transformasjon (effektspektrum) for faseimpedans i domenen av f, hvor en refleksjon på grunn av en forandring i elektriske parametere for kabelen ved lokalisering x = 200 m fra kabelstart er synlig som en frekvenskomponent ved x = 200. Denne spiss er i tilfellet på fig. 4, på grunn av en kapasitetsforandring på 20 pF i et 30 cm segment av kabelen som testes. ;Ved tilstandsovervåking av en kabel, kan en rekke diskontinuiteter (n) i de elektriske parametere for kabelen være tilstede. Hver av disse diskontinuiteter vil fremstå i effektspekteret som distinkte frekvenskomponentspisserf<1>, og deres posisjoner xn identifiseres som forklart ovenfor. ;For å ha god sensitivitet og digital oppløsning, er det viktig å operere med ;den høyest mulige båndbredde, som imidlertid er begrenset av kabelens demping. Typiske eksempler på båndbredde er 100 MHz båndbredde for 30m kabler og 20 kHz båndbredde for kabler opptil 120km. Lange kabler krever smale båndbredder for å overvinne den økende kabeldemping, som er en funksjon av frekvens. ;Overvåking av global forringelse ;Overvåking av globale forandringer i kabelens tilstand tilveiebringes av: ;Metode 1: Estimering og overvåking av den relative fasehastighet. ;Metode 2: CBAC metoden (Central Band Attenuation Correlation) ;Som for den lokale forringelse og diagnose, er metoden for global forringelse også basert på anvendelse av et referansesignal CHO på kabelen, der referansesignalet har en frekvensbåndbredde fra wi tilW2, som deretter fase- og amplitudemoduleres av kabelimpedansen Zdut for kabelen som testes, hvilket tilveiebringer signalet CH1. ;Metode 1: ;Den relative fasehastighet beregnes ved hjelp av LIRA gjennom en to-trinns-prosess: 1. En første approksimativ verdi estimeres ved bruk av 2 fortløpende resonansfrekvensverdier i linjeimpedansen, ved anvendelse av de følgende ligninger: Ved enhver resonans er kabellengden L eksakt lik halve bølgelengden eller et hvilket som helst multiplum av denne (dette er korrekt når kabelen har åpen ende, men forskjellige lastreaktanser kan enkelt tas hånd om), eller, ved bruk av ligning (1):
hvor L er kabellengden, vo er lyshastigheten i vakuum, vr er den relative fasehastighet og fk er den k-te resonanstoppfrekvens. Ved anvendelse av ligning (24) på to fortløpende resonanstopper, får vi: ;Ligning (25) brukes av LIRA til å evaluere en første verdi av vr, etter estimeringen av kabelens inngangsimpedans og beregningen av resonansfrekvensene. Merk at ethvert lastreaktansskift ville bli eliminert av differanse-uttrykket i ligningen. Årsaken til at denne verdi er approksimativ er at vr er en langsom funksjon av f, men den har blitt antatt konstant i ligning (25). ;2. Verdien av vr som er funnet i trinn 1 brukes til å beregne den approksi-mative verdi av den fundamentale frekvens f (domene av t\ se beskrivelse ovenfor og fig. 3), som: ;LIRA søker maksimumstoppen f" i Fourier-transformasjonen (effektspektrum) i domenen av f, i et brukervalgbart intervall rundt f. Når en nøyaktig verdi av f (benevnt f") finnes fra spekteret, løses ligning (19) forVrsom: ;som er den endelige og nøyaktige verdi av fasehastigheten. Fasehastigheten minker med forringelsen av kabelens isolasjon. Metode 2: CBAC method (Central Band Attenuation Correlation) ;Ligning (18) er det matematiske uttrykk (i kompleks notasjon) for en sinusbølge med radial frekvens©' og amplitude A (betrakter kun den reelle del av den komplekse funksjonen i ligning 18), i domenen til t\ Hvis svekkingen a ikke er 0) er A en avtakende konstant og det resulterende signal er en hellende sinusbølge (dumped sine wave) som vist i figur 5. Figur 5 viser GRC (reell del) som en funksjon av t\ ;Ved å skrive ligning (8) for inngangs linje impedansen Z ved bruk av ligning (18) for Td får vi: ;Ligning (27) er en kompleks funksjon som representerer amplitude og fase til en linjeimpedans Z ved en avstand d fra kabelenden. Ved å plotte fasen til linjeimpedansen Z i domenen til V når A=1 (null dempning og terminering åpen eller kortsluttet), tilveiebringer grafen som er vist i figur 6. ;Plottet i figur 6 er en firkantbølge med radial frekvens w' (ligning 16) and amplitude tt/2. Hvis dempingen a ikke er null (reellt tilfelle), slik at A er mindre enn 1 og avtar mot null ettersom V går mot uendelig, vil formen til fasefunksjonen (16) bevege seg mot en semiperiodisk funksjon med den samme frekvensen u</>, som vist i figur 7. ;Årsaken til denne endringen kan forklares hvis vi skriver ligningen som en firkantbølge i en Taylor serie: ;;Ligning (28) er den uendelige sum av de odde harmoniske som starter med den fundamentale sinusbølgen med periode 2d. Figur 8 plotter disse komponentene og det endelige resultat. Rent fysisk sagt, i en transmisjonslinje tilsvarer den fundamentale sinusbølgen med periode 2d til den første ordens refleksjon fra kabeltermineringen. De harmoniske komponenter skyldes høyere ordens refleksjoner og at deres amplituder (i domenen til V) avtar med termen 1/n, hvor n er den harmoniske orden. Av denne årsak, når dempingstermen ikke tas i betraktning (som i ligning (28)), resulterer det uendelige antall refleksjoner i en kvadratisk impedansfase, som vist i figur 6 eller figur 8. ;Tillegget av denne dempingstermen resulterer i progressiv demping av amplituden til de harmoniske, som har som konsekvens at den fundamentale bølgen øker sin viktighet med hensyn til de høyere harmoniske (figur 7). Inkludering av dempings (og refleksjonskoeffisienten, hvis termineringen ikke er åpen eller kortsluttet), blir ligning (28): ;Integrering langs d og konvertering til dB enheter, kommer vi til: ;Hvor TP1 og TP2 er amplitudene til de fundamentale og tredje harmoniske til impedansefasen og a kabeldempingen per lengdeenhet i midten av båndbredden. Når kabeltermineringen er kortsluttet eller åpen, er refleksjonskoeffisienten 1 (eller ;-1), slik at log-termen i ligning (30) blir borte. ;Ligning (30) viser at kabeldempingen i midt-båndbredden er proporsjonal med differansen avTP1 og TP2, som LIRA kan estimere med nøyaktighet. Figur 9 viser et eksempel på et LIRA-skjermbilde av de 3 første harmoniske. Terminal-spissen vs den tredje harmoniske er derfor en stabil indikator på global termisk aldring av kabelen. ;Utstrakte tester ved EPRO og TECNATOM demonstrerer at en god korrelasjon eksisterer mellom den termiske aldringstilstanden av en kabel (spesielt for EPR isolerte kabler) og dens demping i midtbåndet. ;Disse testene viser også at den lave frekvensdempingen er praktisk takt uendret, den karakteristiske impedansen er nesten uendret (med store standardavvik) og fasehastigheten tenderer mot å minske (med store standardavvik). Dempingen i midtbåndet ble funnet å være større for ikke-aldrede kabler, i alle tilfeller. Disse resultatene ser ut til å bekrefte at termisk aldring produserer en signifikant økning i kabelinduktansen, sammen med noen endring i den dielektriske kapasitansen. ;I LIRA er a normalisert til en referansekabel-lengde (ved default 20m), for å ta hånd om forskjellene mellom lange og korte kabler. ;Dempingen a er gitt ved: ;;Hvor R er wire-resistansen (invariant med aldring); C kapasitansen til isolasjonen og L kabelinduktansen. ;Ligning (31) viser dempingen a som en funksjon av forholdet mellom kapasitansen til isolasjonen C og kabelinduktansen L, som oppviser en endring ved aldring. Den resulterende korrelasjonen mellom aldring og a kan være kompleks og ikke monoton, mens monoton oppførsel er et viktig krav for en aldringsindikator. ;For å løse dette problemet, er dempingsverdien korrigert ved å benytte den karakteristiske impedansen og fasehastighetsforholdet, begge kalkulert av LIRA. Når a divideres på den karakteristiske impedansen ZO og for kvadratet av den relative fasehastigheten VR, har vi: ;CBAC er da en indikator følsom kun for endringer i kapasitansen til isolasjonen. ;Hvis vi multipliserer, istedenfor å ta kvadratet av VR: ;;Den inverse av den er CBAL, en indikator følsom kun for endringer i kabelinduktansen. ;Figur 10 illustrerer konseptet med isolasjonseffektene i kapasitansen C til isolasjonen og kabelinduktansen L på LIRA aldringsindikatorene. ;Spektral dekomposisjon av kabelimpedansendringer: Reelle-imaginære forhold i faseimpedansspekteret for å beregne punkt-retning og -størrelse ;(BTS tilnærmingen) ;Som forklart i detalj overtilveiebringer Line Resonance Analysis System beskrevet i US 7966137B2 en LIRA-signatur. Et eksempel på en LIRA-signatur er vist i figur 11. LIRA-signaturen sporer endringer i kabelimpedans langs kabelen. LIRA-signaturen er et effektspektrum transformert til en funksjon av avstand fra begynnelsen av kabelen til der hvor CHO signalet påføres. ;Som vist i figur 11 har LIRA-signaturen identifisert en endring i kabelimpedansen i posisjoner a og b i figur 11. LIRA-oppløsningen er vist ved de vertikale linjene i figur 11. Imidlertid, ettersom LIRA kun detekterer endringer i kabelimpedansen, sier ikke LIRA-signaturen som vist i figur 11 noe om kabeltilstanden mellom de to kabelimpedanseendringene som identifisert i a og b. Ettersom også impedanseendringene er innenfor oppløsningen i LIRA-systemet, kan ikke ytterligere informasjon om naturen til impedanseendringen tilveiebringes av det ;tidligere LIRA-systemet i US 7966137B2. ;Kabelimpedanse øker (step-up) som et resultat av en endring i en eller flere av de følgende parametere: ;1. Dielektrisk kapasitans minsker. ;2. Kabel-selvinduktans øker. ;3. Leder- eller/og skjermings-resistiviteten øker. ;4. Isolasjonskonduktiviteten minsker (sjelden). ;Effektene fra 1 og 2 er mer følsomme ved høye frekvenser, mens effektene fra 3 og 4 er mer følsomme ved lave frekvenser. ;Kabelimpedanseendringer i den motsatte retningen forårsaker en impedanse økning (step-down). ;Ofte forekommende faktorer for impedanseendringer er: ;Temperaturøkning (minskning) (dielektrisk kapasitans opp (ned), ;impedansen ned (opp). ;Inntregning av vann/fuktighet (dielektrisk kapasitans opp, impedanse ned). Isolasjonsresistans ned (konduktivitet opp, impedanse ned). ;Mekanisk støt (i en hvilken som helst retning). ;Gammastråling (normalt impedanse opp). ;Et problem med LIRA-signaturen, som beskrevet i US 7966137B2, erat spissen i signaturen kan forårsakes av en hvilken som helst av de følgende faktorer listet opp under. De forskjellige faktorene er identifisert med et hendelsesnavn. Dette hendelsesnavnet vil bli brukt gjennom resten av beskrivelsen. ;Oppløsningen til LIRA er en funksjon av anvendt båndbredde og omkring 1,5m ved 100MHz. Denne oppløsningen reduseres ettersom båndbredden reduseres. ;1. SP+ (enkelt spiss, positiv): Trinn-øknings (step-up) endring i ;impedans. Denne situasjonen inntreffer når det finnes en stabil økning av kabelimpedansen for en distanse som er lenger enn den faktiske oppløsningen. Dette er illustrert i figurene 11 og 12. Figur 11 illustrerer ;LIRA-signaturen fra et segment av kabelen med høyere impedanse, og hvor segmentet er lenger enn oppløsningen til LIRA. I begynnelsen av segmentet er det en impedanseendring (impedanse trinn-økning) (SP+)) innenfor oppløsningen i LIRA-signaturen. Impedanse trinn-økning resulterer i en spiss i LIRA-signaturen, da LIRA-signaturen kun detekterer endringer i impedansen langs kabelen. I enden av segmentet, er det en annen impedanseendring, hvor impedansen går ned et trinn (step down, SP-) og igjen resulterer i en spiss i LIRA-signaturen. Figur 12 viser et skjermbilde av LIRA-signaturen foren impedanse-økning (-5 pF/m, oppløsning=1.5m) som illustrert i figur 11. Impedanse trinn-økningen representeres av den første spissen ved 50m og impedanse trinn-reduksjonen (step-down) opptrer ved 60m fra kabelstart. ;2. SP- (enkelt spiss, negativ): En trinn-reduksjon (step-down) i impedanseendring. Denne situasjonen opptrer når det er en stabil reduksjon av kabelimpedansen for en avstand lenger enn den faktiske oppløsningen til LIRA. Figurene 13 og 14 viser et eksempel på et langt segment (i forhold til båndbredden) med lavere impedans. De to spissene i figur 13 representerer begynnelsen og slutten av lav-impedanse-segmentet. I begynnelsen av segmentet er det en impedanseendring (impedanse trinn-reduksjon (SP-)) innenfor oppløsningen i LIRA-signaturen. Impedans trinn-reduksjonen resulterer i en spiss i LIRA-signaturen, da LIRA-signaturen kun detekterer endringer i impedansen langs kabelen. I enden av segmentet, er det en annen impedanseendring, hvor impedansen trinn-øker (SP+) og ;igjen resulterer i en spiss i LIRA-signaturen. Som det kan ses av figurene er LIRA-signaturen i figur 14 identisk med LIRA-signaturen i figur 12. Både en økning og reduksjon i kabelimpedansen over en distanse lenger enn oppløsningen for den aktuelle anvendte båndbredden til CHO signalet som påføres kabelen, resulterer i den samme LIRA-signaturen; dvs. en SP-spiss følges av en SP+ spiss. ;3. DP+: Et kort kabelsegment (kortere enn den faktiske oppløsning) med en høyere impedans. Dette er det som normalt kalles et "punkt" ;("spot"). I denne hendelsen er kabelimpedansen den samme som før og etter punktet, men den er høyere inne i det korte kabelsegmentet. Se figur 19 for et eksempel på et høy-impedanse-punkt og figur 26 for den ;tilsvarende LIRA-signaturen. Som det kan ses fra figur 19 resulterer et høy-impedanse-punkt i kun én spiss i LIRA-signaturen. ;4. DP-: Et kort kabelsegment (kortere enn den faktiske oppløsning) ;med en lavere impedans. I denne hendelsen er kabelimpedansen den samme før og etter punktet, men den er lavere inne i det korte kabelsegmentet. Se figur 20 for et eksempel på et høy-impedanse-punkt og figur 23 for den tilsvarende LIRA-signaturen. Som det kan ses fra figur 20 resulterer et høy-impedanse-punkt i kun én spiss i LIRA-signaturen. Som det kan ses fra figurene 11, 13, 19 og 20 resulterer de forskjellige impedanseendringene som er beskrevet over i den samme spissen i LIRA-signaturen. Som en oppsummering, er det fire hendelsestyper som den normale LIRA-signaturen ikke kan skjelne mellom: • SP+ : trinn-øknings impedanseendring. Dette inkluderer også den endelige terminering, når kabelen er åpen (eller den tilkoblede lasten har en impedans høyere enn den karakteristiske impedans til kabel). • SP-: trinn-reduksjons impedanseendring. Dette inkluderer også den endelige terminering, når kabelen er kortsluttet (eller den tilkoblede lasten har en impedans lavere enn den karakteristiske impedans til kabel). ;• DP+ : Høy-impedanse spiss ;• DP-: Lav-impedanse spiss ;Det reelle-imaginære forhold (BTS; Balanced Termination Signature) tilnærmingen for å detektere fire mulige hendelser ;Den reelle-imaginære forhold (BTS, Balanced Termination Signature) tilnærmingen kan benyttes for å detektere fire mulige hendelser listet opp ovenfor (SP+, SP-, DP+, DP-). Som det følger av ligning (8) er linjeimpedansen Zdut en kompleks variabel. Formen til kurven som følger av ligning (8) er vist i figur 1 for amplitude and fase som en funksjon av frekvens. Den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer videre analyse av spissene identifisert i spesielle posisjoner i Fourier-transformasjonen til impedansefasen, posisjonen til hvilken beregnes av ligning (23) og vises for eksempel i figur 3 og 4. BTS-tilnærmingen er basert på en beregning av en reell og en imaginær komponent i Fouriertransformasjonen av impedanse-fasespekteret, i posisjonen til hendelsen. ;Trinn-øknings og trinn-reduksjons (SP+, SP-) hendelsene erkarakterisert veden rent imaginær verdi av transformasjonen i hendelsesposisjonen, som beskrevet i figurene 15 og 18. Mens den reelle komponenten er 0 (Re=0), er den imaginære komponenten (lm=+90) positiv for en SP+ hendelse og negativ (Im = -90) for en SP- hendelse. ;Høy- og lav-impedanse-spissene er kjennetegnet ved en nær kombinasjon av de to SP-hendelsene med motsatt tegn; SP+ fulgt av SP-, eller SP- fulgt av SP+. Dette resulterer i at de imaginære komponentene (+90 + -90, -90 + + 90) kanselleres ut. Resultatet av dette er en rent reell verdi av spektrumtransforma-sjonen i hendelsesposisjonen med en positiv reell komponent for DP+ ;(figur 25) og en negativ reell komponent for DP- (figur 22). ;Impedanse-fasespekteret Fouriertransformasjonen foren DP- hendelse er vist i figur 21. Spekteret i punktet er rent reelt og negativt. Impedanse-fasespekteret Fouriertransformasjonen for en DP+ hendelse er vist i figur 24. Spekteret i punktet er rent reelt og positivt. ;Disse beregningene kan utføres automatisk av LIRA-systemet ifølge oppfinnelsen. Som vist i skjermbildene i figurene 12, 14, 23 og 26 er impedanse-spissene til LIRA-signaturene presentert i en tabell på skjermbildet som identifiserer hver spiss som én av SP+, SP-, DP+, DP-. ;Lokaliseringsnøyaktighet for SP og DP hendelser ;Det er imidlertid noen forskjeller i lokaliseringsprosessen mellom de to SP trinn hendelsene (SP+, SP-) og de to DP spiss hendelsene (DP+, DP-). Den detekterte lokalisering av en SP+ (trinn-økning) hendelse er den kabelposisjonen der én eller flere elektriske parametere endres resulterende i en økning i kabelimpedansen. På samme måte er lokaliseringen til en SP-hendelse den posisjonen på kabelen hvor den lokale impedansen minker. ;En DP+ (DP-) hendelse er overlagringen av en SP+ (SP-) hendelse fulgt av en SP- (SP+) hendelse ved en avstand nærmere enn den nåværende oppløsning som resulterer fra den anvendte båndbredden til signalet CH1 som påføres kabelen. Av denne årsak er den detekterte hendelses-lokalisering i midten av det korte segmentet hvor endringen inntreffer. ;Lokal degradasjonsalvorlighet (DNORM algoritme) ;Alvorligheten i den lokale degradasjonen av kabelisolasjonen er korrelert til spiss-høydene i LIRA-signaturen. Imidlertid avhenger spisshøyden for den samme skaden på isolasjonen også av posisjonen for denne kabeldegradasjonen (isolasjonsskade) langs kabelen. Høyden på spissen i LIRA-signaturen avtar med avstanden for kabeldegradasjonen fra begynnelsen av kabelen til hvilken signalet CHO påføres. Dette betyr at ettersom feilen beveger seg mot enden av kabelen, vil høyden av spissene reduseres. Denne effekten ble også automatisk kompensert for i analysene utført av LIRA-systemet som beskrevet i US 7966137B2 gjennom plott-normalisering. ;Slik normalisering er et godt trekk for deteksjon av enkelt signifikante spisser, men den er ikke pålitelig som en avstandskompensasjon når feilen (degradasjon av kabelisolasjon) beveger seg mot enden av kabelen. Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en DNORM algoritme som kan uttrykkes som følger: Ethvert lokalt punkt (endring i kabelimpedans) produserer et spekulært bilde på den andre siden av terminalspissen (se figur 27). Dette skyldes andre ordens refleksjon i den ødelagte seksjonen. Den andre ordens spissen i effektspekteret er som et nytt punkt med den samme alvorligheten ved en avstand 2L-SL, hvor L er lengden av kabelen og SL punktlokaliseringen på ;kabelen. ;Siden avstanden mellom de to punktene (et lokalt punkt og dens spekulære avbildning) er kjent (etter lokalisering av punktet), er det mulig å tegne og beregne en trendlinje (den rette linjen mellom punktene i figur 27) som representerer hvordan spiss-størrelsen endrer seg med avstanden, pga kabeldempning. I DNORM er differansen mellom verdien til trendlinjen og termineringsspissen (spiss delta) normalisert til termineringsposisjonen (TP), uavhengig av hvor det reelle punktet er lokalisert. Forskjellen (DNORM) representerer et mål på alvorligheten av den lokale degradasjonen for det spesielle punktet. ;Termineringsenden ;Bredbåndssignalet CHO påført kabelen reflekteres ved termineringsenden til kabelen. Signalet fra termineringsenden tilveiebringer en spiss i punkt-signaturen i en avstand fra start av kabelen som er kabel-lengden. Enhver impedanseendring som opptrer i enden av kabelen er derfor innenfor skyggen av denne termineringsspissen. Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer ved å benytte en BTS og DNORM tilnærming som forklart over muligheten til å etablere om termineringsenden av kabelsegmentet er av god eller dårlig kvalitet. Termineringsenden av kabelen tilveiebringer et punkt (DP+ eller DP-). Ved kabeltermineringen er forholdet mellom deltadifferansen dy mellom de to sidene av termineringsspissen og spisshøyden dz; BTS=dy/dz<*>100 et mål på tilstanden i isolasjonen i kabeltermineringen. Figur 28 viser et skjermbilde av en Balanced Termination Signature (BTS) ved en kabelende for en kabel i balanserende tilstand (god kabel) hvor BTS=0. Figure 29 viser et skjermbilde av en Balanced Termination Signature (BTS) ved en kabelende for en kabel med høy kapasitans (lav impedans) terminering, hvor BTS > 0. Figure 30 viser et skjermbilde av en Balanced Termination Signature (BTS) ved en kabelende for en kabel med en lav kapasitans (høy impedans) terminering, hvor BTS < 0.
Etablering av tilstanden til kabelenden er spesielt viktig i omgivelser som for eksempel olje og gass-industrien, nedihulls i oljebrønner, subsea, kjernekraft-verk, strømforsyningsdistribusjon og andre steder det er vanskelig å nå.
Etter å ha beskrevet foretrukkede utførelser av oppfinnelsen, vil det være åpenbart for de som har fagkunnskap innen teknikken at andre utførelser som inkorporerer konseptene kan brukes. Disse og andre eksempler på den oppfinnelse som er illustrert ovenfor, er kun ment som eksempler, og det faktiske om-fanget av oppfinnelsen skal bestemmes fra de følgende krav.
Claims (22)
1. Fremgangsmåte for overvåking av en tilstand til en elektrisk kabel, der fremgangsmåten omfatter de følgende trinn: - påføring av en bredbåndssignalbølge på en første ende av den elektriske kabelen, hvor bredbåndssignalbølgen er fase og amplitudemodulert av minst en kabelimpedans for den elektriske kabelen, - å erverve ved den første enden av kabelen den fase- og amplitudemodulerte bredbåndssignalbølgen transmittert og reflektert av den elektriske kabelen, - beregning av en kompleks kabelimpedans Zdut som en funksjon av frekvens f som er spesifisert av en amplitude og en fase, for den ervervede reflekterte bredbåndssignalbølgen, - omforming av den komplekse kabelimpedans til et tidsdomene f - beregning av en frekvens f i tidsdomenet V, hvor frekvensen f er fundamentalfrekvensen til en pseudo-periodisk funksjon med radial frekvens w' og amplitude A i tidsdomenet f grunnet en bølgerefleksjon av bredbåndssignalbølgen ved en avstand d fra en ende av kabelen, og hvor frekvensen f beregnes ved å anvende:
hvor vo er lyshastigheten i vakuum, og vr er en estimert relativ fasehastighet for et elektrisk signal i kabelen; - gjennomføring av en effektspektrumanalyse av både amplitude og fase for den komplekse kabelimpedans i domenet av V for å finne og lokalisere en hvilken som helst lokal forringelse av kabelisolasjonen; og - identifisering av frekvenskomponenter f'i, f'2, ..., f"ni effektspektrumet for tidsdomenet f på grunn av bølgerefleksjoner av bredbåndssignalbølgen ved lokaliseringer xi,X2, ..., xn langs kabelen, idet bølgerefleksjonene skyldes diskontinuiteter i elektriske parametere for kabelen, og beregning av hver av lokaliseringene Xi ved: - å etablere et forhold mellom en reell og en imaginær del av faseimpedansspekter Fouriertransformasjon av effektspekteret i et intervall rundt minst én av lokaliseringene xi,X2, ...,xn langs kabelen, og - å identifisere impedanseendringer i minst én av lokaliseringene xi,X2, ...,xn langs kabelen fra nevnte reelle og imaginære del.
2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, hvor identifisering av impedanse-endringer inkluderer identifisering av minst en trinn-øknings impedanseendring, en trinn-reduksjons impedanseendring, et høy-impedansepunkt eller et lav-impedansepunkt.
3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, hvor et høy-impedansepunkt er identifisert når den imaginære del er null og den reelle del er positiv.
4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, hvor et lav-impedansepunkt er identifisert når den imaginære del er null og den reelle del er negativ.
5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, hvor en trinn-øknings impedanseendring er identifisert når den reelle del er null og den imaginære del er positiv.
6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, hvor en trinn-reduksjons impedanseendring er identifisert når den reelle del er null og den imaginære del er negativ.
7. Fremgangsmåte som angitt i minst ett av kravene 1-6, videre omfattende identifisering av et kabelsegment med en lavere impedans som en trinn-reduksjons impedanseendring i begynnelsen av kabelsegmentet etterfulgt av en trinn-øknings impedanseendring i enden av kabelsegmentet.
8. Fremgangsmåte som angitt i minst ett av kravene 1-6, videre omfattende identifisering av et kabelsegment med en høyere impedans som en trinn-øknings impedanseendring i begynnelsen av kabelsegmentet etterfulgt av en trinn-reduksjons impedanseendring i enden av kabelsegmentet.
9. Fremgangsmåte som angitt i minst ett av kravene 1-8, videre omfattende å etablere et mål på tilstanden til kabelenden ved å analysere en terminerings-spiss i effektspekteret, omfattende å etablere et forhold mellom differansen dy mellom to daler på hver side av terminerings-spissen og en høyde dz av terminerings-spissen.
10. Fremgangsmåte som angitt i krav 9, videre omfattende å estimere, ved å benytte en analysator, den estimerte relative fasehastighet vr, hvor estimering av den estimerte relative fasehastighet vr inkluderer: - evaluering av i det minste to resonansfrekvenser av den komplekse kabelimpedansen Zdut, - identifisering av to påfølgende resonansfrekvensverdier fk og fk+i henholdsvis, av den komplekse kabelimpedansen Zdut; - beregning av en første verdi av en relativ fasehastighet vr for kabelen ved anvendelse av
hvor L er lengden av kabelen; - beregning av den fundamental frekvens f for kabelen i tidsdomenet V ved bruk av den første relative fasehastighet vr og anvendelse av - beregning av en annen verdi f" av den fundamentale frekvens f ved å finne en maksimum toppverdi i domenet for f i et valgbart intervall rundt f; og - beregning av estimatet av den relative fasehastighet v<final>rved anvendelse av ..final 2L
V r — —
11. System for overvåking av en tilstand til en elektrisk kabel, omfattende: en analysator for beregning av en kompleks kabelimpedans Zdut som en funksjon av frekvens f spesifisert ved en amplitude og en fase; - genereringsmidler for generering av en bredbåndssignalbølge som skal fase- og amplitudemoduleres av en kabelimpedans, hvor bredbåndssignalbølgen påføres en første ende av kabelen, - en akkvisisjonsmodul for akvisisjon ved den første kabelenden bredbåndssignalbølgen som er fase- og amplitudemodulert av kabelimpedansen, - transformeringsmidler for transformering av den komplekse kabelimpedans Zdut til et tidsdomene f; - en analysator for beregning av en frekvens f i tidsdomenet f, hvor frekvensen f er fundamentalfrekvensen til en pseudo-periodisk funksjon med radial frekvens w' og amplitude A i i tidsdomenet V grunnet en bølgerefleksjon av bredbåndssignalbølgen ved en avstand d fra en ende av kabelen, og hvor frekvensen f beregnes ved å anvende:
hvor vo er lyshastigheten i vakuum og vr er en estimert relativ fasehastighet for et elektrisk signal i kabelen; - hvor analysatoren utfører en effektspektrumanalyse av både amplitude og fase for den komplekse kabelimpedans i domenet av V for å finne og lokalisere en hvilken som helst lokal forringelse av kabelisolasjonen; og
hvor analysatoren identifiserer frekvenskomponenter f'i, f' 2, ..., f n i effektspektrumet for tidsdomenet V på grunn av bølgerefleksjoner av bredbåndssignalbølgen ved lokaliseringer xi,X2, ..., xn langs kabelen, idet bølgerefleksjonene skyldes diskontinuiteter i elektriske parametere for kabelen, og beregning av hver av lokaliseringene Xi ved:
hvor analysatoren etablerer et forhold mellom en reell og en imaginær del av faseimpedansspekter Fouriertransformasjon av effektspekteret i et intervall rundt minst én av lokaliseringene xi,X2, ...,xn langs kabelen, og - å identifisere impedanseendringer i minst én av lokaliseringene xi,X2, ...,xn langs kabelen fra nevnte reelle og imaginære del.
12. System som angitt i krav 11, hvor identifisering av impedanseendringer inkluderer identifisering av minst en trinn-øknings impedanseendring, en trinn-reduksjons impedanseendring, et høy-impedansepunkt eller et lav-impedansepunkt.
13. System som angitt i krav 11 eller 12, hvor et høy-impedansepunkt er identifisert når den imaginære del er null og den reelle del er positiv.
14. System som angitt i krav 11 eller 12, hvor et lav-impedansepunkt er identifisert når den imaginære del er null og den reelle del er negativ.
15. System som angitt i krav 11 eller 12, hvor en trinn-øknings impedanseendring er identifisert når den reelle del er null og den imaginære del er positiv.
16. System som angitt i krav 11 eller 12, hvor en trinn-reduksjons impedanseendring er identifisert når den reelle del er null og den imaginære del er negativ.
17. System som angitt i minst ett av kravene 11-16, videre omfattende identifisering av et kabelsegment med en lavere impedans som en trinn-reduksjons impedanseendring i begynnelsen av kabelsegmentet etterfulgt av en trinn-øknings impedanseendring i enden av kabelsegmentet.
18. System som angitt i minst ett av kravene 11-16, videre omfattende identifisering av et kabelsegment med en høyere impedans som en trinn-øknings impedanseendring i begynnelsen av kabelsegmentet etterfulgt av en trinn- reduksjons impedanseendring i enden av kabelsegmentet.
19. System som angitt i minst ett av kravene 11-18, videre omfattende å etablere en lokal degradasjons alvorlighet til en identifisert feil i kabelisolasjonen i minst én av lokaliseringene xi,X2, ...,xn langs kabelen ved å analysere en andre ordens refleksjon av bredbåndssignalet i nevnte identifiserte feil-lokalisering.
20. System som angitt i krav 19, videre omfattende å etablere en differanse mellom en høyde av en første ordens refleksjons-spiss og høyden av en andre ordens refleksjons-spiss i effektspekteret og å evaluere kabeldempningen for å normalisere høydedifferansen til en høyde av en terminerings-spiss i effektspekteret.
21. System som angitt i minst ett av kravene 11 -20, videre omfattende å etablere et mål på tilstanden til kabelenden ved å analysere en terminerings-spiss i effektspekteret, omfattende å etablere et forhold mellom differansen (dy) mellom to daler på hver side av terminerings-spissen og en høyde (dz) av terminerings-spissen.
22. System som angitt i et hvilket som helst av kravene 11-21,
hvor analysatoren videre er operativ til å: - evaluere i det minste to resonansfrekvenser av den komplekse kabelimpedansen Zdut, - identifisere to påfølgende resonansfrekvensverdier fk og fk+i henholdsvis av den komplekse kabelimpedansen Zdut; - beregne en første verdi av en relativ fasehastighet vr for kabelen ved anvendelse av
hvor L er lengden av kabelen; - beregne fundamentalfrekvensen f for kabelen ved bruk av den første relative fasehastighet vr og anvendelse av - beregne en andre verdi f" av den fundamentale frekvens f ved å finne en maksimum toppverdi i domenet for V i et valgbart intervall rundt f; og - beregne estimatet av den relative fasehastighet v<final>r ved anvendelse av
Priority Applications (11)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20121245A NO341197B1 (no) | 2012-10-24 | 2012-10-24 | Fremgangsmåte og system for overvåkning av tilstanden til elektriske kabler |
| PT138492442T PT2912481T (pt) | 2012-10-24 | 2013-10-23 | Método e sistema para monitorizar a condição de cabos eléctricos |
| US14/437,977 US10359462B2 (en) | 2012-10-24 | 2013-10-23 | Method and system for monitoring a condition of electrical cables |
| JP2015539545A JP6404223B2 (ja) | 2012-10-24 | 2013-10-23 | 電気ケーブルの状態をモニタするための方法及びシステム |
| DK13849244.2T DK2912481T3 (en) | 2012-10-24 | 2013-10-23 | Method and system for monitoring a state of electrical cables |
| ES13849244.2T ES2674680T3 (es) | 2012-10-24 | 2013-10-23 | Procedimiento y sistema para monitorizar el estado de cables eléctricos |
| CA2889332A CA2889332C (en) | 2012-10-24 | 2013-10-23 | Method and system for monitoring a condition of electrical cables |
| EP13849244.2A EP2912481B1 (en) | 2012-10-24 | 2013-10-23 | Method and system for monitoring a condition of electrical cables |
| CN201380065604.8A CN104937427B (zh) | 2012-10-24 | 2013-10-23 | 监控电缆状态的方法和*** |
| RU2015115506A RU2650717C2 (ru) | 2012-10-24 | 2013-10-23 | Способ и система контроля состояния электрических кабелей |
| PCT/NO2013/050182 WO2014065674A1 (en) | 2012-10-24 | 2013-10-23 | Method and system for monitoring a condition of electrical cables |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20121245A NO341197B1 (no) | 2012-10-24 | 2012-10-24 | Fremgangsmåte og system for overvåkning av tilstanden til elektriske kabler |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO20121245A1 NO20121245A1 (no) | 2014-04-25 |
| NO341197B1 true NO341197B1 (no) | 2017-09-11 |
Family
ID=50544945
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO20121245A NO341197B1 (no) | 2012-10-24 | 2012-10-24 | Fremgangsmåte og system for overvåkning av tilstanden til elektriske kabler |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10359462B2 (no) |
| EP (1) | EP2912481B1 (no) |
| JP (1) | JP6404223B2 (no) |
| CN (1) | CN104937427B (no) |
| CA (1) | CA2889332C (no) |
| DK (1) | DK2912481T3 (no) |
| ES (1) | ES2674680T3 (no) |
| NO (1) | NO341197B1 (no) |
| PT (1) | PT2912481T (no) |
| RU (1) | RU2650717C2 (no) |
| WO (1) | WO2014065674A1 (no) |
Families Citing this family (41)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10330730B2 (en) * | 2014-07-22 | 2019-06-25 | Atop S.P.A. | Method and apparatus for determining the Electric resistance of a coil connection of armature coils |
| FR3025320B1 (fr) * | 2014-08-26 | 2016-11-11 | Commissariat Energie Atomique | Procede de determination de parametres lineiques d'une ligne de transmission |
| CN104215848B (zh) * | 2014-08-27 | 2016-09-21 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种温度试验中电缆测量误差的时域动态修正方法 |
| CN107076796B (zh) * | 2014-09-29 | 2020-06-05 | 三菱电机株式会社 | 绝缘劣化监视装置 |
| CN105137283B (zh) * | 2015-08-21 | 2018-12-14 | 华中科技大学 | 一种电缆运行状态诊断*** |
| US9958487B2 (en) * | 2016-02-04 | 2018-05-01 | Dialog Semiconductor (Uk) Limited | Method and apparatus for powering an electronic device |
| KR101736000B1 (ko) * | 2016-02-26 | 2017-05-15 | 엘에스산전 주식회사 | 전력 계통의 고장 검출 장치 |
| FR3048511B1 (fr) * | 2016-03-01 | 2019-07-19 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Procede de detection de defauts non francs dans un cable, basee sur l'integrale d'un reflectogramme |
| NO342173B1 (en) * | 2016-12-15 | 2018-04-09 | Wirescan As | Method for measuring an impedance of an electric cable, a coupler arrangement and uses thereof |
| CN107064761B (zh) * | 2017-05-08 | 2023-08-11 | 南京电力工程设计有限公司 | 一种交流电缆内部波速特性的检测方法及检测*** |
| GB2562508B (en) * | 2017-05-17 | 2019-11-20 | General Electric Technology Gmbh | An electrical assembly |
| DE102017215517B3 (de) | 2017-09-05 | 2018-10-11 | Leoni Kabel Gmbh | Verfahren zur Überwachung einer Leitung auf veränderte Umgebungsbedingungen sowie Messanordnung zur Überwachung einer Leitung auf veränderte Umgebungsbedingungen |
| CN107942198A (zh) * | 2017-11-20 | 2018-04-20 | 广东核电合营有限公司 | 一种基于阻抗频谱分析的电缆局部缺陷评估的装置和方法 |
| CN108333476A (zh) * | 2018-02-09 | 2018-07-27 | 中国人民解放军海军航空大学 | 一种考虑电缆衰减特性的电缆故障tdr定位方法及*** |
| EP3611521A1 (en) * | 2018-08-16 | 2020-02-19 | General Electric Technology GmbH | Apparatus for monitoring a condition of an electrical power transmisison medium |
| CN109639345B (zh) * | 2018-11-22 | 2021-02-26 | 成都飞机工业（集团）有限责任公司 | 一种基于时域反射法tdr技术的线缆带宽测试方法 |
| CN109959845A (zh) * | 2019-04-04 | 2019-07-02 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种用于对电缆线路局部缺陷进行定位的方法及*** |
| CN110687394A (zh) * | 2019-09-23 | 2020-01-14 | 国网辽宁省电力有限公司丹东供电公司 | 一种海底电缆故障自动快速定位航行器*** |
| JP7291089B2 (ja) * | 2020-02-07 | 2023-06-14 | 三菱重工業株式会社 | ケーブルの劣化判定方法及びケーブルの劣化判定装置 |
| CN111830328B (zh) * | 2020-08-04 | 2022-04-01 | 清华四川能源互联网研究院 | 参数确定方法、参数确定装置及直流并联电缆 |
| CN112816915B (zh) * | 2020-12-24 | 2023-01-24 | 深圳供电局有限公司 | 电缆破损的检测方法、装置、计算机设备和存储介质 |
| CN112881862B (zh) * | 2021-01-18 | 2022-06-07 | 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 | 一种基于相对阻抗谱的三芯电缆故障定位方法及装置 |
| CN113189443B (zh) * | 2021-04-08 | 2022-03-22 | 广东工业大学 | 一种基于频域复介电常数的动车组高压电缆健康状态评估方法 |
| CN113239757B (zh) * | 2021-04-28 | 2022-05-13 | 宁波思高信通科技有限公司 | 一种漏缆检测方法、***、存储介质及智能终端 |
| CN113075517A (zh) * | 2021-05-10 | 2021-07-06 | 中国矿业大学 | 一种基于信号传播特性的交联聚乙烯电缆绝缘评估方法 |
| CN113281613B (zh) * | 2021-05-18 | 2023-03-31 | 国网江苏省电力有限公司无锡供电分公司 | 一种电力电缆传递参数获取方法 |
| CN113281612B (zh) * | 2021-05-18 | 2023-03-07 | 国网江苏省电力有限公司无锡供电分公司 | 一种用于电力电缆的局部缺陷老化诊断评估方法 |
| CN117296253A (zh) | 2021-06-02 | 2023-12-26 | 住友电气工业株式会社 | 检测装置及检测方法 |
| CN113420398A (zh) * | 2021-06-22 | 2021-09-21 | 杭州和昶电子科技有限公司 | 一种变频电机长线驱动***中电缆的综合高频建模方法 |
| CN113702754A (zh) * | 2021-06-23 | 2021-11-26 | 四川大学 | 采用加窗傅里叶变换的配电电缆缺陷的定位算法 |
| US11656264B2 (en) * | 2021-07-13 | 2023-05-23 | Dell Products L.P. | High-speed signal subsystem testing system |
| CN113820571B (zh) * | 2021-09-03 | 2024-01-26 | 国网辽宁省电力有限公司沈阳供电公司 | 一种风电场电缆绝缘在线监测方法及装置 |
| CN114067542B (zh) * | 2021-09-30 | 2023-12-12 | 南京理工大学 | 一种信息传输装置用通讯装置 |
| CN113945806B (zh) * | 2021-11-15 | 2024-04-09 | 昆明理工大学 | 一种柔性直流输电线路单端故障测距方法及*** |
| CN114543896B (zh) * | 2022-03-23 | 2024-05-10 | 成都高斯电子技术有限公司 | 基于温漂电参数的容性设备介质含水量与老化评估方法 |
| CN114720808B (zh) * | 2022-06-09 | 2022-09-02 | 国网江西省电力有限公司电力科学研究院 | 一种电缆中间段导体质量无损研判与定位方法 |
| CN115754611B (zh) * | 2022-12-06 | 2023-06-16 | 哈尔滨理工大学 | 基于伪梯形波激励的阻抗谱数字重构的电缆故障定位方法 |
| CN115684843B (zh) * | 2022-12-30 | 2023-03-10 | 华东交通大学 | 输电线路故障信号的分析方法及装置 |
| CN116643132B (zh) * | 2023-07-26 | 2023-10-13 | 四川省机场集团有限公司成都天府国际机场分公司 | 一种基于高频信号的电缆绝缘在线监测方法及装置 |
| CN117092453B (zh) * | 2023-10-19 | 2023-12-19 | 华南理工大学 | 三芯电缆的故障定位方法、装置、设备及存储介质 |
| CN117148046A (zh) * | 2023-10-30 | 2023-12-01 | 国网山东省电力公司泰安供电公司 | 基于频变阻抗谱的电缆故障检测定位方法、装置及设备 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010053531A1 (en) * | 2008-11-10 | 2010-05-14 | Saudi Arabian Oil Company | Method and apparatus for simulating electrical characteristics of a coated segment of a pipeline |
| US7966137B2 (en) * | 2005-10-03 | 2011-06-21 | Wirescan As | Line resonance analysis system |
Family Cites Families (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3904839A (en) * | 1974-07-18 | 1975-09-09 | Bell Telephone Labor Inc | Loop fault locater |
| US4307267A (en) | 1980-06-16 | 1981-12-22 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Testing loaded transmission lines |
| US4630228A (en) * | 1982-06-28 | 1986-12-16 | Systron-Donner Corporation | Transmission line analyzer for automatically identifying the severities and locations of multiple mismatches |
| DE3587428T2 (de) * | 1984-10-12 | 1993-10-14 | British Aerospace | Signalverarbeitungs- und Radioabstandsmessungsvorrichtung. |
| US5479610A (en) * | 1993-11-01 | 1995-12-26 | Northrop Grumman Corporation | System interface fault isolator test set |
| GB2345810B (en) | 1999-01-13 | 2003-07-23 | Alstom Uk Ltd | Fault-detection apparatus |
| JP2002043987A (ja) | 2000-07-25 | 2002-02-08 | Hitachi Ltd | バス型伝送路短絡故障位置探索方法と装置 |
| US7069163B2 (en) | 2002-04-23 | 2006-06-27 | Utah State University | Digital spread spectrum methods and apparatus for testing aircraft wiring |
| US7005995B2 (en) * | 2003-09-16 | 2006-02-28 | The Boeing Company | System and method for remotely detecting and locating damaged conductors in a power system |
| US7385932B2 (en) * | 2004-04-27 | 2008-06-10 | Telecommunications Research Laboratory | Wideband frequency domain reflectometry to determine the nature and location of subscriber line faults |
| US20050270037A1 (en) * | 2004-06-07 | 2005-12-08 | Haynes Leonard S | Method and system for non-destructive evaluation of conducting structures |
| US7622931B2 (en) * | 2005-10-03 | 2009-11-24 | University Of Utah Research Foundation | Non-contact reflectometry system and method |
| US7212008B1 (en) | 2005-11-03 | 2007-05-01 | Barsumian Bruce R | Surveillance device detection utilizing non linear junction detection and reflectometry |
| EP2145367B1 (de) | 2007-05-08 | 2019-06-26 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum bestimmen eines eine erdimpedanz angebenden einstellwertes und messeinrichtung |
| US8711711B2 (en) * | 2008-10-31 | 2014-04-29 | Howard University | System and method of detecting and locating intermittent and other faults |
| US20110209894A1 (en) * | 2010-02-26 | 2011-09-01 | United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics | Electrically Conductive Composite Material |
| RU2451943C2 (ru) | 2010-06-16 | 2012-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Способ диагностирования электрических цепей, содержащих активное сопротивление и индуктивность |
| CN101871975B (zh) | 2010-06-21 | 2013-05-15 | 中国人民解放军理工大学 | 电缆转移阻抗时域测试***及测试方法 |
| US8761350B2 (en) * | 2010-10-22 | 2014-06-24 | Tollgrade Communications, Inc. | Home wiring test system with missing filter detection |
| GB201120477D0 (en) | 2011-11-28 | 2012-01-11 | Univ Nottingham | Fault location in power distribution systems |
-
2012
- 2012-10-24 NO NO20121245A patent/NO341197B1/no unknown
-
2013
- 2013-10-23 DK DK13849244.2T patent/DK2912481T3/en active
- 2013-10-23 WO PCT/NO2013/050182 patent/WO2014065674A1/en active Application Filing
- 2013-10-23 PT PT138492442T patent/PT2912481T/pt unknown
- 2013-10-23 CA CA2889332A patent/CA2889332C/en active Active
- 2013-10-23 ES ES13849244.2T patent/ES2674680T3/es active Active
- 2013-10-23 RU RU2015115506A patent/RU2650717C2/ru active
- 2013-10-23 JP JP2015539545A patent/JP6404223B2/ja active Active
- 2013-10-23 US US14/437,977 patent/US10359462B2/en active Active
- 2013-10-23 CN CN201380065604.8A patent/CN104937427B/zh active Active
- 2013-10-23 EP EP13849244.2A patent/EP2912481B1/en active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7966137B2 (en) * | 2005-10-03 | 2011-06-21 | Wirescan As | Line resonance analysis system |
| WO2010053531A1 (en) * | 2008-11-10 | 2010-05-14 | Saudi Arabian Oil Company | Method and apparatus for simulating electrical characteristics of a coated segment of a pipeline |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2650717C2 (ru) | 2018-04-17 |
| NO20121245A1 (no) | 2014-04-25 |
| RU2015115506A (ru) | 2016-11-20 |
| EP2912481A1 (en) | 2015-09-02 |
| US10359462B2 (en) | 2019-07-23 |
| WO2014065674A8 (en) | 2014-11-20 |
| US20150253370A1 (en) | 2015-09-10 |
| CA2889332C (en) | 2020-12-15 |
| EP2912481A4 (en) | 2016-07-20 |
| DK2912481T3 (en) | 2018-07-02 |
| JP2015536456A (ja) | 2015-12-21 |
| JP6404223B2 (ja) | 2018-10-10 |
| WO2014065674A1 (en) | 2014-05-01 |
| PT2912481T (pt) | 2018-06-28 |
| CN104937427B (zh) | 2017-09-15 |
| EP2912481B1 (en) | 2018-03-21 |
| ES2674680T3 (es) | 2018-07-03 |
| CA2889332A1 (en) | 2014-05-01 |
| CN104937427A (zh) | 2015-09-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NO341197B1 (no) | Fremgangsmåte og system for overvåkning av tilstanden til elektriske kabler | |
| EP1932006B1 (en) | System and method for monitoring of electrical cables | |
| CN104090214B (zh) | 一种电缆故障检测及老化分析方法 | |
| JP6738135B2 (ja) | 電気ケーブルの故障検出をコンピュータで実行する方法 | |
| US20240003954A1 (en) | Long-distance high-voltage cable fault degree detection method and device | |
| CN109342883A (zh) | 一种用于电缆的局部老化故障检测定位方法 | |
| CN113740661B (zh) | 电缆缺陷定位方法、装置、计算机设备和存储介质 | |
| CN112782539A (zh) | 一种电缆绝缘缺陷检测方法及检测*** | |
| US9207192B1 (en) | Monitoring dielectric fill in a cased pipeline | |
| KR20120113076A (ko) | 케이블 고장 진단 방법 및 시스템 | |
| US11340185B2 (en) | Reflectometry devices and methods for detecting pipe defects | |
| KR101945451B1 (ko) | 케이블 고장점 탐지 신뢰도 측정 시스템 및 방법 | |
| Zhou et al. | Diagnosis of multiple impedance mismatch segments in power cables based on frequency domain reflection method | |
| EP2799893B1 (en) | Adaptive Frequency-Domain Windowing | |
| CN115047286A (zh) | 一种电缆缺陷检测方法、设备及介质 | |
| Ragusa et al. | Practical Evaluation of Electromagnetic Time Reversal to Locate Partial Discharges on Power Networks in the Presence of Noise | |
| Toman et al. | Cable aging assessment and condition monitoring using line resonance analysis (LIRA) | |
| Shirkoohi | Modelling and simulation of fault detection in shielded twisted pair cables | |
| CN117092453B (zh) | 三芯电缆的故障定位方法、装置、设备及存储介质 | |
| Neus et al. | Fault detection on critical instrumentation loops of gas turbines with reflectometry | |
| CN118209821A (zh) | 基于时域电压法定位电力电缆缺陷的时域诊断方法及装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| CHAD | Change of the owner's name or address (par. 44 patent law, par. patentforskriften) |
Owner name: WIRESCAN AS, NO |