Ortung von Fehlern an Erdkabeln

DAS PROBLEM

EIN ERDKABELFEHLER VERURSACHT EINEN TEIL-/AUSFALL EINER ELEKTRISCHEN LEITUNG

Fällt eine öffentliche Beleuchtung aus, dann wird es im wahrsten Sinne des Wortes dunkel. Deren Betreiber, die Kommunalbetriebe und Kommunen, sind für die Instandhaltung und Wiederherstellung der Funktion zuständig. Durch die eingesetzten Messtechniken wird versucht die Fehlerstelle in der Niederspannungsinstallation so schonend wie möglich zu lokalisieren und deren Ursache zu ermitteln. Je präziser die Fehlerortung ist, desto kürzer sind die Ausfallzeiten und umso niedriger die Kosten für Reparatur und Wiederherstellung an einem defekten Kabel sowie der Umgebung, bei Erdkabeln die Oberfläche, d.h. Gehwege und Straßen.

VERFAHREN ZUR VORORTUNG VON KABELFEHLERN

Die Kabelfehlerortung dient der Lokalisierung von punktuellen Fehlern wie Isolationsfehler in Erdkabeln und ist ein Anwendungsbereich der elektrischen Messtechnik. Isolations- und Widerstandsmessung geben Aufschluss über die Art des Kabelfehlers.
Bei der sogenannten Fehlervorortung wird die die Entfernung zum Fehler ermittelt. Dabei kommen hauptsächlich zwei Methoden zum Einsatz. Die Zeitbereichsreflektometrie und die Transientenmethode.
Bei der Impuls- oder Transientenmethode wird mit einem Stoßwellengenerator eine Stoßspannung erzeugt die Kabelfehler zum Durchschlag bringt. Sie wird eingesetzt für hochohmige Kabelfehler, Durchschlags- und intermittierende-Fehler. In Verbindung mit ICE und ARM Vorortungsverfahren erfolgt die Lokalisierung des Fehlers. Die Zeitbereichsreflektometrie, auch bekannt als TDR (Time Domain Reflectometry) ist der schnellste und einfachste Weg zur Ortung von Kabelfehlern. In symmetrischen Kabeln werden die Laufzeiten und Reflexionsbildern elektromagnetischer Wellen bestimmt und lokalisiert. TDR wird eingesetzt zur Ortung von niederohmigen Kabelfehlern, Unterbrechungen und Abzweigungen sowie zur Kabellängenmessung.
Eine drittes Verfahren ist die Brückenmessung, das auf dem Prinzip der Wheatstone Brückenschaltung beruht. Damit können auch Fehler an einadrigen (Signal)-kabeln ohne Schirmung lokalisiert werden. Es ist für hoch- und niederohmige Fehler sowie Fehler an der äußeren Isolierung geeignet. Die Anwendung ist jedoch aufwändiger.

DAS TDR VERFAHREN:

• Laufzeitmessung für einen elektrischen Impuls von der Aussendung bis zum Empfang der Echos.
• Kennt man nun die Ausbreitungsgeschwindigkeit im Kabel, die auch vom Dielektrikum abhängt, so kann man von der Zeit direkt auf den Abstand zur Reflexionsstelle im Kabel oder der Länge des Kabels schließen
• Reflexionen bzw. Echos werden durch Änderungen der Impedanz des symmetrischen Kabels verursacht.
• Die Impedanz ändert sich durch Kabelverbindungen, -abzweige oder -fehler. Fehler in der Isolation oder im Leiter hervorgerufen durch Bruch, Korrossion und vieles andere mehr.
• In verzweigten Niederspannungsnetzen können auch Impedanzänderungen durch den Vergleich von einem gesunden mit einer fehlerhaften Adernpaar lokalisiert werden. Durch einen Adervergleich können auch kleine Impedanzänderungen erkannt werden.
• Breite Messimpulse erzeugen eindeutigere Reflexionen in der Betriebsart Adervergleich. Die Auflösung nimmt jedoch ab.
• Kurze Impulse liefern eine bessere Auflösung jedoch mit geringerer Reichweite.
• Trennfilter (400 V) ermöglichen den direkten Anschluss eines Reflektometers auch an unter Spannung stehende Niederspannungsnetze.
• Durch die Verwendung von leistungsfähigen Kabelbrenngeräten wird die Isolierung an hochohmigen Fehlern karbonisiert, der Fehler niederohmig und mit TDR lokalisierbar.

Symmetrische Kabel:

Die Zeitbereichsreflektometrie ist nur für symmetrische Kabel möglich. Beispiele:

ERGÄNZENDE ORTUNGSVERFAHREN

Die Vorortungsverfahren liefern nur die Entfernung zum Kabelfehler. Die ergänzenden Ortungsverfahren werden eingesetzt um den genauen Verlauf des Kabels zu bestimmen und den Fehler punktgenau zu lokalisieren. Bei der akustischen Punktortung wird ein Niederfrequenzsignal auf die fehlerbehafte Ader gekoppelt und mit geeigneten Empfängern der Fehlerort punktgenau lokalisiert. Eine anderes Verfahren ist die Schrittspannungsmethode, die bei niederohmigen Erdfehlern eingesetzt wird wenn keine akustische Punktortung möglich ist.

EINFLUSSFAKTOREN AUF DIE FEHLERORTUNG MIT TDR

Bestimmend für die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Messimpulses, und damit auch für die Messgenauigkeit sind hierbei insbesondere die Unterschiede oder Veränderungen im Dielektrikum, der Isolierung zwischen den Adern oder der Ader und dem Schirm, aber auch die Struktur des Kabels, weniger der Leiteraufbau.

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