Die Erfindung betrifft eine Kabelanordnung, vorzugsweise für Anwendungen in Hochdruck- und/oder Hochtemperaturbereichen, mit einem mineralisolierten Ka bel, das zumindest einen Innenleiter aufweist, wobei der Innenleiter eine innere und eine äußere, rohrförmige Abschirmung aus Metall aufweist. Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überprüfung einer derartigen Kabelanordnung, vor zugsweise für Anwendungen in Hochdruck- und/oder Hochtemperaturbereichen.

Insbesondere bei Anwendungen in Hochdruck- und/oder Hochtemperaturberei chen, beispielsweise bei großen Gasturbinen, werden Druck- und Beschleuni gungssensoren (Geschwindigkeitssensoren) mit mineralisolierten Metallmantelka beln (MI-Kabel) verwendet. Diese Kabel können, z.B. durch Reiben an Wandungen, Durchführungen oder anderen Gegenständen beschädigt werden, sodass die Ab schirmung durchgerieben wird und die Innenleiter, die das Messsignal führen, un genügend isoliert oder freigelegt werden. Die dann an dieser Stelle erzeugten pa rasitären Signale können letztendlich zum Abschalten der Gasturbine führen. Pa rasitäre Signale entstehen durch Kurzschluss, Potentialdifferenzen sowie elektro magnetische Einstreuung.

Aus der EP 3 049 785 Bl ist beispielsweise ein Druckmesssystem mit einer in ein Prozessfluid einführbaren Drucksensoranordnung bekannt, wobei die Drucksensor anordnung eine an ein Sensormontageelement angeschweißte Buchse aufweist und der Drucksensor durch eine Lötverbindung mit dem Sensormontageelement verbunden ist. Die Drucksensoranordnung weist ein mineralisoliertes Kabel (MI- Kabel) mit einem Metallmantel auf, mit einem distalen Ende, das an der Buchse des Drucksensors angeschweißt ist, und einem proximalen Ende, das an einem Prozeßfluidbehälter abdichtend angebracht werden kann. Das mineralisolierte Ka bel weist mehrere mit dem Drucksensor elektrisch verbundene Leiter auf, die sich mittels eines elektrisch isolierenden Trockenminerals voneinander beabstandet in nerhalb des Metallmantels erstrecken. Eine Schweißung zwischen der Buchse und dem distalen Ende des Metallmantels bildet dabei eine erste Dichtung und eine Schweißung zwischen dem Mantel und dem Sensormontageelement eine zweite Dichtung. In nachteiliger Weise beeinflusst eine Beschädigung des Metallmantels direkt die Signalgüte der elektrischen Leiter.

In diesem Zusammenhang ist aus der CN 2015 14809 U ein doppelt geschirmtes MI-Kabel bekannt geworden. Zur Verlängerung der Serviceintervalle und Verbes serung der Signalgüte wird ein Kabel vorgeschlagen, das einen Kupferdraht als Innenleiter in einer Mineralisolierung aus MgO und eine Messingschirmung als äu ßeren Leiter aufweist. Konzentrisch dazu ist eine zweite Abschirmung aus Messing oder Stahl vorgesehen, wobei der Ringspalt zwischen den beiden Abschirmungen mit einer Mineralisolierung aus MgO gefüllt ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die eingangs beschriebenen Kabelan ordnungen, insbesondere für Anwendungen in Hochdruck- und/oder Hochtem peraturbereichen, derart zu verbessern, dass bei hoher Signalgüte am mineraliso lierten Kabel auftretende Verschleißerscheinungen der Kabelanordnung rasch er kannt werden können. Weiters soll der notwendige Austausch eines von der Ka belanordnung kontaktierten Sensors zeitgerecht vorhergesagt werden können.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Kabelanordnung zur früh zeitigen Erkennung von Kabelschäden eine Messeinrichtung zur Gewinnung eines Prüfsignals aufweist, die die innere und die äußere Abschirmung des mineraliso lierten Kabels elektrisch kontaktiert.

Gemäß einer ersten Ausführungsvariante dient die Messeinrichtung dazu, den elektrischen Widerstand oder dessen zeitliche Änderung, insbesondere des Isola tionswiderstands, zwischen der inneren und der äußeren Abschirmung zu messen und Abweichungen von vorgegebenen Signalparametern festzustellen.

Die erfinderische Idee besteht im Wesentlichen darin, ein einfach geschirmtes Ka bel mit einer weiteren konzentrischen Abschirmung zu versehen und das Signal zwischen den beiden Schirmen zu überwachen. Im Normalbetrieb muss hier ein hoher Isolationswiderstand gegeben sein und es dürfen nur Rauschsignale kleiner Amplitude auftreten. Sobald der erste Schirm an einer beliebigen Stelle defekt bzw. durchgerieben ist, sinkt die elektrische Isolation der zwischengelagerten (hy groskopischen) Mineralisolierung um mehrere 10er-Potenzen. Dies führt bei ent sprechend eingestellten Ladungsverstärkern zu einer Drift und in weiterer Folge zu einer Sättigung des Signals. Der Kurvenverlauf ist charakteristisch und zeigt ein ansteigendes Rauschsignal bis zu dem Zeitpunkt, an dem der Ladungsverstärker aufgrund zu hoher Signaldrift in Sättigung gerät und ein konstantes Signal bei maximaler oder minimaler Ausgangsspannung abgibt.

Eine zweite Variante der Erfindung verwendet eine Messeinrichtung, die geeignet ist, die elektrische Kapazität oder deren zeitliche Änderung zwischen der inneren und der äußeren Abschirmung zu messen. Bei einer defekten äußeren Abschir mung ändert sich die Dielektrizitätskonstante der Mineralisolierung zwischen den beiden Abschirmungen, was zu einer messbaren Änderung der elektrischen Kapa zität führt. Gemäß einer dritten Variante kann die Messeinrichtung einen Ladungsverstärker aufweisen, dessen Signaleingänge die innere und die äußere Abschirmung elek trisch kontaktieren. Das vom Lad ungs Verstärker der Messeinrichtung generierte Prüfsignal kann überwacht werden, wobei bei Veränderung vorgegebener Signal parameter entsprechende Wartungsschritte eingeleitet werden können.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Überprüfung einer Kabelanordnung, vor zugsweise für Anwendungen in Hochdruck- und/oder Hochtemperaturbereichen, aufweisend ein mineralisoliertes Kabel, das zumindest einen Innenleiter aufweist, wobei der Innenleiter eine innere und eine äußere, rohrförmige Abschirmung aus Metall aufweist, zeichnet sich durch folgende Schritte aus: a) elektrische Kontaktierung der inneren und der äußeren Abschirmung des mineralisolierten Kabels; b) Gewinnung eines elektrischen Signals, beispielsweise ein vom Widerstand, von der Kapazität oder der Ladung abhängiges Signal; c) Überprüfung des Signalverlaufs; sowie d) Feststellung eines Schadens am mineralisolierten Kabel bei Abweichung des im Schritt b) gewonnenen elektrischen Signals von vorgegebenen Pa rametern.

Die Erfindung wird im Folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläu tert. Es zeigen :

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Kabelanordnung, vorzugsweise für Anwen dungen in Hochdruck- und/oder Hochtemperaturbereichen in Kon takt mit einem Druck- oder Beschleunigungssensor in einem Längs schnitt;

Fig. 2 eine Variante der erfindungsgemäßen Kabelanordnung gemäß Fig. 1 in einem Längsschnitt;

Fig. 3 ein Detail A aus den Fig. 1 und Fig. 2 in vergrößerter Darstellung;

Fig. 4 ein Detail B aus den Fig. 1 und Fig. 2 in vergrößerter Darstellung;

Fig. 5 eine Schnittdarstellung des mineralisolierten Kabels gemäß Linie V- V in Fig. 2 in vergrößerter Darstellung;

Fig. 6 eine Ausführungsvariante des mineralisolierten Kabels in einer

Schnittdarstellung gemäß Fig. 5; Fig. 7 ein Diagramm eines Signalverlaufs ohne Schäden am mineralisolier ten Kabel; sowie

Fig. 8 ein Diagramm eines Signalverlaufs eines schadhaften mineralisolier ten Kabels.

Funktionsgleiche Teile sind in den Ausführungsvarianten mit gleichen Bezugszei chen versehen.

Bei der Kabelanordnung 10 gemäß Fig. 1 ist das mineralisolierte Kabel (MI-Kabel) 11 gasdicht am Gehäuse 23 eines piezoelektrischen Sensors 22 (Druck- oder Be schleunigungssensor) befestigt, bevorzugt mit diesem verschweißt. Der Mess wandler 24 des Sensors 22 ist strichliert angedeutet. Das MI-Kabel 11 weist zwei im Abstand zueinander, parallel geführte, mineralisolierte Innenleiter 12, 13 auf, die in einer inneren 14 und einer konzentrisch dazu angeordneten, äußeren Ab schirmung 15 aus Metall angeordnet sind, wobei zwischen den beiden Abschirmun gen eine Mineralisolierung 17 vorliegt.

Das doppelt geschirmte Kabel 11 weist eine Messfunktion auf, indem eine Mess einrichtung 20 vorgesehen ist, mit welcher der Isolierungswiderstand zwischen der inneren 14 und der äußeren Abschirmung 15 gemessen werden kann. Sinkt dieser Widerstand, beispielsweise wenn die äußere Abschirmung 15 durchgescheuert ist und Feuchtigkeit in die Mineralisolierung 17 eindringt, so kann frühzeitig, noch bevor sich die Signalgüte wesentlich verschlechtert, eine Beschädigung des MI- Kabels 11 festgestellt werden.

Die Messeinrichtung 20 kann beispielsweise im Bereich einer Metallhülse 18 ange ordnet sein, die mit dem MI-Kabel 11 vergossen ist, wobei aus der Metallhülse 18 ein einfach geschirmtes Steckerkabel 25 austritt, das zu einem zweipoligen Gerä testecker 26 (z.B. ein LEMO®-Stecker) führt. Der Gerätestecker 26 wird an eine Auswerteeinheit 28 angeschlossen deren Lad ungs Verstärker LVm ein Messsignal generiert.

Es ist auch möglich das doppelt geschirmte MI-Kabel 11 mit einem vierpoligen Stecker zu versehen, sodass in einer daran angeschlossenen Auswerteeinheit 28 sowohl das Prüfsignal als auch das Messsignal generiert werden können.

Die Ausführungsvariante gemäß Fig. 2 ist im Wesentlichen gleich aufgebaut wie jene gemäß Fig. 1. Der Unterschied liegt in der Messeinrichtung 20, die einen La dungsverstärker LVp aufweist, dessen Signaleingänge si, S2 die innere und die äußere Abschirmung 14, 15 des MI-Kabels 11 elektrisch kontaktieren. Es kann somit das Ladungssignal zwischen den beiden Abschirmungen 14, 15 gemessen werden. Ist das Prüfsignal bzw. Rauschsignal (beispielsweise in Abschnitten des gemessenen Spektrums) höher als das Messsignal kann auf eine Beschädigung der äußeren Abschirmung 15 geschlossen werden (siehe Diagramme Fig. 7 und Fig. 8).

Fig. 3 zeigt im Detail den Übergang vom doppelt geschirmten MI-Kabel 11 zum einfach geschirmten Steckerkabel 25. Das MI-Kabel 11 weist an dem vom Druck oder Beschleunigungssensor 22 abgewandten Ende eine die äußere Abschirmung 15 des MI-Kabels 11 umfassende Metallhülse 18 auf, aus der das Steckerkabel 25 austritt, wobei die Metallhülse 18 mittels Vergussmasse 19 gasdicht an der inneren Abschirmung 14 des MI-Kabels 11 abgedichtet ist.

Fig. 4 zeigt im Detail den gasdichten Anschluss des MI-Kabels 11 an den Druck oder Beschleunigungssensor 22. Das Gehäuse 23 des Druck- oder Beschleuni gungssensors 22 kann direkt an der äußeren Abschirmung 15 des MI-Kabels 11 (oder indirekt über einen Kabelschuh 21) befestigt, vorzugsweise mit der äußeren Abschirmung 15 oder dem Kabelschuh 21 verschweißt sein (siehe Verschweißun gen 27). Die beiden Innenleiter 12, 13 des MI-Kabels 11 kontaktieren den Mess wandler 24 des Druck- oder Beschleunigungssensors 22.

In Fig. 5 ist der innere Aufbau des MI-Kabels 11 gemäß Linie V-V in den Figuren 1 bzw. 2 im Detail dargestellt. Das MI-Kabel 11 weist zwei in der inneren Abschir mung 14 angeordnete Innenleiter 11, 12 auf, die mit Abstand zueinander in einer ersten Mineralisolierung 16 eingebettet sind, wobei die äußere Abschirmung 15 die innere Abschirmung 14 unter Zwischenlage einer zweiten Mineralisolierung 17 um fasst.

Gemäß der in Fig. 6 dargestellten Variante kann das MI-Kabel 11 auch zwei In nenleiter 11, 12 aufweisen, die jeweils in einer ersten Mineralisolierung 16 in se paraten inneren Abschirmungen 14 angeordnet sind, wobei die zwei inneren Ab schirmungen 14 in eine zweite Mineralisolierung 17 eingebettet und von der äuße ren Abschirmung 15 umfasst sind.

Die beiden Abschirmungen 14, 15 können beispielsweise aus Nickel-, Stahl- oder Aluminiumlegierungen bestehen. Für die Mineralisolierung kann beispielsweise MgO oder S1O2 verwendet werden.

Der Durchmesser D der äußeren Abschirmung 15 liegt beispielsweise bei 3 mm bis 10 mm, vorzugsweise bei 4 mm bis 8 mm. Der Durchmesser d der inneren Ab schirmung 14 beträgt - abhängig von der Ausführungsvariante (siehe Fig. 5 und Fig. 6) - beispielsweise 1,5 mm bis 5 mm.

In den Fig. 7 und Fig. 8 sind zwei Messbeispiele mit einer Vorrichtung gemäß Fig. 2 dargestellt. In Fig. 7 ist der Frequenzverlauf der beiden Signale (Messsignal A des Ladungs verstärkers LVm sowie Prüfsignal B des Ladungsverstärkers LVp) dargestellt. Bei einer intakten äußeren Abschirmung 15 ist das Prüfsignal bzw. Rauschsignal B in allen Frequenzabschnitten T kleiner als das Messsignal A.

Ist die äußere Abschirmung 15 beschädigt, so zeigen sich Frequenzabschnitte F in welchen das Prüfsignal bzw. Rauschsignal B größer ist als das Messsignal A (siehe Fig. 8).