Datenübertragungssystem mit Ortungs-, Identifikations- und Messfunktion sowie ein Verfahren hierzu

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Datenübertragungssystem mit Ortungs-, Identifikations- und Messfunktion für unterirdische Kabel- oder Kabelverbindungen, insbesondere Kabelmuffen, bestehend aus zumindest einem Sendergerät und einem Empfängergerät, wobei das Empfängergerät einen Empfängersender aufweist, der zur Aktivierung eines bestimmten Sendergerätes ein Signal aussendet, welches das Sendergerät zur - übermittlung der Daten aktiviert. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Datenübertragung zwischen einem Empfängergerät und einem Sendergerät.

Die Stromleitungs- und Datenleitungsnetze umfassen oft auch unterirdische Kabelleitungen. Um unterirdische Kabelleitungen lokalisieren zu können, sind verschiedene Systeme aus dem Stand der Technik vorbekannt, bei denen ein aufmoduliertes Signal verfolgt wird. Solche Ortungssysteme können jedoch nicht zur Messwerteverfassung oder zur Identifikationsdatenübertragung eingesetzt werden. Um die Messwerte von einem unterirdischen Kabel zu erhalten, müssen überirdische Messpunkte errichtet werden, was mit Gefahrenstellen und hohen Investitions- und Wartungskosten verbunden ist. Ein Datenübertragungssystem mit Ortungs-, Identifikations- und Messfunktion für berührungslose Diagnostik der unterirdischen Kabelleitungen würde diese Investitions- und Wartungskosten deutlich senken und eine verbesserte Instandhaltung und überprüfung der unterirdischen Stromleitungsnetze ermöglichen. Femer könnte durch die besseren Möglichkeiten für die Messung und Auswertung der physikalischen Parameter in der Kabelleitung die Unfallgefahr verringert werden.

Derzeit sind auch verschiedene Verschüttetensuchsysteme, speziell für Suche von unter Lawinen, Schutt oder Boden verschütteten Personen auf Basis von Sender-Empfängergeräten im Einsatz. Diese Systeme dienen lediglich zur Lokalisierung des Sendergerätes, weitere Funktionen wie z. B. die übermittlung der Identifikationsdaten des Senders, sind nicht vorhanden. Diese Systeme ermöglichen ebenfalls nicht, am Zielobjekt verschiedene physikalische Daten, Werte und Parameter zu messen und diese an den Empfänger zu übertragen.

Die in der Patentanmeldung DE 10 2004 038 532 A1 beschriebene Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auffinden vermisster Personen und/oder Gegenstände, bestehend aus zumindest einem Peilsender mit einem Sendeempfänger und zumindest einem Peilempfänger, der als Empfangssender ausgebildet ist und vom Sendeempfänger ausgesendete Datentelegramme empfängt und als die Ortung ermöglichende Daten optisch und/oder akustisch anzeigt Kennzeichnend für diese Erfindung ist, dass der Peilempfänger einen Sender aufweist, der zur Aktivierung eines bestimmten Peilsenders ein Signal aussendet, welches den Peilsender zur übermittlung des Datentelegramms aktiviert, wobei der Sender bedarfsweise zumindest manuell betätigbar ausgebildet ist und dass der Peilsender eine bestimmte individualisierte Codierung aufweist, die als Daten im Peilsender gespeichert ist und vom Peilempfänger nach Aktivierung des Senders des Peilsenders empfangen wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, ein Datenübertragungssystem mit Ortungs-, Identifikation- und Messfunktion vorzuschlagen, welches eine berührungslose Lokalisierung von unterirdischen elektrischen Kabel oder Kabelverbindungen, insbesondere Kabelmuffen, ermöglicht und mit dem kostengünstig Informationen über den Betriebszustand dieser Kabel oder Kabelverbindungen bereitgestellt werden.

Nach der Konzeption der Erfindung besteht das Datenübertragungssystem mit Ortungs-, Identifikation- und Messfunktion für unterirdische Kabel- oder Kabelverbindungen, insbesondere Kabelmuffen, aus zumindest einem Sendergerät und einem Empfängergerät, wobei das Empfängergerät einen Empfängersender aufweist, der zur Aktivierung eines bestimmten Sendergerätes ein Signal aussendet, welches das Sendergerät zur übermittlung der Daten aktiviert. Kennzeichnend für diese Erfindung ist, dass das Sendergerät an eine unterirdische elektrische Kabelleitung angeschlossen ist und dass das Sendergerät die an der elektrischen Kabelleitung gemessenen physikalischen Parameter als modulierte Hochfrequenzsignale an das Empfängergerät sendet.

Als physikalische Parameter werden beispielsweise gemessen: Betriebspannung, Phasenverschiebung, Wirkleistung, Wirkungsgrad, Scheinleistung, Blindleistung, Leiterströme, N-Leiterströme, PE-Leiterströme (Ableitströme, EMV) Temperatur. Des Weiteren können zumindest mittels einer H-FeId Sonde und einer E-FeId Sonde, die mit dem Sendergerät gekoppelt sind, die elektromagnetische Störaussendungen bzw. elektromagnetische Emissionen des Kabels oder der Kabelverbindung gemessen werden. In Abhängigkeit der elektrischen oder magnetischen Emissionen kann man auf die elektromagnetische Verträglichkeit schließen.

Das erfindungsgemäße System ermöglicht damit eine berührungslose Diagnostik der unterirdischen elektrischen Kabelleitungen, bzw. elektrischen Unterwasserleitungen sowie eine flexible Datenerfassung von gemessenen Daten.

Das erfindungsgemäße Datenübertragungssystem sendet Identifikationsdaten des Sendergerätes als modulierte Hochfrequenzsignale vom Sendergerät an das Empfängergerät. Es erlaubt dem Benutzer, das Sendergerät eindeutig zu

identifizieren bzw. ein bestimmtes Sendergerät von mehreren in der Reichweite stehenden Sendergeräten für die Datenübermittlung zu wählen.

Die Identifikationsdaten eines Sendergerätes können unter anderem auch die genaue Position des Sendergerätes enthalten. Die Position ist vorzugsweise in Koordinaten anzugeben. Das Empfängergerät kann die Position auswerten und mittels einer funk- und/oder satellitengestützter Technologie das Sendergerät lokalisieren.

Die Mess-, Identifikations- und Lokalisationsdaten können besonders vorteilhaft in einem Datenspeicher gespeichert werden. Mittels des Empfängergeräts ist der Benutzer in der Lage, die Datenhistorie aufrufen und eine Zeitcharakteristik vom entsprechenden Parameter erstellen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Datenübertragung unter Verwendung der vorgenannten Vorrichtungsmerkmale umfasst folgende Verfahrensschritte:

■ Senden eines Hochfrequenzsignals durch das Sendergerät im Fehlerfall oder nach Erhalt eines Ortungsaufforderungssignal durch das Empfängergerät im Ortungsmodus,

■ Empfang des Hochfrequenzsignals vom Empfängergerät im Ortungsmodus,

■ Senden eines Ausleseaufforderungssignals vom Empfängergerät an das Sendergerät und ■ Auslesen der physikalischen Parameter am Kabel bzw. der

Kabelverbindung und übertragen der Signale unter Verwendung des Senders an das Empfängergerät oder Auslesen aus dem internen Datenspeicher des Senders.

Das Hochfrequenzsignal enthält zweckmäßigerweise die Identitätsnummer des Kabels oder der Kabelverbindung in Form eines Codes, wodurch das Kabel-

oder die Kabelverbindungen vom Empfängergerät geortet bzw. lokalisiert werden kann. Der Code wird neben der Richtungsanzeige auf dem Display des Empfängergeräts angezeigt. Bei Aktivierung mehrerer Sendergeräte ist das Empfängergerät in der Lage, durch die Auswahl eines definierten Codes, die übrigen Sendergeräte auszublenden, was die Suche nach bestimmten Sendergeräten besonders vorteilhaft vereinfacht. über ein im Sendegerät implementiertes Dokumentationssystem, auch zum Zwecke der Datenbereitstellung im Regressfall, können zudem beliebig viele Information hinterlegt werden.

Als Daten können beispielsweise hinterlegt werden: Kunde, Montagezeitpunkt, Installationskoordinaten, Montagefirma, Name des Monteurs, Kabelverbindungstyp und die Chargennummer. Zusätzlich können auch Informationen über die wetterseitige Bedingungen bei der Installation bzw. Montage der Kabel und Kabelverbindungen im Dokumentationssystem abgelegt werden. Eine Verwaltung der Daten wäre zur Entlastung der Kunden durch einen externen Dienstleister möglich. Hierzu steht dem Kunden eine Infohotline bzw. ein Internetportal zur Verfügung. Ein klarer Vorteil der externen Verwaltung wäre, dass genau rekonstruiert werden kann, wer, was, wann, wo und wie montiert hat. Diese Daten sind bei einer Reklamation evtl. sehr hilfreich.

Wurde eine Kabelverbindung, beispielsweise eine Kabelmuffe lokalisiert, so kann das Empfängergerät auf einen Auslesemodus gestellt werden. Das Empfängergerät sendet nun das „Ausleseaufforderungssignal" an das Sendergerät. Dieses beginnt mit dem Messen von Strom und Spannung an den eingebauten Wandlern und der Ermittlung der Leitertemperatur. Diese erfolgt unmittelbar über die Temperaturfühler an den Leitern. Die analogen Werte werden an das Empfängergerät in Datenpaketen zurückgesendet. Das Empfängergerät ist dabei derart ausgebildet, um die erhaltenen Werten weiterzuverarbeiten und nachfolgend Berechnungen durchzuführen.

Somit ergeben sich neben der Temperatur, der Leiterstrom, der N-Leiterstrom, die Leiterspannung, die Wirkleistung, die Blindleistung, die Scheinleistung, der Wirkungsgrad cosφ, die Phasenverschiebung und der Spannungsfall. Die Wandler verfügen jeweils über einen überspannungsschutz, welcher das Sendergerät vor Prüfspannungen/überspannungen und Blitzeinschlag schützt.

In diesem Auslesemodus ist es ebenso möglich, den internen Langzeitspeicher des Sendegerätes anzulesen. Dieser speichert die Messwerte über die gesamte Lebensdauer der Kabel- oder Kabelverbindung. Somit ist sichergestellt, nach einem Ausfall der Kabelverbindung oder bei Bedarf die Messwerte der Vergangenheit zu rekonstruieren.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung verfügt das Empfängergerät außerdem über einen Aufzeichnungsmodus. In dieser Einstellung sendet das Empfängergerät periodisch bzw. in einem bestimmten Zeitabstand eine bestimmte Anzahl von Ausleseaufforderungssignalen an das Sendergerät; diese Ausleseaufforderungssignale werden durch das beispielsweise an einer Kabelmuffe platzierten Sendergerätes mit den daran angeschlossenen Sensoren in Echtzeit gemessen und erwidert. Die an des Empfängergerät übertragenen Daten werden dort gespeichert und können über eine serielle Schnittstelle ausgelesen werden. Somit können überlastungen, Lastspitzen und Leistungsreserven genau und unkompliziert dokumentiert werden. Eine Fehlerdefinition bei Ausfällen wäre ebenso möglich. Aus sicherheitstechnischer Sicht erweist sich das Auslesen eines Neutralleiterstroms besonders vorteilhaft dahingehend, dass Kabelbrände verhindert werden können.

Die signifikanten Vorteile und Merkmale der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik sind im Wesentlichen:

■ Identifizierbarkeit und Ortung von Kabel- und Kabelverbindungen, insbesondere Kabelmuffen,

■ Möglichkeit der Erfassung und Auswertung von statischen und dynamischen Betriebsparameter der Kabel- oder Abzweigverbindungen, insbesondere Kabelmuffen, die nicht mehr oder nur schlecht zugänglich sind,

■ Verzicht auf teure und aufwändige Messtechnik durch Verwendung eines am Kabel- oder Kabelverbindungen angeordneten Sendergerätes, welches berührungslos die gemessenen physikalischen Parameter als modulierte Hochfrequenzsignale an das mobile Empfängergerät sendet,

■ Verwendung des Systems auch für Mittelspannungsnetze unter Verwendung von Wandlern,

■ Oftmals unvollständige Dokumentation der unterirdischen Kabel- oder Kabelverbindungen durch die Netzbetreiber kann durch das System kompensiert werden,

■ Kostengünstige Fertigung und Implementierung des Systems und

■ Sicherheit durch indirektes Messen.

Die Ziele und Vorteile dieser Erfindung sind nach sorgfältigem Studium der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der hier bevorzugten, nicht einschränkenden Beispielausgestaltungen der Erfindung mit den zugehörigen Zeichnungen besser zu verstehen und zu bewerten, von denen zeigen:

Fig. 1 : schematische Darstellung des Datenübertragungssystems und die Kommunikation zwischen dem Sendergerät und dem Empfängergerät,

Fig. 2: Sendergerätschema mit dem schematischen Schaltplan und

Fig. 3: Empfängergerätschema mit einem Beispiel von den auf Displays angezeigten Daten, die vom Sendergerät empfangenen wurden.

Das erfindungsgemäße Datenübertragungssystem mit Ortungs-, Identifikation- und Messfunktion besteht aus zumindest einem Sendergerät 10 und einem Empfängergerät 40. Im Empfängergerät 40 ist ein Empfängersender 46 integriert. Schaltet der Benutzer den Empfängersender 46 ein, strahlt der Empfängersender 46 Ortungsaufforderungssignale mit einer Hochfrequenz aus.

Ist das Ortungsaufforderungssignal von einer Empfangsantenne 14 des Sendergerätes 10 empfangen, aktiviert ein Empfangsmodul 16 eines Sendergerät-Steuerungsmoduls 20, das einen Befehl zur Datenübertragung an den Sender 18 weitergibt. Bei diesen Daten kann es sich entweder um die an einer elektrischen Kabelleitung 36 gemessenen physikalischen Parameter, wie zum Beispiel Betriebspannung, Phasenverschiebung, Wirkleistung, Wirkungsgrad, Scheinleistung, Blindleistung, Leiterströme, N-Leiterströme, PE- Leiterströme (Ableitströme, EMV), Temperatur, oder um die Identifikationsdaten des Sendergerätes, wie z. B. Kundenname, Montagezeitpunkt, Montagefirma und Name des Monteurs, Sendergerätstyp, Seriennummer handeln. Es werden auch die Koordinaten des Sendergerätes 10 an das Empfängergerät 40 übertragen. Das erlaubt eine einfache Lokalisation des Sendergerätes 10 mittels einer funk- und/oder satellitengestützter Technologie.

Die gemessenen Werte sind entweder direkt den Messgeräten, Spannungswandler 28, Stromwandler 30, Temperatursensor 32 oder von einem Datenspeicher 22 entnommen. Es ist femer möglich, auch andere Messgeräte anzuordnen. Von der direkten Messwerteübertragung ergeben sich die aktuellen Messwerte jeweiliger Parameter. Von den gespeicherten

Messwerten kann das Empfängergerät 40 eine Zeitcharakteristik vom entsprechenden Parameter erstellen.

Im Datenspeicher 22 sind auch die Identifikationsdaten des Sendergerätes 10 und Koordinaten gespeichert, die zur Lokalisierung des Sendergerätes 10 dienen.

Das zu übertragene Signal wird im Sender 18 moduliert, und mit Hilfe einer Sendeantenne 12 als moduliertes Hochfrequenzsignal ausgestrahlt. Vorteilhaft wird Frequenz von 457 kHz verwendet. Der Sender 18 wird vom Abgriff am Wandler 30 mit Strom versorgt. Ist die Betriebspannung in der Kabelleitung 36 niedrig, kann der Sender 18 direkt an Leiter angeschlossen sein. Der Sender 18 kann ebenfalls mit einer Pufferbatterie 24 ausgerüstet sein, welche für Funktionserhalt nach Netzausfall sorgt.

Das ganze Sendergerät 10 ist besonders vorteilhaft in einer Muffe 34 eingebaut, und zwar in einer Muffe für Kabel- oder Abzweigverbindungen.

Das Hochfrequenzsignal wird durch eine Empfangsantenne 44 an dem Empfängergerät 40 empfangen und in einer Auswerteeinheit 50 verarbeitet. Die Messwerte werden am Display für Messdaten entweder als aktuelle Werte oder als Zeitcharakteristik für den jeweiligen Parameter angezeigt.

Die Identifikationsdaten des Sendergerätes 10 sind auf dem Display für Identifikationsdaten 54 angezeigt. Falls mehrere Sendergeräte 10 für das Empfängergerät 40 erreichbar sind, kann der Benutzer ein bestimmtes Sendegerät 10 wählen und andere Geräte ausblenden lassen.

Die Position des gesuchten Sendergerätes wird auf dem Display für Lokalisierung 56 angezeigt. Die Lokalisation erfolgt mittels einer funk- und/oder satellitengestützten Technologie (z. B. Peilantenne, bzw. GPS oder Galileo).

LISTE DER BEZUGSZEICHEN

10 Sendergerät

12 Sendeantenne

14 Empfangsantenne

16 Empfangsmodul

18 Sender

20 Sendegerät-Steuerungsmodul

22 Datenspeicher

24 Pufferbatterie

26 Stromversorgung

28 Spannungswandler

30 Stromwandler

32 Temperatursensor

34 Muffe

36 Kabelleitung

38 Kabellader

40 Empfangsgerät

42 Sendeantenne

44 Empfangsantenne

46 Empfängersender

48 Empfängermodul

50 Auswerteeinheit

52 Display für Messdaten

54 Display für Identifikationsdaten

56 Display für Lokalisierung

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