Zur Übertragung von elektrischer Leistung in einem Stromkreis werden herkömmlicherweise Leitungen (z. B. Kabel) mit einer oder mehreren Leitungsadern verwendet. Die Leitung verbindet jeweils eine elektrische Quelle mit einer elektrischen Last.

In Fig. 3A ist eine typische Struktur einer Verschaltung eines Stromkreises mit einer elektrischen Quelle 100, einer Leitung 102 mit einer ersten Leitungsader 104 und einer zweiten Leitungsader 106 sowie einer elektrischen Last 108 gezeigt. Die erste Leitungsader 104 verbindet einen ersten Anschluss 110 der Quelle 100 mit einem ersten Anschluss 112 der Last 108. Die zweite Leitungsader 106 verbindet einen zweiten Anschluss 114 der Quelle 100 mit einem zweiten Anschluss 116 der Last 108. Über die Leitung mit der ersten Leitungsader 104 und der zweiten Leitungsader 106, die aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen, kann somit elektrische Leistung von der Quelle zur Last übertragen werden. Die Quelle 100 ist beispielsweise als Generator in einem Kraftwerk ausgebildet, die eine Gleichspannung bei einem maximalen Strom von mehreren 100 Ampere zur Verfügung stellt. Die Last 108 ist beispielsweise ein elektrischer Widerstand.

Treten in der Leitung 102 Störungen wie z. B. Schäden (beispielsweise ein Bruch einer Leitungsader) oder Veränderungen (beispielsweise eine Verlängerung der Leitungsadern) auf, führt dies zu nachteilhaften Auswirkungen für die Übertragung der elektrischen Energie von der Quelle 100 zur Last 108. Um derartige Störungen zu erkennen, ist im Stand der Technik ein Zeitbereichsmessverfahren (TDR ; TDR Time Domain Reflectometry) bekannt, bei dem die Leitung mit einem hochfrequenten Impuls beaufschlagt wird und anschließend die Reflexionen des Impulses von der Leitung ausgewertet werden. Durch das TDR-Verfahren kann das Kabel zur Übertragung von elektrischer Leistung sehr effektiv auf Schäden und Veränderungen geprüft werden.

Wird ein hochfrequenter Puls zur Messung der Leitung 102 kapazitiv in dieselbe eingespeist, dann kommt es an den Enden der Leitung 102 aufgrund der nicht eindeutig definierten Quell-und Lastimpedanzen bei verschiedenen Betriebszuständen zu einem nicht eindeutig definierten Leitungsabschluss, wodurch nicht vorhersehbare Reflexionen und Störungen auftreten, die eine Detektion von Störungen, wie Schäden oder Veränderungen der Leitung 102, deutlich erschweren bzw. unmöglich machen.

Nachteilig erweist sich beim TDR-Verfahren, dass die Leitung von der Quelle 100 und der Last 108 abzukoppeln d. h. zu trennen ist, da im allgemeinen weder die Quelle 100 noch die Last 108 eindeutig definiert sind. Die Messung der verschiedenen Leitungsparameter nach einem Abkoppeln der Quelle und der Last und unter Verwendung eines Messgeräts 120 ist in Fig. 3B dargestellt. Das Messgerät 120 wird zur Messung derart mit der Leitung 102 verschaltet, dass über das Messgerät 120 der erste Leitungsabschnitt 104 mit dem zweiten Leitungsabschnitt 106 verbunden sind.

Soll das Kabel im Betrieb (d. h. während der Übertragung von elektrischer Energie von der Quelle 100 zur Last 108)

überwacht werden, so ist es nicht möglich, das Kabel zur Messung abzuklemmen, da durch das Abklemmen die Übertragung von elektrischer Energie von der Quelle 100 (z. B. dem Generator des Kraftwerks) über die Leitung 102 zur Last 108 unterbrochen würde.

Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, um die Quelle und die Last für die Messung von Störungen auf der Leitung von dieser zu entkoppeln, ohne einen Energiefluss von der Quelle zur Last unterbrechen zu müssen.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 7 gelöst.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Überwachen einer Leitung mit folgenden Merkmalen : eine Quelleneinrichtung zum Bereitstellen einer niederfrequenten Größe ; eine Lasteinrichtung zum Verbrauchen der durch die Quelleneinrichtung bereitgestellten niederfrequenten Größe ; eine Leitung zum Übertragen der niederfrequenten Größe von der Quelleneinrichtung zur Lasteinrichtung ; eine Messeinrichtung zum Vermessen von Leitungsparametern unter Verwendung einer hochfrequenten Messgröße, mit der die Leitung beaufschlagbar ist ; und eine Entkoppeleinrichtung zum Entkoppeln der hochfrequenten Messgröße von der Quelleneinrichtung und der Lasteinrichtung.

Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Überwachen einer Leitung mit folgenden Schritten :

(a) Bereitstellen einer Quelleneinrichtung, einer Lasteinrichtung und einer Leitung, wobei die Quelleneinrichtung mit der Lasteinrichtung über die Leitung verbunden ist ; (b) Entkoppeln der Quelleneinrichtung und der Lasteinrichtung gegenüber hochfrequenten Größen auf der Leitung ; und (c) Vermessen von Leitungsparametern der Leitung unter Verwendung einer hochfrequenten Messgröße, mit der die Leitung beaufschlagt wird.

Erfindungsgemäß wird vermieden, dass die Quelle zum Bereitstellen der niederfrequenten Größe (insbesondere einer Gleichspannung) und die Lasteinrichtung zum Verbrauchen der durch die Quelleneinrichtung bereitgestellten niederfrequenten Größe (insbesondere eine Gleichspannungslast) für das Vermessen der Leitungsparameter von der Leitung zu trennen sind, so dass der Energiefluss von der Quelle zu der Last nicht unterbrochen werden muss und trotzdem die hochfrequenten Messpulse der Messeinrichtung nicht unzulässig gestört werden. Vorzugsweise erfolgt das Entkoppeln der hochfrequenten Messgröße von der Quelleneinrichtung und der Lasteinrichtung dadurch, dass Hülsen aus magnetisch aktivem Material (z. B. Ferrit, MgZn oder ähnliche Materialien) über einen oder mehrere Anschlüsse der Leitung geführt werden und dadurch zu einer Entkopplung der hochfrequenten Messgröße von der Quelleneinrichtung und der Lasteinrichtung führen. Die Übertragung einer niederfrequenten Größe (insbesondere einer Gleichspannung) erfährt durch eine derartige Anordnung keine Beschränkungen.

Die vorliegende Erfindung bietet daher den Vorteil, dass durch das Einfügen von Hülsen die Quelleneinrichtung und

die Lasteinrichtung von der Leitung in bezug auf hochfrequente Größen entkoppelt werden, wobei zugleich für niederfrequente Größen (insbesondere für Gleichspannung) ein Energiefluss von der Quelle zur Last sichergestellt ist. Ein Unterbrechen des Energieflusses ist somit für das Vermessen der Leitung nicht mehr notwendig. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Überwachung der Leitung gleichzeitig zum eigentlichen Betrieb erfolgen kann.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 ein Schaltbild, in dem die schematische Anordnung der einzelnen Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dargestellt ist ; Fig. 2A ein Ersatzschaltbild zu der in Fig. 1 dargestellten Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Übertragung einer niederfrequenten Größe ;, Fig. 2B ein Ersatzschaltbild zu der in Fig. 1 dargestellten Anordnung für die Übertragung von hochfrequenten Messgrößen ; Fig. 3A ein herkömmlicher Stromkreis zur Übertragung von elektrischer Energie ; und Fig. 3B eine herkömmliche Anordnung zum Vermessen von Leitungsparametern.

In der nachfolgenden Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung werden für in den verschiedenen Zeichnungen dargestellte gleiche und gleichwirkende Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet.

Fig. 1 zeigt einen Stromkreis mit einer Quelle 100, einer Last 108 und einer Leitung 102. Ein erster Anschluss 110 der Quelle 100 ist mit einem ersten Ende 140 eines ersten Leitungsabschnitts 104 der Leitung 102 verbunden und ein erster Anschluss 112 der Last 108 ist mit einem zweiten Ende 142 des ersten Leitungsabschnitts 104 der Leitung 102 verbunden. Ein zweiter Anschluss 114 der Quelle 100 ist mit einem ersten Ende 144 eines zweiten Leitungsabschnitts 106 der Leitung 102 verbunden und ein zweiter Anschluss 116 der Last 108 ist mit einem zweiten Ende 146 des zweiten Leitungsabschnitts 106 der Leitung 102 verbunden. Ferner weist der erste Leitungsabschnitt 104 an dem ersten Ende 140 einen ersten Entkopplungsabschnitt 150 sowie an dem zweiten Ende 142 einen zweiten Entkoppelungsabschnitt 152 auf. Der zweite Leitungsabschnitt 106 weist an dem ersten Ende 144 einen dritten Entkopplungsabschnitt 154 sowie am zweiten Ende 146 einen vierten Entkopplungsabschnitt 156 auf. An den jeweiligen Entkopplungsabschnitten 150, 152, 154,156 des ersten Leitungsabschnitts 104 und des zweiten Leitungsabschnitts 106 sind jeweilige Verbindungsleiter vorzugsweise durch jeweils eine Hülse aus magnetisch aktivem Material (beispielsweise Ferrit, MgZn oder ähnlichem) ringförmig ummantelt, ohne dass diese Hülsen 160 den jeweiligen Verbindungsleiter berühren muss. Hysterese- Eigenschaften der Hülsen haben in diesem Zusammenhang zunächst keine direkten Auswirkungen auf das magnetische Widerstandsverhalten. Allerdings kann es vorkommen, dass durch einen hohen Gleichstrom, der über die Leitung übertragen wird, die Hülse in eine Sättigung des magnetischen Widerstandes geht und dadurch der Betrag der Impedanz deutlich geringer wird. Die Hülse muss also dementsprechend dimensioniert werden.

Weiterhin zeigt Fig. 1 ein Messgerät 120 zum Vermessen der aus dem ersten Leitungsabschnitt 104 und dem zweiten Leitungsabschnitt 106 bestehenden Leitung 102, wobei das Messgerät 120 über eine galvanische Trenneinrichtung 164

(beispielsweise einen Kondensator) zwischen einen Eingang 170 des ersten Leitungsabschnitts 104 und einen Eingang 172 des zweiten Leitungsabschnitts 106 galvanisch getrennt geschaltet ist.

Durch die Anordnung der Hülsen 160 aus magnetisch aktivem Material, die als Entkopplungseinrichtung wirken, ist es möglich, zwischen dem ersten Messpunkt 170 und dem zweiten Messpunkt 172 durch das Messgerät hochfrequente Impulse zur Anwendung des TDR-Verfahrens in die Leitung 102 einzuspeisen, ohne merkliche Signalverluste (d. h.

Störungen der eingespeisten Impulse) durch geringe Quellen- oder Lastimpedanzen Einbußen in der Pulsamplitude hinnehmen zu müssen. Auf diese Weise wird die Abschlussimpedanz der Leitung 102 immer größer sein als die Leitungsimpedanz selbst, so dass zur Dimensionierung der Übertragung über die Leitung (insbesondere zur Dimensionierung des Treibers für die Leitung) die Leitung als definiertes Element zugrundegelegt werden kann. Die Anordnung der Hülsen 160 ermöglicht es daher, dass hochfrequente Signale immer eine Mindestimpedanz an Quelleneinrichtung 100 und Lasteinrichtung 108 sehen, die der Impedanz der Hülse 160 aus magnetischem aktivem Material entspricht. In der Regel werden im Frequenzbereich ab 10 MHz Impedanzen von 100 Q und mehr erreicht. Die Eigenschaften der Übertragung bei der niederfrequenten Größe von der Quelle 100 über die aus dem ersten Leitungsabschnitt 104 und dem zweiten Leitungsabschnitt 106 bestehende Leitung 102 zur Last 108 wird durch die Anordnung der Hülsen 160 nicht wesentlich beeinflusst.

In Fig. 2A ist das Ersatzschaltbild der in Fig. 1 dargestellten Anordnung für die Übertragung des Gleichstroms wiedergegeben. Fig. 2A zeigt, dass bei der Übertragung eines Gleichstroms über die Leitung 102 keine Beeinträchtigung durch die bei den Entkopplungsabschnitten 150,152, 154,156 angeordneten Hülsen 160 erfolgt.

Fig. 2B zeigt ein Ersatzschaltbild der Anordnung gemäß Fig.

1 für die Übertragung von hochfrequenten Größen. Für hochfrequente Größen bildet sich durch die um die Entkopplungsabschnitte angeordneten (hier nicht dargestellten) Hülsen ein Widerstand 180 aus. Bei einem Vermessen der Leitung durch das Messgerät 120, insbesondere bei Anwendung des TDR-Verfahrens, beaufschlagt das Messgerät 120 beispielsweise den ersten Leitungsabschnitt 104 mit einem hochfrequenten Messpuls 182, der in einem reflektierten Messpuls 184 resultiert, wobei der reflektierte Messpuls 184 aufgrund der Widerstände 180 nicht durch die Quelle 100 und die Last 108 beeinflusst ist. Der reflektierte Messpuls wird nachfolgend durch das Messgerät ausgewertet, woraus sich Rückschlüsse auf mögliche Störungen der Leitung 102 ziehen lassen.