專利名稱：確定電纜長度的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種根據權利要求1前序部所述的用于確定架空線的電纜長度的方法，以及ー種根據權利要求8前序部分所述的用于確定架空線的電纜長度的裝置。
背景技術：
眾所周知，用于地上傳輸電能的架空線設備，由電纜橫跨在其間的電桿或鐵塔組成，這些電纜用作為不絕緣的電導線。此時電纜或多或少強烈地下垂在兩個相鄰的電桿之間。電纜的下垂度與電纜的溫度和與對于電纜的例如風載和冰載的外界影響有夫。高的外界溫度、強烈的太陽照射、和在電纜中流動的高的電流強度導致電纜的發(fā)熱，由于該發(fā)熱提高了電纜的下垂度。必須確保電纜的下垂度不超過允許的最大值。為此目的，值得希望的是可以測定電纜的當前的下垂度。從現有技術中公開了，基于溫度測量來確定電纜的下垂度。此時借助直接安放在電纜上的溫度傳感器來執(zhí)行溫度測量。隨后從電纜的所測定的溫度中計算出電纜的下垂度。

發(fā)明內容
本發(fā)明的技術問題是:給出ー種用于確定架空線的電纜長度的改善的方法。通過ー種具有權利要求1所述特征的方法來解決該技術問題。本發(fā)明的技術問題進ー步是:提供ー種用于確定架空線的電纜長度的改善的裝置。通過ー種具有權利要求8所述特征的裝置來解決該任務。在從屬權利要求中說明了優(yōu)選的改進方案。用于確定架空線的電纜長度的本發(fā)明方法具有以下的步驟，用于將電磁信號耦合輸入到電纜的第一末端中，用于測定信號在電纜中的傳輸時間，和用于從傳輸時間中確定電纜長度。該方法有利地是ー種簡單的和技術上可以容易實現的，用于確定電纜長度的測量方法，該測量方法沒有安放在電纜上的傳感器或基礎設施元件，而實現了電纜長度的集成的測量。在本方法的一種改進方案中，從所計算的電纜長度中計算出電纜的下垂度。本方法于是有利地允許查明，是否遵守了電纜的允許的最大的下垂度。在本方法的一種實施形式中，在電纜的第二末端上反射了所耦合輸入的電磁信號，并且測定了信號在電纜的第一末端上的耦合輸入和所反射的信號在電纜的第一末端上的到達之間所流逝的傳輸時間。在本方法的該實施例中，在布置在電纜的兩個末端上的測量元件之間，有利地不需要時間同歩。此外，通過由電磁信號兩次運行通過電纜，而提高了測量精度。在本方法的一種實施形式中，將脈動的電磁信號稱合輸入到電纜的第一末端中，并且測定用于傳輸脈動信號的一個單個脈沖通過電纜所需要的傳輸時間。有利地可以用特別少的工作量執(zhí)行該方法。在本方法的另ー種實施形式中，將調頻的連續(xù)的電磁信號耦合輸入到電纜的第一末端中，并且確定在電纜的第一末端上所耦合輸入的信號和到達電纜的第二末端上的反射的信號之間的頻率差。隨后從頻率差中計算出傳輸時間。本方法的該實施形式有利地允許直至厘米范圍的特別高的測量精度。此外，本方法的該實施形式允許在多個不同的頻率下執(zhí)行傳輸時間的測量，由此提高了測量方法的耐久性(Robustheit)和適用性CCrenerizitaety0在本方法的一種改進方案中多次相繼實施本方法，以便測定電纜長度在時間上的改變。隨后從電纜長度在時間上的改變中，建立關于電纜長度的未來發(fā)展的預測。通過由本方法所達到的高的測量速率有利地實現了該改進方案。所建立的關于電纜長度的發(fā)展的預測，可以有利地采用于控制負載分配。因為可以有利地短期使各個電纜過載，以便靈活地對于在電網之內的未預料到的事件做出反應。 所耦合輸入的電磁信號優(yōu)選具有在I kHz和100 MHz之間的頻率。該頻段有利地是ー種在電纜中的同時低的信號衰減情況下，實現了足夠精確測量的有利的折衷方案。用于確定架空線的電纜長度的本發(fā)明裝置，具有一個用于耦合輸入電磁信號到電纜的末端中的發(fā)送單元，和一個用于從電纜的末端中耦合輸出電磁信號的接收單元。該裝置有利地沒有附加的安放在架空線設備上的傳感器或基礎設施元件，允許測定電纜的長度。在本裝置的一種實施形式中，安排了布置在電纜的不同末端上的發(fā)送單元和接收単元。該裝置于是有利地允許特別簡單地確定電纜的長度。在本裝置的另ー種實施形式中，安排了布置在電纜的ー個共同末端上的發(fā)送單元和接收單元。本裝置于是有利地實現了電纜長度的特別精確的確定。此外，在布置在電纜的不同末端上的本裝置的元件之間不需要時間同歩。本裝置的發(fā)送單元和/或接收單元，優(yōu)選具有一個電容性耦合器和/或電感性耦合器。電容性耦合器和/或電感性耦合器，于是可以有利地用來耦合輸入和/或耦合輸出電磁信號。在本裝置的一種特別優(yōu)選的改進方案中，構成了該裝置來將數據信號耦合輸入到電纜中。于是也可以有利地將電纜采用為數據傳輸介質。


現在借助附圖更準確地闡述本發(fā)明。圖1展示了具有呈現了下垂度的電纜的架空線；
圖2展示了用于確定電纜長度的第一測量裝置；
圖3展示了用于闡述用來確定電纜長度的第一測量方法的圖表；
圖4展示了用于確定電纜長度的第二測量裝置，和 圖5展示了用于闡述用來確定電纜長度的第二測量方法的圖表。
具體實施例方式附圖1以示意圖展示了架空線100的分段。架空線100用來地上傳輸電能。架空線100包括電纜120橫跨在其間的多個鐵塔110。為此將電纜120吊掛在鐵塔110上的吊掛點115上。吊掛點115可以具有絕緣子和另外的附件。電纜120由導電的材料，例如由銅、鋁或鋼制成，并且通常是不絕緣的。架空線100也可以具有多個平行延伸的電纜120。電纜120在兩個相鄰的鐵塔110之間具有下垂度130。將下垂度130規(guī)定為在電纜120和相鄰鐵塔110的兩個吊掛點115之間的設想連接線之間的最大的垂直間距。由法規(guī)和技術要求限制了電纜120的最大允許的下垂度130。由于電纜120中的電流，或由于太陽照射，或高的環(huán)境溫度而引起的電纜120的發(fā)熱，導致了下垂度130的提高。電纜120的下垂度130直接與電纜120的長度有夫。如果電纜120的長度提高了，電纜120的下垂度130則也放大。因此為了確定下垂度130，確定電纜120的長度就已足夠。于是可以從電纜120的長度中計算出下垂度130。附圖2展示了用于測定架空線100的電纜120長度的第一測量裝置200的示意圖。附圖2展示了在電纜120的第一末端121和電纜120的第二末端122之間的架空線100的分段。在末端121，122之間的電纜120的長度，例如可以是若干千米直至超過100 km。架空線100的所示出的分段具有在其間分別吊掛了電纜120的多個鐵塔110。如果已知鉄塔110的數量，則可以從電纜120的長度的測量中，確定在兩個相鄰鐵塔110之間的電纜120的平均下垂度130。為了確定電纜120的長度，第一測量裝置200具有ー個與電纜120的第一末端121相連接的發(fā)送單元210。此外，第一測量裝置200具有ー個與電纜120的第二末端122相連接的接收單元220。將發(fā)送単元210構成用于將電磁信號耦合輸入到電纜120的第一末端121中。為此目的，發(fā)送單元210例如可以包括ー個電感性或電容性耦合器。通過發(fā)送單元210耦合輸入到電纜120的第一末端121中的電磁信號，運行通過電纜120直至第二末端122，在這里由接收單元220耦合輸出和檢測到它。為此目的，接收單元220同樣具有ー個電感性或電容性耦合器。從由發(fā)送単元210所耦合輸入的電磁信號為了到達接收単元220所需要的傳輸時間中，可以計算出電纜120的長度。此時電磁信號在電纜120中的公知的傳播速度流入計算中。由發(fā)送單元210所耦合輸入的信號的傳輸時間的測定，要求發(fā)送單元210和接收單元220擁有互相同步的時間傳感器。作為在由接收單元220檢測到信號的時刻和由發(fā)送單元210發(fā)送出信號的時刻之間的差值，得出了傳輸時間。附圖3展示了用于闡述由第一測量裝置200所執(zhí)行的測量方法的示意圖表。在附圖3的圖表中，在水平軸上標上了測量時間t，在垂直軸上標上了電磁信號的振幅V。在測量過程的開始，發(fā)送單兀210將稱合輸入的脈沖500稱合輸入到電纜120的第一末端121中。耦合輸入的脈沖500隨后運行通過電纜120，直至它在傳輸時間530之后，由在電纜120的第二末端122上的接收單元220，將它作為耦合輸出的脈沖510檢測到時為止。傳輸時間530是電纜120長度的ー種直接的尺度，以至于從傳輸時間530中可以計算出電纜120的長度。從電纜120的長度中又可以計算出電纜120的平均的下垂度130。附圖4以示意圖展示了一種用于測定架空線100的電纜120長度的第二測量裝置300。附圖4又展示了架空線100的ー個包括電纜120橫跨在其間的多個鐵塔110的分段。架空線100的所示出的分段的長度又可以是若干千米直至超過100 km。第二測量裝置300包括ー個布置在電纜120的第一末端121上的聯合的發(fā)送接收單元310。此外，第二測量裝置300包括ー個布置在電纜120的第二末端122上的反射單元320。
構成了發(fā)送接收單元310來將電磁信號耦合輸入到電纜120的第一末端121中。電磁信號于是運行通過電纜12直至第二末端122，在這里由反射単元320將它反射。所反射的電磁信號隨后在反方向運行通過電纜120直至第一末端121，在這里由發(fā)送接收單元310從電纜120中耦合輸出和檢測到它。為了I禹合輸入和I禹合輸出電磁信號，發(fā)送接收單兀310又可以具有ー個或多個電感性或電容性耦合器。在電纜120的第二末端122上的反射單元320，同樣可以構成為聯合的發(fā)送接收單元。反射単元320為此接收到達第二末端122上的電磁信號，濾波出可能存在的噪聲，還原和放大了電磁信號，并且隨后將它重新耦合輸入到電纜120的第二末端122中。電磁信號從在電纜120第一末端121上的發(fā)送接收單元310，直至在電纜120第二末端122上的反射單元320，和返回在電纜120第一末端121上的發(fā)送接收單元310的傳輸時間，是電纜120長度的ー種尺度，并且允許計算出電纜120的長度。在此情況下，必須扣除有時用于由在電纜120第二末端122上的反射単元320反射電磁信號所需要的時間。相對于附圖2的第一測量裝置200，第二測量裝置300提供了以下的優(yōu)點，第二測量裝置300的布置在電纜120的兩個末端121，122上的元件310，320，不必擁有明顯的時間同歩。替代于此，發(fā)送接收單元310只須測量在電纜120第一末端121上電磁信號的發(fā)送和反射的電磁信號的到達之間的時間。附圖4的第二測量裝置300可以實施借助附圖3所闡述的測量方法。發(fā)送接收單元310于是在測量過程開始時，將耦合輸入的脈沖500耦合輸入到電纜120的第一末端121中。電磁脈沖運行通過電纜120，由在電纜120的第二末端122上的反射單元320進行反射，并且最終在傳輸時間530之后，重新到達電纜120的第一末端121上，在這里由發(fā)送接收單元310將它作為耦合輸出的脈沖510檢測到。發(fā)送接收單元310周期性地將電磁脈沖500耦合輸入到電纜120中，以便相繼實施多次測量。此時重要的是，兩個相繼跟隨的脈沖500的時間間距，大于ー個單個脈沖從電纜120的第一末端121通向第二末端121和返回第一末端121的傳輸時間530。但是附圖4的第二測量裝置300，優(yōu)選也可以實施示意地示出在附圖5中的另ー種測量方法。附圖5展示了ー種圖形，在該圖形的水平軸上標上了測量時間t，和在該圖形的垂直軸上標上了電磁信號的頻率f。在附圖5的測量方法中，發(fā)送接收單元310發(fā)送出調頻的連續(xù)的電磁信號400。這種調頻的連續(xù)的電磁信號也稱作為FMCW (調頻的恒定波)。由發(fā)送接收單元310耦合輸入到電纜120第一末端121中的信號400的頻率，與時間有關地和周期性地改變。耦合輸入的信號400的頻率此時首先線性地上升，以便隨后在頻率的重新的線性上升跟隨著之前線性地下降，等等。代替頻率的所產生的三角形狀，替代地可以選擇鋸齒形的頻率曲線，該頻率曲線的頻率在線性的上升之后，突然改變到較低的值上，以便隨后重新線性地上升。由發(fā)送接收單元310耦合輸入到電纜120第一末端121中的調頻的連續(xù)的電磁信號400，運行通過電纜120直至第二末端122，在那里由反射単元320進行反射，重新在反方向運行通過電纜120，并且最終在電纜120的第一末端121上到達發(fā)送接收單元310上，在這里將它作為耦合輸入的信410檢測到。由于耦合輸入信號400的頻率持續(xù)地變化，并且用于兩次運行通過電纜120的信號需要某個傳輸時間430，因此在任何時刻，在電纜120第一末端121上稱合輸入的信號400和在同一時刻在第一末端121上稱合輸出的反射信號410之間，存在著ー個固定的頻率差420。以本身公知的方式，通過外差式檢測可以進行頻率差420的確定。信號通過電纜120的傳輸時間430越長，頻率差420則越大，并且允許計算出傳輸時間430。此時所耦合輸入的調頻信號400在時間上的改變df/dt流入計算中。從電磁信號的傳輸時間430中，又可以計算出電纜120的在它的末端121，122之間的長度。從電纜120的長度中可以推斷出電纜120的下垂度130。借助附圖5所闡述的第二測量方法，有利地允許對于耦合輸入信號400的不同頻率來測定傳輸時間340。因此提高了測量原理的耐久性和測量裝置300的適用性。耦合輸入信號400的頻率越高，則可以越準確地確定頻率差420，并因此越準確地確定傳輸時間430。不過由電纜120所引起的信號400的衰減，也隨著耦合輸入信號400的頻率而上升。在若干kHz直至大約100 MHz之間的耦合輸入信號400的頻率，是在要求之間的ー種有利的折衷方案。因此以直至厘米范圍中的精度實現了電纜120長度的測量?？梢灾芷谛缘刂貜瓦M行電纜120長度的測量。從電纜120長度的多次相繼跟隨的測量中，可以求出以往電纜120長度的時間上的發(fā)展。電纜120長度的該時間上的發(fā)展可以外推到未來，以便建立關于電纜120長度的可預料的發(fā)展的預測。這種預測可以有助于控制電網中的負載分配。因此如果電纜120長度的預測讓人識別，可以預料電纜120沒有達到臨界的下垂度130，則例如可以用更高的電流強度施加于架空線100。由于安排在電纜末端121，122上的發(fā)送接收單元210，220，310，擁有用于耦合輸入和耦合輸出電磁信號到電纜120中的裝置，也可將發(fā)送接收單元210，220，310采用于耦合輸入數字的數據信號。這允許將架空線110的電纜120利用為用于數據傳輸的傳輸介質。
權利要求
1.一種用于確定架空線(100)的電纜(120)長度的方法，其特征在干， -將電磁信號(400, 500)稱合輸入到電纜(120)的第一末端(121)中， -測定信號(400，500)在電纜(120)中的傳輸時間(430，530)，和 -從傳輸時間(430，530)中確定電纜(120)的長度。
2.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，從所計算的電纜(120)長度中計算出電纜(120)的下垂度(130)。
3.按照權利要求1或2之一所述的方法，其特征在于，在電纜(120)的第二末端(122)上反射所稱合輸入的電磁信號(400, 500 ),和 測定信號(400, 500)在電纜(120)的第一末端(121)上的稱合輸入和所反射的信號(410，510 )在電纜(120 )第一末端(121)上的到達之間所流逝的傳輸時間(430，530 )。
4.按照以上權利要求之一所述的方法，其特征在于，將脈動的電磁信號(500)稱合輸入到電纜(120)的第一末端(121)中，和 測定用于傳輸脈動信號(500)的單個脈沖通過電纜(120)所需要的傳輸時間(530)。
5.按照權利要求3所述的方法，其特征在干，將調頻的連續(xù)的電磁信號(400)耦合輸入到電纜(120)的第一末端(121)中，和 確定在電纜(120)第一末端(121)上稱合輸入的信號(400)和電纜(120)的第一末端(121)上到達的反射信號(410)之間的頻率差(420)，其中，從頻率差(420)中計算出傳輸時間(430)。
6.按照以上權利要求之一所述的方法，其特征在于，多次相繼實施所述的方法，以便測定電纜(120 )長度在時間上的改變，其中，從電纜(120 )長度在時間上的改變中，建立關于電纜(120)長度的未來發(fā)展的預測。
7.按照以上權利要求之一所述的方法，其特征在于，所稱合輸入的電磁信號(400,500)具有在I kHz和100 MHz之間的頻率。
8.一種用于確定架空線(100)的電纜(120)長度的裝置(200，300)，其特征在于，所述的裝置(200，300)具有用于將電磁信號(400，500)耦合輸入到電纜(120)的末端(121)中的發(fā)送單元(210，310)，和用于從電纜(120)的末端(121，122)中耦合輸出電磁信號(410，510)的接收單元(220，310)。
9.根據權利要求8所述的裝置(200)，其特征在于，設置所述的發(fā)送単元(210)和接收單元(220)，使其布置在電纜(120)的不同的末端(121，122)上。
10.根據權利要求8所述的裝置(300)，其特征在于，設置所述的發(fā)送単元(310)和接收單元(310)使其布置在電纜(120)的共同的末端(121)上。
11.根據權利要求8至10之一所述的裝置(200，300)，其特征在于，所述的發(fā)送単元(210，310)和/或接收單元(220，310)具有一個電容性和/或電感性耦合器。
12.根據權利要求8至10之一所述的裝置(200，300)，其特征在于，構成所述裝置(200,300)以將數據信號耦合輸入到電纜(120)中。
全文摘要
一種用于確定架空線的電纜長度的方法，該方法具有以下的步驟，用于將電磁信號耦合輸入到電纜的第一末端中，用于測定信號在電纜中的傳輸時間，和用于從所測定的傳輸時間中確定電纜的長度。
文檔編號G01B7/02GK103097854SQ201180044521
公開日2013年5月8日 申請日期2011年8月17日 優(yōu)先權日2010年9月16日
發(fā)明者A.齊羅夫 申請人:西門子公司