AT513908A1 - Device for discharging surge currents into a body of water - Google Patents

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Ableiten von Stoßströmen in ein Gewässer mit einemin das Gewässer abgesenkten Elektrodenkörper (1) und mit einem mit dem Elektrodenkörper(1) elektrisch leitend verbundenen Ableitstrang (4) beschrieben. Um vorteilhafteKonstruktionsverhältnisse zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass der vomAbleitstrang (4) durchsetzte Elektrodenkörper (1) einen Boden (2) und einen Mantelaus Mantelsträngen (3) umfasst, die mit ihren vom Boden (2) abgekehrten Endenmit dem Ableitstrang (4) verbunden sind, und dass der Ableitstrang (4) in einer andie Tauchtiefe des Elektrodenkörpers (1) angepassten, einen Uberschlag zwischenAbleitstrang (4) und der Wasseroberfläche verhindernden Mindestlänge elektrischisoliert ausgeführt ist.The invention relates to a device for discharging surge currents into a body of water with an electrode body (1) lowered into the water and with a discharge line (4) electrically connected to the electrode body (1). In order to provide advantageous construction conditions, it is proposed that the electrode body (1) penetrated by the conductor strand (4) comprises a bottom (2) and a sheath of sheath strands (3) which are connected to the shunt strand (4) with their ends facing away from the bottom (2) , and that the Ableitstrang (4) in an immersion depth of the electrode body (1) adapted to an overlap between the outer strand (4) and the water surface preventing minimum length is made electrically insulated.

Description

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(39031) II(39031) II

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Ableiten von Stoßströmen in ein Gewässer mit einem in das Gewässer abgesenkten Elektrodenkörper und mit einem mit dem Elektrodenkörper elektrisch leitend verbundenen Ableitstrang.The invention relates to a device for discharging surge currents into a body of water with an electrode body lowered into the body of water and with a diverting strand electrically connected to the electrode body.

Zum Schutz von Schwimmkörpern oder in Gewässern verankerten Bauwerken, wie Plattformen oder Türmen und dgl., ist es erforderlich, die bei einem Blitzeinschlag auftretenden Stoßströme so in das Gewässer abzuleiten, dass insbesondere im Bereich der Wasseroberfläche keine gefährlichen Potenzialdifferenzen auftreten können. Zu diesem Zweck ist es bekannt, elektrisch leitende Platten als Elektrodenkörper in das Gewässer abzusenken, die an einen Ableitstrang, beispielsweise einer Blitzschutzanlage, angeschlossen sind. Über diese Elektroden platten können die Stoßströme in das Wasser abgeleitet werden, wobei aufgrund der Plattenoberfläche die Stromdichte des abgeleiteten Stoßstromes entsprechend gering gehalten werden kann, was in Verbindung mit einer ausreichenden Absenktiefe der Elektrodenkörper zur Vermeidung gefährlicher Potenzialdifferenzen im Bereich der Gewässeroberfläche führt. Nachteilig bei solchen Ableitvorrichtungen ist vor allem, dass beim Vorsehen ausreichend großer Plattenoberflächen die Elektrodenkörper schwer und unhandlich werden.For the protection of floating bodies or structures anchored in bodies of water, such as platforms or towers and the like, it is necessary to divert the impact currents occurring in a lightning strike into the water so that no dangerous potential differences can occur, especially in the area of the water surface. For this purpose, it is known to lower electrically conductive plates as electrode body in the waters, which are connected to a Ableitstrang, such as a lightning system. About these electrodes plates, the surge currents can be dissipated in the water, due to the plate surface, the current density of the derived surge current can be kept correspondingly low, which in conjunction with a sufficient immersion depth of the electrode body to avoid dangerous potential differences in the water surface. The disadvantage of such discharge devices is, above all, that the provision of sufficiently large plate surfaces makes the electrode bodies heavy and unwieldy.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Ableiten von Stoßströmen in ein Gewässer so auszubilden, dass nicht nur gute Ableitbedingungen gewährleistet, sondern auch vorteilhafte Voraussetzungen für eine einfache Handhabung sichergestellt werden können.The invention is therefore based on the object, a device for dissipating surge currents in a body of water so that not only ensures good Ableitbedingungen, but also advantageous conditions for easy handling can be ensured.

Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs geschilderten Art löst die Erfindung die gestellte Aufgabe dadurch, dass der vom Ableitstrang durchsetzte Elektroden- 2/13 2 Körper einen Boden und einen Mantel aus Mantelsträngen umfasst, die mit ihren vom Boden abgekehrten Enden mildem Ableitstrang verbunden sind, und dass der Ableitstrang in einer an die Tauchtiefe des Elektrodenkörpers angepassten, einen Überschlag zwischen dem Ableitstrang und der Wasseroberfläche verhindernden Mindestlänge elektrisch isoliert ausgeführt ist.Starting from a device of the type described above, the invention solves the stated object in that the penetrated by the Ableitstrang Elektroden 2/13 2 body comprises a bottom and a shell of sheath strands, which are connected to their remote from the ground ends mild Ableitstrang, and that the Ableitstrang is designed in an electrically adapted to the depth of the electrode body, a flashover between the Ableitstrang and the water surface preventing minimum length electrically insulated.

Da der Elektrodenkörper einen Boden und einen mit dem Boden verbundenen Mantel aus Mantelsträngen umfasst, die mit dem Ableitstrang verbunden sind, stellt der Elektrodenkörper eine vergleichsweise leichte, einfach handhabbare Baueinheit dar, die lediglich über den Ableitstrang in das Gewässer abgesenkt zu werden braucht. Die mit dem Ableitstrang elektrisch verbundenen Mantelstränge sorgen für eine konstruktiv vorgegebene Aufteilung der Stoßströme in einzelne, parallele Zweig-ströme, die über die Mantelstränge und den anschließenden Boden in das umgebende Wasser abgeleitet werden. Die Mantelstränge und der Boden des Elektrodenkörpers bilden einen faradayschen Käfig, der vom Ableitstrang durchsetzt wird. Aufgrund des durch den Ableitstrang fließenden Hauptanteils des abzuleitenden Stoßstroms ergeben sich hinsichtlich der sich außerhalb des Elektrodenkörpers einstellenden Potenzialverläufe günstige Voraussetzungen für niedrige Potenzialdifferenzen im Bereich der Wasseroberfläche, zumal der Ableitstrang in einer an die Tauchtiefe des Elektrodenkörpers entsprechenden Mindestlänge elektrisch isoliert so ausgeführt ist, dass aufgrund der sich über die Wasseroberfläche hinaus erstreckenden elektrischen Isolierung keine Überschläge zwischen dem Ableitstrang und der Wasseroberfläche ergeben können. Der durch die Ausgestaltung des Bodens und des Mantels vorzugsweise an die Form eines Taylor-Kegels angepasste Elektrodenkörper stellt somit günstige Voraussetzungen für eine wirksame Energieübertragung auf das Wasser dar. Zur Vergrößerung der elektrisch wirksamen Übergangsflächen können dabei die Mantelstränge des Elektrodenkörpers durch Umfangsstränge zu einem Mantelgitter verbunden werden.Since the electrode body comprises a bottom and a jacket connected to the bottom of sheath strands, which are connected to the Ableitstrang, the electrode body is a relatively lightweight, easy to handle unit that only needs to be lowered via the Ableitstrang in the water. The sheath strands electrically connected to the Ableitstrang provide a structurally predetermined division of the surge currents into individual, parallel branch streams, which are derived via the sheath strands and the subsequent soil in the surrounding water. The sheath strands and the bottom of the electrode body form a Faraday cage, which is penetrated by the Ableitstrang. Due to the flowing through the Ableitstrang main portion of the derived surge current resulting in the adjusting itself outside the electrode body potential characteristics favorable conditions for low potential differences in the water surface, especially since the Ableitstrang is electrically isolated in a corresponding to the depth of the electrode body minimum length designed so that due the electrical insulation extending beyond the water surface can not cause flashovers between the drainage line and the water surface. The electrode body, which is preferably adapted to the shape of a Taylor cone due to the configuration of the base and the jacket, thus represents favorable conditions for an effective transfer of energy to the water. In order to increase the electrically effective transition surfaces, the sheath strands of the electrode body can be connected by circumferential strands to form a sheath grating become.

Um in seichteren Gewässern die Möglichkeit zu schaffen, einen Teil des Stoßstroms in den Gewässergrund ableiten zu können, kann der Ableitstrang mit einer Erder-spitze überden Boden des Elektrodenkörpers nach unten vorstehen. Beim Absen- 3/13 3 ken des Elektrodenkörpers bis auf den Gewässergrund dringt daher die Erderspitze in den Gewässerboden ein, sodass der über den Ableitstrang geführte Hauptanteil des Stoßstroms unmittelbar in den Gewässerboden eingeleitet werden kann.In order to be able to divert a portion of the surge current into shallow waters in shallower waters, the arrester string can protrude downwards with an earthing tip over the bottom of the electrode body. When the electrode body is splayed down to the bottom of the water, therefore, the earthing tip penetrates into the bottom of the water, so that the main portion of the surge current conducted via the discharge line can be introduced directly into the bottom of the water.

Der Boden des Elektrodenkörpers kann ein Leitergitter umfassen, über das die Zweigströme durch die Mantelstränge des Mantels zusätzlich aufgeteilt werden. Abgesehen davon sind durch eine solche Konstruktionsmaßnahme Gewichtseinsparungen möglich, die die Handhabung solcher Elektrodenkörper verbessern. Die Belastung der Erderspitze beim Eindringen in den Boden kann allerdings durch ein solches Leitergitter nur unvollkommen aufgenommen werden. Aus diesem Grunde kann der Boden des Elektrodenkörpers im Bereich der Erderspitze einen Blecheinsatz aufweisen, der eine ausreichende Versteifung des aus einem Leitergitter bestehenden Bodens des Elektrodenkörpers mit sich bringt, um für ein sicheres Eindringen der Erderspitze in den Gewässerboden beim Absenken des Elektrodenkörpers zu sorgen. Außerdem kann durch einen solchen Blecheinsatz der Schwerpunkt des Elektrodenkörpers mit der Wirkung gegen den Boden hin verlagert werden, dass der Elektrodenkörper selbständig eine für seine Funktion vorteilhafte aufrechte Lage einnimmt.The bottom of the electrode body may comprise a conductor grid, over which the branch currents are additionally divided by the sheath strands of the sheath. Apart from that, weight savings are possible by such a construction measure, which improve the handling of such electrode body. However, the stress on the earthing tip when penetrating the ground can only be imperfectly absorbed by such a conductor grid. For this reason, the bottom of the electrode body in the region of the electrode tip can have a sheet metal insert, which brings a sufficient stiffening of the existing of a conductor grid bottom of the electrode body with itself to ensure safe penetration of the electrode tip into the water bottom when lowering the electrode body. In addition, by such a sheet metal insert the center of gravity of the electrode body can be displaced with the effect against the ground, that the electrode body automatically occupies an advantageous upright position for its function.

Damit hinsichtlich der Stromaufteilung weitgehend symmetrische Verhältnisse sichergestellt werden können, empfiehlt es sich, den Ableitstrang koaxial zum Boden des Elektrodenkörpers verlaufen zu lassen. Die Mantelstränge des Mantels erstrecken sich in diesem Fall entlang eines Kegels. Besonders vorteilhafte Konstruktionsbedingungen ergeben sich in diesem Zusammenhang, wenn der Boden des Elektrodenkörpers nach Art einer Kugelkalotte geformt ist.So that largely symmetrical conditions can be ensured with regard to the current distribution, it is recommended that the Ableitstrang extend coaxially to the bottom of the electrode body. The sheath strands of the sheath extend in this case along a cone. Particularly advantageous construction conditions arise in this context when the bottom of the electrode body is shaped in the manner of a spherical cap.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigenIn the drawing, the subject invention is shown, for example. Show it

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ableiten von Stoßströmen in ein Gewässer in einer zum Teil aufgerissenen Seitenansicht,1 shows a device according to the invention for discharging surge currents into a body of water in a partially torn-off side view,

Fig. 2 diese Vorrichtung in einem Schnitt nach der Linie ll-ll der Fig. 1 in einem größeren Maßstab und 4/13 4Fig. 2 shows this device in a section along the line II-II of FIG. 1 on a larger scale and 4/13. 4

Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer Konstruktionsvariante, jedoch mit einem bis auf den Gewässergrund abgesenkten Elektrodenkörper.Fig. 3 is a corresponding representation of a design variant of Fig. 1, but with a lowered down to the water body electrode body.

Die dargestellte Vorrichtung zum Ableiten von Stoßströmen in ein Gewässer weist einen in das Gewässer abgesenkten Elektrodenkörper 1 auf, der einen Boden 2 und einen Mantel aus Mantelsträngen 3 umfasst, die elektrisch leitend mit einem Ableitstrang 4 verbunden sind, der den Elektrodenkörper 1 durchsetzt und mit einer Erderspitze 5 über den Boden 2 nach unten vorsteht. Der Ableitstrang 4 ist beispielsweise über eine Prüfeinrichtung 6 mit einer nicht näherdargestellten Blitzschutzanlage 7 verbunden, wobei die Anordnung so getroffen ist, dass der Ab-leitstrang 4 in einer an die Tauchtiefe des Elektrodenkörpers 1 angepassten Mindestlänge elektrisch isoliert so ausgeführt ist, dass sich die elektrische Isolierung 8 auch in einer ausreichenden Länge über die Wasseroberfläche erstreckt, um Überschläge zwischen dem Ableitstrang 4 und der Wasseroberfläche zu vermeiden.The illustrated apparatus for discharging surge currents into a body of water has a lowered into the body of electrode body 1, comprising a bottom 2 and a sheath of sheath strands 3, which are electrically connected to a Ableitstrang 4, which passes through the electrode body 1 and with a Erder tip 5 projects over the bottom 2 down. The Ableitstrang 4 is connected for example via a test device 6 with a not shown lightning protection system 7, wherein the arrangement is made such that the ex-conductor strand 4 is electrically isolated in an adapted to the depth of the electrode body 1 minimum length designed so that the electrical Insulation 8 also extends over the water surface in a sufficient length to avoid flashovers between the Ableitstrang 4 and the water surface.

Um vorteilhafte Konstruktionsverhältnisse zu schaffen, ist der Boden 2 des Elektrodenkörpers 1 in Form einer Kugelkalotte ausgeführt, an deren Rand die Mantel-Stränge 3 des Mantels in einer gleichmäßigen Umfangsverteilung angeschlossen sind, sodass sich für den Elektrodenkörper 1 eine an einen Taylor-Kegel angeglichene Umrissform ergibt, die sich in besonderer Weise für den Energieübergang vom Elektrodenkörper auf das Wasser eignet.In order to create advantageous construction conditions, the bottom 2 of the electrode body 1 is designed in the form of a spherical cap, at the edge of which the sheath strands 3 of the sheath are connected in a uniform circumferential distribution, so that for the electrode body 1 an aligned to a Taylor cone outline shape results, which is particularly suitable for the energy transfer from the electrode body to the water.

Der Boden 2 selbst weist ein Leitergitter 9 auf, über das sich eine zusätzliche Aufspaltung der durch die Mantelstränge 3 des Mantels des Elektrodenkörpers 1 fließenden Zweigströme ergibt. Ein solches Leitergitter 9 ist allerdings für die Aufnahme von Druckbelastungen auf die Erderspitze 5 nicht gut geeignet. Aus diesem Grunde ist der Boden 2 im Bereich der Erderspitze 5 mit einem Blecheinsatz 10 versehen, an den sich das Leitergitter 9 anschließt.The bottom 2 itself has a conductor grid 9, via which there is an additional splitting of the branch currents flowing through the sheath strands 3 of the sheath of the electrode body 1. However, such a conductor grid 9 is not well suited for the absorption of pressure loads on the Erderspitze 5. For this reason, the bottom 2 is provided in the region of the Erderspitze 5 with a sheet metal insert 10, to which the conductor grid 9 is connected.

Um eine wirksame Ableitung von Stoßströmen in einem Gewässer zu erreichen, braucht der Elektrodenkörper 1 lediglich über den Ableitstrang 4 in das Gewässer abgesenkt zu werden, wobei eine Mindesttauchtiefe eingehalten werden soll, um 5/13 5 gefährliche Potenzialdifferenzen an der Wasseroberfläche sicher ausschließen zu können.In order to achieve an effective discharge of surge currents in a body of water, the electrode body 1 need only be lowered via the Ableitstrang 4 in the water, with a minimum immersion depth is to be observed in order to safely exclude 5 dangerous potential differences on the water surface can.

Weist das Gewässer eine Tiefe auf, die ein Absenken des Elektrodenkörpers 1 bis auf den Gewässerboden 11 erlaubt, so kann eine unmittelbare Ableitung eines Teils des Stoßstroms in den Gewässerboden 11 erreicht werden, wenn die mit dem Ab-leitstrang 4 verbundene, über den Boden 2 des Elektrodenkörpers 1 vorstehende Erderspitze 5 in den Gewässerboden 11 eindringt, wie dies in der Fig. 3 angedeutet ist. Mit Hilfe des die Erderspitze 5 tragenden Blecheinsatzes 10 kann außerdem der Schwerpunkt des Elektrodenkörpers 1 soweit gegen den Boden 1 verlagert werden, dass ein schwerkraftbedingtes Aufrichtmoment für ein selbständiges Einhalten einer aufrechten Lage des Elektrodenkörpers sichergestellt werden kann, was für einen vorteilhaften Energieübergang vom Elektrodenkörper 1 auf das Wasser und den Boden 11 von Bedeutung ist. Damit die elektrisch wirksame Fläche des Elektrodenkörpers 1 vergrößert werden kann, können die Mantelstränge 3 des Elektrodenkörpers 1 durch Umfangsstränge 12 zu einem Mantelgitter verbunden werden, wie dies in der Fig. 3 angedeutet ist. 6/13If the water has a depth which allows the electrode body 1 to be lowered down to the bottom of the water body 11, an immediate discharge of a portion of the surge current into the water bottom 11 can be achieved, when connected to the outlet strand 4 via the bottom 2 of the electrode body 1 protruding Erderspitze 5 penetrates into the water bottom 11, as indicated in FIG. 3. With the help of the electrode tip 5 supporting sheet metal insert 10 also the center of gravity of the electrode body 1 can be displaced so far against the bottom 1, that a gravity-induced Aufrichtmoment can be ensured for an independent compliance with an upright position of the electrode body, resulting in an advantageous energy transfer from the electrode body 1 the water and the soil 11 is important. In order that the electrically effective area of the electrode body 1 can be increased, the sheath strands 3 of the electrode body 1 can be connected by circumferential strands 12 to form a sheath grating, as indicated in FIG. 3. 6.13

Claims (7)

Patentanwälte Dipl.-Ing. Helmut Hübscher Dipl.-Ing. Karl Winfried Hellmich Spittelwiese 7, A 4020 Linz (39031) II Patentansprüche 1. Vorrichtung zum Ableiten von Stoßströmen in ein Gewässer mit einem in das Gewässer abgesenkten Elektrodenkörper (1) und mit einem mit dem Elektrodenkörper (1) elektrisch leitend verbundenen Ableitstrang (4), dadurch gekennzeichnet, dass der vom Ableitstrang (4) durchsetzte Elektrodenkörper (1) einen Boden (2) und einen Mantel aus Mantelsträngen (3) umfasst, die mit ihren vom Boden (2) abgekehrten Enden mit dem Ableitstrang (4) verbunden sind, und dass der Ableitstrang (4) in einer an die Tauchtiefe des Elektrodenkörpers (1) angepassten, einen Überschlag zwischen Ableitstrang (4) und der Wasseroberfläche verhindernden Mindestlänge elektrisch isoliert ausgeführt ist.Patent Attorneys Dipl.-Ing. Helmut Hübscher Dipl.-Ing. Karl Winfried Hellmich Spittelwiese 7, A 4020 Linz (39031) II Claims 1. Device for discharging surge currents into a body of water with an electrode body (1) lowered into the body of water and with a discharge line (4) electrically connected to the electrode body (1) , characterized in that the electrode body (1) penetrated by the Ableitstrang (4) comprises a bottom (2) and a jacket made of sheath strands (3), which are connected with their from the bottom (2) facing away from the Ableitstrang (4), and that the Ableitstrang (4) in an adapted to the depth of the electrode body (1), a flashover between Ableitstrang (4) and the water surface preventing minimum length is carried out electrically isolated. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelstränge (3) des Elektrodenkörpers (1) durch Umfangsstränge zu einem Mantelgitter verbunden sind.2. Device according to claim 1, characterized in that the sheath strands (3) of the electrode body (1) are connected by circumferential strands to a sheath grid. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ableitstrang (4) mit einer Erderspitze (5) überden Boden (2) des Elektrodenkörpers (1) nach unten vorsteht.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the Ableitstrang (4) with an earthing tip (5) over the bottom (2) of the electrode body (1) protrudes downward. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden des Elektrodenkörpers (1) ein Leitergitter (9) umfasst.4. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the bottom of the electrode body (1) comprises a conductor grid (9). 5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (2) des Elektrodenkörpers (1) im Bereich der Erderspitze (5) einen Blecheinsatz (10) aufweist. 7/135. Device according to claims 2 and 3, characterized in that the bottom (2) of the electrode body (1) in the region of the earthing tip (5) has a sheet metal insert (10). 7.13 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ableitstrang (4) koaxial zum Boden (2) des Elektrodenkörpers (1) verläuft.6. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the Ableitstrang (4) coaxial with the bottom (2) of the electrode body (1). 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (2) des Elektrodenkörpers (1) nach Art einer Kugelkalotte geformt ist und der Mantel einen Kegel bildet. Linz, am 3t. Januar 2013 Karl Mittermayr durch: /Dl Helmut Hübscher/ (elektronisch signiert) 8/137. The device according to claim 5, characterized in that the bottom (2) of the electrode body (1) is shaped in the manner of a spherical cap and the jacket forms a cone. Linz, at 3t. January 2013 Karl Mittermayr by: / Dl Helmut Hübscher / (electronically signed) 8/13