-
Die Erfindung betrifft eine isolierte Blitzschutzanlage, bestehend aus Fangleitungen aus elektrisch leitfähigem Material, die mit Abstand von einer Fläche eines Bauwerkes angeordnet und mittels rohrförmiger oder stangenförmiger Isolatoren in dieser Position gehalten sind, wobei jeder Isolator mit einer elektrisch schwach leitenden Oberfläche ausgestattet ist, die einen elektrischen Widerstandswert von 1 bis 10 kOhm pro Längenmeter hat, wobei mindestens ein Ende des Isolators von einem hülsenartigen, metallischen Halter umfasst ist, der an der Fläche des Bauwerks befestigt ist oder der die Fangleitung hält.
-
Solche isolierten Blitzschutzanlagen sind dann erforderlich, wenn die Abstände von Fangleitungen und Ableitungen zu elektrischen Anlagen, zum Beispiel einer auf dem Dach eines Hochhauses angeordneten Klimaanlage, mit konventionellen Mitteln nicht mehr erreicht werden können. Die Fangleitungen der Fangeinrichtung und Ableitungen der Ableitungseinrichtung bestehen dabei aus metallischen Leitern, insbesondere massiven Stäben oder Drähten, deren Querschnitte durch EN 62305-3 festgelegt sind. Beispielsweise ist der Querschnitt bzw. Durchmesser einer solchen Fangleitung 8 mm. Diese Fangleitungen sind über Isolatoren in einem gewünschten Abstand von den zu schützenden Objekten vorbeizuführen. Dazu sind solche Isolatoren beispielsweise mit einem Ende an der Fläche des Bauwerkes befestigt, während das andere Ende die Metallstange oder dergleichen trägt. Diese Isolatoren sind ganzjährig den Umweltbedingungen wie Sonne, Regen, Schnee, Eis und Verschmutzungen durch die Umweltablagerungen aus der Atmosphäre und Verschmutzung durch Lebewesen ausgesetzt. Mechanisch werden die Isolatoren durch Windlast, aber auch durch die induzierten Spannungen und elektrodynamischen Wirkungen bei einem Blitzeinschlag beansprucht. Im Stand der Technik werden Isolatoren, vorzugsweise aus Glasfaser verstärktem Kunststoff (GFK) in Form von massiven Stangen oder hohlen Rohren eingesetzt, da diese leicht zu konfektionieren sind. Auch die Erfindung geht von solchen Isolatoren aus GFK aus.
-
Untersuchungen der Spannungsfestigkeit solcher GFK-Materialien haben gezeigt, dass deren elektrische Festigkeit gegenüber Stoßspannungen geringer ist, als dies bei einer äquivalenten Luftstrecke der Fall wäre. Die Oberfläche des GFK-Werkstoffes ist dabei hoch isolierend. Die Einfassung der GFK-Stangen oder Rohre in Verbindung mit dem Gebäude und/oder mit den Fangleitungen erfolgt über ein metallisches Anschlussstück in Form einer Hülse oder dergleichen, welches meist scharfkantig ausgeführt wird, wodurch es zu einer lokalen Feldstärkeerhöhung kommen kann (im Falle eines Blitzeinschlages).
-
Die Durchschlagspannung am Isolator wird durch Regen und Verschmutzungen wie durch Kombination beider Effekte herabgesetzt. Dadurch ist eine größere Baulänge erforderlich, um die nach der EN 62305-3 geforderten Werte einzuhalten. Hieraus resultiert der Nachteil, dass die Architektur des Gebäudes durch sehr lange Isolatoren beeinflusst wird und die Kosten der Blitzschutzanlage steigen.
-
Für die Belastung der Isolatoren durch die induzierte Spannung kommen die in EN 62305-1:2006 genannten Stoßströme des Erstblitzes und des negativen Folgeblitzes in Frage. Dabei handelt es sich um Impulsströme mit einer Anstiegszeit von 0,25 bis 10 Mikrosekunden. Die induzierte Spannung ist aber durch die Ableitung des Stoßstromes nach der Zeit bestimmt und ist daher in ihrer Einwirkungsdauer kurz gegenüber der Stromflussdauer. Die Spannungsbeanspruchung dauert daher nur einige Mikrosekunden an. Bei einem Isolator, der für eine dauernd anliegende Hochspannung ausgelegt ist, zielt man auf einem sehr hohen Isolationswiderstand ab, damit dort keine thermischen Wirkungen auftreten. Bei einem Isolator für isolierte Blitzschutzanlagen werden wegen der nur im Mikrosekundenbereich anliegenden Spannung die thermischen Wirkungen vernachlässigt, so dass der Isolator nach anderen Kriterien gestaltet werden kann.
-
Aus der
DE 38 36 620 C2 ist eine Blitzschutzanlage mit Isolatoren aus Holz oder Porzellan bekannt, wobei die Isolatoren selbst an ihrer Oberfläche eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufweisen, so dass bei Überschreiten einer bestimmten, am Isolator angelegten Spannung zwischen Fangleitung und Dachfläche des Bauwerkes ein Stromfluss auf der Oberseite des Isolators auftritt, das heißt der Widerstand der Oberfläche des Isolators ist endlich hoch.
-
Um eine isolierte Blitzschutzanlage zu schaffen, die hinsichtlich der Baulänge der erforderlichen Isolatoren und somit hinsichtlich der Installationskosten minimiert ist, ist aus der
DE 10 2006 056 563 A1 eine Ausbildung bekannt, wonach jeder Isolator mit einer elektrisch schwach leitende Oberfläche ausgestattet ist, die einen elektrischen Widerstandswert von 1 bis 10 kOhm pro Längenmeter hat.
-
Hierbei wird der Isolator mit einer schwach leitenden Oberfläche ausgestattet, wobei die Leitfähigkeit nach oben dadurch begrenzt ist, dass kein zu großer Strom in die zu schützenden Anlagenteile abfließen darf und nach unten dadurch begrenzt ist, dass die Verschmutzung der Oberfläche den dominierenden Einfluss über die Spannungsverteilung auf der Oberfläche gewinnt.
-
Eine schwach leitende Oberfläche macht den Isolator immun gegenüber einer Verschmutzung durch Staub oder Regentropfen, da die Spannungsverteilung im Wesentlichen durch die Leitfähigkeit der Oberfläche bestimmt ist.
-
Gattungsgemäße hülsenartige metallische Halter sind im Regelfall scharfkantig ausgebildet. Aus diesem Grunde kommt es an der Kante zwischen der Stirnfläche des metallischen Halters und dem Mantel des Isolators zu Vorentladungen. Solche Vorentladungen sind unerwünscht. Es könnte zwar anstelle eines metallischen Halters ein Halter aus Kunststoff eingesetzt werden, jedoch wird dies deswegen nicht bevorzugt, weil solche Halter unter Umständen nicht ausreichend UV-beständig sind, so dass sie nicht über den gewünschten Zeitraum beständig sind, beispielsweise über 30 Jahre. Aus diesem Grunde sind metallische Halter bevorzugt im Einsatz.
-
Um das geschilderte Problem der Vorentladungen zu vermeiden, schlägt die Erfindung vor, dass der Halter einen vorgewölbten Kragen aufweist, der mit radialem Abstand von der scharfkantigen, ringförmigen Kontaktstelle zwischen Isolator und Halter ausgebildet ist.
-
Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass der radiale Abstand des Kragens vom Isolator und die Höhe des Kragens in Richtung parallel zur Längserstreckung des Isolators so bemessen ist, dass im Falle eines Blitzeinschlages die maximale elektrische Feldstärke im Bereich zwischen Kragen und Isolator unter 24,5 kV pro Zentimeter liegt.
-
Durch diese Anordnung wird der scharfkantige Übergang zwischen dem Halter und dem Isolator in den Bereich eines Feldschattens verlagert, der durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Kragens erzeugt wird. Die Entladung wird hierbei vorzugsweise von dem gekrümmten Kragen ausgehen, wobei die hierbei auftretende Randfeldstärke geringer ist als bei der herkömmlichen Anordnung. Der radiale Abstand des Kragens vom Isolator und die Höhe des Kragens in Richtung parallel zur Längserstreckung des Isolators können durch eine numerische Feldberechnung dimensioniert werden, wobei die Zielrichtung ist, dass die maximale Feldstärke an dem gekrümmten Kragen des metallischen Halters unter 24,5 kV pro Zentimeter bleibt.
-
Vorzugsweise kann die Ausgestaltung derart vorgesehen sein, dass der Isolator mit einer durch elektrisch leitfähige Partikel schwach leitfähigen Kunststoffbeschichtung versehen ist.
-
Hierbei kann der beispielsweise aus GFK bestehende Isolator mit einer Kunststoffbeschichtung versehen sein, deren Leitfähigkeit durch Zugabe von leitfähigen Additiven in gewünschtem Maße eingestellt ist.
-
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass auf den Isolator ein Schlauch aus elektrisch schwach leitendem Material aufgebracht ist.
-
Hierbei ist bevorzugt vorgesehen, dass der Schlauch als Schrumpfschlauch ausgebildet und auf den Isolator aufgeschrumpft ist.
-
Durch diese Ausbildung wird ein inniger Kontakt zwischen Schrumpfschlauch und Isolator sichergestellt.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im Folgenden näher beschrieben. Es zeigt:
- 1 eine prinzipielle Anordnung bei einer Blitzschutzanlage;
- 2 einen herkömmlichen Halter zur Einfassung des Isolators;
- 3 einen erfindungsgemäßen Halter zur Aufnahme des Isolators, jeweils im Querschnitt gesehen.
-
In 1 sind wesentliche Bestandteile einer isolierten Blitzschutzanlage gezeigt. Sie besteht aus einer Fangleitung 1 aus elektrisch leitfähigem Material, insbesondere in Form von Metallstangen oder Metalldrähten, beispielsweise mit 8 mm Durchmesser. Diese Fangleitung 1 ist mit erheblichem Abstand von einer Fläche 4 eines Bauwerkes angeordnet und mittels stangenförmiger Isolatoren 7 oder wie im Ausführungsbeispiel rohrförmiger Isolatoren 7 in dieser Position gehalten. Der Isolator 7 weist eine elektrisch schwach leitende Oberfläche 3 auf, wobei hierzu der Isolator 7 beispielsweise mit einer Kunststoffbeschichtung beschichtet sein kann, die durch elektrisch leitfähige Partikel schwach leitfähig ausgebildet ist oder aber der Isolator 7 kann durch einen Schlauch aus elektrisch schwach leitendem Material umhüllt sein, der als Schrumpfschlauch ausgebildet und auf dem Isolator 7 aufgeschrumpft ist. Hierdurch ist die elektrisch schwach leitende Oberfläche 3 gebildet.
-
Im Ausführungsbeispiel sind an beiden Enden des Isolators 7 jeweils hülsenartige, metallische Halter angeordnet. Der eine dieser Halter 2 ist an der Fläche 4 des Bauwerks befestigt, während der andere Halter 2 zur Fixierung und zum Anschluss der Fangleitung 1 dient.
-
Diese herkömmlich scharfkantig ausgebildeten Halter 2, wie sie in 1 und 2 gezeigt sind, haben den Nachteil, dass im scharfkantigen Bereich 5, der in 2 gezeigt ist, bevorzugt elektrische Vorentladungen auftreten. Um dies zu vermeiden, ist eine erfindungsgemäße Gestaltung bevorzugt, wie sie in 3 gezeigt ist. Hierbei weist der Halter 2 einen vorgewölbten Kragen 8, also eine gekrümmte Kontur auf, die mit radialem Abstand a von der ringförmigen Kontaktstelle 5 zwischen Isolator 7 und Halter 2 ausgebildet ist. Der radiale Abstand a des Kragens 8 vom Isolator 7 und die Höhe b des Kragens 8 in Richtung parallel zur Längserstreckung des Isolators 7 ist so bemessen, dass im Falle eines Blitzeinschlages die maximale elektrische Feldstärke im Bereich zwischen Kragen 8 und Isolator 7 unter 24,5 kV pro Zentimeter liegt. Der mit 6 bezeichnete Bereich gibt dabei den Bereich eines Feldschattens der gekrümmten Kontur (des Kragens 8) des Halters 2 an. Durch diese Ausbildung wird die Ausbildung von Vorentladungen im scharfkantigen Bereich 5, der im Feldschatten liegt, vermieden.
-
Die Erfindung löst die eingangs gestellte Aufgabe vorzüglich, da infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung relativ kurze Isolatoren 7 eingesetzt werden können, um die Fangleitungen 1 in ausreichendem Abstand von zu schützenden Objekten vorbeizuführen.
-
Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern im Rahmen der Offenbarung vielfach variabel.
