DE10228665B4

DE10228665B4 - Biltzstromableiteinrichtung

Info

Publication number: DE10228665B4
Application number: DE10228665A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr.-Ing. Hasse; Peter Dr.-Ing. Zahlmann; Klaus Peter Dipl.-Ing.(FH) Müller; Ottmar Prof. Dr. Beierl
Original assignee: Dehn and Soehne GmbH and Co KG
Current assignee: Dehn SE and Co KG
Priority date: 2001-10-30
Filing date: 2002-06-27
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2022-06-28
Also published as: DE10228665A1

Abstract

Blitzstromableiteinrichtung zum elektrischen Verbinden einer Fangeinrichtung mit der Erdungsanlage im äußeren Blitzschutz, gekennzeichnet durch Verwendung eines elektrischen Leiters (8), der in eine Isolationsumhüllung (9) eingebettet ist, die wiederum eine leitfähige Ummantelung (10) aufweist, wobei im Anschlussabschnitt des elektrischen Leiters mit der Fangeinrichtung eine Anordnung zur Feldsteuerung (12) zum Zweck des Verhinderns von Gleitentladungen und zur Erhöhung der Impulsspannungsfestigkeit vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Blitzstromableiteinrichtung zum elektrischen Verbinden einer Fangeinrichtung mit der Erdungsanlage im äußeren Blitzschutz gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Blitzstromableiteinrichtungen bestehen üblicherweise aus metallischen Leitungen mit einem entsprechenden Querschnitt, um die gewünschte Blitzstromtragfestigkeit zu gewährleisten. Übliche Materialien sind Aluminium, verzinkte Stahldrähte oder Stahlbänder, aber auch Kupferleitungen. Diese werden an natürliche oder künstliche Fangeinrichtungen angeschlossen und auf kürzestem Wege über die Gebäudeaußenflächen zur Erdungsanlage, z.B. zu einem Ring- oder Staberder geführt oder stehen mit einem Fundamenterder in Verbindung.

Das Einhalten der relevanten Blitzschutznormen mit ihren verschiedenen Detailmaßnahmen ergibt ein hohes Maß an Betriebssicherheit für die zu schützenden Anlagen. Die entsprechend der Blitzschutzbedürftigkeit festgelegte Blitzschutzklasse ist eine definitive Spezifikation der konstruktiven Maßnahmen für die Realisierung im äußeren Blitzschutz.

Ein sehr häufig anzutreffendes Problem in der Praxis ist die Beachtung eines notwendigen Sicherheitsabstands zwischen Fangeinrichtung und Ableitungen zu anderen leitfähigen metallischen Teilen von elektrischen oder elektronischen Einrichtungen. Werden hier notwendige Mindestabstände nicht eingehalten, besteht im Fall eines Blitzes die Gefahr eines unkontrollierten Funkenüberschlags mit der Folge von Beschädigungen oder möglichen Bränden.

Die Berechnung des Sicherheitsabstands wird durch den Anteil des Blitzstroms in der Ableitung mit dem Faktor K_c, die Steilheit des Blitzstroms mit dem Faktor K_i, den Abstand von der Näherungsstelle zur nächsten Ebene des Potentialausgleichs L und von dem Material in der Trennungsstrecke, Faktor K_m bestimmt.

Der Materialkoeffizient K_m beschreibt das Isoliervermögen eines Werkstoffs in Relation zu Luft.

Die prinzipielle Möglichkeit, die Näherungsproblematik dadurch zu lösen, indem bisher nicht isolierte Blitzstromableiteinrichtungen mit einer Isolierbeschichtung umgeben werden, ist erschwert durch Probleme beim Übergang der isolierten Ableitung auf die Blitzschutzanlage selbst. An der Stelle des Einleitens des Blitzstroms in die Leitung treten entlang der Oberfläche Gleitentladungen auf. Sobald die Gleitentladungs-Einsatzspannung überschritten wird, bilden sich stabile Entladungen aus, die die Spannungsfestigkeit insgesamt reduzieren und einen Überschlag einleiten, so dass die Isolation wirkungslos wird.

Aus dem US-Patent 5,936,825 ist eine Schutzvorrichtung für Kabel und ähnliche elektrische Einrichtungen vor Blitzschlägen vorbekannt, wobei diese Einrichtung in einem Gehäuse einen Überspannungsableiter und einen Kabelanschlussbereich aufweist. Der Überspannungsableiter ist im Gehäuse zum Kabelanschlussbereich parallel befindlich und elektrisch einem Kabelabschnitt parallel geschaltet.

Aus der WO 98/27631 A1 ist ein Anschlussteil für ein elektrisches Leistungskabel vorbekannt, umfassend einen inneren Leiter, eine elektrische Isolierung, die den Leiter umgibt, und ein halbleitendes Isolationsmaterial, das wiederum den eigentlichen Isolator umhüllt. Über einen bestimmten Längenabschnitt ist die halbleitende Umhüllung entfernt und es wird der eigentliche Leiter freigelegt. Ein Material mit einer hohen Dielektrizitäts- konstante ist einerseits in Kontakt mit einem freigelegten Ende der Schirmung und andererseits mit einem Ende der Isolation des Kabels. Weiterhin ist eine Polymer-Isolationsschicht aufgebracht, welche sich über einen Längenbereich des Anschlussendes des elektrischen Kabels erstreckt und wobei diese Isolationsschicht über den Abschnitten des Materials mit hoher Dielektrizitätskonstante befindlich ist. Mit der vorstehend kurz beschriebenen Lösung kann das Anschlussende eines mehrschichtigen, mit einer Schirmung versehenen Hochspannungskabels verkürzt werden und es verringert sich der störende Einfluss von unerwünschten Koronaentladungen.

Aus dem Vorgenannten ist es Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Blitzstromableiteinrichtung zum elektrischen Verbinden einer Fangeinrichtung mit einer Erdungsanlage im äußeren Blitzschutz anzugeben, wobei die Ableitung selbst so ausgebildet ist, dass der Sicherheitsabstand zu anderen leitfähigen Anlagenteilen reduziert werden kann und wobei neben einer hohen Stoßstromtragfähigkeit eine ausreichende Festigkeit gegenüber Gleitentladungen besteht.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit der Verwendung einer Blitzstromableiteinrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der verwendeten Einrichtung umfassen.

Der verwendete elektrische Leiter der Blitzstromableiteinrichtung ist in eine Isolationsumhüllung eingebettet. Beispielsweise kommen hier Isolierstoffe wie Polyvinylchlorid oder Polyethylen zum Einsatz.

Diese Isolationsumhüllung wiederum ist mit einer leitfähigen Ummantelung versehen. Im Anschlussabschnitt des elektrischen Leiters mit der Fangeinrichtung, die in klassischer Weise ausgebildet sein kann, ist eine Anordnung zur Feldsteuerung zum Zweck des Verhinderns von Gleitentladungen vorgesehen.

Die Feldsteuerung selbst ist kapazitiv oder als Ohmsche Feldsteuerung des Kabelendes ausgebildet. Beispielsweise können Feldsteuerelektroden am Kabelende vorgesehen sein und diese Elektroden z.B. in Form aufgewickelter halbleitender Bänder realisiert werden.

Eine vorgesehene Außenschutzbeschichtung der speziellen Ableiteinrichtung weist silikonhaltige oder andere wasserabweisende Stoffe auf, was die Überschlagsfestigkeit weiter erhöht.

Ebenso liegt es im Sinne der Erfindung, zur Verbesserung der Überschlagsfestigkeit Schirme vorzusehen, die zu einer Kriechwegverlängerung führen.

Die beschriebene Isolationsumhüllung kann bis unmittelbar zur Fangstange reichen oder Teile dieser bilden.

Das Konzept des Vorsehens einer Isolationsumhüllung mit Anordnung zur Feldsteuerung kann auch auf versorgungs- und entsorgungstechnische Einrichtungen leitfähiger Art, wie z.B. Wasser-, Gas- oder Regenfallrohre angewendet werden.

In einer Blitzschutzanlage besteht die Möglichkeit der Kombination konventioneller Ableiteinrichtungen mit isolierten und mit einer Feldsteueranordnung versehenen Ableitung bzw. eines derartig ausgebildeten Kabels.

Die Feldsteuerung kann auch im Bereich der Zusammenführung und des Trennens derartiger kombinierter Systeme genutzt werden, um die entsprechende Festigkeit der Isolierung gegenüber Gleitentladungen zu gewährleisten.

Wie erläutert, besteht die neuartige eingesetzte Blitzstromableiteinrichtung aus einer koaxialen Anordnung mit einem blitzstromtragfähigen Innenleiter, einer entsprechenden Isolierung sowie einer leitfähigen Hülle und einem äußeren mechanischen Schutzmantel.

Um Gleitentladungen zu vermeiden, ist eine Potentialsteuerung am Übergang Kabel, d.h. isolierte Ableitung, sowie konventionelle Blitzschutzanlage vorgesehen.

Da die Wechselspannungsfestigkeit im Gegensatz zu vergleichbaren Hochfrequenzkabeln unbeachtlich ist, kann die Feldsteuerung unter dem Gesichtspunkt der Impulsspannungsfestigkeit in einfacher Weise optimiert werden. So besteht die Möglichkeit, relativ hohe Leitwerte zu realisieren, die eine einfache und platzsparende Gestaltung erlauben.

Für die Feldsteuerung werden Elektroden ausgebildet, wobei als Steuermedium sich sowohl feste halbleitende Stoffe als auch Flüssigkeiten eignen.

Beim Einsatz halbleitender Bänder für die Feldsteuerung, welche aufgewickelt werden können, ist eine geometrische Gestaltung nach Art eines Rogowski-Profils im Bereich der Einführung möglich.

Dadurch, dass die isolierte Blitzstromableiteinrichtung auch auf Blitzfangstangen und Panikabsperrungen erweitert werden kann, ergeben sich Vorteile bei der Näherungsproblematik z.B. bei der Durchführung von Open Air Veranstaltungen oder festinstallierten Zäunen metallischer Art in Stadien.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
1 zeigt hierbei eine prinzipielle Darstellung einer Anlage für den äußeren Blitzschutz und 1 eine Blitzstromableiteinrichtung mit Isolationsumhüllung sowie Anordnung zur Feldsteuerung.
Gemäß Prinzipdarstellung nach 1 ist ein metallischer Dachaufbau 1 nebst metallischer Attikaabdeckung 7 mit einer isolierten Fangeinrichtung 2 versehen. Die Fangeinrichtung 2 wird über eine gemäß Ausführungsbeispiel realisierte isolierte Blitzstromableiteinrichtung 3 zum Fundamenterder 4, d.h. zur Erdungsanlage geführt. Unter Näherungsbereich 5 wird der Abstand zwischen z.B. einem im Inneren des Gebäudes befindlichen Kabelkanal 6 und der Blitzstromableiteinrichtung verstanden.
Gemäß Ausführungsbeispiel ist ein blitzstoßstromfester metallischer Leiter vorgesehen, der an die konventionelle Blitzschutzanlage, z.B. die Fangeinrichtung angeschlossen wird. Der metallische Leiter ist von einer Isolierung, z.B. aus PE oder PVC umhüllt. Die Isolierung wiederum weist eine leitende Hülle auf, die von einer Außenumhüllung 13 umgeben ist.
An der Stelle der Einleitung des Blitzstroms 11 in die Leitung ist eine Anordnung zur Feldsteuerung vorgesehen, um eine ausreichende Festigkeit der Isolierung gegenüber Gleitentladungen zu erreichen.
Die erforderlichen Werte für die Stoßspannungsfestigkeit liegen etwa im Bereich zwischen 700 und 1000 kV, die des Stoßstroms bei etwa 100 kA.
Die in 2 gezeigte Anordnung ist als quasi koaxialer Leiter mit blitzstromtragfähigem Innenleiter 8, Isolierung 9 und leitfähiger Hülle 10 ausgestaltet. Die Anordnung zur Feldsteuerung 12 ist kapazitiv oder ohmsch im Bereich des Kabelendes ausgebildet, wobei diese auf die notwendigen Werte der Impulsspannungsfestigkeit ausgelegt wird. Da das Problem netzfrequenter Ableitströme nicht beachtet werden muss, können relativ hohe Leitwerte realisiert werden, die eine besonders einfache und platzsparende Gestaltung der Feldsteuerung erlauben.

Claims

Blitzstromableiteinrichtung zum elektrischen Verbinden einer Fangeinrichtung mit der Erdungsanlage im äußeren Blitzschutz, gekennzeichnet durch Verwendung eines elektrischen Leiters (8), der in eine Isolationsumhüllung (9) eingebettet ist, die wiederum eine leitfähige Ummantelung (10) aufweist, wobei im Anschlussabschnitt des elektrischen Leiters mit der Fangeinrichtung eine Anordnung zur Feldsteuerung (12) zum Zweck des Verhinderns von Gleitentladungen und zur Erhöhung der Impulsspannungsfestigkeit vorgesehen ist.
Blitzstromableiteinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ohmsche oder kapazitive Feldsteuerung im Bereich des jeweiligen Anschlussabschnitts oder Kabelendes.
Blitzstromableiteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Feldsteuerelektroden am jeweiligen Kabelende.
Blitzstromableiteinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zur Feldsteuerung aufgewickelte, halbleitende Bänder umfasst.
Blitzstromableiteinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Außenschutzbeschichtung (13).
Blitzstromableiteinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenschutzbeschichtung (13) silikonhaltige oder andere wasserabweisende Stoffe aufweist.
Blitzstromableiteinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsumhüllung (9) bis unmittelbar zur Fangstange (2) reicht oder Teile dieser bildet.
Blitzstromableiteinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter (8) Teil einer leitfähigen Ver- oder Entsorgungseinrichtung ist.