DE10162271A1

DE10162271A1 - Elektrische Leitung und Leitungsbündel zur Verhinderung eines stabilen Lichtbogens

Info

Publication number: DE10162271A1
Application number: DE2001162271
Authority: DE
Inventors: Hans Michael Graf; Goetz Roderer; Franz Waltl
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2001-12-18
Filing date: 2001-12-18
Publication date: 2003-02-13

Abstract

Es wird eine elektrische Leitung bereitgestellt, die einen elektrisch leitenden Leitungskern und eine elektrisch isolierende Ummantelung enthält, wobei die elektrisch isolierende Ummantelung zumindest in einem Teilabschnitt ein Material aufweist, das sich bei Erwärmung auf eine vorbestimmte Temperatur derart räumlich ausdehnt, dass eine für einen Lichtbogen ungünstige Umgebungsbedingung bereitgestellt wird, sowie ein Leitungsbündel mit gleichen Eigenschaften und Wirkungen.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Leitung und ein Leitungsbündel zur Verhinderung eines stabilen Lichtbogens, insbesondere zur Verhinderung eines stabilen Lichtbogens z. B. zwischen spannungsführenden Teilen und einer Autokarosserie, aufgrund hoher Gleichspannungspegel in der KFZ- Stromversorgung.

Bei 42 V-Bordnetzen in modernen Kraftfahrzeugen ist es notwendig einen Lichtbogenschutz vorzusehen, da ab einem Potentialunterschied von etwa 15 V ein stabiler Lichtbogen selbst über Entfernungen von mehreren Millimetern hinweg auftreten kann (bei 42 V und 1 Ampere zum Beispiel über circa 2 mm). Die über die Lichtbögen auftretenden Ströme sind jedoch nicht groß genug, um konventionelle Absicherungsmethoden für Komponenten- bzw. Leitungsschutz, zum Beispiel Schmelzsicherungen, auszulösen. Die hohen Temperaturen des Lichtbogens können zu einem Leitungsbrand führen. Insbesondere bei in Bündeln verlegten Leitungen droht eine unkontrollierte Ausweitung des Schadens mit schwerwiegenden Folgen.

Allgemein bekannt ist die Detektion von Lichtbögen mittels Sensorleitungen oder über Strom/Spannungs-Kennlinien. Dies erfordert jedoch einen hohen Mehraufwand in der Verkabelung bzw. seitens der überwachenden Steuergeräte. Besonders dicke Isolierungen bzw. spezielle Schutzeinrichtungen (Kabelkanäle) verursachen ebenfalls hohe Kosten und hohes Zusatzgewicht.

Die EP 0 653 073 betrifft einen Detektor zum Erkennen des Vorhandenseins einer elektrischen Lichtbogenbildung auf einer Wechselstrom-Netzleitung.

Die EP 0 657 910 betrifft das Gebiet der Hochspannungs- Stromkreisunterbrechung in elektrischen Geräten. Zur Gewährleistung des Löschens eines Lichtbogens enthält eine Sicherung ein pulverförmiges Füllmaterial, welches bei Auftreten eines Lichtbogens ein Gas freisetzt, das über lichtbogenlöschende Eigenschaften verfügt. Das Füllmaterial ist für den Einsatz in Hochspannungs-Stromkreisunterbrechern, wie zum Beispiel Schaltvorrichtungen, Transformatoren und insbesondere Sicherung vorgesehen. Das pulverförmige Füllmaterial gewährleistet die korrekte Funktionsweise einer Leitungstrenneinrichtung, die primär den Leitungsschutz übernimmt.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer elektrischen Leitung, die selbst einen stabilen Lichtbogen an der Leitung verhindern kann, sowie die Bereitstellung eines Leitungsbündels mit gleicher Eigenschaft und Wirkung.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist den unabhängigen Patentansprüchen zu entnehmen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nach Anspruch 1 ist es möglich, ohne zusätzlichen Platzbedarf eine wirkungsvolle Schutzmaßnahme vor einem stabilen Lichtbogen sicherzustellen, wobei darüber hinaus keine separate Leitungstrenneinrichtung zum Löschen des Lichtbogens erforderlich ist. Ferner bleibt auch nach Auftreten und nach Löschen eines Lichtbogens die Funktionsfähigkeit einer Leitung weiter gewährleistet, wodurch ein sofortiger Austausch der Leitungen nicht erforderlich ist.

Nach Anspruch 2 ist es möglich, einen an irgendeiner Stelle an der Leitung auftretenden Lichtbogen sicher zu löschen.

Nach Anspruch 3 kann sichergestellt werden, dass nur an lichtbogengefährdeten Bereichen ein an der Leitung auftretender Lichtbogen schnell gelöscht wird. Dies führt zu einer Kostenreduzierung, da weniger Material benötigt wird, das sich bei Erwärmung auf eine vorbestimmte Temperatur räumlich ausdehnt.

Nach Anspruch 4 kann ein in einem Leitungsbündel auftretender Lichtbogen sicher gelöscht werden.

Nach Anspruch 5 und 6 kann das Material zur Löschung eines Lichtbogens gezielt eingesetzt werden, wodurch Kosten reduziert werden können.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes bis viertes Ausführungsbeispiel einer elektrischen Leitung gemäß der Erfindung;
Fig. 2a ein erstes Ausführungsbeispiel eines Leitungsbündels gemäß der Erfindung;
Fig. 2b ein zweites Ausführungsbeispiel eines Leitungsbündels gemäß der Erfindung;
Fig. 3a ein drittes Ausführungsbeispiel eines Leitungsbündels gemäß der Erfindung; und
Fig. 3b ein viertes Ausführungsbeispiel eines Leitungsbündels gemäß der Erfindung.
In den Fig. 1 bis 3 werden für funktionell gleiche Elemente die gleichen Bezugsziffern verwendet.
Fig. 1 zeigt ein Koordinatensystem xy, wobei im ersten Quadranten (I) eine Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels, im zweiten Quadranten (II) eines zweiten Ausführungsbeispiels, im dritten Quadranten (III) eines dritten Ausführungsbeispiels und im vierten Quadranten (IV) eines vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Leitung jeweils gezeigt sind.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Leitung 1 enthält diese einen elektrisch leitenden Leitungskern 2, der von einer elektrisch isolierenden Ummantelung 3 umgeben ist, die gleichmäßig verteilt (im wesentlichen homogen verteilt) ein Material 4 enthält, das sich bei Erwärmung auf eine vorbestimmte Temperatur räumlich ausdehnt. Vorgesehen ist speziell, dass das Material 4 bei Erreichen einer Mindesttemperatur unter Beibehaltung seiner nicht leitenden Eigenschaft aufschäumt und somit einen Gaskanal, der durch einen Lichtbogen erzeugt wird, einengt bzw. ganz schließt, so dass der Lichtbogen erlischt.
Das Material 4 kann zum Beispiel ein Material sein, das in einem von der Firma Clariant angebotenen Intumeszenz- Flammschutzsystem Anwendung findet. Das Wirkungsprinzip derartiger Flammschutzsysteme beruht auf der Ausbildung einer voluminösen, isolierenden Schutzschicht durch Verkohlung und gleichzeitiges Aufschäumen. Speziell wird bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur ein in dem Material enthaltener Binder/Polymer(z. B. PP) erweicht und eine anorganische Säure (z. B. Ammoniumpolyphosphat) freigesetzt. Es erfolgt dann eine Verkohlung z. B. von Polyalkoholen, was letztendlich eine Gasbildung durch das im Material enthaltene Treibmittel, (z. B. Melamin) und ein Aufschäumen zur Folge hat.
Fig. 1 zeigt ferner im zweiten Quadranten des Koordinatensystems xy ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Leitung im Querschnitt. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist das Material 4 an bestimmten Stellen in die elektrisch isolierende Ummantelung 3 eingelagert.
Gemäß dem im dritten Quadranten des Koordinatensystems xy in Fig. 1 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel ist das Material 4 im radial außen liegenden Bereich der Ummantelung 3 des Leiters 1 ausgebildet sowie von der radial außen liegenden Oberfläche der Ummantelung 3 bis zur Oberfläche des Leitungskerns 2. Das Material 4 ist dabei abschnittsweise innerhalb der Ummantelung 3 ausgebildet, wobei die entsprechenden Abschnitte an lichtbogengefährdeten Bereichen bevorzugt ausgebildet werden.
Gemäß dem im vierten Quadranten des Koordinatensystems xy in Fig. 1 gezeigten vierten Ausführungsbeispiel, ist das Material in der Form von zwei Schichten ausgebildet, die den Leitungskern 2 vollständig oder teilweise umgeben. Die erste Schicht 4a ist zum Beispiel an der radial außen liegenden Oberfläche der Ummantelung 3 ausgebildet, und die zweite Schicht 4b ist zum Beispiel nahe der Oberfläche des Leitungskerns 2 ausgebildet. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass nur eine derartige Materialschicht oder mehr als zwei derartige Materialschichten an irgendeiner Stelle in der Ummantelung 3 ausgebildet sein können.
Fig. 2a zeigt eine Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Leitungsbündels gemäß der Erfindung. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel enthält ein Leitungsbündel 5 eine Mehrzahl von Bündelleitungen 6. Die Bündelleitungen 6 können z. B. herkömmliche elektrische Leitungen mit einem Leitungskern und einer herkömmlichen Leitungskernisolierung sein, letztere ist in den Figuren jeweils durch eine schwarze dicke Linie gekennzeichnet. Die Mehrzahl der Bündelleitungen 6 ist von einer Bündelumhüllung 7 umgeben. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Leitungsbündels enthält die Bündelumhüllung 7 das Material 4, das bei Erwärmung auf eine vorbestimmte Temperatur derart aufschäumt (sich räumlich ausdehnt), dass für einen Lichtbogen ungünstige Umgebungsbedingungen entstehen, so dass dieser gelöscht wird.
Das Material 4 ist vorzugsweise innerhalb der Bündelumhüllung 7 gleichmäßig verteilt.
Fig. 2b zeigt eine Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Leitungsbündels 5. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Material 4 in Form von zwei Materialsträngen 8 ausgebildet. Diese Materialstränge 8 sind innerhalb der Mehrzahl der Bündelleitungen 6 ausgebildet, und ebenfalls von der Bündelumhüllung 7 umgeben. Diese Materialstränge 8 können sich vorzugsweise über die gesamte Länge der Bündelleitungen 6 erstrecken oder alternativ nur abschnittsweise an Stellen, die besonders lichtbogengefährdet sind.
Wenn die Schäumwirkung des Materialstrangs 8 stark genug ist, ist es ausreichend, wenn innerhalb eines Leitungsbündels nur ein Materialstrang 8 vorhanden ist. Selbstverständlich können auch mehr als zwei Materialstränge 8 innerhalb eines Leitungsbündels ausgebildet sein.
Fig. 3a zeigt eine Querschnittsansicht eines dritten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leitungsbündels. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist eine Mehrzahl von Bündelleitungen 6 von einem Kabelkanal 9 umgeben, der als Bündelumhüllung dient. Im Inneren des Kabelkanals 9 ist vorzugsweise im Bodenbereich des Kabelkanals 9 das schäumende Material 4 ausgebildet (durch Schraffur gekennzeichnet). Die Mehrzahl der Bündelleitungen 6 liegt somit auf dem flächig am Boden des Kabelkanals ausgebildeten Material 4. Das Material 4 kann natürlich auch an anderen oder auch an mehreren Seiten des Kabelkanals 9 an dessen innerer Oberfläche flächig ausgebildet werden.
Fig. 3b zeigt eine Querschnittsansicht eines vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Leitungsbündels. Wie in Fig. 3b gezeigt, sind innerhalb des Kabelkanals 9 eine Mehrzahl von Bündelleitungen 6 ausgebildet, sowie ein Materialstrang 8, der bei Erwärmung auf eine vorbestimmte Temperatur aufschäumt, um einen Lichtbogen, der sich innerhalb des Kabelkanals 9 bildet, zu löschen. Je nach Anzahl der Bündelleitungen 6 innerhalb des Kabelkanals 9 und in Abhängigkeit von der Stärke der Schäumwirkung des Materialstrangs 8 können auch mehrere Materialstränge 8 innerhalb des Leitungsbündels 5 ausgebildet sein.
Die oben im einzelnen beschriebene Erfindung ist nicht auf die genannten Ausführungsbeispiele begrenzt, so kann zum Beispiel eine Bündelleitung 6 eine Leitung 1 gemäß den in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispielen 1 bis 4 sein. Andere Kombinationen der einzelnen Ausführungsbeispiele untereinander sind ebenfalls möglich.

Claims

1. Elektrische Leitung (1), enthaltend einen elektrisch leitenden Leitungskern (2) und eine elektrisch isolierende Ummantelung (3), wobei die elektrisch isolierende Ummantelung (3) zumindest in einem Teilabschnitt ein Material (4) enthält, das sich bei Erwärmung auf eine vorbestimmte Temperatur unter Beibehaltung seiner elektrisch isolierenden Eigenschaft derart räumlich ausdehnt, dass eine für einen Lichtbogen ungünstige Umgebungsbedingung bereitgestellt wird.

2. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (4) in dem Teilbereich der Ummantelung (3) im wesentlichen gleichmäßig verteilt ist.

3. Leitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Abschnitt in dem Teilbereich der Ummantelung (3) aus dem Material (4) gebildet ist.

4. Leitungsbündel enthaltend eine Mehrzahl von elektrischen Leitungen (6) und eine die Mehrzahl der elektrischen Leitungen zumindest teilweise umgebende Bündelumhüllung (7), in der zumindest in einem Teilabschnitt ein Material (4) enthalten ist, das sich bei Erwärmung auf eine vorbestimmte Temperatur unter Beibehaltung seiner isolierenden Eigenschaft derart räumlich ausdehnt, dass eine für einen Lichtbogen ungünstige Umgebungsbedingung bereitgestellt wird.

5. Leitungsbündel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (4) die Form eines Materialstrangs (8) aufweist.

6. Leitungsbündel nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (4) in der Bündelumhüllung (7) integriert ist.

7. Leitungsbündel nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Leitung (1) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3 enthalten ist.

8. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und Leitungsbündel nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Material (4) bei seiner räumlichen Ausdehnung verfärbt.

9. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 8, und Leitungsbündel nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (4) flammhemmend ist.

10. Verwendung eines Materials in einer wenigstens eine elektrische Leitung enthaltende Umhüllung, welches sich bei Erwärmung auf eine vorbestimmte Temperatur unter Beibehaltung seiner elektrisch isolierenden Eigenschaft derart räumlich ausdehnt, dass eine für einen Lichtbogen ungünstige Umgebungsbedingung bereitgestellt wird.