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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Verbinden von Enden isolierter Ableitungen eines äußeren Blitzschutzsystems, wobei die Ableitungen einen blitzstromführenden Innenleiter, einen Isolationsbereich und mindestens eine halbleitende oder leitende Umhüllung aufweisen, gemäß Patentanspruch 1.
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Aus der
DE 102 33 528 B4 sowie dem diesbezüglichen Stammpatent nach
DE 102 28 665 sind Blitzstromableiteinrichtungen vorbekannt, bei denen der elektrische Leiter in eine Isolationsumhüllung eingebettet wird. Für die Isolationsumhüllung kommen beispielsweise Isolierstoffe wie Polyvinylchlorid oder Polyäthylen zum Einsatz. Die Isolationsumhüllung ist wiederum mit einer leitfähigen, bei einer Ausführungsform über die Länge einen gestuften Widerstand aufweisenden Umhüllung versehen.
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Im Anschlussabschnitt des elektrischen Leiters mit einer Fangeinrichtung für den Blitzschutz, die in klassischer Weise ausgebildet sein kann, ist eine Anordnung zur Feldsteuerung, z. B. in Form eines leitfähigen Kunststoffstücks zum Zweck des Verhinderns von Gleitentladungen vorgesehen. Diese Feldsteuerung selbst ist kapazitiv und als ohmsche Feldsteuerung des Kabelendes ausbildbar. Eine vorgesehene Außenschutzbeschichtung der Ableiteinrichtung weist silikonhaltige oder andere wasserabweisende Stoffe auf, was die Überschlagsfestigkeit erhöht. Um eine Teilentladungsankopplung an den Anschlussabschnitt des elektrischen Leiters und an die Isolationsumhüllung zu gewährleisten, ist ein vorzugsweise leitfähiges Kunststoffelement als Anpassstück vorhanden.
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Bei der Blitzschutzeinrichtung für ein äußeres Blitzschutzsystem nach
DE 20 2004 003 233 U1 ist eine isolierte Ableiteinrichtung vorhanden, welche mindestens einen elektrischen Leiter zur Ableitung des Blitzstroms sowie mindestens zwei den elektrischen Leiter umgebende und in Längsrichtung des elektrischen Leiters hintereinander angeordnete, elektrisch isolierende innere Isolierumhüllungen umfasst, die an einer Stoßstelle einander berühren. Ergänzend ist eine elektrisch isolierende äußere Isolierumhüllung vorhanden, die im Bereich der Stoßstelle die beiden inneren Isolierumhüllungen umgibt. Durch diese Maßnahme gelingt es, isolierte Ableitungen zu verlängern, wodurch eine hohe Flexibilität hinsichtlich möglicher Anwendungsbereiche gegeben ist. Die inneren Isolierungen sollen eine flexible Anpassung der Isolation an die jeweilige Gesamtlänge des elektrischen Leiters bezüglich des betreffenden Anwendungsfalls ermöglichen, wobei die als Polyäthylen-Rohre ausgebildeten Isolierumhüllungen vor Ort bei der Montage der Blitzschutzeinrichtung über den elektrischen Leiter zu schieben sind und mit Hilfe einer Befestigungsarmatur fixiert werden.
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Darüber hinaus wurde bereits vorgeschlagen, isolierte elektrische Ableitungen miteinander zu verbinden, indem die entsprechenden Anpassungsbereiche der zu verbindenden Leitungen auf Isolierstützen unter Einhaltung des Trennungsabstands in Luft aufgestellt werden. Dieses Aufständern stellt sicher, dass sich keine elektrisch leitfähigen Teile im vorgegebenen geschützten Bereich des Endverschlusses befinden, die zu einem unzulässigen Isolationsversagen an der Leitung führen würden.
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Ein in der Praxis häufig auftretendes Problem des Blitzschutzes ist die Einhaltung des Trennungsabstands zwischen Blitzschutzanlage einerseits und leitfähigen Teilen des zu schützenden Gebäudes andererseits. Die Einhaltung des notwendigen Sicherheitsabstands zwischen Fangeinrichtung und Ableitungen zu anderen leitfähigen metallischen Teilen von elektrischen oder elektronischen Einrichtungen wird in entsprechenden Normen, z. B. DIN EN 62305-3, als Schutzmaßnahme gefordert. Werden notwendige Mindestabstände nicht eingehalten, besteht im Fall eines Blitzes die Gefahr eines unkontrollierten Funkenschlags mit der Folge von Beschädigungen oder möglichen Bränden. Die Berechnung des Sicherheitsabstands wird durch den Anteil des Blitzstroms in der Ableitung mit dem Faktor kc, die Steilheit des Blitzstroms mit dem Faktor kj, den Abstand von der Näherungsstelle zur nächsten Ebene des Potentialausgleichs L und von dem Material in der Trennstrecke, Faktor km, bestimmt.
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Isolierte Ableitungen sind hochspannungstechnisch dahingehend optimiert, dass sie den elektrischen Beanspruchungen beim Ableiten eines Blitzimpulsstroms standhalten können. Der Blitzimpulsstrom beansprucht die isolierte Ableitung thermisch, elektrodynamisch und feldstärkebezogen elektrisch.
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Wenn hochspannungsfest isolierte Ableitungen gleichen und/oder unterschiedlichen Leitungsdurchmessers unter Einhaltung des Trennungsabstands miteinander verbunden werden sollen, sind die entsprechenden Anforderungen auch von dem notwendigen Kupplungssystem zu erfüllen.
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Eine solche Anforderung kann mit üblichen Muffen, wie sie in der Nieder- und Mittelspannungstechnik bekannt sind, nicht realisiert werden, da insbesondere die auftretenden elektrischen Feldstärken in der Isolierschicht zwischen Innenleiter und Kabelmantel von solchen Kabelmuffen nicht beherrschbar sind. Dies liegt zum einen an den extrem hohen elektrischen Feldstärken, die in isolierten Ableitungen beim Ableiten eines Blitzimpulses auftreten, und andererseits an den großen Spannungsänderungsgeschwindigkeiten, die auf die Impulsform des Blitzstroms zurückzuführen sind. Für diese Anforderungen sind die Maßnahmen zur Steuerung der elektrischen Feldstärke im Kupplungsbereich, wie sie aus der Energietechnik dem Fachmann zur Verfügung stehen, nicht ausreichend. Es kann nämlich zu elektrischen Durchschlägen in der Isolierung sowie zu Gleitüberschlägen entlang des Kupplungsbereichs kommen.
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Aus dem Vorstehenden ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Anordnung zum Verbinden von Enden isolierter Ableitungen eines äußeren Blitzschutzsystems anzugeben, wobei die Ableitungen einen blitzstromführenden Innenleiter, einen Isolationsbereich und mindestens eine halbleitende oder leitende Umhüllung aufweisen. Die zu schaffende Anordnung soll es ermöglichen, den Innenleiter der zu verbindenden Ableitungen mechanisch und elektrisch zu fixieren und gleichzeitig im Bereich der Kupplung die elektrische Feldstärke zu begrenzen.
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Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch eine Anordnung gemäß der Merkmalskombination nach. Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen beinhalten.
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Es wird demnach von einer Anordnung zum Verbinden von Enden isolierter Ableitungen eines äußeren Blitzschutzsystems ausgegangen, wobei die Ableitungen einen blitzstromführenden Innenleiter, einen Isolationsbereich und mindestens eine halbleitende oder leitende Umhüllung aufweisen.
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Erfindungsgemäß ist ein Kupplungsstück aus einem halbleitenden oder leitfähigen Material vorgesehen, welches die jeweilige blitzstromführenden Innenleiter mechanisch aufnimmt und elektrisch kontaktiert, wobei das Kupplungsstück weiterhin in elektrischer Verbindung mit den jeweiligen halbleitenden oder leitenden Umhüllungen derart steht, dass sich diese sowohl untereinander als auch mit den Innenleitern in elektrischem Kontakt befinden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Kupplungsstück zylindrisch oder rohrförmig ausgebildet und wird von einem leitfähigen Körper, insbesondere Rohr, überfangen. Dieses leitfähige Rohr erstreckt sich längenseitig über einen anschließenden Abschnitt der jeweiligen Ableitung und führt infolge einer Querschnittsvergrößerung zu einer Feldoptimierung im Kupplungsbereich.
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Der leitfähige Körper und ein Anpassungsabschnitt der Enden der jeweiligen isolierten Ableitung sind von einem Isolierrohr umgeben.
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Zur mittigen oder zentrischen Positionierung des Isolierrohrs wird dies über Zentriermittel gehalten. Zum Einhalten der Mittenposition bezogen auf das Kupplungsstück sind zylindrische Abstandshalter ausgebildet. Zum Einhalten der zentrischen Position des Isolierrohrs zu den Ableitungen und dem Kupplungsstück finden Isolierkappen oder Zentrierringe Verwendung.
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Die Zentrierkappen oder Zentrierringe verschließen das Isolierrohr jeweils endseitig.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist demnach die potentialsteuernde Wirkung der halbleitenden oder leitenden Umhüllung der isolierten Ableitungen im Verbindungsbereich unterbrochen derart, dass neben dem Kupplungsstück ein dieses umgebendes leitfähiges Rohr mit feldoptimiertem Querschnitt einbringbar ist, welches von einem, den Trennungsabstand sichernden Isolierrohr überfangen wird.
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Der gesamte Verbindungsbereich einschließlich eines sich beidseitig anschließenden Ableitungsabschnitts ist bei einer bevorzugten Ausgestaltung mit einer witterungs- und/oder UV-beständigen Umhüllung versehen. Diese Umhüllung kann als Schrumpfschlauch ausgebildet sein.
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Erfindungsgemäß liegt demnach ein Kupplungssystem vor, bei dem die Isolierung und die Feldsteuerung im Kupplungsbereich bewusst unterbrochen werden. Durch diese Unterbrechung wird es möglich, sowohl den Innenleiter der zu verbindenden Ableitungen mechanisch und elektrisch zu verbinden, als auch gleichzeitig durch eine Optimierung der Durchmesserverhältnisse des Innenleiters der Isolierung bzw. Isolierung zur leitfähigen Umhüllung im Bereich der Kupplung die elektrische Feldstärke zu reduzieren. Hierfür wird das Kupplungsstück selbst leitfähig, halbleitend bis metallisch leitend, ausgeführt.
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Die Ausgestaltung des Kupplungsstücks erfolgt derart, dass sowohl die blitzstromführenden Innenleiter als auch die halbleitfähigen Mäntel der zu verbindenden isolierenden Ableitungen gemeinsam und untereinander leitfähig kontaktiert sind.
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Bezogen auf den elektrischen Innenleiter der Ableitungen weist das Kupplungsstück einen vergrößerten Querschnitt auf, um eine möglichst geringe Überhöhung der elektrischen Feldstärke zwischen Kupplungsstück und Isolierrohr, welches über die Kupplungsstelle geschoben wird, zu erzielen.
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Der Querschnitt des Kupplungsstücks ist bevorzugt um ein Vielfaches größer als derjenige der stromführenden Innenleiter der zu verbindenden isolierten Ableitungen. Diese Querschnittsvergrößerung und die hierdurch resultierende Feldoptimierung ermöglicht es, dass als Isolierrohr eine Isolierschicht verwendet werden kann, welche die Kupplungsstück elektrisch von der Umgebung isoliert.
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Das Isolierrohr ist in Länge, Wanddicke und Durchschlagsfestigkeit so gewählt, dass es die auftretenden elektrischen Spannungen entsprechend des notwendigen Trennungsabstands in Längs- und Querrichtung der Anordnung sicher beherrschen kann.
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Um große Trennungsabstände zu realisieren, kommen isolierte Ableitungen zur Anwendung, die ein entsprechendes Isolationsvermögen aufweisen. Diese isolierten Ableitungen werden im Allgemeinen mit einem größeren Durchmesser ausgeführt, um das gewünschte hohe Isolationsvermögen zu erzielen. Aus diesem Grund erfolgt das Verbinden von isolierten Ableitungen auch mit dem Ziel, hochwertige isolierte Ableitungen mit hohem Isoliervermögen und großem Trennungsabstand mit solchen isolierten Ableitungen mit geringerem Isoliervermögen und geringerem Trennungsabstand kombinieren zu können.
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Eine solche Ausbildung ist möglich, da entlang des Verlaufs einer isolierten Ableitung, beginnend mit der Fangeinrichtung hin zur Erdungsanlage, die Anforderungen an den Trennungsabstand geringer werden. Der Übergang von einer isolierten Ableitung mit hohem Isoliervermögen, d. h. großem äquivalenten Trennungsabstand, auf eine isolierte Ableitung mit geringerem Isoliervermögen, d. h. einem geringeren Trennungsabstand, ermöglicht die Verwendung kostengünstigerer isolierter Ableitungen, da im weiteren Verlauf der Ableitung geringere Anforderungen an den Trennungsabstand bestehen und isolierte Ableitungen mit geringen Durchmessern verwendet werden können. Hierdurch reduziert sich auch der Montageaufwand, da isolierte Ableitungen mit geringerem Durchmesser leichter verlegbar sind.
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Ein weiteres Anwendungsgebiet von Kupplungen zum Verbinden von hochspannungsfesten isolierten Ableitungen besteht darin, Leitungen mit gleichem und unterschiedlichem Leitungsdurchmesser unter Einhaltung des Trennungsabstands zu verlängern. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn z. B. im Fall von Umbaumaßnahmen an einem Gebäude der Blitzschutz den jeweiligen neuen Gegebenheiten anzupassen ist.
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Durch das erfindungsgemäße Kupplungssystem kann die vorhandene isolierte Ableitung mit einer weiteren gleichartigen Leitung oder einer isolierten Ableitung mit reduziertem Trennungsabstand verlängert werden.
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Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie einer Figur näher erläutert werden.
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Die Figur zeigt hierbei einen Längsschnitt durch Enden isolierter Ableitungen mit ausgebildeter Anordnung zum Verbinden dieser Enden.
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Wie aus der Figur ersichtlich, werden die jeweils zu verbindenden isolierten Ableitungen 1 und 2 über ein Kupplungsstück 3 elektrisch und mechanisch miteinander verbunden.
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Das Kupplungsstück 3 ist dabei so ausgestaltbar, dass die jeweils blitzstromführenden Innenleiter 4 und 5, aber auch die halbleitfähigen Mäntel 6 und 7 der beiden zu verbindenden isolierten Ableitungen 1 und 2 gemeinsam und untereinander leitfähig kontaktiert werden.
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Die Kontaktierung des Kupplungsstücks 3 mit den entsprechenden Leitern 4 und 5 ist z. B. als Schraubverbindung, aber auch als Press- oder Steckverbindung ausführbar.
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Darüber hinaus ist ein zusätzliches leitfähiges Rohr 9 vorhanden, welches über das Kupplungsstück 3 geschoben bzw. dort positioniert wird. Hierdurch ergibt sich eine Querschnittsvergrößerung, die eine Feldoptimierung im Bereich der Kupplung bewirkt.
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Das leitfähige Rohr 9 erstreckt sich dabei nicht nur über den Bereich des Kupplungsstücks, sondern auch in einen Endabschnitt der entsprechend isolierten Ableitung hinein.
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Ergänzend ist ein Isolierrohr 10 vorhanden, bei dem die Länge, Wanddicke und Durchschlagsfestigkeit so zu wählen ist, dass sowohl ein Isolationsdurchschlag als auch eine Gleitentladung entlang der Isolationsoberfläche verhinderbar ist. Dieses Isolierrohr 10 umhüllt das Kupplungsstück 3, das leitfähige Rohr 9 und Abschnitte der zu verbindenden Isolierten Ableitungen 1 und 2 im sogenannten Anpassungsbereich.
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Zur mittigen Positionierung des Isolierrohrs 10 hinsichtlich des Kupplungsstücks 3 sind beidseitig Abstands-Isolierkörper 11.1 und 11.2 angeordnet.
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Diese Abstands-Isolierkörper 11.1 und 11.2 können aus einem halbleitfähigen Material, aber auch aus einem nichtleitenden Material bestehen.
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Die Gesamtanordnung wird beidseitig zentrierend durch Reduzierhülsen 12.1 und 12.2 verschlossen, wobei die Reduzierhülsen aus einem nichtleitenden Material, z. B. PE, bestehen.
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Für den Einsatz im Außenbereich ist es zweckmäßig, die Kupplungsanordnung wasserdicht zu verschließen. Dies erfolgt z. B. mit einem Schrumpfschlauch 13, der beginnend von der isolierten Ableitung 1 über die gesamte Kupplungseinheit hinweg bis zur gegenüberliegenden Ableitung 2 aufbringbar ist.
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Zusammenfassend kontaktiert das Kupplungsstück 3 sowohl die blitzstromführenden Innenleiter 4 und 5 als auch die halbleitfähigen Mantel 5 und 7 der zu verbindenden isolierten Ableitungen. Die Gesamtanordnung, insbesondere auch das Kupplungsstück, kann derart gestaltet werden, dass isolierte Ableitungen mit gleichen und/oder unterschiedlichen Durchmessern verbindbar sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10233528 B4 [0002]
- DE 10228665 [0002]
- DE 202004003233 U1 [0004]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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