DE10228665B4 - Biltzstromableiteinrichtung - Google Patents

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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.Lightning current discharge device for the electrical connection of a safety gear to the earthing system in the external lightning protection, characterized by the use of an electrical conductor (8) which is embedded in an insulation sheath (9), which in turn has a conductive sheath (10), with in the connection section of the electrical conductor an arrangement for field control (12) for the purpose of preventing sliding discharges and increasing the impulse withstand voltage is provided to the catching device.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Blitzstromableiteinrichtung zum elektrischen Verbinden einer Fangeinrichtung mit der Erdungsanlage im äußeren Blitzschutz gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a lightning current discharge device for electrically connecting a safety gear to the earthing system in the outer lightning protection according to the generic term of claim 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.Lightning current arresters usually exist made of metallic lines with a corresponding cross-section, to the one you want To ensure lightning current carrying capacity. Common materials are aluminum, galvanized steel wires or steel strips, however also copper lines. These are natural or artificial Catching devices connected and by the shortest route to the outside of the building Earthing system, e.g. led to a ring or rod earthing or are connected to a foundation earth electrode.

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.Compliance with the relevant lightning protection standards with its various detailed measures results in a high level of operational safety for the to be protected Investments. The lightning protection class defined according to the need for lightning protection is a definitive specification of the constructive measures for the Realization in external lightning protection.

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.A very common problem in practice it is necessary to observe a necessary safety distance between safety gear and leads to other conductive metallic Parts of electrical or electronic equipment. Become necessary minimum distances here not adhered to, there is a risk of lightning in the event of lightning uncontrolled arcing with the consequence of damage or possible Fires.

Die Berechnung des Sicherheitsabstands wird durch den Anteil des Blitzstroms in der Ableitung mit dem Faktor Kc, die Steilheit des Blitzstroms mit dem Faktor Ki, den Abstand von der Näherungsstelle zur nächsten Ebene des Potentialausgleichs L und von dem Material in der Trennungsstrecke, Faktor Km bestimmt.The calculation of the safety distance is based on the proportion of the lightning current in the derivative with the factor K c , the steepness of the lightning current with the factor K i , the distance from the proximity point to the next level of the potential equalization L and from the material in the separation distance, factor K m determined.

Der Materialkoeffizient Km beschreibt das Isoliervermögen eines Werkstoffs in Relation zu Luft.The material coefficient K m describes the insulating ability of a material in relation to air.

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.The principal possibility the problem of approximation by solving by previously uninsulated lightning current arresters with a Insulating coating is difficult because of problems at the transition the isolated discharge to the lightning protection system itself Place the point where lightning current is introduced into the line the surface Sliding discharges. As soon as the sliding discharge threshold voltage is exceeded stable discharges form, the dielectric strength reduce overall and initiate a rollover, so that the isolation becomes ineffective.

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.A protective device is known from US Pat. No. 5,936,825 for cables and similar electrical devices known before lightning strikes, these Set up in one housing a surge arrester and has a cable connection area. The surge arrester is in the Housing for Cable connection area located in parallel and electrically a cable section connected in parallel.

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.A connecting part is known from WO 98/27631 A1 for a Electric power cable previously known, comprising an inner Conductor, an electrical insulation surrounding the conductor, and a semiconducting insulation material, which in turn is the actual insulator envelops. About one certain length segment is the semiconducting envelope removed and the actual conductor is exposed. A material with a high dielectric constant is on the one hand in contact with an exposed end the shield and on the other hand with one end of the insulation of the cable. Furthermore, a polymer insulation layer is applied, which yourself about a length range of Connection end of the electrical cable extends and this Insulation layer over the sections of the material with high dielectric constant is located. With the solution briefly described above can the connection end of a multilayer, shielded high-voltage cable shortened and the annoying influence of undesired corona discharges is reduced.

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.From the above, it is a task the invention, a further developed lightning current discharge device for electrically connecting a safety gear to an earthing system in the outer lightning protection specify, the derivative itself is designed so that the Safety distance to other conductive system parts reduced can be and, in addition to a high surge current carrying capacity, sufficient strength across from Sliding discharges exist.

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.The solution to the problem of the invention takes place with the use of a lightning current arrester according to the features of claim 1, wherein the subclaims at least useful embodiments and further developments of the device used.

Der verwendete elektrische Leiter der Blitzstromableiteinrichtung ist in eine Isolationsumhüllung eingebettet. Beispielsweise kommen hier Isolierstoffe wie Polyvinylchlorid oder Polyethylen zum Einsatz.The electrical conductor used the lightning current arrester is embedded in an insulation jacket. For example, insulating materials such as polyvinyl chloride or Polyethylene for use.

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.This insulation covering in turn is with a conductive Cover provided. In the connection section of the electrical conductor with the safety gear, which are designed in a classic manner is a field control arrangement for the purpose of prevention provided by sliding discharges.

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.The field control itself is capacitive or designed as an ohmic field control of the cable end. For example, field control electrodes be provided at the end of the cable and these electrodes can be realized, for example, in the form of wound semiconducting tapes.

Eine vorgesehene Außenschutzbeschichtung der speziellen Ableiteinrichtung weist silikonhaltige oder andere wasserabweisende Stoffe auf, was die Überschlagsfestigkeit weiter erhöht.An intended exterior protective coating The special discharge device has silicone-containing or other water-repellent fabrics on what the rollover resistance further elevated.

Ebenso liegt es im Sinne der Erfindung, zur Verbesserung der Überschlagsfestigkeit Schirme vorzusehen, die zu einer Kriechwegverlängerung führen.It is also within the meaning of the invention to improve the rollover resistance Provide umbrellas that lead to an extension of the creepage distance.

Die beschriebene Isolationsumhüllung kann bis unmittelbar zur Fangstange reichen oder Teile dieser bilden.The insulation sheath described can be up to reach directly to the interception rod or form parts of it.

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.The concept of providing an insulation jacket with Arrangement for field control can also be used on supply and disposal facilities conductive Type, such as Water, gas or downpipes can be used.

In einer Blitzschutzanlage besteht die Möglichkeit der Kombination konventioneller Ableiteinrichtungen mit isolierten und mit einer Feldsteueranordnung versehenen Ableitung bzw. eines derartig ausgebildeten Kabels.In a lightning protection system the possibility the combination of conventional discharge devices with insulated ones and provided with a field control arrangement such trained cable.

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.The field control can also be in the area the merge and the separation of such combined systems can be used, the corresponding strength of the insulation against sliding discharges to ensure.

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.As explained, the new type exists used lightning current arrester from a coaxial arrangement with a lightning current carrying capacity Inner conductor, appropriate insulation and a conductive sheath and an outer mechanical protective jacket.

Um Gleitentladungen zu vermeiden, ist eine Potentialsteuerung am Übergang Kabel, d.h. isolierte Ableitung, sowie konventionelle Blitzschutzanlage vorgesehen.To avoid sliding discharges, is a potential control at the transition Cable, i.e. insulated discharge line and conventional lightning protection system are provided.

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.Because the AC voltage resistance unlike comparable high-frequency cables, can control the field from the standpoint of impulse withstand voltage can be optimized in a simple manner. So there is the possibility to realize relatively high conductance values that are simple and space-saving Allow design.

Für die Feldsteuerung werden Elektroden ausgebildet, wobei als Steuermedium sich sowohl feste halbleitende Stoffe als auch Flüssigkeiten eignen.For the field control electrodes are formed, being used as the control medium solid semiconducting substances as well as liquids suitable.

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.When using semiconducting tapes for field control, which can be wound up a geometric design like a Rogowski profile in the area the introduction possible.

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.Because the insulated lightning current arrester can also be extended to lightning rods and panic barriers there are advantages to the approximation problem e.g. at the implementation of open air events or fixed fences made of metal Kind in stadiums.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.The invention is based on an embodiment as well as explained with the help of figures.

1 zeigt hierbei eine prinzipielle Darstellung einer Anlage für den äußeren Blitzschutz und 1 eine Blitzstromableiteinrichtung mit Isolationsumhüllung sowie Anordnung zur Feldsteuerung. 1 shows a basic representation of a system for external lightning protection and 1 a lightning current arrester with insulation sheathing and arrangement for field control.

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.According to the principle diagram 1 is a metallic roof structure 1 with metallic parapet cover 7 with an isolated safety gear 2 Mistake. The safety gear 2 is realized via an isolated lightning current arrester according to the exemplary embodiment 3 to the foundation earth electrode 4 , ie led to the earthing system. Under proximity range 5 becomes the distance between, for example, a cable duct located inside the building 6 and the lightning current discharge device understood.

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.According to the exemplary embodiment, a metallic conductor which is resistant to lightning impulse current is provided and is connected to the conventional lightning protection system, for example the catching device. The metallic conductor is covered with insulation, for example made of PE or PVC. The insulation in turn has a conductive sheath, which is covered by an outer sheath 13 is surrounded.

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.At the point where lightning current is introduced 11 An arrangement for field control is provided in the line in order to achieve sufficient insulation strength against sliding discharges.

Die erforderlichen Werte für die Stoßspannungsfestigkeit liegen etwa im Bereich zwischen 700 und 1000 kV, die des Stoßstroms bei etwa 100 kA.The required values for surge voltage resistance are approximately in the range between 700 and 1000 kV, that of the surge current at about 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.In the 2 shown arrangement is as a quasi coaxial conductor with lightning current carrying inner conductor 8th , Insulation 9 and conductive shell 10 designed. The arrangement for field control 12 is capacitive or ohmic in the area of the cable end, which is designed for the necessary values of the impulse withstand voltage. Since the problem of line-frequency leakage currents does not have to be taken into account, relatively high conductance values can be achieved, which allow a particularly simple and space-saving design of the field control.

Claims (8)

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.Lightning current arrester for electrically connecting a safety gear to the earthing system in the external lightning protection, characterized by the use of an electrical conductor ( 8th ), which is in an insulation jacket ( 9 ) is embedded, which in turn is a conductive sheathing ( 10 ), an arrangement for field control in the connection section of the electrical conductor with the catching device ( 12 ) is provided for the purpose of preventing sliding discharges and for increasing the impulse withstand voltage. Blitzstromableiteinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ohmsche oder kapazitive Feldsteuerung im Bereich des jeweiligen Anschlussabschnitts oder Kabelendes.Lightning current discharge device according to claim 1, characterized through ohmic or capacitive field control in the area of the respective Connection section or cable end. Blitzstromableiteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Feldsteuerelektroden am jeweiligen Kabelende.Lightning current discharge device according to claim 1 or 2, characterized by field control electrodes at the respective cable end. Blitzstromableiteinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zur Feldsteuerung aufgewickelte, halbleitende Bänder umfasst.Lightning current discharge device according to one of the preceding Expectations, characterized in that the arrangement for field control is wound up, semiconducting tapes includes. Blitzstromableiteinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Außenschutzbeschichtung (13).Lightning current arrester according to one of the preceding claims, characterized by an outer protective coating ( 13 ). Blitzstromableiteinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenschutzbeschichtung (13) silikonhaltige oder andere wasserabweisende Stoffe aufweist.Lightning current arrester according to claim 5, characterized in that the outer protective coating ( 13 ) contains silicone-containing or other water-repellent substances. Blitzstromableiteinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsumhüllung (9) bis unmittelbar zur Fangstange (2) reicht oder Teile dieser bildet.Lightning current discharge device according to one of the preceding claims, characterized in that the insulation sheath ( 9 ) right up to the interception rod ( 2 ) is sufficient or forms parts of it. Blitzstromableiteinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter (8) Teil einer leitfähigen Ver- oder Entsorgungseinrichtung ist.Lightning current discharge device according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical conductor ( 8th ) Is part of a conductive supply or disposal facility.
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