DE10233528B4

DE10233528B4 - Blitzstromableiteinrichtung

Info

Publication number: DE10233528B4
Application number: DE2002133528
Authority: DE
Inventors: Peter Dr.-Ing. Hasse; Peter Dr.-Ing. Zahlmann; Klaus-Peter Dipl.-Ing. Müller (FH); Ottmar Prof. Dr. Beierl; Ralph Dr.-Ing. Brocke; Wolfgang Dr.-Ing. Zischank
Original assignee: Dehn and Soehne GmbH and Co KG
Current assignee: Dehn SE and Co KG
Priority date: 2002-06-27
Filing date: 2002-07-23
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2022-07-24
Also published as: DE10233528A1

Abstract

Blitzstromableiteinrichtung zum elektrischen Verbinden einer Fangeinrichtung mit der Erdungsanlage im äußeren Blitzschutz, wobei ein elektrischer Leiter in eine Isolationsumhüllung eingebettet ist, die wiederum eine leitfähige Ummantelung aufweist und im Anschlussabschnitt des elektrischen Leiters mit der Fangeinrichtung eine Anordnung zur Feldsteuerung zum Zweck des Verhinderns von Gleitentladungen sowie zur Erhöhung der Impulsspannungsfestigkeit vorgesehen ist, nach Patent DE 102 28 665 , dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähige Ummantelung über ihre Länge Abschnitte differenzierter, unterschiedlicher Leitfähigkeit besitzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Blitzstromableiteinrichtung zum elektrischen Verbinden einer Fangeinrichtung mit der Erdungsanlage im äußeren Blitzschutz nach Patent DE 102 28 665.5 .
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 Km 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.
Bekannte geschirmte, hochspannungsfeste koaxiale Kabel besitzen zur Vermeidung von Gleitüberschlägen widerstandsgesteuerte Kabelendverschlüsse und können zum Zwecke des Blitzschutzes Verwendung finden.
Das Problem derartiger Blitzstromableiteinrichtungen besteht darin, dass bedingt durch den eingesetzten gut leitfähigen Schirmleiter unerwünschte transformatorische Einkopplungen des primären, abzuleitenden Blitzstromes im Schirmleiter auftreten.
Dies ist insofern kritisch, da der leitfähige Schirmleiter üblicherweise in das System metallischer Komponenten des Gebäudes eingebunden wird. Bei kleinen Schleifenwiderständen mit Werten < 1 Ω treten dann erhebliche Ströme auf, die bis zu 50 % des primär abzuleitenden Blitzstromes betragen können. Dieser Effekt stellt für die in Gebäuden installierten elektrischen und elektronischen Anlagen und Einrichtungen eine erhebliche Bedrohung dar. Einer solchen Bedrohung könnte nur durch aufwendige Schirmung oder schwer realisierbare größere Abstände zwischen der isolierten Ableitung und den übrigen metallischen Komponenten vermieden werden.
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung eine weiterentwickelte Blitzstromableiteinrichtung anzugeben, die vom Grundsatz her auf der in der Stammanmeldung basierenden Lösung aufbaut, jedoch sicherstellt, dass transformatorische Einkopplungen des abzuleitenden Blitzstromes in den Schirmleiter auf ein verträgliches Maß reduziert werden.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einer Blitzstromableiteinrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.
Demnach ist der elektrische Leiter der Blitzstromableiteinrichtung in eine Isolationsumhüllung eingebettet. Beispielsweise kommen hier Isolierstoffe wie Polyvinylchlorid oder Polyethylen zum Einsatz.
Diese Isolationsumhüllung wiederum ist mit einer leitfähigen, über die Länge einen gestuften Widerstand aufweisenden Ummantelung versehen. Im Anschlussabschnitt des elektrischen Leiters mit der Fangeinrichtung, die in klassischer Weise ausgebildet sein kann, ist eine Anordnung zur Feldsteuerung, z.B. in Form eines leitfähigen Kunststoffstückes 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 erfindungsgemäße 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 erfindungsgemäß 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 Blitzstromableiteinrichtung aus einer koaxialen Anordnung mit einem blitzstromtragfähigen Innenleiter, einer entsprechenden Isolierung sowie einer widerstandsvariablen 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 eine Schnittdarstellung durch einen Abschnitt eines Blitzstromableiters und
2 eine Detaildarstellung einer Feldsteuerungsanordnung als Anpassstück aus einem leitfähigen Kunststoff.
Am anschlussseitigen Ende ist eine metallische Klemme 3 vorgesehen, die den Leiter 5 kontaktiert. Im Übergangsbereich zwischen dem Ende der Isolation 1 und der metallischen Klemme 3 ist eine Anordnung zur Feldsteuerung in Form eines Anpassstückes 2 aus einem leitfähigen Kunststoff vorhanden.
Die Schirmung 4 und 6 ist entlang der koaxialen Leitung in Abschnitte L 1 und Abschnitte L 2 mit unterschiedlicher Leitfähigkeit unterteilt.
Gemäß Ausführungsbeispiel gilt, dass der dem Hochspannungspotential zugewandte erste Abschnitt des Schirmleiters L 1 einen Widerstand von typischerweise 100 kΩ/m besitzt.
Die nachfolgenden Abschnitte L 2 des Schirmleiters, nämlich vorzugsweise 2 bis 20, besitzen einen Widerstandswert, der vorzugsweise zwischen 100 kΩ/m und 1 MΩ/m abgestuft wird.
Als Material für die eingesetzten Schirmleiter 4 und 6 können bevorzugt leitfähige Kunststoffe im erwähnten Widerstandsbereich Anwendung finden.
Das leitfähige Kunststoffelement 2 als Anpassstück bewirkt die gewünschte teilentiadungsarme Ankopplung an die metallische Anschlussklemme 3 und gleichzeitig an den Schirmleiter 4 am entsprechenden Ende der Blitzstromableiteinrichtung.
An der dem Hochspannungspotential abgewandten Seite oder Ende des Koaxialkabels ist der Innenleiter 5 durch metallische Anschlusselemente mit dem Erdungssystem verbunden. Ebenso erfolgt hier der Anschluss des Schirmleiters 6 an das Erdungssystem (nicht gezeigt). Die zur Kontaktierung an beiden Seiten des Koaxialkabels verwendeten Anschlusselemente 3 sind so dimensioniert, dass alle auftretenden Blitzstoßströme gefahrlos abgeleitet werden können.

1: Isolation
2: Anpassstück aus leitfähigem Kunststoff
3: Metallische Klemme
4, 6: Schirmleiter
5: metallischer Innenleiter

Claims

Blitzstromableiteinrichtung zum elektrischen Verbinden einer Fangeinrichtung mit der Erdungsanlage im äußeren Blitzschutz, wobei ein elektrischer Leiter in eine Isolationsumhüllung eingebettet ist, die wiederum eine leitfähige Ummantelung aufweist und im Anschlussabschnitt des elektrischen Leiters mit der Fangeinrichtung eine Anordnung zur Feldsteuerung zum Zweck des Verhinderns von Gleitentladungen sowie zur Erhöhung der Impulsspannungsfestigkeit vorgesehen ist, nach Patent DE 102 28 665 , dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähige Ummantelung über ihre Länge Abschnitte differenzierter, unterschiedlicher Leitfähigkeit besitzt.
Blitzstromableiteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitfähigkeit von dem dem Hochspannungspotential zugewandten Abschnitt zum Erdungsanschluss hin gestuft oder kontinuierlich abnimmt.
Blitzstromableiteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Hochspannungspotential zugewandte erste Abschnitt der leitfähigen Ummantelung einen Widerstand von etwa 100 kΩ/m besitzt und die nachfolgenden Abschnitte einen Widerstandswert aufweisen, der vorzugsweise zwischen 100 kΩ/m und 1 MΩ/m verläuft.
Blitzstromableiteinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandswerte im Bereich von 100 kΩ/m und 1 MΩ/m gestuft ansteigen, wobei zwischen 2 und 20 Abstufungen vorgesehen sind.
Blitzstromableiteinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als leitfähige Ummantelung leitfähige Kunststoffe eingesetzt sind.
Blitzstromableiteinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine teilentladungsarme Ankopplung an den Anschlussabschnitt des elektrischen Leiters und an die Isolationsumhüllung ein vorzugsweise leitfähiges Kunststoffelement als Anpassstück eingesetzt ist.