DE3812057A1 - Im erdboden zu verlegende leitungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine im Erdboden zu verlegende Lei­ tungsanordnung mit einem äußeren Kabelechutzrohr aus einem isolierenden Werkstoff, bevorzugt Kunststoff, und einem oder mehreren Leiter(n) oder Kabel(n), der, bzw. die in das Kabelschutzrohr eingelegt oder eingezogen sind. Solche Kabelschutzrohre sind beispielsweise aus dem Hauptkatalog E 07 der Firma DIETZEL Elektro-GmbH, München, bekannt. Die­ se Kabelschutzrohre werden wegen der Anwendungsfälle, in denen die Leiter oder Kabel in diese Rohre hineingezogen werden, auch Kabelziehrohre genannt. Solche Kabelschutz­ rohre bieten den in ihnen befindlichen Leitern oder Kabeln einen mechanischen Schutz und einen Feuchte-Schutz. Sie sind preiswert und erlauben vor allem das o.g. nachträg­ liche Einbringen (Einziehen) von Leitern oder Kabeln. Nachteiligerweise fehlen jedoch elektromagnetische Ab­ schirmungen und ein Blitzschutz der darin eingebrachten Leiter oder Kabel. Im Fall eines entsprechend starken und genügend nahe gelegenen Blitzeinschlages besteht die Ge­ fahr eines Durchschlages durch das Kabelschutzrohr auf die Kabel oder Leiter. Im wesentlichen die gleichen Nach­ teile gelten für im Erdboden verlegte Kabel mit Isolier­ stoffummantelung.

Zum Stand der Technik kennt man noch weitere im Erdboden zu verlegende Leitungsanordnungen, die aber nicht ein Kabelschutzrohr gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 aufweisen. So sind Kabel bekannt, die mit einer außen­ seitigen und erdfühligen metallenen Abschirmung (Kabel­ mantel) versehen sind, während innerhalb der Isolierum­ mantelung des Kabels die jeweiligen Leiter vorgesehen sind. Blitzströme werden zwar kontinuierlich von der Abschir­ mung zur Erde abgeleitet, jedoch entstehen zwischen die­ ser Abschirmung und den Innenleitern Längsspannungen, gegen die die Kabel isoliert sein müssen. Ob die jewei­ lige Isolation aber auch hinreichend ist, müßte in jedem Einzelfall nachgeprüft werden. Es besteht aber die Gefahr, daß eine solche Nachprüfung der sachgerechten Auslegung einer solchen Leiteranordnung nicht vorgenommen wird. Ferner kennt man Leitungsanordnungen der zuletzt erör­ terten Bauart, bei denen die Abschirmung von einer Iso­ lierstoffummantelung umgeben ist. Hierbei fehlt die Erd­ ableitung des die Abschirmung durchfließenden Stromes. Hinsichtlich der auftretenden Längsspannungen und deren Beherrschung, bzw. der entstehenden Durchschlagsgefahr von der Abschirmung zu den Leitern bestehen aber die gleichen Nachteile wie vorstehend bereits angegeben. Im Falle des Durchschlages der äußeren Isolierstoffummante­ lung zur Abschirmung entstehen Lichtbogen-Korrosionen an der Abschirmung und Feuchte kann in das Kabel eindringen.

Auch sind Leitungsabschirmungen mittels Stahlrohre be­ kannt, in denen sich Kabel befinden. Die hierdurch er­ zielte Abschirmung ist ausreichend, jedoch entstehen auch hier Längsspannungen, für welche die Kabel isoliert sein müssen. Insgesamt ist diese Leitungsanordnung teuer und relativ schwer.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, eine Leitungsanordnung gemäß dem eingangs zitierten Oberbegriff des Anspruches 1 so auszugestalten, daß das Kabelschutzrohr auch größere auftretende Blitzströme übernehmen, in Längsrichtung führen und zur Erde ablei­ ten kann, wobei hierbei Durchschläge durch das Kabel­ schutzrohr zu den darin befindlichen Leitern oder Kabeln auch bei den maximal auftretenden Längsspannungen in der Planung berücksichtigt und daher mit Sicherheit vermie­ den werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe wird zunächst, ausgehend vom Oberbegriff des Anspruches 1, darin gesehen, daß sich an der Außenfläche des Kabelschutzrohres aus Isolier­ stoff eine metallene blitzstromtragfähige und erdfühlige Abschirmung befindet, und daß die Isolationsfestigkeit und damit die Durchschlagsspannung des Kabelschutzrohres und die Längsspannung der Abschirmung derart aufeinander abgestimmt sind, daß die Durchschlagsspannung größer als die Längsspannung ist. Die o.g. Isolationsfestigkeit hängt sowohl von der Art des isolierenden Materials des Kabelschutzrohres als auch von der Wanddicke des Kabel­ schutzrohres ab. Es versteht sich dabei, daß unter den Begriff "Kabelschutzrohr" auch die Aneinanderreihung oder Vernetzung mehrerer einzelner Kabelschutzrohre miteinander fällt. Mit der Erfindung werden mehrere Vorteile erzielt. Es ist eine hinreichende elektromagnetische Abschirmung der Leiter und Kabel und zugleich Blitzstromtragfähig­ keit des Kabelschutzrohres in Längsrichtung gegeben. Zum Begriff "blitzstromtragfähig" gehört ein entsprechend starker Querschnitt der Abschirmung, der zugleich den weiteren Vorteil eines sehr geringen ohm′schen Widerstan­ des in Leitungsrichtung und damit einer entsprechend niedrigen Längsspannung ergibt. Die "Längsspannung", die aufgrund des in der Abschirmung hindurchfließenden Blitz­ stromes oder Blitzteilstromes als Spannungsabfall ent­ steht, steht zwischen der metallenen Abschirmung und den im Kabelschutzrohrinnern befindlichen Kabeln oder Leitern an. Bei im Querschnitt in Längsrichtung und Maschenweite gleichbleibender Abschirmung steigt diese Längsspannung proportional mit der Länge des Kabelschutzrohres (bzw. der Aneinanderreihung mehrerer Kabelschutzrohre entspre­ chend den jeweiligen örtlichen oder baulichen Anforderun­ gen) an. So kann es in der Praxis vorkommen, daß eine Leitungsanordnung nach der Erfindung sich über mehrere hundert Meter zwischen zwei Gebäuden erstrecken soll, wo­ bei die Abschirmung jeweils an die zugehörigen Gebäude- Erdungsanlagen angeschlossen wird. Der über die Länge einer solchen Abschirmung entstehende Widerstand wird auch Kopplungswiderstand genannt und ergibt, multipliziert mit dem Scheitelwert des jeweils über die Abschirmung flie­ ßenden Stromes, die obengenannte Längsspannung. Es ist Teil der erfinderischen Lehre, unter Berücksichtigung des je­ weiligen Kopplungswiderstandes und des maximal zu erwar­ tenden, über die Abschirmung fließenden Blitzteilstromes dafür zu sorgen, daß die Durchschlagsspannung der Wan­ dung des isolierenden Kabelschutzrohres größer als die maximal zu erwartende Längsspannung des Schirmes ist. Da die Kabelschutzrohre mit Abschirmung ab Fabrik in bestimmten Abmessungen und technischen Daten gefertigt werden, liegen deren Kopplungswiderstand pro Längenein­ heit und deren Durchschlagsspannung fest. Hieraus kann man sich unter Berücksichtigung des zu erwartenden maximalen Blitzteilstromes die erforderliche Leitungs­ anordnung zusammenstellen und dabei die notwendigen Daten gemäß der Erfindung leicht errechnen, d.h. für die Projektierung der Gesamtanlage bestimmen. Man schafft sich also zwischen der äußeren Abschirmung und den innen liegenden Kabeln oder Leitern eine kopplungswiderstands­ koordinierte Isolation.

An die Isolationsfestigkeit der im Kabelschutzrohrinnern verlegten Kabel oder Leiter werden hinsichtlich äußerer Einflüsse durch Blitzeinschläge keinerlei Anforderungen gestellt. Kabelschutzrohre nach der Erfindung sind leicht zu transportieren und zu montieren. Sie sind aufgrund ihrer Blitzstromtragfähigkeit und sonstigen elektrischen Eigenschaften in vorhandene Erdungssysteme integrierbar.

Die Merkmale des Anspruches 2 stellen eine bevorzugte Ausführung der Erfindung dar. Ein solches metallenes Ge­ flecht hat einen großen stromleitenden Querschnitt, d.h. einen geringen ohm′schen Längswiderstand. Es ist mecha­ nisch stabil, sowie flexibel und eignet sich daher be­ sonders zum Überziehen über aus Kunststoff oder derglei­ chen bestehende Kabelschutzrohre.

Die Merkmale des Anspruches 3 beeinträchtigen einer­ seits weder die Stromleitung der Abschirmung in ihrer Längsrichtung, noch die vorgenannte Erdfühligkeit, d.h. die Stromableitung von der Abschirmung in das Erdreich, wenn die Korrosionsschutzschicht mindestens etwa die Leitfähigkeit des umgebenden Erdbodens aufweist. Ande­ rerseits sorgen sie aber dafür, daß die Abschirmung z.B. aufgrund der Erdfeuchtigkeit nicht vorzeitig korrodiert.

Die Merkmale des Anspruches 4 verhindern elektrolytische Korrosionserscheinungen zwischen der Abschirmung und anderen im Erdboden verlegten metallenen Teilen. Bevor­ zugt ist die Abschirmung nach der Erfindung aus Kupfer hergestellt, das gegenüber im Erdboden verlegten, aus Eisen oder Stahl bestehenden Armierungen, Leitungen und dergleichen elektropositiv ist.

Die Merkmale des Anspruches 5 dienen der Stromentlastung der Abschirmung.

Im Anspruch 6 bewirken die Ferritkerne auf den Schirmen (Kabelmänteln) der innenliegenden Kabel eine Erhöhung der Induktivität der inneren Kabelmäntel mit dem Effekt, daß der möglicherweise bei beidseitiger Auflegung der Kabel­ mäntel an Erde bzw. Anschluß an den Potentialausgleich fließende Strom von den Kabelmänteln in die äußere Ab­ schirmung verdrängt wird.

Die Merkmale des Anspruches 7 befassen sich mit einer Ausbildung der mechanischen Kopplung zweier hinterein­ ander angeordneter Kabelschutzrohre in der Weise, daß die Einstecktiefe (bzw. Einschraubtiefe) der beiden Kabelschutzrohrenden so groß gewählt wird, daß die von ihnen in ihrer Längsrichtung gebildete Gleitstrecke mindestens mehr als etwa 10× länger als die Wandstärke (d) des Kabelschutzrohres ist, um Überschläge längs der Gleitstrecke mit der Länge der Einstecktiefe (Ein­ schraubtiefe) zu den im Kabelschutzrohrinnern befind­ lichen Leitern oder Kabeln zu vermeiden.

Die Ansprüche 8 bis 11 befassen sich mit der Ausgestal­ tung der mechanischen und elektrischen Verbindungen der Kabelschutzrohre und ihrer Abschirmungen.

Es sind also definierte Kupplungs- bzw. Koppelanschluß­ elemente geschaffen.

Die Merkmale des Anspruches 12 ergeben für die Projektie­ rung und Durchführung von Anlagen mit unterschiedlicher Länge der zu verlegenden Leitungen die Möglichkeit, bei kürzeren Leitungen Kabelschutzrohre mit kleinerer Wand­ stärke und bei längeren Leitungen Kabelschutzrohre ent­ sprechend dickerer Wandstärke zu verwenden und so die Wandstärke dem Kopplungswiderstand anzupassen.

Die Merkmale des Anspruches 13 stellen gegenüber dem An­ spruch 12 eine Alternativmöglichkeit der Berechnung und Auslegung der elektrischen Daten einer solchen Leitungs­ anordnung dar, wobei der Kopplungswiderstand der Wand­ stärke angepaßt wird.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind der nachstehenden Beschreibung und der zugehörigen, im we­ sentlichen schematischen Zeichnung zu entnehmen. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch zwei ineinander gesteckte Enden eines Kabelschutzrohres nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 das Beispiel der Verlegung einer Leitungsanordnung nach der Erfindung zwischen Gebäuden, Anlagen oder Kabelziehschächten mit zugehöriger Erdung,

Fig. 4 bis 6 Beispiele der Verbindung einzelner Kabelschutzrohre und ihrer Abschirmungen miteinander.

Fig. 1 zeigt die ineinander gesteckten, oder ineinander geschraubten oder sonstwie verbundenen Enden 1′ und 2′ zweier Kabelschutzrohre 1, 2, die aus Kunststoff, z.B. PVC, bestehen und an ihrer Außenfläche jeweils mit einem blitzstromtragfähigen Geflecht 3, z.B. aus Kupfer um­ geben sind. Das Ende 2′ des Rohres 2 ist so aufgeweitet, daß es über das Ende 1′ des anderen Rohres 1 paßt. Die Abschirmungen 3 sind über Kontaktringe 4 und diese ver­ bindenden Leitungen 4′ elektrisch miteinander verbunden. Diese Leitungen 4′ sind aber nur zur prinzipiellen Dar­ stellung einer elektrischen Verbindung gezeichnet, in der Praxis muß die Abschirmung 3′ des einen (hier linken) Kabelschutzrohres 1 querschnittsgleich in die Abschirmung 3′ des anderen (hier rechts gezeichneten) Kabelschutz­ rohres 2 übergehen. Auch darf die Abschirmwirkung an einer solchen Verbindungsstelle nicht unterbrochen sein. Innerhalb der Kabelschutzrohre 1, 2 befinden sich ein oder mehrere Kabel oder Leiter 5 (siehe auch Fig. 2).

Fig. 3 zeigt rein schematisch zwei Gebäude/Anlagen 6, 7, zwischen denen sich eine Leitungsanordnung aus mehreren reihengeschalteten Kabelschutzrohren befindet (es sind nur die beiden linken Kabelschutzrohre mit 1, 2 beziffert). Die Abschirmung 3 ist jeweils mit den Erden 8, 9 der Ge­ bäude/Anlagen 6, 7 verbunden.

Fließt ein Blitzstrom oder Blitzteilstrom i über die Ab­ schirmung 3, so entsteht zwischen ihr und den nur gestri­ chelt angedeuteten Kabeln oder Leitern 5 eine Längs­ spannung U _L , deren Größe gleich dem Produkt aus dem Schei­ telwert des Stromes i und dem Kopplungswiderstand ist. Der Kopplungswiderstand ist direkt proportional der Länge L der Leitungsanordnung und abhängig von dem Leitwert und Querschnitt des Einzeldrahtes und der Maschenweite des Abschirmgeflechtes. Das Material und die Dicke d der Wandung der Kabelschutzrohre müssen so gewählt, bzw. so groß sein, daß die Durchschlagsspannung größer ist als die vorstehend definierte Längsspannung U _L . Dabei liegt es vom Prinzip her im Ermessen des Planers solcher Anla­ gen, ob er den Kopplungswiderstand der jeweiligen Wand­ stärke d der Kabelschutzrohre anpaßt oder umgekehrt (siehe die Alternativen der Ansprüche 14 und 15).

Wie ersichtlich befindet sich die Abschirmung 3 auf der Außenseite der Kabelschutzrohre und ist mit ihrer Außen­ fläche 3′ erdfühlig, leitet daher den über sie fließenden Strom i teilweise direkt in das umgebende Erdreich. Auf dieser Außenfläche kann eine leitfähige, korrosionsver­ hindernde Schicht, die mindestens etwa die Leitfähigkeit des umgebenden Bodens aufweist, aufgebracht sein.

Fig. 4 zeigt schematisch je zwei Kabelschutzrohre hinter­ einander und die Parallelschaltung zweier solcher Kabel­ rohrpaare mittels elektrischer Verbindungen 10 zwischen den jeweiligen Abschirmungen. Eine ähnliche elektrische Verbindung der Abschirmungen ist bei sich kreuzenden Kabelschutzrohren gemäß Fig. 5 gemäß Ziff. 11 gegeben. Diese Beispiele zeigen, daß mit der Erfindung miteinan­ der vermaschte Kabelschutzrohrsysteme geschaffen werden können, die an Erdungsanlagen anschließbar bzw. in diese integrierbar sind.

Gemäß der Ausführungsmöglichkeit der Fig. 6 sind mehrere hintereinander befindliche Kabelschutzrohre vorgesehen, bei denen die jeweiligen Abschirmungen durch elektrische Verbindungen 12 mit zu den Abschirmungen 3 parallel ge­ schalteten Leitern 13 verbunden ist, die gegebenenfalls über 14 an eine Erdungsanlage 15 angeschlossen sind.

In allen vorgenannten Ausführungsbeispielen können die Abschirmungen 3 von zylindrischen Kontaktringen 4 um­ geben sein, die zum Anschluß der Verbindungen 10, 11 und 12 dienen.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch ein Kabelschutz­ rohr 2 mit äußerer Abschirmung 3, inneren Leitern oder Kabeln 5, sowie die Abschirmung 16 (eines innenliegenden Kabels), die von einem Ferritkern 17 umgeben ist.

Sämtliche vorbeschriebenen Verbindungs- und Kopplungs­ teile sowie die Kabelschutzrohre selber können nach dem Baukastensystem zusammengestellt sein. Auch liegt es im Bereich der Erfindung, Kabelschutzrohre mit unter­ schiedlicher Wandstärke d bei gleichbleibendem Geflecht der Abschirmung vorzusehen. Hiermit kann man sich unter­ schiedlichen Längen der jeweils benötigten Leitungsan­ ordnung leicht dadurch anpassen, daß man Kabelschutz­ rohre mit den jeweils erforderlichen Wanddicken einsetzt. Umgekehrt kann man aber auch so vorgehen, daß man nur Kabelschutzrohre gleicher Wanddicke d verwendet, jedoch unterschiedlich starke Abschirmungen (unterschiedlicher Querschnitt der Einzeldrähte und/oder unterschiedliche Maschenweite) vorsieht. In beiden vorgenannten Varianten sind planerisch entsprechend leicht vorzunehmende Anpas­ sungen an unterschiedlich lange Leitungsanordnungen möglich.

Die Einstecktiefe (Einschraubtiefe) t des Rohrendes 1′ in das Rohrende 2′ (siehe Fig. 1) sollte mindestens etwa 10× größer sein als die Dicke d des Mantels der Kabelschutz­ rohre, um zu erreichen, daß die Gleitstrecke des Spaltes 19 lang genug ist, um Überschläge zwischen der jeweili­ gen Kante 20 des inneren Rohrendes 1′ zu den Leitern oder Kabeln 5 zu verhindern. Die Durchschlagfestigkeit eines Isoliermaterials ist in der Regel einige 10× größer als seine Oberflächengleitfestigkeit.

Alle dargestellten Merkmale und ihre Kombinationen unter­ einander sind erfindungswesentlich.

Claims (13)

1. Im Erdboden zu verlegende Leitungsanordnung mit einem äußeren Kabelschutzrohr aus einem isolierenden Werk­ stoff, bevorzugt Kunststoff, und einem oder mehreren Leiter(n) oder Kabel(n), der bzw. die in das Kabel­ schutzrohr eingebracht oder eingezogen sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich an der Außenfläche des Kabel­ schutzrohres (1, 2) eine blitzstromtragfähige, erd­ fühlige und metallene Abschirmung (3) befindet und daß die Isolationsfestigkeit und damit die Durchschlags­ spannung des Kabelschutzrohres und die Längsspannung (U _L ) der Abschirmung derart aufeinander abgestimmt sind, daß die Durchschlagsspannung größer als die Längsspannung ist.

2. Leitungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abschirmung ein engmaschiges, das Kabelschutzrohr (1, 2) zylindrisch umgebendes Geflecht (3) ist.

3. Leitungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abschirmung (3) außenseitig mit einer leitfähigen Korrosions-Schutzschicht umgeben ist.

4. Leitungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Ab­ schirmung (3) gegenüber dem Material von anderen im Erdboden verlegten Metallteilen nicht zu elektro­ negativ ist.

5. Leitungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschirmung (3) ein oder mehrere weitere Leiter (13) außerhalb des Kabel­ schutzrohres parallelgeschaltet und vorzugsweise an die jeweilige Erdungsanlage (8, 9, 15) angeschlossen ist, bzw. sind.

6. Leitungsanordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schirm (Kabelmantel) (16) eines innenliegenden Kabels von einem Ferritkern (17) um­ geben ist.

7. Leitungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei mechanischer Kupplung der Schutzrohre (1, 2) durch Erweiterung des Innen­ durchmessers eines der Schutzrohrenden (2′) auf etwa den Außendurchmesser des anderen Schutzrohrendes (1′) und Ineinanderstecken, Ineinanderschrauben oder der­ gleichen beider Enden die Tiefe (t) des Einsteckbe­ reiches mindestens mehr als etwa 10× größer als die Wandstärke (d) der Kabelschutzrohre (1, 2) ist.

8. Leitungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kabelschutz­ rohre hintereinander oder zu einem Netz verschaltet sich zwischen Gebäuden, Kabelziehkästen oder der­ gleichen befinden und mit ihren Abschirmungen (3) an den Erdungsleitungen oder geerdeten Anlagen (8, 9, 15) angeschlossen sind.

9. Leitungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß elektrische Verbindungen (10, 11, 12) für die Kontaktgabe zwischen den Ab­ schirmungen (3) von hintereinander angeordneten, sich kreuzenden oder parallel zueinander verlaufenden einzelnen Kabelschutzrohren vorgesehen sind.

10. Leitungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch elektrische Verbindungen zum Anschluß der Abschirmung (3) an Erdpunkte oder Erd­ leitungen.

11. Leitungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kabelschutzrohre, Koppelelemente und/oder elektrische Verbindungen nach dem Baukastensystem aufgebaut sind.

12. Leitungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Kabelschutzrohre von un­ terschiedlichen Wanddicken (d), jedoch mit gleich dimensionierter Abschirmung (3) vorgesehen sind.

13. Leitungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Kabelschutzrohre mit gleich starken Wanddicken (d), jedoch im leitenden Querschnitt unterschiedlichen starken Abschirmungen (unterschied­ licher Einzeldrahtquerschnitt und/oder unterschiedliche Maschenweite) vorgesehen sind.