WO2014026212A1 - Vorrichtung zum ableiten elektrischer ströme - Google Patents

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WO2014026212A1
WO2014026212A1 PCT/AT2013/050161 AT2013050161W WO2014026212A1 WO 2014026212 A1 WO2014026212 A1 WO 2014026212A1 AT 2013050161 W AT2013050161 W AT 2013050161W WO 2014026212 A1 WO2014026212 A1 WO 2014026212A1
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WO
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electrode body
ableitstrang
sheath
water
strands
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PCT/AT2013/050161
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Inventor
Karl Mittermayr
Original Assignee
Karl Mittermayr
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G13/00—Installations of lightning conductors; Fastening thereof to supporting structure

Definitions

  • the invention relates to a device to be arranged in soil or in a body of water for the discharge of electric currents, in particular of surge currents.
  • An object of the invention is therefore to design a device for dissipating particular impact currents into the ground in such a way that not only the surge current discharge can be markedly improved, but also advantageous laying conditions can be maintained.
  • the inventive device has a central Ableitstrang (Erder strand) and an electrode body which is electrically connected to the Ableitstrang.
  • the above-mentioned object - the dissipation of electricity into the ground - is achieved in that the sheath strands along a cone sheath with the Ableitstrang as an axis and connect in the region of the cone base to a floor and that the Ableitstrang formed by the sheath strands and the bottom electrode body passes through and is electrically insulated above the electrode body.
  • the sheath strands are connected together via the bottom to form an electrode body with a coaxial alignment with the conductor strip, the laying of such an electrode body results in a comparatively small area requirement, without the current being conducted over several affecting parallel branch streams, which are introduced into the soil in an appropriate distribution and discharged through the soil.
  • the sheath strands and the bottom of this electrode body form a Faraday cage, which is penetrated by the Ableitstrang. Because of the main component of the surge current to be dissipated by the conductive strip, favorable conditions for low step voltages arise with regard to the potential profiles occurring outside the electrode body, especially as the section of the conductive conductor above the electrode body is electrically insulated.
  • the base can be provided with apertures distributed over the bottom surface. Through these openings, the backfilling and filling of the electrode body is facilitated with soil, between the soil and the lowest possible electrical contact resistance should be specified. For this purpose, the soil can be treated accordingly, so that even high requirements for the current dissipation corresponding conditions can be ensured with respect to the electrolytic behavior of the soil in the region of the electrode body.
  • the perforations of the floor which should have sufficient dimensional stability for laying, can be achieved in that the floor comprises a ladder grid. But it is also possible to make the floor of a perforated plate, but in general with a higher design effort onsaufwand is connected, because these perforated plates must have a sufficient for the line of high surge currents thickness.
  • the floor may be flat, which provides simple design conditions, more favorable conditions can be ensured with regard to the discharge of current into the ground, if the floor has a downwardly convexly curved shell shape, because in this case the current dissipation into the ground over a larger Surface area occurs.
  • a bowl-shaped arched bottom provides better dimensional stability.
  • Particularly advantageous design conditions can be ensured in this context if the base is shaped in the manner of a spherical cap to which the sheath strands are preferably connected in an electrically conductive manner uniformly distributed over the circumference.
  • the stated object is achieved in that the penetrated by Ableitstrang electrode body comprises a bottom and a shell of sheath strands, which are connected with their remote from the ground ends with the Ableitstrang, and that the Ableitstrang example in an electrical length adapted to the immersion depth of the electrode body, a NEN-preventing flashover between the Ableitstrang and the water surface minimum length is executed.
  • the electrode body comprises a bottom and a jacket connected to the bottom of sheath strands, which are connected to the Ableitstrang, the electrode body is a relatively lightweight, easy to handle unit that only needs to be lowered via the Ableitstrang in the water.
  • the sheath strands electrically connected to the Ableitstrang provide a structurally predetermined division of the surge currents into individual, parallel branch streams, which are derived via the sheath strands and the subsequent soil in the surrounding water.
  • the sheath strands and the bottom of the electrode body form a Faraday cage, which is penetrated by the Ableitstrang.
  • the surge current to be derived results in favorable conditions for low potential differences in the area of the water surface, particularly since the drainage strand can be designed to be electrically insulated in a minimum length corresponding to the immersion depth of the electrode body in such a way that due to the water surface extending beyond the water surface electrical insulation can not result in flashovers between the Ableitstrang and the water surface.
  • the electrode body which is preferably adapted to the shape of a Taylor cone due to the configuration of the bottom and the jacket, thus represents favorable conditions for an effective energy transfer to the water.
  • the sheath strands of the electrode body can thereby be made into circumferential strands Sheath grid to be connected.
  • the arrester string can protrude downwards over the bottom of the electrode body with a ground electrode tip.
  • the earthing tip penetrates into the bottom of the water, so that the main portion of the surge current conducted via the conductor run can be introduced directly into the bottom of the water.
  • the bottom of the electrode body may comprise a conductor grid, over which the branch currents are additionally divided by the sheath strands of the sheath.
  • weight savings are possible by such a construction measure, which improve the handling of such electrode body.
  • the stress on the earthing tip when penetrating the ground can only be imperfectly absorbed by such a conductor grid.
  • the bottom of the electrode body in the region of the electrode tip can have a sheet metal insert, which brings a sufficient stiffening of the existing of a conductor grid bottom of the electrode body with itself to ensure safe penetration of the electrode tip into the water bottom when lowering the electrode body.
  • the center of gravity of the electrode body can be displaced with the effect against the ground, that the electrode body automatically occupies an advantageous upright position for its function.
  • the Ableitstrang extend coaxially to the bottom of the electrode body.
  • the sheath strands of the sheath extend in this case along a cone.
  • Particularly advantageous construction conditions result in this context when the bottom of the electrode body is shaped in the manner of a spherical cap.
  • Fig. 1 shows a device according to the invention which for deriving
  • Fig. 2 shows the device of Fig. In a sectional view with a horizontal
  • Fig. 3 shows a device according to the invention, which for the derivation of
  • 4 shows the device of FIG. 3 in a sectional view with a horizontal sectional area and looking downwards.
  • the device shown in FIGS. 1 and 2 for discharging surge currents has a discharge line 3 which is connected, for example, via a test device 2 to an aboveground arrester 1 and passes through an electrode body 5 arranged at a distance below the surface of a soil 10.
  • This electrode body 5 is formed by sheath strands 7 and a bottom 6.
  • the bottom runs flat and has a round polygonal contour or, depending on the number of sheath strands, 7 polygons.
  • the floor 6 made of a ladder grid according to the illustrated embodiment is provided with an upper connecting ring 12 for the sheath strands 7.
  • the Ableitstrang 3 passes through the bottom 6 in an Erderspitze 8, which projects beyond the bottom 6 down into the soil 10.
  • the Ableitstrang 3 o- above the electrode body 5 is provided with an electrical insulation 4.
  • the electrode body 5 has a longitudinal axis which coincides with the conductor strip 3 and the sheath strands 7 do not extend substantially parallel to the surface as in a conventional manner, but run along a conical surface which is coaxial with the conductor strand, a comparatively small one results for the laying of the electrode body , Aushub Chemistry adapted to the base surface of the cone defined by the sheath strands 7 Aushub measurements.
  • the Ableitstrang 3 advantageously forms a Tiefenerder with the electrode body 5, which is advantageous in terms of limiting the risk of higher step voltages , in particular in connection with the electrical insulation 4 of the Ableitstrangs 3 above the electrode body. 5
  • the apparatus shown in Fig. 3 and Fig. 4 for discharging surge currents into a body of water 13 has a lowered into the water body 13 electrode body 5, which comprises a bottom 6 and a sheath of sheath strands 7, the e-lektrisch conducting with a Ableitstrang 3 are connected, which passes through the electrode body 5 and protrudes with an electrode tip 8 on the bottom 6 downwards.
  • the Ableitstrang 3 is connected for example via a test device 2 with a lightning protection system, not shown, wherein the arrangement is made such that the Ableitstrang 3 is electrically isolated in a adapted to the depth of the electrode body 5 minimum length designed so that the electrical insulation. 4 extends over the water surface in a sufficient length to avoid flashovers between the Ableitstrang 3 and the water surface.
  • the bottom 6 of the electrode body 5 is designed in the form of a spherical cap, at the edge of which the sheath strands 7 of the sheath are connected in a uniform circumferential distribution, so that the result for the electrode body 5 is an outlined form aligned to a Taylor cone, which is particularly suitable for the energy transfer from the electrode body to the water.
  • the bottom 6 itself has a conductor grid over which an additional splitting of the branch currents flowing through the sheath strands 7 of the sheath of the electrode body 5 results.
  • a conductor grid is not well suited for the absorption of pressure loads on the earthing tip 8. For this reason de the bottom 6 is provided in the region of the Erderspitze 8 with a sheet metal insert 9, to which the conductor grid 9 is connected.
  • the electrode body 5 need only be lowered via the Ableitstrang 3 into the water 13, a minimum immersion depth to be maintained in order to safely rule out dangerous potential differences on the water surface can.
  • the body of water 13 has a depth which allows the electrode body 5 to be lowered down to the water bottom 1 1, an immediate discharge of part of the surge current into the water bottom 1 1 can be achieved, when connected to the conductor 3 via the ground 6 of the electrode body 5 projecting earthing tip 8 penetrates into the water bottom 1 1, as indicated in Fig. 3.
  • the electrode tip 8 carrying sheet metal insert 9 also the center of gravity of the electrode body 5 can be extended so far against the bottom 6, that a gravitational Aufrichtmoment for autonomous maintenance of an upright position of the electrode body can be ensured, indicating an advantageous energy transfer from the electrode body 5 the water and the water bottom 1 1 is important.
  • the sheath strands 7 of the electrode body 5 can also be connected by additional circumferential strands (not shown) to form a sheath grid.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine für das Ableiten von elektrischen Strömen, insbesondere Stoßströmen dienende, in Erdreich (10) und/oder in einem Gewässer (13) anzuordnende Vorrichtung, welche einen zentralen Ableitstrang (3) und einen damit elektrisch leitend verbundenen Elektrodenkörper (5) umfasst. Der Elektrodenkörper (5) umfasst einen Boden (6) und einen Mantel aus Mantelsträngen (7), wobei die Mantelstränge (7) mit ihren vom Boden (6) abgekehrten Enden mit dem Ableitstrang (3) verbunden sind. Der Ableitstrang (3) durchsetzt den Elektrodenkörper (5) und ist oberhalb des Elektrodenkörpers (5) gegenüber umgebendem Erdreich (10) und/oder Gewässer (13) elektrisch isoliert ausgeführt.

Description

Vorrichtung zum Ableiten elektrischer Ströme
Technisches Gebiet Die Erfindung bezieht sich auf eine in Erdreich oder in einem Gewässer anzuordnende Vorrichtung für das Ableiten von elektrischen Strömen insbesondere von Stoßströmen.
Hintergrund
Zum Ableiten hoher Stoßströme, insbesondere von Blitzen in die Erde, ist es bekannt, die Ableitung in das Erdreich dadurch zu verbessern, dass vom vertikal in das Erdreich ragenden, an den oberirdischen Blitzableiter angeschlossenen Ableitstrang Mantelstränge strahlenförmig abzweigen, die miteinander über koaxial zum Ableitstrang angeordnete Ringstränge elektrisch leitend verbunden sind, sodass der in mehrere Zweigströme aufgeteilte Stoßstrom über eine größere Fläche in das Erdreich abgeleitet werden kann. Nachteilig bei diesen bekannten Erdungsvorrichtungen ist, dass sich die Mantelstränge für eine wirksame Stromaufteilung über eine vergleichsweise große Fläche erstrecken sollen, was die Verlegung un- ter Umständen schwierig macht, und dass trotz dieser über eine größere Fläche verteilte Stromableitung ins Erdreich die Schrittspannung erheblich ausfallen kann.
Eine der Erfindung somit zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung zum Ableiten insbesondere von Stoßströmen in das Erdreich so auszugestal- ten, dass nicht nur die Stoßstromableitung merklich verbessert werden kann, sondern auch vorteilhafte Verlegungsbedingungen eingehalten werden können.
Zum Schutz von Schwimmkörpern oder in Gewässern verankerten Bauwerken, wie Plattformen oder Türmen und dgl., ist es erforderlich, die bei einem Blitzein- schlag auftretenden Stoßströme so in das Gewässer abzuleiten, dass insbesondere im Bereich der Wasseroberfläche keine gefährlichen Potenzialdifferenzen auftreten können. Zu diesem Zweck ist es bekannt, elektrisch leitende Platten als E- lektrodenkörper in das Gewässer abzusenken, die an einen Ableitstrang, beispielsweise einer Blitzschutzanlage, angeschlossen sind. Über diese Elektrodenplatten können die Stoßströme in das Wasser abgeleitet werden, wobei aufgrund der Plattenoberfläche die Stromdichte des abgeleiteten Stoßstromes entspre- chend gering gehalten werden kann, was in Verbindung mit einer ausreichenden Absenktiefe der Elektrodenkörper zur Vermeidung gefährlicher Potenzialdifferenzen im Bereich der Gewässeroberfläche führt. Nachteilig bei solchen Ableitvorrichtungen ist vor allem, dass beim Vorsehen ausreichend großer Plattenoberflächen die Elektrodenkörper schwer und unhandlich werden.
Es ist somit auch eine der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe, eine Vorrichtung zum Ableiten von Stoßströmen in ein Gewässer so auszubilden, dass nicht nur gute Ableitbedingungen gewährleistet, sondern auch vorteilhafte Voraussetzungen für eine einfache Handhabung sichergestellt werden können.
Zusammenfassung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen zentralen Ableitstrang (Erderstrang) sowie einen Elektrodenkörper auf, der mit dem Ableitstrang elektrisch ver- bunden ist.
Die oben erwähnte Aufgabe - die Ableitung von Strom ins Erdreich- wird dadurch gelöst, dass die Mantelstränge entlang eines Kegelmantels mit dem Ableitstrang als Achse verlaufen und im Bereich der Kegelbasis an einen Boden anschließen und dass der Ableitstrang den durch die Mantelstränge und den Boden gebildeten Elektrodenkörper durchsetzt und oberhalb des Elektrodenkörpers elektrisch isoliert ist.
Da zufolge dieser Maßnahme die Mantelstränge über den Boden zu einem Elekt- rodenkörper mit einer zum Ableitstrang koaxialen Ausrichtung zusammengeschlossen sind, ergibt sich für die Verlegung eines solchen Elektrodenkörpers ein vergleichsweise geringer Flächenbedarf, ohne die Stromableitung über mehrere parallele Zweigströme zu beeinträchtigen, die in einer entsprechenden Verteilung in das Erdreich eingeleitet und durch das Erdreich abgeleitet werden. Die Mantelstränge und der Boden dieses Elektrodenkörpers bilden einen faradayschen Käfig, der vom Ableitstrang durchsetzt wird. Aufgrund des durch den Ableitstrang flie- ßenden Hauptanteils des abzuleitenden Stoßstroms ergeben sich hinsichtlich der sich außerhalb des Elektrodenkörpers einstellenden Potentialverläufe günstige Voraussetzungen für niedrige Schrittspannungen, zumal der Abschnitt des Ableitstrangs oberhalb des Elektrodenkörpers elektrisch isoliert ist.
Besonders vorteilhafte Konstruktionsverhältnisse ergeben sich, wenn der Ableitstrang mit einer Erderspitze über den durch die Mantelstränge und den Boden gebildeten Elektrodenkörper nach unten vorsteht. Aufgrund der hohen Feldstärken im Bereich einer solchen Erderspitze, wird die Umgebung der Erderspitze ionisiert, was zu günstigen Ableitbedingungen des Stoßstromes durch den Ableitstrang in das Erdreich führt.
Um nicht nur gute elektrische Erdungsbedingungen vorgeben zu können, sondern auch einfache Voraussetzungen für das Verlegen erfindungsgemäßer Elektrodenkörper zu ermöglichen, kann der Boden mit über die Bodenfläche verteilten Durchbrechungen versehen sein. Durch diese Durchbrechungen wird das Hinterfüllen und Auffüllen des Elektrodenkörpers mit Erdreich erleichtert, zwischen dem und dem Boden ja ein möglichst geringer elektrischer Übergangswiderstand vorgegeben sein soll. Zu diesem Zweck kann das Erdreich entsprechend behandelt werden, damit auch hohen Anforderungen für die Stromableitung entsprechende Bedingungen hinsichtlich des elektrolytischen Verhaltens des Erdreichs im Bereich des Elektrodenkörpers sichergestellt werden können.
Die Durchbrechungen des Bodens, der eine für die Verlegung ausreichende Formstabilität aufweisen soll, können dadurch erreicht werden, dass der Boden ein Leitergitter umfasst. Es ist aber auch möglich, den Boden aus einem Lochblech zu fertigen, was allerdings im Allgemeinen mit einem höheren Konstruktionsaufwand onsaufwand verbunden ist, weil diese Lochbleche eine für die Leitung hoher Stoßströme ausreichende Dicke aufweisen müssen.
Obwohl der Boden eben ausgebildet sein kann, was einfache Konstruktionsvor- aussetzungen schafft, können hinsichtlich der Stromableitung in das Erdreich günstigere Bedingungen sichergestellt werden, wenn der Boden eine nach unten konvex vorgewölbte Schalenform aufweist, weil in diesem Fall die Stromableitung in das Erdreich über einen größeren Flächenbereich erfolgt. Außerdem bietet ein schalenförmig gewölbter Boden eine bessere Formstabilität. Besonders vorteilhaf- te Konstruktionsbedingungen können in diesem Zusammenhang sichergestellt werden, wenn der Boden nach Art einer Kugelkalotte geformt ist, an die die Mantelstränge vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang verteilt elektrisch leitend angeschlossen sind.
Im Falle der Ableitung von Strom in ein Gewässer wird die genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass der vom Ableitstrang durchsetzte Elektrodenkörper einen Boden und einen Mantel aus Mantelsträngen umfasst, die mit ihren vom Boden abgekehrten Enden mit dem Ableitstrang verbunden sind, und dass der Ableitstrang beispielsweise in einer an die Tauchtiefe des Elektrodenkörpers angepassten, ei- nen Überschlag zwischen dem Ableitstrang und der Wasseroberfläche verhindernden Mindestlänge elektrisch isoliert ausgeführt ist.
Da der Elektrodenkörper einen Boden und einen mit dem Boden verbundenen Mantel aus Mantelsträngen umfasst, die mit dem Ableitstrang verbunden sind, stellt der Elektrodenkörper eine vergleichsweise leichte, einfach handhabbare Baueinheit dar, die lediglich über den Ableitstrang in das Gewässer abgesenkt zu werden braucht. Die mit dem Ableitstrang elektrisch verbundenen Mantelstränge sorgen für eine konstruktiv vorgegebene Aufteilung der Stoßströme in einzelne, parallele Zweigströme, die über die Mantelstränge und den anschließenden Boden in das umgebende Wasser abgeleitet werden. Die Mantelstränge und der Boden des Elektrodenkörpers bilden einen faradayschen Käfig, der vom Ableitstrang durchsetzt wird. Aufgrund des durch den Ableitstrang fließenden Hauptanteils des abzuleitenden Stoßstroms ergeben sich hinsichtlich der sich außerhalb des Elektrodenkörpers einstellenden Potenzialverläufe günstige Voraussetzungen für niedrige Potenzialdifferenzen im Bereich der Wasseroberfläche, zumal der Ableitstrang in einer an die Tauchtiefe des Elektrodenkörpers entsprechenden Mindestlänge elektrisch isoliert so ausgeführt werden kann, dass aufgrund der sich über die Wasseroberfläche hinaus erstreckenden elektrischen Isolierung keine Überschläge zwischen dem Ableitstrang und der Wasseroberfläche ergeben können. Der durch die Ausgestaltung des Bodens und des Mantels vorzugsweise an die Form eines Taylor-Kegels angepasste Elektrodenkörper stellt somit günstige Vorausset- zungen für eine wirksame Energieübertragung auf das Wasser dar. Zur Vergrößerung der elektrisch wirksamen Übergangsflächen können dabei die Mantelstränge des Elektrodenkörpers durch Umfangsstränge zu einem Mantelgitter verbunden werden.
Um in seichteren Gewässern die Möglichkeit zu schaffen, einen Teil des Stoßstroms in den Gewässergrund ableiten zu können, kann der Ableitstrang mit einer Erderspitze über den Boden des Elektrodenkörpers nach unten vorstehen. Beim Absenken des Elektrodenkörpers bis auf den Gewässergrund dringt daher die Erderspitze in den Gewässerboden ein, sodass der über den Ableitstrang geführte Hauptanteil des Stoßstroms unmittelbar in den Gewässerboden eingeleitet werden kann.
Der Boden des Elektrodenkörpers kann ein Leitergitter umfassen, über das die Zweigströme durch die Mantelstränge des Mantels zusätzlich aufgeteilt werden. Abgesehen davon sind durch eine solche Konstruktionsmaßnahme Gewichtseinsparungen möglich, die die Handhabung solcher Elektrodenkörper verbessern. Die Belastung der Erderspitze beim Eindringen in den Boden kann allerdings durch ein solches Leitergitter nur unvollkommen aufgenommen werden. Aus diesem Grunde kann der Boden des Elektrodenkörpers im Bereich der Erderspitze einen Blecheinsatz aufweisen, der eine ausreichende Versteifung des aus einem Leitergitter bestehenden Bodens des Elektrodenkörpers mit sich bringt, um für ein sicheres Eindringen der Erderspitze in den Gewässerboden beim Absenken des Elektrodenkörpers zu sorgen. Außerdem kann durch einen solchen Elektrodenkörpers zu sorgen. Außerdem kann durch einen solchen Blecheinsatz der Schwerpunkt des Elektrodenkörpers mit der Wirkung gegen den Boden hin verlagert werden, dass der Elektrodenkörper selbständig eine für seine Funktion vorteilhafte aufrechte Lage einnimmt.
Damit hinsichtlich der Stromaufteilung weitgehend symmetrische Verhältnisse sichergestellt werden können, empfiehlt es sich, den Ableitstrang koaxial zum Boden des Elektrodenkörpers verlaufen zu lassen. Die Mantelstränge des Mantels erstrecken sich in diesem Fall entlang eine Kegels. Besonders vorteilhafte Kon- struktionsbedingungen ergeben sich in diesem Zusammenhang, wenn der Boden des Elektrodenkörpers nach Art einer Kugelkalotte geformt ist.
Kurze Beschreibung der Abbildungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von den in den Abbildungen dargestellten Beispielen näher erläutert. Die Darstellungen sind nicht zwangsläufig maßstabsgetreu und die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf die dargestellten Aspekte. Vielmehr wird Wert darauf gelegt, die der Erfindung zugrunde liegenden Prinzipien darzustellen. In den Abbildungen zeigt:
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung welche zum Ableiten von
Stoßströmen in das Erdreich dient in einer schematischen, zum Teil aufgerissenen Seitenansicht. Fig. 2 zeigt die Vorrichtung von Fig. in einer Schnittansicht mit horizontaler
Schnittfläche und Blickrichtung nach unten.
Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, welche für das Ableiten von
Stoßströmen in ein Gewässer dient, in einer zum Teil aufgerissenen Seitenansicht. Fig. 4 zeigt die Vorrichtung von Fig. 3 in einer Schnittansicht mit horizontaler Schnittfläche und Blickrichtung nach unten.
In den Abbildungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Komponenten mit gleicher oder ähnlicher Bedeutung.
Detaillierte Beschreibung der Ausführunqsbeispiele
Die in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellte Vorrichtung zum Ableiten von Stoßströmen weist einen beispielsweise über eine Prüfeinrichtung 2 an einem oberirdischen Ableiter 1 angeschlossenen Ableitstrang 3 auf, der einen mit Abstand unterhalb der Oberfläche eines Erdreichs 10 angeordneten Elektrodenkörper 5 durchsetzt. Dieser Elektrodenkörper 5 wird durch Mantelstränge 7 und einen Boden 6 gebildet. Die Mantelstränge 7 (Gitterstäbe), die an ihrem oberen Ende leitend mit dem Ableitstrang 3 verbunden sind, verlaufen auf einer zum Ableitstrang 3 koaxialen Kegelfläche, wobei an die Basis dieser Kegelfläche der Boden 6 in Form einer Kugelkalotte anschließt, was jedoch keineswegs zwingend ist. Im einfachsten Fall verläuft der Boden eben und besitzt eine runde oder entsprechend der Anzahl der Mantelstränge 7 Polygone Umrissform.
Der entsprechend dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Leitergitter gefertigte Boden 6 ist mit einem oberen Anschlussring 12 für die Mantelstränge 7 versehen. Der Ableitstrang 3 durchsetzt den Boden 6 in einer Erderspitze 8, die über den Boden 6 nach unten in das Erdreich 10 vorsteht. Der Ableitstrang 3 o- berhalb des Elektrodenkörpers 5 ist mit einer elektrischen Isolierung 4 versehen.
Da der Elektrodenkörper 5 eine mit dem Ableitstrang 3 zusammenfallende Längsachse aufweist und sich die Mantelstränge 7 nicht wie in herkömmlicher Art im Wesentlichen parallel zur Oberfläche erstrecken, sondern entlang einer zum Ab- leitstrang koaxialen Kegelfläche verlaufen, ergibt sich für die Verlegung des Elektrodenkörpers eine vergleichsweise kleine, an die Basisfläche des durch die Mantelstränge 7 bestimmten Kegels angepasste Aushubfläche. Die für die Stromablei- tung ins Erdreich 10 maßgebende Übergangsfläche wird durch den Kegelmantel und den Boden 6 bestimmt und kann daher trotz der beschränkten Aushubfläche vergleichsweise groß ausfallen, wobei der Ableitstrang 3 mit dem Elektrodenkörper 5 vorteilhaft einen Tiefenerder bildet, der hinsichtlich der Beschränkung der Gefahr höherer Schrittspannungen von Vorteil ist, insbesondere in Verbindung mit der elektrischen Isolierung 4 des Ableitstrangs 3 oberhalb des Elektrodenkörpers 5.
Die in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellte Vorrichtung zum Ableiten von Stoßströmen in ein Gewässer 13 weist einen in das Gewässer 13 abgesenkten Elektrodenkörper 5 auf, der einen Boden 6 und einen Mantel aus Mantelsträngen 7 umfasst, die e- lektrisch leitend mit einem Ableitstrang 3 verbunden sind, der den Elektrodenkörper 5 durchsetzt und mit einer Erderspitze 8 über den Boden 6 nach unten vorsteht. Der Ableitstrang 3 ist beispielsweise über eine Prüfeinrichtung 2 mit einer nicht näher dargestellten Blitzschutzanlage verbunden, wobei die Anordnung so getroffen ist, dass der Ableitstrang 3 in einer an die Tauchtiefe des Elektrodenkörpers 5 angepassten Mindestlänge elektrisch isoliert so ausgeführt ist, dass sich die elektrische Isolierung 4 auch in einer ausreichenden Länge über die Wasseroberfläche erstreckt, um Überschläge zwischen dem Ableitstrang 3 und der Was- seroberfläche zu vermeiden.
Um vorteilhafte Konstruktionsverhältnisse zu schaffen, ist der Boden 6 des Elektrodenkörpers 5 in Form einer Kugelkalotte ausgeführt, an deren Rand die Mantelstränge 7 des Mantels in einer gleichmäßigen Umfangsverteilung angeschlossen sind, sodass sich für den Elektrodenkörper 5 eine an einen Taylor-Kegel angeglichene Umrissform ergibt, die sich in besonderer Weise für den Energieübergang vom Elektrodenkörper auf das Wasser eignet.
Der Boden 6 selbst weist ein Leitergitter auf, über das sich eine zusätzliche Auf- Spaltung der durch die Mantelstränge 7 des Mantels der Elektrodenkörpers 5 fließenden Zweigströme ergibt. Ein solches Leitergitter ist allerdings für die Aufnahme von Druckbelastungen auf die Erderspitze 8 nicht gut geeignet. Aus diesem Grun- de ist der Boden 6 im Bereich der Erderspitze 8 mit einem Blecheinsatz 9 versehen, an den sich das Leitergitter 9 anschließt.
Um eine wirksame Ableitung von Stoßströmen in einem Gewässer 13 zu errei- chen, braucht der Elektrodenkörper 5 lediglich über den Ableitstrang 3 in das Gewässer 13 abgesenkt zu werden, wobei eine Mindesttauchtiefe eingehalten werden soll, um gefährliche Potenzialdifferenzen an der Wasseroberfläche sicher ausschließen zu können.
Weist das Gewässer 13 eine Tiefe auf, die ein Absenken des Elektrodenkörpers 5 bis auf den Gewässerboden 1 1 erlaubt, so kann eine unmittelbare Ableitung eines Teils des Stoßstroms in den Gewässerboden 1 1 erreicht werden, wenn die mit dem Ableitstrang 3 verbundene, über den Boden 6 des Elektrodenkörpers 5 vorstehende Erderspitze 8 in den Gewässerboden 1 1 eindringt, wie dies in der Fig. 3 angedeutet ist. Mit Hilfe des die Erderspitze 8 tragenden Blecheinsatzes 9 kann außerdem der Schwerpunkt des Elektrodenkörpers 5 soweit gegen den Boden 6 verlängert werden, dass ein schwerkraftbedingtes Aufrichtmoment für ein selbständiges Einhalten einer aufrechten Lage des Elektrodenkörpers sichergestellt werden kann, was für einen vorteilhaften Energieübergang vom Elektrodenkörper 5 auf das Wasser und den Gewässerboden 1 1 von Bedeutung ist.
Damit die elektrisch wirksame Fläche des Elektrodenkörpers 5 vergrößert werden kann, können die Mantelstränge 7 des Elektrodenkörpers 5 auch durch zusätzliche Umfangsstränge (nicht dargestellt) zu einem Mantelgitter verbunden werden.

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung zum Ableiten von elektrischen Strömen, insbesondere Stoßströmen, in ein Erdreich (10) und/oder in ein Gewässer (13), welche einen zentralen Ableitstrang (3) und einen damit elektrisch leitend verbundenen Elektrodenkörper (5) umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Elektrodenkörper (5) einen Boden (6) und einen Mantel aus Mantelsträngen (7) umfasst, wobei die Mantelstränge (7) mit ihren vom Boden
(6) abgekehrten Enden mit dem Ableitstrang (3) verbunden sind, dass
der Ableitstrang (3) den Elektrodenkörper (5) durchsetzt und dass der Ableitstrang (3) oberhalb des Elektrodenkörpers (5) gegenüber dem umgebendem Erdreich (10) und/oder Gewässer (13) elektrisch isoliert ausgeführt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelstränge (7) entlang eines Kegelmantels mit dem Ableitstrang (3) als Achse verlaufen und im Bereich der Kegelbasis an den Boden (6) anschließen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ableitstrang (3) mit einer Erderspitze (8) über den durch die Mantelstränge
(7) und den Boden (6) gebildeten Elektrodenkörper (5) nach unten vorsteht.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (6) mit über die Bodenfläche verteilten Durchbrechungen versehen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (6) ein Leitergitter umfasst.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (6) aus einem Lochblech gefertigt ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (6) eine noch unten konvex vorgewölbte Schalenform aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenkörper (5) abgesenkt ist und dass der Ableitstrang (4) in einer an die Tauchtiefe des Elektrodenkörpers (1 ) angepassten, einen Ü- berschlag zwischen Ableitstrang (4) und der Wasseroberfläche verhindernden Mindestlänge elektrisch isoliert ausgeführt ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelstränge (7) des Elektrodenkörpers (5) durch Umfangssträn- ge zu einem Mantelgitter verbunden sind.
10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3, 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (6) des Elektrodenkörpers (5) im Bereich der Erderspitze (8) einen Blecheinsatz (9) aufweist.
1 1 . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ableitstrang (3) koaxial zum Boden (6) des Elektrodenkörpers (5) verläuft.
12. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (6) des Elektrodenkörpers (5) nach Art einer Kugelkalotte geformt ist und der Mantel einen Kegel bildet.
13. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass deren Schwerpunkt derart tief liegt, dass sich die Vorrichtung von einer Schieflage selbst in eine aufrechte Lage dreht.
PCT/AT2013/050161 2012-08-17 2013-08-16 Vorrichtung zum ableiten elektrischer ströme WO2014026212A1 (de)

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