雷電電流傳導裝置的製作方法

2023-10-06 21:34:29

專利名稱：雷電電流傳導裝置的製作方法
雷電電流傳導裝置本發明涉及一種根據權利要求1， 2， 4， 5或6的前序部分的雷 電電流傳導裝置，它將採集裝置與外部避雷針中的接地裝置進行電連 接。雷電電流傳導裝置通常由帶有相應橫截面的金屬導線構成，以確 保所希望的雷電電流耐受能力。通常的材料是鋁、鍍鋅鋼絲或鋼帶， 也可以是銅導線。它們連結在自然的或人工的採集裝置上，通過建築 物外表面上的最短的路徑被引至接地裝置，如環形或棒狀的地線，或 者與基礎接線形成連接。遵守相關的避雷針標準及其不同的具體措施對於需要保護的設 備得到了程度很高的工作安全性。相應確定了避雷針所需要的避雷針 等級是為實現外部避雷針的結構性措施的明確規定。在實際中經常出現的一個問題是注意釆集裝置與連接電氣和電 子設備的其它導電金屬部件的導線之間必要的安全距離。如果在這裡 不能保證必要的最小距離，則在雷電發生時可能存在無法控制的火花 飛弧的危險，其結果是導致設備損壞或可能發生火災。安全距離的計算要通過雷電電流在導線中的分量Kc，雷電電流 的變化率K,，從接近點到電勢補償的下一平面的間距L和隔離間隙的 材料Km來確定。材料係數Km描述了某種物質相對於空氣的絕緣性能。上述的接近問題原理上可以通過用絕緣層包裹目前為非絕緣的 雷電電流傳導裝置來解決，而該問題又由於絕緣導線自身在避雷針裝 置上的穿越而變得困難。在雷電電流被導入導線的位置處，沿表面會 出現表面放電。 一旦超過了表面放電的起始電壓，就會出現穩定的放 電，這會在整體上減小耐電壓能力，並引起飛弧，使絕緣失去作用。
為了避免滑動飛弧，已知的屏蔽耐高壓同軸電纜具有電阻可調的 電纜終端接頭，並可用於避雷針。這種雷電電流傳導裝置的問題在於，在特定情況下，通過導電性 良好的屏蔽導體會在屏蔽導體內出現不希望的初級側所要傳導的雷 電電流的變壓器輸入耦合。由於導電的屏蔽導體通常與建築物的金屬構件系統連接在一起，所以使這個問題比較嚴重。在值小於1Q的很小的回線電阻的情況下， 會出現很大的電流，它可能佔到初級側所要傳導的雷電電流的多達50 % 。這一效應給安裝在建築物中的電氣和電子設備及裝置造成了很大 的威脅。這種威脅只能通過代價高昂的屏蔽來避免，或者通過在絕緣 導體和其餘金屬元件間很難實現的較大間距來避免。由DE 10228665 Al一&開了一種雷電電流傳導裝置，用於採集裝 置和外部避雷針中的接地設備之間的電連接。這裡所採用的電導體被 埋入到絕緣包線中，絕緣包線又帶有導電的包皮，其中在電導體與採 集裝置的連接部分處設置了用於電場調節的結構，以防止表面放電以 及達到所需的脈衝電壓耐受性。但在這種同軸結構的傳導裝置中需要 在金屬部件、例如金屬防護層或金屬管等的區域內保持特定的最小間 距，這既在結構方面又在特定建築的設計方面具有缺點。德國實用新型DE 202004003233 Ul示出了一種用於帶有絕緣傳 導裝置的外部避雷針系統的避雷針裝置，其中為了延長雷電傳導裝 置，對應於在各個應用情況下必要的長度，可以在安裝地點在電導體 上移動任意數目的內部絕緣包線。在接合處的區域內，內部絕緣包線 由外部絕緣線所包裹，其中基本上必須保持一個例如與移動無線天線 杆之間的所謂隔離間距。根據前面提到的內容出發，本發明的任務在於給出 一種進一步開 發的雷電電流傳導裝置，它回到埋入到絕緣包線中的電導體，所述絕 緣包線又具有導電的外皮，確保了一方面所要傳導的雷電電流在屏蔽 導體中的變壓器輸入耦合被減小到可以接受的程度，從而可以減少材
料使用和傳導裝置的厚度，而不會降低電氣防護性能，而且最終使所 給出的雷電傳導裝置可以經過或設置在金屬元件附近，並不像現有技 術那樣需要最小的隔離間距。本發明這個任務的解決方案是通過一種根據權利要求l， 2， 4， 5或6的特徵的雷電電流傳導裝置來實現的，其中從屬權利要求至少 包括符合目的的實施例和進一步的改進。接著，根據第一種實施方式，該雷電電流傳導裝置的電導體被埋 入到絕緣包線中。例如這裡採用的絕緣材料是聚氯乙烯或聚乙烯。這種絕緣包線也具有一個半導電的、在長度方向上具有分級導電 性的包皮。在電導體與可用常規方法實現的採集裝置的連接部分處， 設置有用於電場調節的結構，例如採用導電的塑料件的形式，以防止 表面放電。電場調節本身是電容性的，或作為電纜終端的歐姆電場調節來實 現。例如電場調節電極可以設置在電纜終端，這些電極例如以巻繞的 半導體帶的形式實現。特定的傳導裝置所設置的外部保護層具有含矽或其它防水的材 料，這進一步提高了飛弧耐受性能。本發明的意義還在於，為了改善飛弧耐受性能可以設置屏蔽，它 延長了漏電路徑。前面所描述的絕緣包線可以直接到達避雷針杆或者構成避雷針 杆的一部分。所述的帶有用於電場調節的結構的絕緣包線的設計構思也可以 應用於導電類型的供給、排汙技術裝置，例如水管、燃氣管道或雨水 採集管道。在避雷針設備中，可以將常規的雷電電流傳導裝置和根據本發明 的絕緣的、並設置有電場調節結構的傳導裝置或這類構造的電纜結合 起來。電場調節也可以用在組合和分開這類結合系統的領域中，以確保 絕緣對表面放電的相應耐受能力。
正如已經描述的，這種新的雷電電流傳導裝置由一個同軸結構構 成，該同軸結構包括一個能夠承栽雷電電流的內導體的， 一個相應的 絕緣層，以及一個在給定情況下電阻可變的護套和一個外部的機械保 護套。為了避免表面放電，還在電纜的接合處進行電勢調節，即絕緣 的引線，以及常規的避雷針設備。由於相對於高頻電纜來說無需考慮對交流電壓的耐受性，可以在 對脈沖電壓的耐受性方面通過簡單的方法對電場調節進行優化。因此 存在這樣的可能性，即能夠實現相對較高的電導值，以允許簡單且節 省空間地實現。為了進行電場調節而構造了電極，其中既可以用半導電材料也可 以用液體作為調節介質。當為了進行電場調節而採用可以巻繞起來的半導體帶時，可以在引入區域採用根據洛高夫斯基(Rogowski)外形類型的幾何形狀。 根據本發明的第二種實施方式，絕緣包線由帶有部分絕緣層或部分絕緣區域的分層的電介質以及帶不同介電常數的材料構成。相應的介電常數Sr這樣選取使它與在部分絕緣r中出現的最高場強近似相等。如果根據本發明的第二種實施方式實現絕緣引線，而且採用了半 徑為r2和i"3的分層的電介質，它包裹著半徑為n的橫截面足夠大的 金屬導體，則可以減少所需的材料使用並減小絕緣引線的厚度，而電 氣防護性能可以大大提高。當如前面所述在部分絕緣出現的最高場強近似相等時，可以提高 電氣防護性能並能更好地利用所採用的絕緣材料。這裡正如所描述的，使用了具有不同介電常數Sr的絕緣材料。根據本發明的第三種實施方式，同軸雷電電流傳導裝置的包皮如此實現，使得包皮的電阻值處於lkn/m至〈100kft/m的範圍內。這種 小的包皮電阻得到了以下優點。減小的包皮電阻在雷擊的情況下可以使終端接頭區域內在導線 表面上的電壓分布均勻。這樣就會沿著表面、尤其是在接地點的區域 內得到更小的場強，該場強無論如何都低於放電所需的場強。從而大 大提高了這種配置的整體耐壓性。這種類型的低阻電場調節接近理想狀態下閥蓋和接地點之間的 線性電壓分布。所選的lkQ/m到〈100kQ/m範圍內的工作電阻仍然很高，使得 電纜包線上的漏電流小到可以忽略不計，並且保證了同軸的雷電電流 傳導裝置的作用，如使避雷針和建築物中的導電設備安全隔離。根據本發明的第四種實施方式，雷電電流傳導裝置的包線具有集 成的微壓敏電阻，使得雷電電流傳導裝置在它的長度上具有壓敏電阻 效應。由此也改善了尤其是在連接點區域的電場調節關係。根據本發明，還使用了埋入到絕緣包線中的電導體來作為雷電電 流傳導裝置，用於將採集裝置與外部避雷針中的接地設備進行電連 接，所述絕緣包線也具有導電或半導電的包皮，其中在電導體與採集 裝置的連接處設置了用於電場調節的結構，以避免表面放電並提高脈 沖電壓耐受性能，其中這種雷電電流傳導裝置能夠很容易地設置，而 無需與所要保護的對象保持隔離間距。將通過一個實施例並藉助於附圖更詳細地描述本發明。

圖1 一個穿過雷電電流傳導器的一部分的剖面圖；圖2 作為由導電塑料構成的適配件的場調節裝置的詳細示意圖；圖3 穿過一個根據本發明的帶有分層電介質的同軸雷電電 流傳導裝置的一部分的剖面圖；圖4 根據本發明設置雷電電流傳導裝置(HVI)的一種實施 方式，與所要保護的對象沒有間距。根據圖1，在連接一側的端部設置了一個金屬端子3，它與導體 5相接觸。在絕緣體1的端部和金屬端子3的過渡區域內具有一個由 導電塑料構成的、適配件2形式的用於電場調節的結構。8 屏蔽4和6沿著同軸導線分成具有不同導電性的部分Ll和L2。 根據本實施例，屏蔽導體朝向高壓電勢的第一部分L1典型地有10kQ/m的電阻。屏蔽導體後面的部分L2具有最好小於10kQ/m的電阻值。 最好可以使用在提到的電阻範圍內的導電塑料或半導電材料作為所採用的屏蔽導體4和6的材料。根據圖2的作為適配件的導電塑料元件2在金屬連接端子3上、同時在雷電電流傳導裝置的相應端部的屏蔽導體4上產生了所需要的、部分放電不足的耦合。在背對高壓電勢一側或同軸電纜端部，內導體5通過金屬連接元件與接地系統相連接。同樣，屏蔽導體6也在這裡與接地系統相連接 (圖中未示出)。為了與同軸電纜的兩側進行接觸，如此設計所使用的連接元件3的尺寸，使得所有出現的雷電電流都能亳無危險地被傳導。根據圖3的示意圖示出了穿過同軸雷電電流傳導裝置的剖面，其 具有一個位於核心的、半徑為n的金屬導體。這個半徑為ri的金屬導體由半徑分別為r2和r3的分層的電介質 所包裹。該配置在最外側還具有一個半導電的護套7。當在各個部分絕緣體中出現的最高場強都大致相同時，可以提高 電氣防護能力，從而保證所希望的、對分層電介質中所釆用的絕緣材 料的更好的利用。為此使用了具有不同介電常數^的絕緣材料。對此 近似地有r2 ￡r2 - r3 '￡r3…^ rn ￡rn如根據圖4的示意圖中可以看到的，絕緣的同軸雷電電流傳導裝 置HVI也儘量設置得與金屬元件、例如建築物的金屬外襯8靠得很近。 在沿著與地相連的金屬外襯8的關鍵區域內，通常所需的隔離間距Si 可以小到忽略不計，從而得到了尤其是從外觀角度來看非常保守的、 不太引人注目的設置方案。如圖4中所示，雷電電流傳導裝置HVI的半導電或導電的包線
與建築物接地裝置連接在一起。通過雷電電流傳導裝置HVI與棵導體9的結合區域中的場調節配置，可靠地避免了表面放電，其結果是得 到了一個非常可靠的雷電電流傳導裝置。附圖標記列表1 絕緣體2 由導電塑料構成的適配件3 金屬端子 4, 6屏蔽導體5 金屬內導體7 半導電的護套8 建築物、例如阿提卡的金屬外村9 棵導體HVI 雷電電流傳導裝置
權利要求
1一種雷電電流傳導裝置，用於將採集裝置與外部避雷針中的接地設備進行電連接，其中電導體埋入到絕緣包線中，所述絕緣包線又具有一個導電的包皮，並且在電導體與採集裝置的連接部分中設置有用於電場調節的結構，以避免表面放電和提高脈衝電壓耐受性，其特徵在於，所述包皮由半導電的材料構成，並在其長度上具有區分開的、導電性不同的部分。
2 —種雷電電流傳導裝置，用於將採集裝置與外部避雷針中的 接地設備進行電連接，其中電導體埋入到絕緣包線中，所述絕緣包線 又具有一個導電的包皮，並且在電導體與採集裝置的連接部分中設置 有用於電場調節的結構，以避免表面放電和提高脈衝電壓耐受性，其 特徵在於，所述絕緣包線由分層的電介質構成，所述電介質帶有由介電常數 不同的材料構成的部分絕緣段或部分絕緣區域。
3 根據權利要求2的雷電電流傳導裝置，其特徵在於， 相應的介電常數sr被如此選擇，使得在部分絕緣體r中出現的最高場強近似相等，其中有r2 ￡r2 - r3'siv"s rn srn。
4 一種雷電電流傳導裝置，用於將採集裝置與外部避雷針中的 接地設備進行電連接，其中電導體埋入到絕緣包線中，所述絕緣包線 又具有一個導電的包皮，並且在電導體與採集裝置的連接部分中設置 有用於電場調節的結構，以避免表面放電和提高脈衝電壓耐受性，其 特徵在於，所述包皮的電阻值處於lkQ/m至〈10k!2/m的範圍內。
5 —種雷電電流傳導裝置，用於將採集裝置與外部避雷針中的 接地設備進行電連接，其中電導體埋入到絕緣包線中，所迷絕緣包線 又具有一個導電的包皮，並且在電導體與採集裝置的連接部分中設置有用於電場調節的結構，以避免表面放電和提高脈衝電壓耐受性，其 特徵在於，所述包皮由半導電的材料構成，所述半導電的材料具有集成的微 壓敏電阻。
6 —種雷電電流傳導裝置，用於將採集裝置與外部避雷針中的 接地設備進行電連接，其中電導體埋入到絕緣包線中，所述絕緣包線 又具有一個導電的包皮，並且在電導體與採集裝置的連接部分中設置 有用於電場調節的結構，以避免表面放電和提高脈沖電壓耐受性，其 特徵在於權利要求l， 2， 3， 4和/或5所述特徵的結合。
7 根據權利要求l的雷電電流傳導裝置，其特徵在於， 朝向高壓電勢的部分的導電性向著接地端逐級或連續遞減。
8 根據權利要求1或7的雷電電流傳導裝置，其特徵在於， 導電包皮的朝向高壓電勢的第一部分具有基本上為1 kQ/m的電阻，而後面的部分具有最好在lkH/m到10kll/m之間變化的電阻值。
9 根據上述權利要求之一的雷電電流傳導裝置，其特徵在於， 對於與電導體的連接部分和絕緣包線部分放電不足的耦合，使用了最好為導電的塑料元件作為適配件。10將上述權利要求之一所述的電導體用作用於釆集裝置與外 部避雷針的接地設備之間的電連接的雷電電流傳導裝置，所述電導體 被埋入到絕緣包線中，所述絕緣包線又具有一個導電的包皮，其中在 電導體與採集裝置的連接部分中設置有用於電場調節的結構，以避免表面放電和提高脈衝電壓耐受性，其中雷電電流傳導裝置與所要保護 的對象無間隔地被設置。
全文摘要
本發明涉及一種雷電電流傳導裝置，用於將採集裝置與外部避雷針中的接地設備進行電連接，其中電導體埋入到還具有分層的電介質的絕緣包線中。所述絕緣包線又具有一個導電的或半導電的包皮，並且在電導體與採集裝置的連接部分中設置有用於電場調節的結構，以避免表面放電和提高脈衝電壓耐受性。所述包皮可以在其長度上劃分成具有不同導電性的各個部分。
文檔編號H02G13/00GK101133538SQ200580048779
公開日2008年2月27日 申請日期2005年3月22日 優先權日2005年3月22日
發明者R·布羅克, 克勞斯-比德·穆爾勒, 彼得·扎赫曼 申請人:德恩及索恩兩合股份有限公司