闪电电流引出设备的制作方法

1.本发明涉及一种闪电电流引出设备，该闪电电流引出设备由捕获装置构成，所述捕获装置经由电导体与接地系统连接，其中所述电导体被绝缘体包围，其中所述绝缘体被在导体纵向上连续的由弱导电材料构成的层包围，所述弱导电材料优选地具有非线性电特性，其中在所述层的朝向所述捕获装置的端部区域处布置有由导电材料、尤其金属构成的连接部件，所述捕获装置和/或所述电导体借助所述连接部件与所述层连接，并且其中在所述层的朝向所述接地系统的端部区域处布置有由导电材料、尤其金属构成的连接部件，所述电导体和/或所述接地系统借助所述连接部件与包围所述绝缘体的层连接。
2.这种设备从ep 1 760 855 b1中已知。
3.尤其本发明涉及外部避雷系统的绝缘引线的由弱导电材料构成的外部层和绝缘体的状态确定的可能性。


背景技术：

4.绝缘体或者还有外部导电层可能由于不正确的运输、错误的存放或不专业的安装以及由于在雷击期间的电击穿而被损坏。因此力求在外部避雷系统的定期进行的检查期间或尤其在所登记的雷击之后查明这些损坏。
5.现有技术例如在所说明的欧洲专利文件中以及在iec ts 62561
‑
8中描述了外部避雷系统的这种绝缘引线。在图1中示出了示例性的安装。在建筑系统1、例如建筑体上布置有利用绝缘体2间隔开的捕获装置4，所述捕获装置利用连接部件3与绝缘引线6连接。上面的连接部件3也将电导体6a与绝缘引线6的外部导电层6d连接。绝缘引线6在建筑系统1的高度上（在上面）利用导电连接元件5、例如保持器被连接到建筑物等的电位均衡导体上。其他保持器7用于固定绝缘引线6。下面的连接部件8也将电导体6a与绝缘引线6的外部导电层6d连接。可拆卸的分离点端子10在该实施例中将下面的连接部件8与电导体9连接并且因此建立至建筑系统的接地系统或至土地12的连接。
6.图1a以侧视图示出安装。
7.示例性的和优选的绝缘引线6在图2中示出。在此情况下，电导体6a被弱导电层（内导电层）6b包围，接着是由耐高压的绝缘材料6c构成的绝缘体，又接着是弱导电层6d，该弱导电层是外导电层。连接部件的示例在图3中示出。该图以分解图并以装配形式示出对应的组件。
8.这种设计方案的等效电路图在图5中示出并且形成用于解释测量可能性的出发点。
9.在上面通过阶梯式箭头所说明的雷击的情况下，闪电电流的最大部分17进入捕获装置4经由电导体6a至远处的地21流出。仅仅闪电电流的非常小的部分18经由绝缘引线6的外导电层r*（6d）分别经由象征性表示的连接线路19和15和经由电位均衡汇流排20至远处的地21流出。
10.由于绝缘体或外导电层6d的损坏或击穿，不再提供闪电电流的绝缘引下线的期望
功能并且闪电子电流于是将可能侵入建筑物中并且在那里造成对电子和电气设备的破坏。
11.出于该原因，至今已经尝试，在所说明的标准中规定的检查期间通过测量查明可能存在的损坏。
12.利用高电压脉冲、利用冲击电流脉冲或利用混合发生器对耐高压的绝缘引线的测量技术状态检验由于对人员和电气和电子装置的功能的危害而被视为太危险和不切实际。
13.因此，存在如下期望：在地面上、即在下面无需在位于屋顶上的捕获装置4处或在连接部件3处的拆卸工作就能够进行绝缘引线6的绝缘特性的测量。
14.为此，在地面上移除连接部件8并且中断地连接端子10，使得存在不仅至电导体6a而且至外导电层6d的自由接入。因此形成根据图6中的等效电路图的按照现有技术通常的测量电路。在此情况下，绝缘故障利用电阻r
f
来标记。根据现有技术尝试：利用绝缘测量设备22来测量具有电阻r
f
的绝缘故障，所述绝缘测量设备在大约1000伏特直流电压的电压和几毫安内的电流限制的情况下对人员和设备不构成危害。
15.对具有人为引入的缺陷的绝缘引线的测试已表明，绝缘测量的精度和故障定位的精度非常大地受限制。这原因在于，在捕获装置4侧绝缘引线6的电导体6a和外导电层（6d）按规定通过电导体14彼此导电连接。
16.如在图6中所示出的，绝缘测量设备22将显示如下值，该值由三个保持器r
h
和外导电层6d（r*）的四个区段以及串联的由r
f
和r*构成的并联电路的电阻的合成值得出。绝缘故障r
f
越远离地面，则存在有说服力地测量r
f
的值的可能性就越小。更严重的是，外导电层6d（r*）的比电阻具有大的温度系数，使得比电阻在例如
–
20
°
c到 80
°
c的温度范围中经历高达300%的变化。
17.由绝缘体6c的电击穿形成的绝缘故障r
f
的电阻处于几百kohm到mohm的范围中，外导电层6d的电阻处于几kohm/m的范围中。因此利用绝缘测量设备明确地确定绝缘故障是不可能的。可行的途径将在于，在上面的连接部件3a的位置处中断电导体6a与外导电层6d之间的连接14。但是这将需要显著的安装耗费并且因此需要相应的成本。


技术实现要素：

18.从该现有技术出发，本发明提出了开发一种简单的可能性的任务，在该可能性的情况下尽可能没有介入现有的绝缘体就可以实现外部避雷系统的相应的检查。尤其，在至安装在建筑系统上的捕获装置的过渡部处的连接部件的拆卸应变得不是必要的。
19.为了解决该任务，本发明提出：在所述电导体与所述导电层之间的电连接在所述连接部件中串联地仅通过自适应开关元件来建立，所述自适应开关元件在不存在雷击的正常运行状态中将所述电连接保持在分离位置（断开状况）中，并且所述自适应开关元件在雷击状况下通过所述开关元件的然后出现的或被超过的响应电压而闭合并且建立所述连接，其中在测量技术检验的情况下引起在所述耐高压的绝缘引线的外部弱导电或半导体层与电导体之间的绝缘或高欧姆连接，并且在电位差的情况下、诸如在雷击的情况下引起在耐高压的绝缘引线的外部半导体层与所述电导体之间的导电连接。
20.优选地此外规定，在所述电导体与所述导电层之间的电连接在所述连接部件中串联地仅通过自适应开关元件来建立，所述自适应开关元件在不存在雷击的正常运行状态中将所述电连接保持在分离位置（断开状况）中，并且所述自适应开关元件在雷击状况下通过
所述开关元件的然后出现的或被超过的响应电压而闭合并且建立所述连接，其中在测量技术检验的情况下引起在所述耐高压的绝缘引线的外部弱导电或半导体层与所述电导体之间的绝缘或高欧姆连接，并且在电位差的情况下、诸如在雷击的情况下引起在耐高压的绝缘引线的外部半导体层与所述电导体之间的导电连接。
21.本发明的有利设计方案在权利要求3至14中说明。根据本发明的设计方案的特点在权利要求15中说明。用于布置和安装测量设备的可能性在权利要求16至20中说明。根据本发明的自适应开关元件尤其在权利要求21中说明。优选的和有利的设计方案在权利要求22中说明。
22.根据本发明，简单的商业上通用的安装检验设备可以连接到绝缘引线的外导电层和接地端子上，并且然后通过测量绝缘电阻提供关于绝缘的状态的明确结果。
23.该测量可能性通过在绝缘引线的外导电层与内部导体之间引入自适应开关元件来实现。自适应开关元件将外导电层与电导体分离并且允许使用在对于人员而言无危险的几ma的测量电流的情况下具有大约100至2500伏特的电压的商业上通用的绝缘测量设备。
24.在雷击的情况下，自适应开关元件建立在绝缘引线的外导电层与电导体之间的导电连接并且这样避免构成有害的表面放电。
25.除了测量绝缘电阻之外，这样也存在用于测量电损耗因数tanδ和电容c以及测量电气局部放电和利用通常的线缆故障定位检验设备定位绝缘故障的可能性。
26.针对检验外导电层的损坏的情况需要中断外导电层到电位均衡导体的上部连接，并且替代于此建立外导电层的最上端至电位均衡导体的电连接。于是可能的是，将高频电流馈入到外导电层中。在外导电层存在缺陷的情况下，通过高频电流将电磁场耦合输入到绝缘引线的绝缘体中并且在绝缘引线的外导电层与电导体之间利用微伏计来测量电磁场。在此，绝缘故障也可以被一起检测，因为该绝缘故障也损坏外导电层。
27.根据本发明，损坏应明确地在所安装的绝缘引线6处即使在较长运行持续时间之后也是可测量的，而无需在上面的连接部件3的位置处中断外导电层6d与电导体6a之间的连接14。该可能性在附图中在下文中予以解释和示出。
28.根据本发明，该要求通过如下方式来解决，即在电导体6a与外导电层6b之间的电连接14至少在连接部件3中、优选地但是在连接部件8和3中被中断并且仅通过自适应开关元件23、24来实现电连接。自适应开关元件的可能的实现形式在权利要求书中和在说明书中予以说明。
具体实施方式
29.图4示例性地示出自适应开关元件13的几何布置，所述自适应开关元件在连接部件3与外导电层6d之间的电连接中被接触。在图4中示出了具有连接部件3的捕获装置4。在该连接部件之下示出了自适应开关元件13，所述自适应开关元件根据本发明将与电导体6a或与捕获装置4连接的连接部件3与绝缘引线6的外导电层6d连接。
30.图7示出具有连接部件3或8和自适应开关元件23或24的绝缘引线6的等效电路图。
31.自适应开关元件23、24不允许使绝缘引线6的基本功能失效。因此，如下条件对自适应开关元件23、24适用：
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在雷击的情况下，自适应开关元件23、24在达到其响应电压时必须是闭合的。因
此确保了避免有害的表面放电。自适应开关元件23、24必须能够承载通过外导电层6d的电流。在绝缘体6c的电击穿的情况下，自适应开关元件23、24引导通过外导电层的子电阻r*限制的电流并且必须针对该值确定尺寸。
32.‑ꢀ
在正常运行中，开关元件23、24针对耐高压的绝缘引线6的测量技术状态检验在对于人员和电气组件而言无危险的测量电压的情况下不必作出反应并且因此必须是断开的。测量电压在此必须处于自适应开关元件23、24的响应电压之下。
33.利用自适应开关元件23、24于是可能的是，利用绝缘测量设备22明确地实施绝缘电阻r
f
的测量，其中一点也不需要拆卸连接部件3、8或借助分离点端子10中断接地线9、11。由此测量被显著地简化并且导致绝缘电阻的精确确定的期望结果。由因大气电而感应的电荷引起的人员危害由于外壳层6d的始终存在的电连接19、15而被排除。
34.除了绝缘电阻的测量之外，通过自适应开关元件的接通还开辟用于其他诊断的可能性：
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测量介电损耗因数tanδ和电容c，
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测量电气局部放电，
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探测和定位绝缘故障，
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探测外导电层的损坏。
35.利用交变电压测量介电损耗因数tanδ和电容c提供关于生产故障、电绝缘材料的老化和因电气局部放电引起的损害的说明。该测量根据图7中的电路图在电导体6a的靠近地的端部区域9与弱导电的外壳层6d之间进行，其中绝缘测量设备22通过商业上通用的网络分析器或商业上通用的损耗因数测量电桥来代替。
36.除了查明绝缘故障之外，定位绝缘故障是特别感兴趣的。为此，为了解释在图7中代替绝缘测量设备22使用通常的结构形式的线缆故障定位测量设备，该线缆故障定位测量设备能够实现故障定位。
37.如在图8中所示出的外导电层6e的损坏例如可能由于错误的运输、存放、安装故障或在安装之后因在建筑系统处的其他机构引起的损坏而出现并且在雷击时对于耐高压的绝缘引线6的功能而言是有害的。即使外导电层6d仅有小的损坏6e，使得绝缘材料6c露出，在雷击时也存在绝缘材料6c电击穿的危险。因此存在如下期望：确定尤其在靠近捕获装置4的上部区域中的这种缺陷，因为在那里出现最高的电压负荷。为了确定这种损坏，提出在图9中所示出的具有在图10中所示出的电路图的原理布置。
38.高频电流27利用高频发生器25被引回到外导电层6d中并且返回经由电连接28并且被引回给建筑物1处的电位均衡导体15。在此，图7中所示出的电位均衡导体19必须被中断并且代替于此必须建立图9中所示出的连接28。在损坏6e的情况下，通过高频电流27将电磁场30辐射到由绝缘材料6c形成的空间中并且产生利用微伏计22可测量的在外导电层6d和电导体9之间的电压，所述电导体与电导体6a连接。出于信号完整性的原因，提出经由在下面的连接元件8中的同轴插孔29进行微伏计26的连接。对于这种类型的测量而言此外需要将分离点端子10中的接地连接断开。这种测量除了外导电层6d中存在的安装故障之外也表明绝缘层6c中的绝缘故障，因为在绝缘层6c击穿时总是损坏外导电层6d。
39.所提出的自适应开关元件23、24可以利用通常的结构形式的开关元件来实现。为此尤其合适的是：
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变阻器，
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圆柱状变阻器，
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圆柱形变阻器，具有用于电导体6a的绝缘套管的圆柱形开口，
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空气火花隙，
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充气避雷器，
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反串联的齐纳二极管，
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晶闸管，
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表面放电火花隙，
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igbt（绝缘栅双极晶体管），
‑ꢀ
其他相应地起作用的电子器件。
40.这些器件根据图4可以安置在绝缘壳体13中。
41.相应的测量设备可以持久地被接通或也可以仅仅为了检验目的相应地被连接。如果进行持久接通，则可以无线地或有线地通过监控系统进行中央监控，其中相应的测量信号也可以是例如经由wlan可远程调用的，和/或可以被存储在云中并且以可调用的方式存放在那里。
42.作为测量设备例如可以考虑如下设备：
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线缆故障定位设备3m dynatel 356dsp，
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作为阻抗测量设备，美国keysight technologies公司的e4990a，
‑
柏林的calplus gmbh的绝缘电阻测量设备mit 2500，
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德国舍瑙的schwarzbeck公司的干扰电压测量设备fckl 1528，
‑
明登的rhode & schwarz公司的rf和微波r&ssma100b信号发生器，
‑
奥地利omicron的用于局部放电的测量设备mpd 600，
‑ꢀ
megger公司的电容和损耗因数测量设备cdax 605。
43.关于在ep 1 760 855 b1中所描述的合适的闪电电流引出设备的特殊结构形式，参考那里的说明书，从该说明书中可以获悉关于从属权利要求3至14的解释。为了就此而言避免重复，参考专利文件在说明书和实施例的描述中的那里的公开。
44.本发明并不限于实施例，而是在公开的范围内多次可变的。
45.所有在说明书和/或附图中公开的单个特征和组合特征被视为对本发明重要的。
46.附图标记列表1
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建筑系统2
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绝缘体3
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连接部件4
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捕获装置5
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导电的连接部件6
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绝缘引线7
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固定保持器8
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连接部件9
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电导体10
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分离点端子
11
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接地导体12
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土地6d
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5 r*13
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具有自适应开关元件的绝缘壳体14
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电导体（在6a和6之间的连接）15
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连接线路（6d）17
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闪电电流18
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闪电子电流19
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连接线路（6d）20
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电位均衡汇流排21
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地22
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绝缘测量设备23
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自适应开关元件（13）24
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自适应开关元件（13）25
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高频发生器26
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微伏计27
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高频电流28
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电连接29
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插孔30
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电磁场