Elektrische Sammelschienen-Anordnung Die Erfindung betrifft eine elektrische Sammel- schienen-Anordnung.
Die erfindungsgemässe Sammelschienen-Anordnung ist gekennzeichnet durch mindestens zwei blattförmige elektrische Leiter, welche durch eine Schicht Isolier material getrennt und je mit einer äusseren Schicht aus Isoliermaterial versehen sind, wobei mindestens eine der beiden Aussenschichten eine oder mehrere Öffnungen zur Herstellung einer oder mehrerer Verbindungen an dem angrenzenden elektrischen Leiter aufweist, und die elektrischen Leiter mit den Isolierschichten verkittet sind.
In mindestens einem der Leiter und in mindestens den beiden angrenzenden Isolierschichten können aus gerichtete Öffnungen vorgesehen sein, um eine Verbin dung zu dem angrenzenden Leiter herzustellen, wobei die Öffnungen im Leiter mit flachen Ringen aus Isolier material versehen sein können. Hierbei kann zweck- mässig die äussere Peripherieform jedes Ringes der Form der entsprechenden Öffnung im entsprechenden Leiter und deren innere Peripherieform der Form der Öffnungen in den Isolierschichten entsprechen.
Die elektrischen Verbindungen zu den Leitern kön nen durch Verbindungsstücke hergestellt sein, von denen jedes an einem Ende mit dem entsprechenden Leiter verbunden ist und durch eine entsprechende Öffnung in der Isolierschicht vorragt.
Da die Erfindung im allgemeinen auf Drehstrom systeme angewendet wird, wird ein solches System als Ausführungsbeispiel mit bezug auf die beiligenden Zeichnungen erläutert.
Fig. 1 zeigt eine elektrische Verteileranlage in Sei tenansicht, teilweise im Schnitt.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Anord nung zum Einbau in die Schaltanlage nach Fig. 1.
Fig. 3 ist ein Teilschnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2. Fig.4 ist ein Teilschnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 2, die die Anlage/Anordnung im Betrieb zeigt.
Fig.5 ist eine Grundrissansicht von zwei Anord nungen für angrenzende, zusammengeschaltete Teile der Schalttafel.
Bei dem Ausführungsbeispiel enthält die elektrische Schalttafel eine lamellenart:g verbundene Anordnung 9 aus leitfähigen Blättern und isolierenden Schichten. Im Einzelnen besteht sie aus vier leitfähigen Blättern 10, 11, 12, 13 (die herkömmlicherweise aus dünnem Kup ferblech bestehen) und fünf isolierenden Schichten 14, 15, 16, 17, 18. Die Isolierschichten können aus Ma terial wie Tufuol (Warenzeichen) oder aus irgend einem anderen geeigneten blattförmigen Material her gestellt werden.
Die Anordnung 9 ist mit einer Anzahl Schaltern 19, 20, 21, 22 auf der Schalttafel vereinigt und nötigen falls mit einer oder mehreren angrenzenden, gleichartig aufgebauten Anordnungen verbunden. Die Verbin dungen zu den verschiedenen leitfähigen Blättern wer den mittels Querstegen oder ähnlichen Verbindern 24, 25, die an den leitfäh'gen Blättern (z. B. durch Löten) angebracht sind, hergestellt, bevor die Lamellengefüge in Verbund gebracht werden. So wird jedes leitfähige Blatt einige Stege oder ähnliche, in einer Richtung vorragende Verbinder 24 von Stellen aufweisen, die von den Kanten des Bleches getrennt sind. Es kann auch einen oder mehrere Stege 25 haben, welche in der ent gegengesetzten Richtung an Stellen vorragen, die an jede Kante des Blattes angrenzen.
Die ersteren Stege 24 haben die Form verlängerter Stangen und dienen als Verbindungen für die Schalter 19, 20, 21, 22, während die letzteren Stege 25 in Form verhältnismässig kurzer Hülsen zu Verbindungen zwischen angrenzenden An ordnungen angewendet werden.
Wie ausgeführt werden wird, ist es erforderlich, wenn die Lamellengefüge verbunden sind, dass alle Schalterstege 24 durch Löcher in einer Aussenschicht 18 des Isoliermateriales hindurchgehen, während alle Hül senstege 25 durch die andere Aussenschicht 18 hin durchgehen sollen. Ähnlich sollen sich alle Schalterstege 24, mit Ausnahme jener an das leitfähige Blatt 10 das an die zuerst erwähnte Schicht 14 angrenzt, angebrach ten Stege, durch dieses leitfähige Blatt 10 usw. er strecken. So ist jedes Blatt oder jede Schicht mit öff- nungen versehen, die nach einem vorgegebenen Muster angeordnet sind, um verschiedene Stege 24, 25 aufzu nehmen.
Die Öffnungen in den leitfähigen Blättern ha ben grössere Durchmesser als jene in den Isolierschich ten. Eine jede dieser Öffnungen enthält einen flachen Ring 26 aus Isoliermaterial.
Die Kanten der leitfähigen Blätter 10, 11, 12, 13 sind durch flache Streifen 31 aus Isoliermaterial ge schützt.
Zur Verwendung sind die verschiedenen Verbund- Anordnungen der Verteileranlage durch metallische Verbindungsstücke 27, die an den vorerwähnten Hül senstegen 25 festgemacht sind, untereinander verbun den. Die Verbund-Anordnungen können so einen Teil der rückwärtigen Verkleidung der Schalttafel bilden, während die Frontverkleidung oder ein geeigneter Rah men die Schalter 19, 20, 21, 22 trägt. Die letzteren sind so angeordnet, dass ihre nicht dargestellten Anschluss- klemmen direkt an den Stegen festgemacht sind.
Die Ausgangsanschlüsse 29 von mindestens einigen Schal tern können sich rückwärts durch weitere Öffnun gen 28 in den Verbund-Anordnungen erstrecken. Sie würden dann die Gestalt starrer Stangen aufweisen. Die Ausgangsklemmen 30 der Schalttafel würden auf der rückwärtigen Verkleidung der Schalttafel angeord net werden.
Es wird bemerkt werden, dass die einzigen blanken Leiter auf der Rückseite der Schalttafel die Ausgangs klemmen 30 und die Verbindungsstücke 27 sind, wel che angrenzende Verbund-Anordnungen 9 untereinan der verbinden. Es ist eine verhältnismässig einfache An gelegenheit, besondere entfernbare, nicht dargestellte Isolierdeckel für jeden Satz Ausgangsklemmen und für jeden Satz Verbindungsstücke vorzusehen. Damit ist die Rückseite der Schalttafel vollständig isoliert. Wenn jeder genannte Schalter ausgeschaltet ist, können die damit vereinigten Anschlussklemmen 30 unbedeckt sein und es kann ohne Gefahr daran gearbeitet werden.
Es wird auch bemerkt werden, dass die einzigen, nichtständigen Verbindungen, die zwischen den Stegen 25 und den Verbindungsstücken 27, den Stegen 24 und den Schaltern 19, 20, 21, 22, sowie den Schaltern 19, 20, 21, 22 und den Ausgangsklemmen 30 sind. Diese Verbindungen sind alle leicht zugängig entweder von der Front- oder von der Rückseite der Schalttafel.
Durch Versuche an Prototypen ist auch ermittelt worden, dass die Verbund-Anordnung andere wichtige Vorteile hat. Z. B. hat man festgestellt, dass auf die Dauer durch die leitfähigen Schichten durchgegebener Starkstrom nicht einen solch hohen Temperaturanstieg verursacht wie bei einer gleichwertigen Anordnung mit Sammelschienen (d.i. eine Schienenanordnung zur Ver teilung von Strom an Schalter usw. ähnlich der Ver suchsanordnung unter Verwendung einer gleichwerti gen Kupfermenge). Dieser niedrigere Temperaturanstieg wird angenommen, zwei Ursachen zu haben.
Erstens, dass kein Skin-Effekt vorhanden ist, der den wirk samen Querschnittsbereich für den Stromweg ein- schränkt. Zweitens, dass die ausgedehnten Oberflächen der Anordnung die Wärme rascher verteilen als der vergleichsweise kleine Oberflächenbereich von Sammel schienen. Ausserdem wirkt sich der für den Strom vor gesehene direkte Weg in dieser Hinsicht aus.
Bei dem Entwurf von Sammelschienen-Systemen müssen zwei Einflüsse von möglichen Kurzschlüssen in Betracht gezogen werden. Einer dieser Einflüsse ist das Ergebnis äusserst starker magnetischer Felder in der Umgebung der Schienen. So muss sichergestellt werden, dass die Schienen genügend mechanische Festigkeit auf weisen, um den drohenden Kräften gewachsen zu sein. Nach der Erfindung sind die leitenden Blätter nicht durch Luft getrennt wie bei den üblichen Sam melschienensystemen, sondern durch festes, praktisch unzusammendrückbares Material. Auf diese Art wird das Risiko mechanischen Versagens wesentlich redu ziert.
Der andere Einfluss für Kurzschlussströme ist der thermische Effekt. Hier reduziert die Abwesenheit jeg lichen merklichen Skin-Effektes den Einfluss. Bei der kurzen Zeit, in der Kurzschlussbedingungen nor malerweise vor ihrer Korrektur bestehen, sind jedoch die Einflüsse der Wärmezerstreuung nicht bedeutsam.
Indessen ist festgestellt worden, dass Kurzzeitwär- meeinflüsse von Kurzschlussströmen viel niedriger sind als erwartet werden konnte. Eine mögliche Erklärung dafür ist, dass ein Stromfluss zwischen zwei Stegen oder ähnlichen Verbindungsstücken auf einem leitenden Blatt einer Bahn folgt, deren Querschnittsbereich sich vergrössern kann, wenn der Strom ansteigt. Eine der artige Vergrösserung des Bereiches wird durch die ver- hältnismässig grosse Ausdehnung des leitfähigen Blattes ermöglicht.
Die gleiche Stromausbreitung wird auch angenom men für die Reduktion der magnetischen Einwirkungen von Kurzschlussbedingungen. Das ist besonders so unter einigen Bedingungen, wenn eine magnetische Interfe renz zwischen zwei Blättern auftritt, wobei in beiden Fehlerströme laufen.
Es ist daher festgestellt worden, dass der Kupfer anteil in der Verteilerschaltanlage im Vergleich mit ei nem normalen Sammelschienensystem sehr beträchtlich reduziert werden kann. Die Kostenersparnis beim Kup fer ist grösser als der Deckung der Kosten für Isolation entspricht, deren Anwendung sogar bei normalen Sam melschienen wünschenswert ist (obwohl die Isolation bei Sammelschienen gewöhnlich unterlassen wird im Hin blick auf den erhöhten Aufwand).
Eine Anordnung nach der Beschreibung wird auch kompakter sein als ein gleichwertiges Sammelschienen- System.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bewegt sich die Breite jedes leitfähigen Blattes in dem Bereich von etwa 60 cm und die Dicke in dem Gebiet von etwa 1,6 mm. Das Verhältnis von Breite zu Dicke be trägt daher in diesem Falle etwa 375:1. Die Dicke der Isolierschichten beläuft sich auf etwa 2,4 mm. Auch wird die Möglichkeit ins Auge gefasst, Anordnungen mit Abmessungen von etwa 20 cm Breite und etwa 6,3 mm Dicke (Breite: Dicke N 32 : 1) bis zu etwa 90 cm Breite und etwa 0,4 mm Dicke (Breite: Dicke _N 2250 1) anzuwenden, ohne damit aber eine Beschränkung der Erfindung vornehmen zu wollen. Im Allgemeinen wird die anzuwendende Dicke eines Blattes von dem Durch gangsstrom bestimmt und die Breite wird dementspre chend gewählt.
Es wird nicht erwartet, dass die Vorteile der Erfindung in vollem Masse erhältlich sind, wenn das Breiten/Dickenverhältnis kleiner als 32:1 ist.
Obgleich das erläuterte Ausführungsbeispiel getrenn te Schichten aus Isoliermaterial verwendet, die durch einen geeigneten Kleber an den leitfähigen Schichten angebracht sind, ist auch vorgesehen, dass die Isolier schichten in einem Stück einheitlich durch Formen des Isoliermateriales rund um die leitfähigen Schichten ge bildet werden können, während sie voneinander mit Ab stand in paralleler Lage gehalten werden.
In jedem Falle jedoch sind die leitenden Blätter und die Isolierschich ten miteinander verbunden. Darüberhinaus können auch andere Anordnungen vorgesehen werden, die Unter brecher, Anlassschalter für Motoren, und verschiedene Arten von Schaltgeräten verwenden und möglicherweise die verschiedenen Stege oder Verbindungsstücke alle in gleicher Richtung vorragend haben. Zusätzlich kön nen Druckverbindungen bei den verschiedenen leitfähi gen Schichten angewendet werden, wenn die Verwen dung von gelöteten Stegen nicht vorteilhaft ist.
Natürlich können Anordnungen, ähnlich den vorbe- schriebenen, für völlig verschiedene Anwendungen ge braucht werden, da, wo es in der Vergangenheit üblich war, Sammelschienensysteme zu verwenden. Zwei sol che mögliche Anwendungen sind (a) Sammelschienen- leitung, die in Werkanlagen verbreitet sind, um alle Phasen eines Mehrphasennetzes durch den ganzen Be trieb zu leiten, und welche mit Abzweigungen in Ab ständen versehen ist, wodurch eine oder mehrere Phasen des Netzes abgenommen werden können, und b) vertikale Hauptleitung für grosse Blocks von Dienst- und Wohnhäusern.
Die gleichen Vorteile wie bei der Schaltanlagen Anwendung werden dabei erzielt - d.i. Bequemlich keit und Sicherheit im Unterhalt, Raumeinsparung und Einsparung an Installationskosten.
Electrical busbar arrangement The invention relates to an electrical busbar arrangement.
The busbar arrangement according to the invention is characterized by at least two sheet-shaped electrical conductors, which are separated by a layer of insulating material and each provided with an outer layer of insulating material, with at least one of the two outer layers having one or more openings for making one or more connections to the having adjacent electrical conductors, and the electrical conductors are cemented to the insulating layers.
In at least one of the conductors and in at least the two adjacent insulating layers directed openings can be provided in order to establish a connec tion to the adjacent conductor, wherein the openings in the conductor can be provided with flat rings of insulating material. Here, the outer peripheral shape of each ring can expediently correspond to the shape of the corresponding opening in the corresponding conductor and its inner peripheral shape to the shape of the openings in the insulating layers.
The electrical connections to the conductors can be made by connectors, each of which is connected at one end to the corresponding conductor and protrudes through a corresponding opening in the insulating layer.
Since the invention is generally applied to three-phase systems, such a system will be explained as an embodiment with reference to the accompanying drawings.
Fig. 1 shows an electrical distribution system in Be tenansicht, partially in section.
FIG. 2 is a perspective view of an arrangement for installation in the switchgear assembly of FIG. 1.
Fig. 3 is a partial section along line 3-3 in Fig. 2. Fig. 4 is a partial section along line 4-4 in Fig. 2 showing the system in use.
Figure 5 is a plan view of two arrangements for adjacent, interconnected parts of the control panel.
In the exemplary embodiment, the electrical switchboard includes a lamellar type: g connected arrangement 9 of conductive sheets and insulating layers. Specifically, it consists of four conductive sheets 10, 11, 12, 13 (which conventionally consist of thin copper sheet metal) and five insulating layers 14, 15, 16, 17, 18. The insulating layers can be made of Ma material such as Tufuol (trademark) or made of any other suitable sheet material forth.
The arrangement 9 is combined with a number of switches 19, 20, 21, 22 on the control panel and, if necessary, connected to one or more adjacent, similarly constructed arrangements. The connections to the various conductive sheets are made by means of transverse webs or similar connectors 24, 25 which are attached to the conductive sheets (e.g. by soldering) before the lamellar structures are connected. Thus, each conductive sheet will have some ridges or similar unidirectional connectors 24 from locations separated from the edges of the sheet. It can also have one or more ridges 25 which protrude in the opposite direction at points that adjoin each edge of the sheet.
The former webs 24 are in the form of elongated rods and serve as connections for the switches 19, 20, 21, 22, while the latter webs 25 are used in the form of relatively short sleeves for connections between adjacent arrangements.
As will be explained, it is necessary, when the lamellar structures are connected, that all switch webs 24 pass through holes in an outer layer 18 of the insulating material, while all Hül senstege 25 should go through the other outer layer 18. Similarly, all switch webs 24, with the exception of those on the conductive sheet 10 that is adjacent to the first-mentioned layer 14, attached th webs, through this conductive sheet 10, etc. he stretch. Thus, each sheet or each layer is provided with openings which are arranged according to a predetermined pattern in order to accommodate different webs 24, 25.
The openings in the conductive sheets have larger diameters than those in the insulating layers. Each of these openings contains a flat ring 26 of insulating material.
The edges of the conductive sheets 10, 11, 12, 13 are protected by flat strips 31 of insulating material.
To use the various composite arrangements of the distribution system by metallic connectors 27 which are attached to the aforementioned Hül senstegen 25, the verbun with each other. The composite arrangements can thus form part of the rear paneling of the switchboard, while the front panel or a suitable frame men the switches 19, 20, 21, 22 carries. The latter are arranged in such a way that their connection terminals (not shown) are fastened directly to the webs.
The output terminals 29 of at least some switches may extend backward through other openings 28 in the composite arrangements. They would then take the form of rigid rods. The control panel output terminals 30 would be arranged on the rear panel of the control panel.
It will be noted that the only bare conductors on the rear of the switchboard are the output terminals 30 and the connectors 27 which connect adjacent composite assemblies 9 to one another. It is a relatively simple matter to provide special removable insulating covers, not shown, for each set of output terminals and for each set of connectors. This completely insulates the rear of the control panel. When each said switch is switched off, the connection terminals 30 associated therewith can be uncovered and work can be carried out on them without danger.
It will also be noted that the only, non-permanent connections made between the webs 25 and the connecting pieces 27, the webs 24 and the switches 19, 20, 21, 22, as well as the switches 19, 20, 21, 22 and the output terminals 30 are. These connections are all easily accessible from either the front or rear of the control panel.
Prototype tests have also determined that the composite arrangement has other important advantages. For example, it has been found that, in the long run, the heavy current passed through the conductive layers does not cause such a high temperature rise as with an equivalent arrangement with busbars (i.e. a rail arrangement for distributing current to switches, etc. similar to the test arrangement using an equivalent arrangement Copper quantity). This lower temperature rise is believed to have two causes.
First, that there is no skin effect that limits the effective cross-sectional area for the current path. Second, the extensive surfaces of the assembly dissipate heat more rapidly than the comparatively small surface area of bus bars. In addition, the direct route provided for the electricity has an effect in this respect.
When designing busbar systems, two influences of possible short circuits must be considered. One of these influences is the result of extremely strong magnetic fields in the vicinity of the rails. It must be ensured that the rails have sufficient mechanical strength to withstand the threatening forces. According to the invention, the conductive sheets are not separated by air as in the usual Sam melschienensystemen, but by solid, practically incompressible material. In this way, the risk of mechanical failure is significantly reduced.
The other influence for short circuit currents is the thermal effect. Here the absence of any noticeable skin effect reduces the influence. In the short time that short circuit conditions normally exist before they are corrected, however, the effects of heat dissipation are not significant.
However, it has been found that short-term heat effects from short-circuit currents are much lower than could be expected. One possible explanation for this is that a current flow between two webs or similar connecting pieces on a conductive sheet follows a path whose cross-sectional area can increase when the current increases. Such an enlargement of the area is made possible by the relatively large expansion of the conductive sheet.
The same current spread is also assumed for the reduction of the magnetic effects of short-circuit conditions. This is especially so under some conditions when there is magnetic interference between two blades with fault currents running in both.
It has therefore been found that the copper content in the distribution switchgear can be reduced very considerably compared with a normal busbar system. The cost savings with copper are greater than the coverage of the costs for insulation, the use of which is desirable even with normal busbars (although the insulation is usually omitted in busbars in view of the increased effort).
An arrangement as described will also be more compact than an equivalent busbar system.
In the illustrated embodiment, the width of each conductive sheet is in the range of about 60 cm and the thickness is in the range of about 1.6 mm. The ratio of width to thickness is therefore in this case about 375: 1. The thickness of the insulating layers is about 2.4 mm. The possibility is also being considered, arrangements with dimensions of about 20 cm wide and about 6.3 mm thick (width: thickness N 32: 1) up to about 90 cm wide and about 0.4 mm thick (width: thickness _N 2250 1) to apply, but without wishing to restrict the invention. In general, the thickness of a sheet to be used is determined by the flow rate and the width is chosen accordingly.
It is not expected that the full benefits of the invention will be obtained when the aspect ratio is less than 32: 1.
Although the illustrated embodiment uses separate layers of insulating material attached to the conductive layers by a suitable adhesive, it is also contemplated that the insulating layers can be formed uniformly in one piece by molding the insulating material around the conductive layers while they were kept in a parallel position from each other with distance.
In either case, however, the conductive sheets and the insulating layers are connected to each other. In addition, other arrangements can be provided that use breakers, engine starter switches, and various types of switching devices and possibly have the various webs or connectors all protruding in the same direction. Additionally, pressure connections can be applied to the various conductive layers if the use of soldered bars is not advantageous.
Of course, arrangements similar to those described above can be used for completely different applications where it was common in the past to use busbar systems. Two such possible applications are (a) busbars, which are common in plant facilities to carry all phases of a multi-phase network through the entire plant, and which are provided with branches at intervals, whereby one or more phases of the network are removed and b) vertical main line for large blocks of service and residential buildings.
The same advantages are achieved as with the switchgear application - i.e. Convenience and safety in maintenance, space savings and savings in installation costs.