BESCHREIBUNG
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlvorrichtung für mehrere gekapselte, in einzelne Schotträume unterteilte geschottete Hochspannungs-Schaltzellen, mit im Dach der Kapselung angeordneten Lüftungsöffnungen.
Gekapselte Schaltzellen bilden nebeneinandergereiht komplette gekapselte Schaltanlagen und sind von einer geerdeten Kapselung aus Metallblech vollständig umhüllt.
In einzelne Schotträume, z.B. Sammelschienenraum, Leistungsschalterraum, Kabelanschlussraum oder Messraum, unterteilte gekapselte Schaltzellen werden als geschottete Schaltzellen bezeichnet.
Bei geschotteten Schaltzellen, vor allem bei solchen für hohe Betriebsströme, ist es wegen der vollständigen Kapselung und Unterteilung in Schotträume erforderlich, Kühlvorrichtungen und Abfuhr der Stromwärme vorzusehen.
Ausführungen gekapselter Schaltzellen, bei denen die Stromwärme über die Kapselungsoberfläche an die Aussenluft abgegeben werden soll oder bei denen die Stromwärme mit Hilfe der natürlichen Luftströmung durch Luftschlitze aus dem unteren Bereich in den oberen Bereich der Kapselung nach aussen abgeführt werden soll, sind bekannt. Die DE-OS 2 330 163 beschreibt eine Ausführung bei der die Lüftungsöffnungen in Druckausgleichsklappen ausgebildet sind. Bei einer aus der DE OS 2 919 434 bekannten Anordnung ist ein Lüftungskanal mit einem Ventilator im oberen oder unteren Bereich an einen Schrank für elektrische Bauteile angebaut, wobei der Luftkanal über Durchtrittsöffnungen mit dem Innenraum des Schrankes und über eine vom Luftstrom gesteuerte Zusatzöffnung mit der Aussenluft in Strömungsverbindung steht.
Um diese Anordnung bei einer gekapselten Schaltzelle mit Schotträumen anwenden zu können, müssten zusätzliche Luftkanäle vorgesehen werden, damit jeder Schottraum an den Luftkanal angeschlossen werden kann. Von Nachteil dabei ist, dass sich einerseits eine relativ aufwendige Ausführung ergibt und andererseits sich durch den Luftkanal die Aussenabmessungen des Schrankes erhöhen.
Aus der EP-AS 8 138 ist eine Kühlvorrichtung für gekapselte Schaltfelder mit einem geschlossenen Kühlkreis bekannt, die Massnahmen zur Umwälzung und Verwirbelung der Luft im Schaltfeldinneren aufweist.
Die Lüfter und Luftkanäle sind bei dieser Kühlvorrichtung auf dem Dach des Schaltfeldes angeordnete, wodurch sich die Bauhöhe des Schaltfeldes erhöht. Insbesondere bei gedrängten Raumverhältnissen stellt dies aber einen erheblichen Nachteil dar und durch die Verwendung von Luftkanälen wird diese Ausführung relativ aufwendig.
Problematisch ist ausserdem, eine Druckentlastung des Schaltfeldes bei einem inneren Störlichtbogen zu erreichen, ohne dass die Kühlvorrichtung Schaden nimmt.
Durch die in der Folge aufgezeigte erfindungdgemässe Ausführung wird bezweckt, eine Kühlvorrichtung für gekapselte Schaltzellen zu schaffen, bei der die vorangeführten Nachteile vermieden sind und die störlichtbogensicher ausgeführt ist sowie den Schutz gegen Berührung oder Annäherung an unter Spannung stehende Teile im Inneren der Schaltanlage nicht beeinträchtigt.
Dies wird dadurch erreicht, dass zwischen je zwei benachbarten gekapselten Schaltzellen ein Lüftungsram vorgesehen ist, der mit der Aussenluft und über Einblasöffnungen in der seitlichen Kapselungswand in Strömungsverbindung mit mindestens einem Schottraum der gekapselten Schaltzelle steht.
Über den mit der Aussenluft in Strömungsverbindung stehenden Lüftungsraum kann Kühlluft durch die Einblasöffnungen in den gewünschten Schottraum eindringen und bestreicht dort erwärmte Oberflächen elektrischer Geräte, beispielsweise eines Leistungsschalters. Die Kühlluft erwärmt sich dabei, steigt auf und strömt durch die Lüftungsöffnungen im Dach der Kapselung ab. Von besonderem Vorteil ist, dass die Kühlvorrichtung ohne besonderen Aufwand an gekapselten Schaltzellen vorgesehen werden kann. Es brauchen lediglich die Einblasöffnungen an jenen Stellen wo elektrische Geräte gekühlt werden sollen und Lüftungsöffnungen im Dach der Kapselung angeordnet werden.
Bei einer Ausführungsform mit einem im unteren Bereich des Lüftungsraumes angeordneten Lüfter, kann der Lüftungsraum durch Leitstege zwischen den Kapselungswänden nach oben, vorne und hinten ganz oder teilweise abgeschlossen sein.
Sofern die natürliche Lufströmung zur Kühlung der elektrischen Geräte nicht ausreicht, wird dadurch eine wirksame Zwangsbelüftung des jeweiligen Schottraumes erzielt. An welchen Stellen die Leitstege vorgesehen werden ist davon abhängig in welchen Schottraum die Kühlluft eindringen soll und wie wirksam die Kühlung sein soll. Die Einblasöffnungen müssten jedenfalls grösser als die freibleibenden mit der Aussenluft in Strömungsverbindung stehenden Öffnungen des Lüftungsraumes sein. Durch die Leitstege wird nicht nur ein ausreichender Abschluss des Lüftungsraumes, sondern auch eine gegenseitige Versteifung der Kapselungswände erzielt, so dass im Falle eines Störlichtbogens und der dabei im Inneren der gekapselten Schaltzelle auftretenden Druckerhöhung eine Beschädigung der Kapselungswände vermieden werden kann.
Die Leitstege sind zugleich Abstandhalter, welche die Montage des Lüftungsraumes vereinfachen.
Im folgenden wird anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes näher erläutert: Es zeigen:
Fig. 1 den Schnitt durch eine dreipolige geschottete Hochspannungs-Schaltanlage mit einer Kühlvorrichtung für die Leistungsschalterräume,
Fig. 2 die Vorderansicht und
Fig. 3 den Grundriss derselben Hochspannungs-Schaltanlage.
In Fig. 1 ist der Schnitt durch die dreipolige geschottete Hochspannungs-Schaltzelle 2 der in den Fig. 2 und 3 gezeichneten geschotteten Hochspannungs-Schaltanlage dargestellt. Die Hochspannungs-Schaltzelle 2 ist in Schotträume, Leistungsschalterraum 5, Sammelschienenraum 6, Messraum 7 und Kabelanschlussraum 8, unterteilt. Im Leistungsschalterraum 5 ist ein fahrbarer Trennwagen-Leistungsschalter 20 für einen Betriebsstrom von z.B. 2000 A untergebracht, der in seiner gezeichneten Betriebsstellung mit seinen Trennkontaktarmen in Durchführungskontakte, die im Inneren von topfförmigen, in einer Schottwand befestigten Isolatoren 21 angeordnet sind, eingreift. In der Trennstellung des Trennwagen-Leistungsschalters 20 sind die Öffnungen der Isolatoren 21 durch Abdeckplatten verschlossen.
Im Messraum 7 befinden sich Span nungswandler 22 und Stromwandler 23 und im Kabelanschlussaum 8 ist ein Kabel 24 an ein Leitungsstück angeschlossen. Die Hochspannungs-Schaltzelle 2 dient daher als Kabelabganszelle und ist berührungssicher ausgeführt, d.h. die geschlossene geerdete Kapselung aus Metallblech verhindert eine Berührung und Annäherung an unter Spannung stehende Teile im Inneren auch mit Drähten oder Werkzeugen mit einer Dicke grösser als 2,5 mm.
Die Kapselungswände 4 auf beiden Seiten der Hochspannungs-Schaltzelle 2 weisen im Bereich des Leistungsschalterraumes 5 Einblasöffnungen 11 auf, durch welche Kühlluft ins Innere des Leistungsschalterraumes 5 strömen kann, wie durch die Pfeile angedeutet ist. Die Einblasöffnungen 11 sind auf wirtschaftliche Art als Sicken ausgeführt. Zwischen den Kapselungswänden 4 und den Kapselungswänden der benachbarten Schaltzellen 1, 3 (Fig. 2 und 3) sind Lüftungsräume 10 vorgesehen, die durch Leitstege 14, 15 nach oben und hinten abgeschlossen sind. Nach vorne werden die Öffnungen 13 der Lüftungsräume 10 durch die Kapselungswände 17, welche als Paneele ausgeführt sind, so abgedeckt, dass nur ein Spalt von wenigen Millimetern freibleibt. Nur im untersten Bereich der Lüftungsräume 10 bleibt der Spalt zwischen den Kapselungswänden 4 nach vorne offen.
In diesem Bereich ist ein Lüfter 16 zur Unterstützung der Kühlluftströmung in Richtung der Pfeile angeordnet. Nach oben kann die Kühlluft durch in den Druckentlastungsklappen 9 ausgebildete Lüftungsöffnungen 12 (Fig. 2 und 3) entweichen. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 dient die Kühlvorrichtung zur Kühlung der Leistungsschalter 20, so dass diese mit einem Betriebsstrom betrieben werden können, der dem maximalen Nennbetriebsstrom bei frei aufgestellten Leistungsschalter 20 entspricht. Die übrigen elektrischen Geräte und Stromschienen der geschotteten Schaltanlage sind so ausgelegt, dass die entsprechende natürliche Luftumwälzung in den Schotträumen 6, 7, 8 ausreicht. Ohne weiteres könnte die Kühlvorrichtung aber auch für andere Schotträume als die Leistungsschalterräume 5 in der gleichen Art ausgeführt sein.
Es müssten dann lediglich die Einblasöffnungen 11 und Leitstege 14, 15 in anderen Bereichen angeordnet sein.
In der Fig. 2 ist die Vorderansicht der geschotteten Hochspannungs-Schaltanlage mit den Schaltzellen 1, 2, 3 schematisch dargstellt. Zwischen den Schaltzellen 2 und 3 sind der Lüftungsraum 10 zwischen den Kapselungswänden 4, die Einblasöffnungen 11 und der Lüfter 16 gezeichnet. Oben sind die Druckentlastungsklappen 9 mit ihren Lüftungsöffnungen 12 erkennbar. Die Schaltzelle 3 ist als Endzelle der geschotteten Hochspannungs-Schaltanlage ausgeführt und besitzt daher eine Kapselungswand 4 die durch ein Endpaneel 19 abgedeckt ist.
Damit ist sichergestellt, dass die Kühlvorrichtung nicht durch die sonst zugänglichen Einblasöffnungen 11 den Schutzgrad der Hochspannungs-Schaltaniage herabsetzt.
Fig. 3 stellt den Grundriss der geschotteten Hochspannungs Schaltanlage gemäss Fig. 1 und 2 dar. Am Dach sind die Druckentlastungsklappen 9 mit ihren Lüftungsöffnungen 12 erkennbar, wobei die Lüftungsöffnungen 12 nur bei der Druckentlastungsklappe über dem Leistungsschalterraum der Schaltzelle 3 dargestellt sind. Die Öffnungen 13 der Lüftungsräume 10 an beiden Stirnseiten sind durch die Kapselungswände 17 so abgedeckt, dass nur ein kleiner Spalt freibleibt. Im Leistungsschalterraum der Schaltzelle 3 sind im Bereich der Einblasöffnungen 11 zusätzliche Leitbleche 18 angebracht, um die in Richtung der Pfeile einströmende Kühlluft zum Leistungsschalter hin umzulenken. Die Lüfter 16 können in an sich bekannter Weise durch Thermostate gesteuert sein, die erst ab einer bestimmten Temperatur im Inneren der Schaltzellen den Lüfter in Betrieb setzen.
Die Öffnungen 13 der Lüftungsräume 10 können dabei durch Stege oder die Kapselungswände 17 völlig abgeschlossen sein, so dass die Lüftungsräume 10 nur über die Lüfter 16 mit der Aussenluft in Strömungsverbindung stehen. Es wird von dem zu kühlenden elektrischen Gerät abhängig sein, welche Ausführungsvariante der Kühlvorrichtung man wählt.
Die Kühlvorrichtung ist auf einfache Art bei vereinheitlichten Schaltzellen 1, 2, 3 gekapselter Hochspannungs-Schaltanlagen anwendbar. Eine störlichtbogensichere Ausführung sol cher Schaltanlagen erfordert bereits das Anordnen zweier Kapselungswände 4 zwischen den einzelnen Schaltzellen 1, 2; 2, 3, damit bei Auftreten eines Lichtbogens in einer Schaltzelle die Auswirkungen auf diese Zelle beschränkt bleiben. Die Kühlvorrichtung bedingt im wesentlichen daher lediglich das Vorsehen der relativ schmalen Lüftungsräume 10 und Anbringen der Einblasöffnungen 11 und Lüftungsöffnungen 12. Der geringe Platzbedarf für die Lüftungsräume 10 ist vernachlässigbar, liegt nahezu im Toleranzbereich der Kapselung und kann ohne Schwierigkeiten ausgeglichen werden. Die Aussenabmessungen der gekapselten Schaltanlage ohne Kühlvorrichtung können dadurch beibehalten werden.
Die Einblasöffnungen können als Düsen aus Isolierstoff ausgebildet sein. Form, Anordnung und Blasrichtung der Düsen sind dabei vom zu kühlenden elektrischen Gerät und den Strömungsverlusten abhängig.