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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung mit einer Sammelschiene zum elektrischen
Verbinden von Schaltfeldern einer Schaltanlage.
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Eine
solche Anordnung ist aus der Druckschrift "Leistungsschalter-Festeinbauanlagen
Typ NXPLUS C bis 24 kV, SF6-isoliert", (Katalog HA 35.41)
der Siemens AG aus dem Jahr 2005 bekannt. Insbesondere aus Seite
29 der genannten Druckschrift ist bekannt, dass für Ströme bis zu
1250 A feststoffisolierte Einzel-Sammelschienen aus Vollleitermaterial
zum elektrischen Verbinden der Schaltfelder eingesetzt werden. Ein
Einsatz solcher Einzel-Sammelschienen für höhere Ströme ist problematisch, da sich
gezeigt hat, dass eine Querschnittsvergrößerung des Vollleitermaterials
zu sehr schweren Einzel-Sammelschienen führt, bei denen Probleme bei
der Montage und der mechanischen Stabilität auftreten können. Für Ströme größer als
ca. 1250 A wurden daher bisher sogenannte Tandem-Sammelschienen,
also zwei elektrisch parallel geschaltete Einzel-Sammelschienen aus Vollleitermaterial
eingesetzt. Bei diesen Tandem-Sammelschienen für höhere Ströme ist insbesondere nachteilig,
dass diese (aufgrund ihres Aufbaus aus zwei Einzel-Sammelschienen)
aus einer großen
Anzahl von Bauteilen bestehen, wodurch wegen der Vielzahl der Bauteile
ein erheblicher Aufwand und daher auch erhebliche Kosten für Montage
und Logistik auftreten. Weiterhin ist bei einer derartigen Tandem-Sammelschiene
beispielsweise das Anbringen von Stromwandlern kompliziert.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der oben genannten
Art anzugeben, welche für
hohe Ströme
geeignet ist und dennoch kostengünstig
hergestellt und montiert werden kann.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Anordnung der oben genannten Art erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Sammelschiene als ein elektrisch leitendes Rohr ausgestaltet
ist. Diese Anordnung hat insbesondere den Vorteil, dass bei einem
vorgegebenen zu übertragenden
Strom und einer vorgegebenen maximal erlaubten Erwärmung der
Sammelschiene eine geringere Materialmenge für das elektrisch leitende Rohr
eingesetzt zu werden braucht, als bei einem elektrisch leitenden
zylinderförmigen Vollprofil
benötigt
werden würde.
Es hat sich nämlich herausgestellt,
dass bei einem elektrisch leitenden Rohr schon bei relativ niedrigen
Frequenzen, wie beispielsweise bei 50 Hz, aufgrund der Stromverdrängung signifikant
niedrigere ohmsche Verluste auftreten, als sie bei einem zylinderförmigen Vollprofilleiter auftreten
würden.
Aufgrund der geringeren Masse des elektrisch leitenden Rohrs lassen
sich damit auch Sammelschienen für
größere Ströme als 1250 A
als Einzel-Sammelschiene realisieren. Dadurch wird erreicht, dass
die Anordnung mit der als elektrisch leitendes Rohr ausgestalteten
Sammelschiene mit vergleichsweise wenig Materialeinsatz und mit wenig
Bauteilen und daher mit geringem Aufwand und kostengünstig realisiert
werden kann. Insbesondere gegenüber
der aus dem Stand der Technik bekannten Tandem-Sammelschiene ergibt
sich erhebliche Kostenersparnis.
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Die
Anordnung kann so ausgestaltet sein, dass das Rohr eine (geschlossene)
kreisringförmige Querschnittsfläche aufweist.
Bei einer Anordnung mit einem derartig ausgestalteten Rohr treten
aufgrund der Symmetrie der Querschnittsfläche vorteilhafterweise gleichmäßig verteilte
elektrische und magnetische Felder auf.
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Die
Anordnung kann so ausgestaltet sein, dass der äußere Durchmesser des Rohres
zwischen 40 mm und 80 mm beträgt.
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Die
Wandstärke
des Rohres kann zwischen 10 mm und 20 mm betragen.
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Die
Anordnung kann auch so ausgestaltet sein, dass das Rohr mit einem
nichtleitenden Material ummantelt ist.
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Dabei
kann das nichtleitende Material Silikonkautschuk sein.
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Weiterhin
kann das nichtleitende Material eine Dicke zwischen 5 mm und 15
mm aufweisen.
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Vorteilhafterweise
kann das nichtleitende Material leitend beschichtet sein. Durch
diese leitende Beschichtung können
die elektromagnetischen Felder beeinflusst werden (Absteuerung der
Felder).
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Die
Anordnung kann weiterhin so ausgestaltet sein, dass die Sammelschiene
als ein gekröpftes Rohr
ausgestaltet ist. Unter einem gekröpften Rohr wird hier ein Rohr
verstanden, bei dem die Rotationsachse eines ersten Abschnitts des
Rohres und die Rotationsachse eines zweiten Abschnitts des Rohres auf
zwei zueinander parallelen Linien verlaufen. Eine Anordnung mit
einer derartig gekröpften
Sammelschiene bzw. mit einem derartig gekröpften Rohr kann vorteilhafterweise
dann eingesetzt werden, wenn Anschlüsse von Schaltfeldern nicht
auf einer gemeinsamen Linie angeordnet sind.
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Die
Anordnung kann auch so ausgestaltet sein, dass die Anordnung drei
in einer Ebene liegende Rohre umfasst, wobei die beiden außenliegenden Rohre
gekröpft
sind. Mittels einer derartigen Anordnung sind vorteilhafterweise
Verbindungen zwi schen Schaltanlagen mit unterschiedlichen Phasenabständen (d.
h. unterschiedlichen Abständen
zwischen den Schaltanlagen-Anschlüssen) realisierbar.
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Weiterhin
kann die Anordnung Klemmstücke zum
elektrischen Kontaktieren des Rohres und einen Leiter zum elektrischen
Verbinden des Rohres mit den Schaltfeldern aufweisen. Mittels derartiger Klemmstücke lassen
sich die Rohre besonders schnell, einfach und kostengünstig kontaktieren.
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Zur
weiteren Erläuterung
der Erfindung wird im Folgenden anhand der 1 bis 3 ein
Ausführungsbeispiel
beschrieben. Dabei ist in
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1 ein
Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Anordnung,
in
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2 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Anordnung
und in
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3 zwei
Schaltfelder einer Schaltanlage, die mittels der erfindungsgemäßen Anordnung
verbunden sind, dargestellt.
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In 1 ist
ein endseitiger Abschnitt einer Anordnung mit einer Sammelschiene
dargestellt, die mit einem Anlagenbehälter 1 eines Schaltfeldes
einer nicht weiter dargestellten Schaltanlage verbunden ist. Der
Anlagenbehälter 1 weist
eine Durchführung 2 auf,
an der ein sogenannter Endadapter 3 der Anordnung befestigt
bzw. abgestützt
ist. Der Endadapter 3 trägt die eigentliche Sammelschiene 4,
welche im Ausführungsbeispiel
als ein elektrisch leitendes Rohr, also als ein elektrisch leitender
Hohlzylinder, ausgestaltet ist. Dieses elektrisch leitende Rohr 4 ist mittels
einer Sammelschienen isolation 6 elektrisch gegenüber der
Umgebung isoliert. Die Sammelschienenisolation 6 besteht
aus einem elektrisch nichtleitenden Material, mit welchem die rohrförmige Sammelschiene
ummantelt ist. Das nichtleitende Material kann beispielsweise Silikonkautschuk
sein. Im Ausführungsbeispiel
weist die Sammelschienenisolation eine Dicke von 10 mm auf.
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Das
elektrisch leitende Rohr 4, welches die eigentliche Sammelschiene
darstellt, weist eine (geschlossene) kreisringförmige Querschnittsfläche auf, wobei
der äußere Durchmesser
des Rohres bzw. des Kreisringes 55 mm beträgt. Die Wandstärke des
Rohres beträgt
20 mm. Das nichtleitende Material 6 (die Sammelschienenisolation 6)
kann sowohl auf ihrer Innenseite als auch auf ihrer Außenseite
leitend beschichtet sein. Mit Hilfe derartiger leitfähiger Beschichtungen
bzw. leitfähiger
Beläge
können
die die Anordnung umgebenden elektromagnetischen Felder beeinflusst
bzw. gesteuert werden (Feldsteuerung). Weiterhin kann die äußere leitende
Beschichtung der Sammelschienenisolation mittels eines Erdungsanschlusses 8 geerdet
sein. Dadurch ist eine gefahrlose Berührung der Anordnung möglich. Die leitende
Beschichtung auf der Innenseite und/oder auf der Außenseite
des nichtleitenden Materials 6 kann auch weggelassen werden,
bei Verzicht auf die Möglichkeit
der Feldsteuerung lässt
sich dann diese Anordnung noch einfacher und kostengünstiger
realisieren.
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Die
Sammelschiene 4 (das Rohr 4) wird elektrisch mittels
Klemmstücken 10 kontaktiert,
wobei die Klemmstücke
mittels eines Gewindebolzens 12 auf die Sammelschiene gepresst
werden. Bei dem in 1 dargestellten Endadapter kontaktieren
die Klemmstücke 10 rechtsseitig
des Gewindebolzens 12 die Sammelschiene 4, während die
Klemmstücke 10 linksseitig
des Gewindebolzens auf ein Passstück 14 gepresst werden,
dessen Durchmesser dem Durchmesser der Sammelschiene 4 entspricht.
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Die
Klemmstücke 10 sind
elektrisch mit einem Leiter 15 verbunden, welcher im Inneren
des Endadapters 3 den Strom durch die Durchführung 2 hindurch
ins Innere des Anlagenbehälters 1 leitet. Der
Gewindebolzen 12 wird mittels eines Gießharzisolators 16 abgedeckt,
auf dem mittels einer Verschraubung 18 eine Abdeckkappe 19 befestigt
ist.
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Die
in 1 dargestellte Anordnung mit der Sammelschiene 4 und
dem Endadapter 3 dient zum endseitigen Verbinden der Sammelschiene
mit dem Anlagenbehälter 1 des
Schaltfeldes der Schaltanlage. Sofern die Sammelschiene zu weiteren
Schaltfeldern weitergeführt
werden soll, wird eine Anordnung verwendet, wie sie nachfolgend
beschrieben ist.
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In 2 ist
ein mittlerer Abschnitt (Mittelstück) einer Anordnung mit einer
Sammelschiene dargestellt, die mit einem Anlagenbehälter 20 eines Schaltfeldes
einer Schaltanlage verbunden ist. Der Anlagenbehälter 20 weist eine
Durchführung 22 auf, auf
der ein sogenannter Kreuzadapter 23 befestigt bzw. abgestützt ist.
Der Kreuzadapter 23 ähnelt
in seinem Aufbau dem in 1 dargestellten Endadapter 3 mit
dem Unterschied, dass den Kreuzadapter sowohl linksseitig als auch
rechtsseitig Sammelschienen in Form von Rohren verlassen. Auf der
linken Seite der 2 ist die Sammelschienen 4 dargestellt,
bei der es sich im Ausführungsbeispiel
um die Sammelschienen handelt, die in 1 rechtsseitig den
Endadapters 3 verlässt.
Auf der rechten Seite der 2 ist eine
weitere Sammelschiene 24 dargestellt, welche ebenfalls
als ein elektrisch leitendes Rohr (Hohlzylinder) ausgestaltet ist. Ähnlich wie
in 1 werden die Sammelschienen 4 und 24 mittels Klemmstücken 26 elektrisch
kontaktiert. Die notwendige Kontaktkraft wird mittels eines Gewindebolzens 28 erzeugt,
der die Klemmstücke 26 gegen
die Sammelschienen presst. Ähnlich
wie in 1 ist der Gewindebolzen mit einem Gießharzisolator 30 abgedeckt,
auf dem mittels einer Verschraubung 32 eine Abdeckkappe 34 befestigt
ist.
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In 3 ist
in einer perspektivischen Darstellung gezeigt, wie mittels dreier
Sammelschienen sowie sechs Kreuzadaptern zwei Schaltfelder einer Schaltanlage
miteinander verbunden werden.
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Auf
der linken Seite der 3 ist ein Ausschnitt eines ersten
Schaltfeldes 40 der Schaltanlage dargestellt, während auf
der rechten Seite ein Ausschnitt eines zweiten Schaltfeldes 42 der
Schaltanlage dargestellt ist. Das erste Schaltfeld 40 hat
eine Breite von 800 mm oder 900 mm, während das zweite Schaltfeld 42 eine
Breite von 600 mm aufweist. Bei dem ersten Schaltfeld 40 der
Schaltanlage werden mittels dreier Durchführungen 44 die drei
Phasen des Stroms aus einem Anlagenbehälter 46 des ersten Schaltfeldes 40 herausgeleitet.
An den drei Durchführungen 44 ist – wie in 2 dargestellt – jeweils ein
Kreuzadapter 48 befestigt, den beidseitig rohrförmige Sammelschienen
verlassen. Im Ausführungsbeispiel
ist eine erste Sammelschiene 50, eine zweite Sammelschiene 52 und
eine dritte Sammelschiene 54 dargestellt. Die erste Sammelschiene 50,
die zweite Sammelschiene 52 und die dritte Sammelschiene 54 liegen
in einer (gemeinsamen) Ebene.
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Bei
dem rechtsseitig in 3 dargestellten zweiten Schaltfeld 42 der
Schaltanlage werden mittels dreier Durchführungen 56 die drei
Phasen des Stroms aus einem Anlagenbehälter 55 des zweiten Schaltfeldes 42 herausgeleitet.
An den drei Durchführungen 56 sind
drei Kreuzadapter 58 befestigt, welche mit der ersten Sammelschiene 50,
der zweiten Sammelschiene 52 und der dritten Sammelschiene 54 verbunden
sind. Im Bereich des zweiten Schaltfeldes 42 haben die
Rotationsachsen der drei Sammelschienen einen kleineren Abstand
als beim ersten Schaltfeld 40. Damit eine Verbindung des
ersten Schaltfeldes 40 mit dem zweiten Schaltfeld 42 realisiert
werden kann, ist bei der zweiten Sammelschiene 52 das elektrisch
leitende Rohr geradlinig ausgeführt,
während
bei den beiden außen
liegenden Sammelschienen 50 und 54 die elektrisch
leitenden Rohre gekröpft
sind. Bei der ersten Sammelschiene 50 ist an der Stelle 60 das
Rohr so gebogen, dass die Rotationsachse des rechten Abschnitts
des Rohres näher
an der zweiten Sammelschiene 52 verläuft als die Rotationsachse
des linken Abschnitts des Rohres. In gleicher Art und Weise ist
bei der dritten Sammelschiene 54 an der Stelle 62 das
Rohr so gebogen, dass die Rotationsachse des rechten Abschnitts
des Rohres näher
an der zweiten Sammelschiene 52 verläuft als die Rotationsachse
des linken Abschnitts des Rohres. Somit ist es möglich, Schaltfelder mit unterschiedlich
großen
Phasenabständen mittels
gekröpfter
und nicht gekröpfter
Sammelschienen (d. h. gekröpften
und nicht gekröpften
Rohren) elektrisch miteinander zu verbinden.
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Zum
Verbinden von Schaltfeldern können aber
auch Sammelschienen eingesetzt werden, die jeweils mindestens zwei
gerade verlaufende Abschnitte aufweisen, deren Rotationsachsen windschief
zueinander liegen, d. h. deren Rotationsachsen sich weder schneiden
noch parallel zueinander liegen. Mit solchen Sammelschienen lassen
sich auch Schaltfelder mit unterschiedlich angeordneten Anschlüssen miteinender
verbinden.
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Es
wurde eine Anordnung mit einer Sammelschiene beschrieben, bei der
mit einem Minimum an Sammelschienen-Material ein Maximum an Stromtragfähigkeit
bei vorgegebener maximal erlaubter Gesamterwärmung realisiert werden kann.
Mittels einer derart aufgebauten Einzel-Sammelschiene können vorteilhafterweise
Ströme
von 1250 bis 2500 A und darüber
hinaus übertragen
werden. Diese Sammelschienen-Anordnung kann vorteilhaft erweise auch
dazu verwendet werden, Schaltfelder mit unterschiedlichen Phasenabständen (d.
h. unterschiedlichen konstruktiven Abständen der Durchführungen durch
die entsprechenden Anlagebehälter)
elektrisch miteinander zu verbinden. Im Vergleich mit der bisher für diesen
Strombereich eingesetzten Tandem-Sammelschiene ergeben sich eine
Reihe von Vorteilen: Es sind weniger Bauteile notwendig und es wird
für die
Anordnung mit der Sammelschiene ein geringerer Raum benötigt. Die
Montage wird vereinfacht und aufgrund der geringeren Bauteilanzahl
ist ein kleinerer Logistikaufwand zu verzeichnen. Schließlich lassen
sich Stromwandler an der erfindungsgemäßen Sammelschiene einfacher
befestigen als an der Tandem-Sammelschiene. Insgesamt ergibt sich
damit eine für
Ströme
deutlich größer als
1250 A einsetzbare Sammelschiene, welche einfach und kostengünstig hergestellt
und montiert werden kann.