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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine elektrische Anlage für den Nieder- und/oder Mittelspannungsbereich mit mehreren Funktionsmodulen und einem in Querrichtung der Funktionsmodule verlaufenden Sammelschienenraum, wobei elektrische Anschlussträger verschiedener Funktionsmodule über zumindest eine im Sammelschienenraum angeordnete Sammelschiene miteinander elektrisch verbunden sind. – Als Niederspannung sind 110 V bis 1 kV bezeichnet. Der Mittelspannungsbereich erstreckt sich von 1 kV bis ca. 40 kV. Üblicherweise wird im Rahmen solcher elektrischer Anlagen mit Luft als Isolationsmittel gearbeitet. In elektrischen Funktionsmodulen angeordnete elektrische Funktionselemente können beispielsweise Sammelschienen, Leistungsschalter, Schütze, Transformatoren, Kabelanschlusselemente und ähnliches sein. Dabei sind die Funktionsmodule in der Regel über die Sammelschienen elektrisch miteinander verbunden. Elektrische Funktionsmodule sind funktionell voneinander unabhängige (bis auf die Energiezuführung über Sammelschienen) bauliche Einheiten, aus welchen durch seitliche Aneinanderreihung die elektrische Anlage gebildet wird. Hierbei durchspannt der Sammelschienenraum die Funktionsmodule und somit die gesamte elektrische Anlage quer und ermöglicht somit die Verbindung elektrischer Anschlussträger verschiedener Funktionsmodule über die Sammelschienen.
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Stand der Technik und Hintergrund der Erfindung
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Elektrische Anlagen des eingangs genannten Aufbaus sind beispielsweise aus den Druckschriften
DE 10040912 A1 und
DE 100 41 140 C1 bekannt. Weiterer relevanter Stand der Technik ergibt sich aus den Druckschriften
DE 10 2006 003 432 A1 ,
DE 9318444 U1 sowie
DE 1928470 A . Die Sammelschienen in solchen Anlagen bilden gleichsam ”Knoten” der Nieder- und Mittelspannungsnetze. Die in den Knoten ankommenden und abgehenden Leitungen werden als Abzweige bezeichnet. Man unterscheidet Abzweigungen für Einspeisungen, Abgänge und Kupplungen zu anderen Netzknoten. Wegen der Vielzahl der Abzweige und des für die großen Leitungsquerschnitte benötigten Anschlussraumes werden die ”Knoten” als Sammelschienen realisiert. Die elektrische Verbindung im Bereich von Abzweigungen erfolgt typischerweise über die elektrischen Anschlussträger der Funktionsmodule.
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Bei den insofern bekannten Sammelschienen sind diese typischerweise aus Rohren, Flach-, Winkel- und U-Profilen gebildet. Die maximal zulässige Stromstärke durch eine Sammelschiene wird durch deren Querschnitt bestimmt. Auch durch unterschiedliche Anordnung querschnittsgleicher Sammelschienen wird die Strombelastbarkeit beeinflusst. Größere Profilquerschnitte in Verbindung mit entsprechenden Spannungsabständen sind Grundfaktoren für die Größe der Schaltfelder, wobei auch die Schaltfeldgröße in Abhängigkeit zur Leistung beeinflusst wird.
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Im Hinblick auf die Strombelastbarkeit einer vorgegebenen Sammelschienengeometrie wird diese im Wesentlichen durch die Wärmeableitung der Sammelschiene, insbesondere durch Abstrahlung und ggf. Gaskonvektion im Sammelschienenraum, bestimmt. Des Weiteren relevant ist neben der durch den Widerstand des Sammelschienenmaterials gegebenen Wärmeentwicklung eine potenzielle zusätzliche Wärmeentwicklung durch erhöhte Übergangswiderstände an den Verbindungspunkten, i. e. in Bereichen, wo eine Sammelschiene mit einem Anschlussträger mechanisch und elektrisch verbunden ist.
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Insgesamt ergibt sich in Bezug auf die Sammelschienen sowie den Sammelschienenraum bei vorgegebener elektrischer Leistung bzw. maximaler Stromstärkenbelastung eine baulich relativ große Ausführung.
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Technisches Problem der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, Nieder- und/oder Mittelspannungsanlagen zur Verfügung zu stellen, welche vergleichsweise kompakt bauen, insbesondere geringere räumliche Anforderungen im Hinblick auf den Sammelschienenraum haben.
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Grundzüge der Erfindung und bevorzugte Ausführungsformen
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Dieses technische Problem wird durch eine elektrische Anlage mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Hierbei wird der C-förmige Querschnitt der Sammelschiene zweckmäßigerweise ohne Kanten und insofern im Wesentlichen sichelförmig ausgebildet.
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Mit einer erfindungsgemäß eingesetzten Sammelschiene lassen sich sehr kompakte Sammelschienenräume realisieren unter Einhaltung der erforderlichen Spannungsabstände zwischen den einzelnen Phasen. Insbesondere sind sog. Mehrfachanordnungen für eine Phase sehr raumsparend möglich. Die Wärmeableitung ist wesentlich verbessert, wozu auch die in den bevorzugten Ausführungsformen beschriebenen Befestigungsmittel noch zusätzlich beitragen.
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Erfindungsgemäß eingesetzte Sammelschienen sind grundsätzlich aus allen üblichen Werkstoffen der Technologie der Nieder- und/oder Mittelspannungsanlagen einsetzbar. Hierzu gehören beispielsweise Cu-ETP oder Al-ENAW.
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Erfindungsgemäß weist die Sammelschiene im Querschnitt zwei einander beabstandet gegenüberliegende Stirnflächen auf, wobei die Sammelschiene im Querschnitt an die Stirnfläche anschließende Befestigungsbereiche aufweist und wobei einander gegenüberliegende Befestigungsbereiche in einer Ebene (senkrecht zur Querschnittsebene) angeordnet sind.
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Erfindungsgemäß sind die Stirnflächen gegenüber einer Querschnittsebene A jeweils mit Winkeln α und β abgewinkelt, wobei die Winkel α und β im Betrag gleich oder verschieden und zwischen 1° und 80°, insbesondere zwischen 5° und 25°, betragen, wobei die Winkel α und β unterschiedliche Vorzeichen in Bezug auf die Querschnittsymmetrieebene A aufweisen und wobei die Winkel α und β sich in Richtung nach außen des Querschnitts des C-Profils öffnen.
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In Verbindung hiermit ist die Sammelschiene mit einer im Querschnitt den offenen Bereich des C-Profils innenseitig übergreifenden Fixierscheibe und einem die Fixierscheibe und den offenen Bereich des C-Profils durchgreifenden Fixierelement an dem Anschlussträger befestigt. Die Fixierscheibe weist dabei einen im Querschnitt den offenen Bereich des C-Profils innenseitig übergreifenden Haltebereich und einen in den offenen Bereich des C-Profils hineinragenden Führungsbereich auf, wobei der Führungsbereich, gemessen von der Innenseite des C-Profils, eine Dicke aufweist, welche kleiner als die Stärke des C-Profils in den Befestigungsbereichen ist.
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Erfindungsgemäß ist der Führungsbereich in seiner Form, im Querschnitt betrachtet, an die Stirnflächen der Befestigungsbereiche angepasst und hierzu komplementär geformt.
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Bevorzugt ist eine Doppelanordnung von zwei Sammelschienen dergestalt, dass beide Sammelschienen mit ihren im Querschnitt offenen Seiten des C-Profils zueinander gewandt und an gegenüberliegenden Seiten des Anschlussträgers befestigt sind. In diesem Fall kann es sich empfehlen, dass die beiden Sammelschienen an dem Anschlussträger mittels eines einzigen und beide offenen Bereiche der Sammelschiene sowie den Anschlussträger durchgreifenden Fixierelements befestigt sind. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Gewindestange bzw. einen Gewindebolzen mit Gewinden an beiden Enden handeln. Dann erfolgt die Befestigung dadurch, dass auf die in das Innere des C-Profils hineinragenden Gewindegänge des Fixierelements Muttern oder dergleichen aufgeschraubt werden, welche die Fixierscheiben innenseitig des C-Profils überfassen. Entsprechendes gilt selbstverständlich auch für Gewinde, Muttern, etc. einer Einzelanordnung in analoger Weise.
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Erfindungsgemäß ausgebildete Sammelschienen sind auch in einer Mehrfachanordnung arrangierbar, beispielsweise durch gleichsam Bündelung mehrerer Doppelanordnungen, wie vorstehend beschrieben.
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Es ist auch ein Bauelementesatz für eine erfindungsgemäße elektrische Anlage mit a) zumindest einer im Querschnitt als C-Profil ausgebildeten Sammelschiene und b) zumindest einem Fixierelementesatz zur Befestigung der Sammelschienen an einem Anschlussträger möglich. In Bezug auf die Sammelschienen gelten die vorstehenden Ausführungen analog. Ein Fixierelementesatz kann alle vorstehend im Einzelnen beschriebenen Bauteile umfassen, aber auch nur einige hiervon. Ein Fixierelementesatz umfasst jedoch zumindest eine der vorstehend beschriebenen Fixierscheibe.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1, a, b: zwei Ausführungsformen, im Querschnitt dargestellt, einer erfindungsgemäßen Sammelschiene,
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2: eine Doppelanordnung zweier erfindungsgemäßer Sammelschienen mit Darstellung der Fixierelemente,
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3: eine einfache Anordnung einer erfindungsgemäßen Sammelschiene mit hierfür angepasstem Anschlussträger (3a) sowie eine Doppelanordnung zweier erfindungsgemäßer Sammelschienen auf einem Anschlussträger grundsätzlich gleicher Bauweise und
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4: Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Anlage im Bereich eines Funktionsmoduls.
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In der 1 erkennt man im schematischen Querschnitt eine erfindungsgemäße Sammelschiene 1 als Kleinprofil (für Strombereiche von 1.250 A bis 2.500 A bei 24 kV; 1a) und Großprofil (für Strombereiche von 2.500 A bis 4.000 A bei 24 kV; 1b). Man erkennt, dass die Sammelschiene 1 einen im Wesentlichen als C-Profil ausgebildeten Querschnitt aufweist. Einander beabstandet gegenüber liegen Stirnflächen 2, welche mit Winkeln α und β gegenüber einer Querschnittsymmetrieebene A abgewinkelt sind. Im Ausführungsbeispiel sind die Winkel α und β im Betrag gleich groß und betragen 10° bis 20°, insbesondere 15°. An die Stirnflächen 2 anschließend erkennt man Befestigungsbereiche 3, welche in einer Ebene angeordnet sind. Die Befestigungsbereiche sind über den Rücken 4 des C-Profils miteinander verbunden. Dieser Rücken 4 umfasst im Wesentlichen zwei Schenkelbögen 5, 6 sowie einen Rückenbogen 7, wobei die beiden Schenkelbögen 5, 6 über jeweils ein kurzes, gerade verlaufendes Teilstück 8, 9 mit dem Rückenbogen 7 verbunden sind.
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In der 2 sind erfindungsgemäß eingesetzte Sammelschienen 1a, 1b in Doppelanordnung dargestellt. Dieser Figur ist insbesondere auch die Befestigung der Sammelschienen 1a, 1b an einem Anschlussträger 10 entnehmbar. Hierzu sind jeweils eine Fixierscheibe 11a, 11b vorgesehen, welche die offenen Bereiche der C-Profile innenseitig übergreifen. Eine Fixierscheibe 11a, 11b umfasst im Detail jeweils einen Haltebereich 12a, 12b sowie einen Führungsbereich 13a, 13b, wobei Ersteres das C-Profil innenseitig übergreift und Letzteres in den offenen Bereich des C-Profils hineinragt. Der Führungsbereich 13a, 13b weist eine Dicke auf, welche geringer als die Dicke des C-Profils in den Bereichen der Befestigungsbereiche 3 ist. Im Querschnitt der Darstellung ist die Form des Führungsbereiches 13a, 13b ansonsten den Stirnflächen 2 der Befestigungsbereiche 3 angepasst bzw. hierzu komplementär. Durch diese Ausbildung der Fixierscheiben 11a, 11b wird ein besonders guter elektrischer und thermischer Übergang zwischen den Sammelschienen 1a, 1b und dem Anschlussträger 10 erreicht.
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In der gezeigten Doppelanordnung sind die beiden Sammelschienen 1a, 1b mit ihren, im Querschnitt, offenen Seiten des C-Profils einander zugewandt und an den gegenüberliegenden Seiten des Anschlussträgers 10 befestigt. Ein Fixierelement 14 durchgreift beide Fixierscheiben 11a, 11b, Sammelschienen 1a, 1b und den Anschlussträger 10. Innenseitig der Sammelschienen 1a, 1b sind die Fixierscheiben 11a, 11b übergreifende Festsetzelemente 15a, 15b angeordnet, hier in Form eines Bolzenkopfes (15b) und einer Mutter (15a).
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Ein Anschlussträger 10 lässt sich im Einzelnen so ausbilden, dass wahlweise eine Doppelanordnung entsprechend der Darstellung der 2 oder eine einfache Anordnung (stirnseitig des Anschlussträgers 10) möglich ist. Hierzu wird im Einzelnen auf die 3a und 3b verwiesen. Bei einer vergleichenden Betrachtung dieser beiden Teilfiguren erkennt man aber auch, dass durch Versatz der beiden Bohrungen in dem Anschlussträger für Fixierelemente 14 in Richtung senkrecht zur Darstellungsebene und gleichzeitigem Versatz der Bohrung für das Fixierelement 14 betreffend die Doppelanordnung (3a) in Richtung nach rechts in der Darstellung der beiden Teilfiguren (also in Richtung eines den Anschlussträger 10 tragenden Bauteils) sogar eine Dreifach-Anordnung an einem einzigen Anschlussträger 10 möglich ist. Die Darstellung der 3a entspricht im Kern jener der 2, so dass bezüglich einer Erläuterung der Bauteile hierauf verwiesen werden kann. Die Darstellung der Teilfigur 3b unterscheidet sich im Kern lediglich dadurch, dass eine Sammelschiene 1 stirnseitig des Anschlussträgers 10 angeordnet ist. Bezüglich aller sonstigen Komponenten kann auch hier auf die Erläuterungen der 2 verwiesen werden mit lediglich dem Unterschied, dass die betreffenden Bauteile nur einfach vorhanden sind. Bei einer Dreifach-Anordnung, wie vorstehend im Text angesprochen, sind die betreffenden Bauteile natürlich dreifach vorhanden und im Kern (abgesehen von dem angesprochenen Versatz) entsprechend einer Synthese aus den 3a und 3b angeordnet. In der Teilfigur 3b sind die beiden Sammelschienen 1a, 1b als Kleinprofile ausgeführt, während in der Darstellung der Teilfigur 3a die Sammelschiene 1 ein Großprofil ist. Selbstverständlich sind bei den jeweiligen Ausführungsformen auch Großprofile anstelle von Kleinprofilen und umgekehrt einsetzbar. In Einzelfällen kann es auch zweckmäßig sein, dass bei einer Doppel- oder Dreifachanordnung der Sammelschienen 1 eine Mischung zwischen Kleinprofilen und Großprofilen eingerichtet ist.
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In der 4 ist ein Querschnitt durch eine erfindungsgemäße elektrische Anlage im Bereich eines Funktionsmoduls dargestellt. Die Sammelschienen 1 und der Sammelschienenraum 16 verlaufen orthogonal zur dargestellten Ebene. Weitere Funktionsmodule können unterhalb und oberhalb der Zeichnungsebene angeordnet sein, wodurch über die Sammelschienen 1 die verschiedenen Funktionsmodule elektrisch verbunden sind. In der Darstellung der 4 sind insgesamt drei Doppelanordnungen für drei Phasen durch die kreuzförmige Anordnung der Doppelanordnungen sehr kompakt geführt.
