-
Die Erfindung betrifft einen, insbesondere rohrförmigen, U-förmigen oder als Flachleiter ausgebildeten, Stromleiter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, welcher in einem mit Isoliergas gefüllten gekapselten Gehäuse einer gasisolierten Hochspannungs- oder Mittelspannungsschaltanlage angeordnet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein gekapseltes mit Isoliergas gefülltes gekapseltes Gehäuse einer gasisolierten Schaltanlage.
-
Üblicherweise werden metallische Stromleiter zur Übertragung von Nennströmen in einer gasisolierten Schaltanlage innerhalb eines gekapselten Gehäuses geführt, welches mit einem geeigneten Isoliergas, beispielsweise Schwefelhexafluorid (SF6), gefüllt ist.
-
Um die geforderte Stromtragfähigkeit in gasisolierten Schaltanlagen zu erreichen bzw. zu erhöhen, werden heute die folgenden kostenaufwendigen Maßnahmen durchgeführt:
- – eine Verbesserung der Kontaktübergänge zwischen den Leitern unter anderem durch verbesserte Verschraubungen der Leiter untereinander, durch die Verwendung von Kontaktfedern oder federbelastete Fingerkontakten,
- – eine Erhöhung der Leitfähigkeit durch den Einsatz von Kupferleitern,
- – die Verwendung von großen Leiterquerschnitten im Bereich der durch den Skin Effekt (AC) stromtragenden Leiterquerschnitts,
- – eine optimierte Gestaltung der Stromfade an der Oberfläche der Leiter zur Vermeidung von verlängerten Strompfaden an der Oberfläche,
- – eine Verminderung der Kapselverluste durch eine Veränderung der Abstände zu den Leitern,
- – eine Verminderung der Stromverdrängung durch Minderung der Magnetfelder benachbarter Leiter durch die Optimierung der ihrer Abstände und ihrer Positionierung zueinander,
- – eine Erhöhung der abgeführten Wärmestrahlung durch eine Speziallackierung der Leiter und eine Verminderung der von der Kapselung auf den Leiter zurückreflektierten Wärmestrahlung durch eine Innenlackierung der Kapselung, sowie
- – eine Verbesserung des Wärmeüberganges durch die Vergrößerung Leiteroberfläche mittels einer Strukturierung der Leiteroberfläche mittels einer Lackierung.
-
Weitere Maßnahmen, beispielsweise zur Miniaturisierung der Schaltanlagen und eine damit einhergehende Einsparung bzw. Verringerung des SF6 Gases innerhalb der gekapselten Gehäuse, verstärken das Problem der Wärmeableitung aus der im Sammelschienensystem der Schaltanlage über die verkleinerten Oberflächen der kleineren Kapselung, welche durch ohmsche Verluste, Wirbelströme in der Kapselung und Ummagnetisierungsvorgänge im ferromagnetischen Kapselungsmaterial bedingt sind.
-
Der temperaturbestimmende Wärmeübergang vom Leiter zum Isoliergas erfolgt dabei mittels einer thermischen Konvektion von der Außenkontur oder Mantelfläche des Leiters zu dem den Leiter umgebenden Isoliergases. Die thermische Konvektion ist dabei durch die Strömung bzw. Bewegung des Isoliergases bestimmt. Da hier nur die äußere Oberfläche der Leiter zur die Wärmeabfuhr genutzt wird, ist die Stromtragfähigkeit des Leiters begrenzt. Andere Maßnahmen zur Erhöhung der Stromtragfähigkeit, wie beispielsweise die Verwendung von Stromleitern aus Kupferleiter, würden die Kosten der Schaltanlage wesentlich erhöhen.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen, vorzugsweise rohrförmigen, U-förmigen oder als Flachleiter ausgebildeten, Stromleiter anzugeben, der in einem mit Isoliergas gefüllten gekapselten Gehäuse einer Schaltanlage angeordnet ist und so ausgeführt ist, dass eine Durchströmung des Leiters von mit dem im gekapselten Gehäuse vorhandenem Isoliergas mit dem Ziel die Leitertemperatur abzusenken und dadurch die Stromtragfähigkeit zu erhöhen, vorgesehen ist.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 sowie durch ein mit Isoliergas gefülltes gekapseltes Gehäuse, insbesondere ein Sammelschienenmodul, welches wenigstens einen, vorzugsweise jedoch drei, Stromleiter aufweist, gemäß den Ansprüchen 5 oder 7 gelöst.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Der erfindungsgemäße, insbesondere rohrförmige, U-förmige oder als Flachleiter ausgebildete Stromleiter, welcher in einem mit Isoliergas, wie beispielsweise SF6-Gas oder Luft, gefüllten gekapselten Gehäuse einer gasisolierten Mittelspannungs- oder Hochspannungsschaltanlage angeordnet ist, weist in seiner Mantelfläche oder längs erstreckenden Oberfläche wenigstens zwei vom Isoliergas durchströmte Ausnehmungen oder Öffnungen auf, die vorzugsweise so angeordnet sind, dass eine Durchströmung des Leiters mit dem im gekapselten Gehäuse vorhandenem Isoliergas bei einer zusätzlichen Nutzung der inneren Manteloberfläche des Leiters zur Wärmeabgabe und zur Steigerung der Konvektion im gekapselten Gehäuse ermöglicht ist.
-
Die in U-förmige Leiter oder Flachleiter eingebrachten Ausnehmungen oder Öffnungen ermögliche in vorteilhafter Weise eine Verbesserung der Gasströmung, die dann auch den Wärmeübergang an den vorhandenen Flächen, ähnlich dem sogenannten ”Kamineffekt” verbessert.
-
Die Erfindung betrifft weiterhin ein gekapseltes mit Isoliergas gefülltes gekapseltes Gehäuse einer gasisolierten Schaltanlage, wobei das Gehäuse ein Sammelschienenmodul, das Gehäuse eines Generator- oder Leistungsschalters oder das Gehäuse eines Tankschalters (DTB) sein kann, in dem wenigstens ein, bevorzugt jedoch drei der erfindungsgemäßen, vorzugsweise rohrförmigen, U-förmigen oder als oder als Flachleiter ausgeführte, Stromleiter, auch als Leiterteile oder Hochstromableitungen bezeichenbar, angeordnet sind.
-
Durch die Erfindung wird in vorteilhafter Weise eine Durchströmung von metallischen Leitern, insbesondere aus Aluminium-Guss oder Aluminium-Halbzeuge, mit den im Kapselgehäuse vorhandenem Isoliergas unter zusätzlicher Nutzung der inneren Oberfläche des Leiters zur Wärmeabgabe und zur Steigerung der Konvektion, also er Gasströmung durch den Leiter erreicht. Die Gasströmung durch die Ausnehmungen und damit die Abführung der Wärme aus den rohrförmigen Leitern ergibt sich aus den Temperaturdifferenzen zwischen der höheren Gastemperatur im Innenbereich des Leiters und der niedrigeren Gastemperatur um die Außenkontur des Leiters.
-
Erfindungsgemäß werden die, insbesondere rohrförmigen oder U-förmigen, Leiter vorzugsweise an dielektrisch schwach belasteten mit wenigstens zwei, vorzugsweise kreisförmigen, Öffnungen ausgestaltet, von denen eine wenigstens erste Öffnung als Einströmöffnung und wenigstens eine zweite Öffnung als Ausströmöffnung für das den rohrförmigen Leiter durchströmende Gas dienen.
-
Die dielektrische Auslegung und damit auch die optimale Anzahl der Ausnehmungen, die vorzugsweise als kreisförmige Öffnungen ausgestaltet sind, werden mit den bekannten 3d Berechnungsprogrammen für elektrische Felder, wie beispielsweise den aus dem Stand der Technik bekannten FEM(Methode der Finiten Elemente)-Berechnungsprogrammen ermittelt und mittels Simulationsrechnungen zur Gasströmung, beispielsweise mittels CFD(Computational Fluid Dynamics)-Berechnungsprogrammen optimiert. CFD-Berechnungsprogramme sind u. a. im Bulletin SEV/AES, 19/2008, pp. 9–15, 2008 bzw. unter http://www.eeh.ee.ethz.ch/uploads/tx_ethpublications/graber_sev19_2008_SF6.pdf beschrieben. Das Vorgehen in der Optimierung der Anordnung der Öffnungen entspricht dem in http://enrag.at/cfd-stroemungssimulation beschriebenen allgemeinen Optimierungsansätzen mit CFD Berechnungen.
-
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das gekapselte Gehäuse ein mit Isoliergas gefülltes Sammelschienengehäuse einer dreiphasigen Mittelspannungs- oder Hochspannungsschaltanlage, wobei im Gehäuse für jede der drei Phasen ein erfindungsgemäßer rohrförmiger Leiter angeordnet ist.
-
Der rohrförmige Leiter innerhalb eines gekapselten mit Isoliergas gefüllen gekapselten Sammelschienengehäuses wird auch als Innenleiter bezeichnet.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
-
1 eine schematische Schnittdarstellung durch ein gekapseltes mit Isoliergas gefülltes Gehäuse gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
-
1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch ein gekapseltes mit Isoliergas gefülltes Sammelschienengehäuse 10 einer dreiphasigen gasisolierten Hochspannungsschaltanlage, wobei das Gehäuses 10 in seinem mit SF6-Gas 50 gefüllten Innenraum für jede der drei Phasen einen rohrförmigen Sammelschienenleiter 20 aufweist.
-
Jeder der rohrförmigen Innenleiter 20 im Sammelschienengehäuse 10 ist in seiner Mantelfläche 21 an dielektrisch unbedenklichen Stellen mit wenigstens zwei kreisförmigen Öffnungen 30 ausgestaltet, die als Einströmöffnungen und Ausströmöffnungen für das den rohrförmigen Leiter 20 durchströmende Isoliergas 50 dienen. Die kreisförmigen Öffnungen 30 sind vorzugsweise nebeneinander angeordnet, so dass eine optimale eine Durchströmung des Leiters 20 mit dem im gekapselten Gehäuse 10 vorhandenen Isoliergas 50 ermöglicht ist.
-
Die auf der Außenkontur 21 des Leiters 20 mit dem Bezugszeichen 40 gekennzeichneten Bereiche 40 unterliegen einer erhöhten thermischen Konvektion, welche durch die diesen Bereichen gegenüberliegenden Öffnungen 30 bedingt ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- gekapseltes Gehäuse
- 20
- rohrförmiger Stromleiter, Innenleiter, Sammelschienenleiter
- 21
- Außenkontur, Mantelfläche des Leiters
- 30
- Ausnehmungen, Öffnungen
- 40
- Bereiche mit erhöhter Konvektion
- 50
- Isoliergas, SF6-Gas
- 60
- Berstscheibenanordnung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- http://www.eeh.ee.ethz.ch/uploads/tx_ethpublications/graber_sev19_2008_SF6.pdf [0014]
