DE102015206355A1

DE102015206355A1 - Electrical switchgear

Info

Publication number: DE102015206355A1
Application number: DE102015206355.0A
Authority: DE
Inventors: Karsten Esser-Rank; Max Sandke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2015-04-09
Filing date: 2015-04-09
Publication date: 2016-10-13

Abstract

Es wird eine elektrische Schaltanlage offenbart, die einen Entstehungsort eines Störlichtbogens umfasst und einen offenporigen Metallschaum, durch den Lichtbogenzersetzungsprodukte zur Kühlung und/oder Druckminderung geführt werden.An electrical switchgear is disclosed which comprises a place of origin of an arc fault and an open-pore metal foam through which arc decomposition products are conducted for cooling and / or pressure reduction.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltanlage mit einem offenporigen Metallschaum. The invention relates to an electrical switchgear with an open-pored metal foam.

In elektrischen Schaltanlagen entstehen in Schaltgeräten beim Trennen elektrischer Kontakte Lichtbögen. Bei einer ungeplanten Schaltung der Schaltgeräte kann diese ein sogenannter Störlichtbogen sein. Durch den Lichtbogen wird das die elektrischen Kontakte umgebende Gas stark aufgeheizt und ionisiert, es bildet sich eine Druckwelle. Damit keine Personen, Gegenstände oder Gebäude beschädigt werden, muss sowohl die Druckwelle, als auch das heiße Gas kontrolliert bzw. eingedämmt werden. In electrical switchgear arcing in switching devices when disconnecting electrical contacts. In an unplanned circuit of the switching devices, this can be a so-called arc fault. By the arc surrounding the electrical contacts gas is strongly heated and ionized, it forms a pressure wave. In order not to damage persons, objects or buildings, both the pressure wave and the hot gas must be controlled or contained.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine alternative Lösung zur Verfügung zu stellen zur Kühlung der heißen Gase eines Lichtbogens bzw. zur Minderung der Druckwelle. The invention has for its object to provide an alternative solution for cooling the hot gases of an arc or to reduce the pressure wave.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die elektrische Schaltanlage gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltanlage sind in Unteransprüchen angegeben. This object is achieved by the electrical switchgear according to claim 1. Advantageous embodiments of the electrical switchgear according to the invention are specified in subclaims.

Die elektrische Schaltanlage nach Patentanspruch 1 umfasst einen Entstehungsort eines Störlichtbogens, wobei die Schaltanlage einen offenporigen Metallschaum umfasst, durch den Lichtbogenzersetzungsprodukte zur Kühlung und/oder Druckminderung geführt werden. Vorteilhaft hierbei ist, dass sich der offenporige Metallschaum leichter in die elektrische Schaltanlage einbauen lässt als beispielsweise Absorberbleche. Vor allem kann der offenporige Metallschaum mehr Energie aus dem Gas innerhalb der gleichen Zeitspanne absorbieren wie derzeit verwendete Absorberbleche. Darüber hinaus führt die Nutzung des offenporigen Metallschaums als Absorber zu einer kompakteren Bauweise der elektrischen Schaltanlage. The electrical switchgear according to claim 1 comprises a place of origin of an arc fault, wherein the switchgear comprises an open-cell metal foam are passed through the arc decomposition products for cooling and / or pressure reduction. The advantage here is that the open-pored metal foam can be easily installed in the electrical switchgear than, for example, absorber sheets. Above all, the open-cell metal foam can absorb more energy from the gas within the same period of time as currently used absorber sheets. In addition, the use of open-cell metal foam as an absorber leads to a more compact design of the electrical switchgear.

In Ausgestaltungen der Erfindung ist der Entstehungsort eines Störlichtbogens ein Schaltgerät zum Unterbrechen eines Stromes, wobei beim Unterbrechen des Stromes ein Lichtbogen entsteht, oder ein Kabelanschlussraum. In embodiments of the invention, the place of origin of an arc fault is a switching device for interrupting a current, wherein when the current is interrupted, an arc is generated, or a cable connection space.

In einer Ausgestaltung der Erfindung werden die Lichtbogenzersetzungsprodukte durch einen Druckentlastungskanal geführt. Der offenporige Metallschaum kann im Druckentlastungskanal angeordnet sein. Der offenporige Metallschaum kann ebenso stromabwärts vor dem Druckentlastungskanal angeordnet sein. In one embodiment of the invention, the arc decomposition products are passed through a pressure relief channel. The open-pore metal foam can be arranged in the pressure relief channel. The open-pored metal foam may also be located downstream of the pressure relief passage.

In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die elektrische Schaltanlage zusätzlich eine Druckentlastungsvorrichtung. Diese Druckentlastungsvorrichtung kann eine Berstscheibe sein. In a further embodiment, the electrical switchgear additionally comprises a pressure relief device. This pressure relief device may be a rupture disk.

In einer weiteren Ausgestaltung ist der offenporige Metallschaum stromabwärts zur Druckentlastungsvorrichtung vor dem Druckentlastungskanal angeordnet. Ebenso kann stromabwärts zur Druckentlastungsvorrichtung der offenporige Metallschaum im Druckentlastungskanal angeordnet sein. In a further embodiment, the open-pore metal foam is arranged downstream of the pressure relief device in front of the pressure relief channel. Likewise, downstream of the pressure relief device, the open-pored metal foam can be arranged in the pressure relief channel.

In einer weiteren Ausgestaltung ist die elektrische Schaltanlage eine Mittelspannungsschaltanlage. In a further embodiment, the electrical switchgear is a medium-voltage switchgear.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie sie erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigen: The above-described characteristics, features, and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the embodiments, which will be explained in connection with the figures. Showing:

1A und 1B elektrische Schaltanlage mit offenporigem Metallschaum im Druckentlastungskanal; 1A and 1B electric switchgear with open-pored metal foam in the pressure relief duct;

2A und 2B elektrische Schaltanlage mit offenporigem Metallschaum im Druckentlastungskanal; 2A and 2 B electric switchgear with open-pored metal foam in the pressure relief duct;

3A und 3B elektrische Schaltanlage mit Schaltgerät und offenporigem Metallschaum; 3A and 3B electrical switchgear with switching device and open-pored metal foam;

4A und 4B elektrische Schaltanlage mit offenporigem Metallschaum und Berstscheibe; und 4A and 4B electric switchgear with open-pored metal foam and rupture disk; and

5 elektrische Schaltanlage mit offenporigem Metallschaum. 5 electrical switchgear with open-pored metal foam.

In 1A ist eine elektrische Schaltanlage 100 dargestellt. Die elektrische Schaltanlage 100 umfasst einen Entstehungsort eines Störlichtbogens 200. Dieser Entstehungsort eines Störlichtbogens 200 kann beispielsweise ein Schaltgerät zum Unterbrechen eines Stromes sein, wobei beim Unterbrechen des Stromes ein Lichtbogen entstehen kann. Bei diesem Lichtbogen kann es sich auch um einen sogenannten Störlichtbogen handeln. In 1A is an electrical switchgear 100 shown. The electrical switchgear 100 includes a place of origin of an arc fault 200 , This place of origin of an arc fault 200 For example, it can be a switching device for interrupting a current, whereby an electric arc can occur when the current is interrupted. This arc may also be a so-called arc fault.

Lichtbögen entstehen zum größten Teil – über 50 % der Störlichtbögen – im Kabelanschlussraum, in dem die Hochspannungskabel an die Schaltanlage 100 angeschlossen werden. Somit kann der Entstehungsort eines Störlichtbogens 200 beispielsweise ein Schaltgerät 200 oder ein Kabelanschlussraum 200 sein. Arcs for the most part - more than 50% of the arcing faults - are created in the cable connection room where the high voltage cables are connected to the switchgear 100 be connected. Thus, the place of origin of a fault arc 200 for example, a switching device 200 or a cable compartment 200 be.

Des Weiteren umfasst die elektrische Schaltanlage 100 einen offenporigen Metallschaum 300, durch den Lichtbogenzersetzungsprodukte zur Kühlung und/oder Druckminderung geführt werden. In 1A ist die elektrische Schaltanlage 100 so ausgeführt, dass sie einen Druckentlastungskanal 150 umfasst, durch den die Lichtbogenzersetzungsprodukte geführt werden und in dem der offenporige Metallschaum 150 angeordnet ist. Die Strömungsrichtung der Lichtbogenzersetzungsprodukte ist mit einem Pfeil dargestellt. Furthermore, the electrical switchgear includes 100 an open-pored metal foam 300 , are passed through the arc decomposition products for cooling and / or pressure reduction. In 1A is the electrical switchgear 100 designed so that they have a pressure relief channel 150 includes, through which the arc decomposition products are guided and in which the open-cell metal foam 150 is arranged. The flow direction of the arc decomposition products is shown by an arrow.

Es entstehen im Schaltgerät 200 bei der Auslösung eines Lichtbogens heiße Gase, die durch den Druckentlastungskanal 150 in Pfeilrichtung strömen. Der offenporige Metallschaum 300 kühlt die Lichtbogenzersetzungsprodukte, zum einen wegen seiner sehr großen Oberfläche, aber auch wegen der sehr hohen Wärmeleitfähigkeit. Der offenporige Metallschaum 300 kann beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium bestehen. Der Wärmeleitkoeffizient beträgt hierbei λ_Al ≈ 220 W·(m·K)^–1 und λ_Cu ≈ 400 W·(m·K)^–1. Ebenso kann der offenporige Metallschaum 300 aus Stahl oder Edelstahl bestehen, wobei sich dadurch der Vorteil eines höheren Schmelzpunktes ergibt. It arises in the switching device 200 when an arc is triggered hot gases passing through the pressure relief channel 150 flow in the direction of the arrow. The open-pored metal foam 300 cools the arc decomposition products, on the one hand because of its very large surface, but also because of the very high thermal conductivity. The open-pored metal foam 300 may for example consist of copper or aluminum. In this case, the heat conduction coefficient is λ _Al ≈ 220 W · (m · K) ^-1 and λ _Cu ≈ 400 W · (m · K) ^-1 . Likewise, the open-pored metal foam 300 Made of steel or stainless steel, thereby resulting in the advantage of a higher melting point.

In den 1A, 1B und 2A, 2B ist jeweils eine elektrische Schaltanlage 100 mit einem Druckentlastungskanal 150 dargestellt. Der offenporige Metallschaum 300 befindet sich an unterschiedlichen Positionen innerhalb des Druckentlastungskanals 150. Beispielsweise in 1B am Anfang des Druckentlastungskanals 150, in 2A in einer Eckumleitung des Druckentlastungskanals 150 und in 2B am Ende des Druckentlastungskanals 150. In the 1A . 1B and 2A . 2 B is in each case an electrical switchgear 100 with a pressure relief channel 150 shown. The open-pored metal foam 300 is located at different positions within the pressure relief channel 150 , For example in 1B at the beginning of the pressure relief channel 150 , in 2A in a corner bypass of the pressure relief channel 150 and in 2 B at the end of the pressure relief channel 150 ,

Die elektrische Schaltanlage 100 gemäß den 1A, 1B und 2A, 2B umfasst zusätzlich eine Druckentlastungsvorrichtung 400. Dies kann beispielsweise eine Berstscheibe sein, die bei Übersteigen eines kritischen Drucks bricht bzw. berstet und dadurch die heißen Gase im Innern der elektrischen Schaltanlage 100 freigesetzt werden. The electrical switchgear 100 according to the 1A . 1B and 2A . 2 B additionally includes a pressure relief device 400 , This can be, for example, a rupture disk which breaks or bursts when a critical pressure is exceeded and thereby the hot gases in the interior of the electrical switchgear 100 be released.

In den 3A und 3B ist eine elektrische Schaltanlage 100 mit einem Schaltgerät 200 dargestellt. Das elektrische Schaltgerät umfasst eine Druckentlastungsvorrichtung 400, die beim Ausbilden eines Störlichtbogens die heißen Gase in die elektrische Schaltanlage 100 freisetzt. In den 3A und 3B ist kein Druckentlastungskanal 150 vorhanden, sondern die heißen Gase werden direkt aus dem Gehäuse der elektrischen Schaltanlage 100 ausgeleitet. Dies kann beispielsweise in der Darstellung der 3A nach unten bzw. in der Darstellung der 3B nach hinten geschehen. Der offenporige Metallschaum 300 ist an der Öffnung des Gehäuses der elektrischen Schaltanlage 100 angeordnet. In the 3A and 3B is an electrical switchgear 100 with a switching device 200 shown. The electrical switching device comprises a pressure relief device 400 that, when forming an arc fault, the hot gases in the electrical switchgear 100 releases. In the 3A and 3B is not a pressure relief channel 150 present, but the hot gases are directly from the housing of the electrical switchgear 100 discharged. This can, for example, in the representation of 3A down or in the representation of 3B to happen backwards. The open-pored metal foam 300 is at the opening of the housing of the electrical switchgear 100 arranged.

In 4A ist eine elektrische Schaltanlage 100 mit einem Druckentlastungskanal 150 dargestellt. Am Schaltgerät 200 ist die Druckentlastungsvorrichtung 400 und stromabwärts zur Druckentlastungsvorrichtung 400 der offenporige Metallschaum 300 angeordnet. Der offenporige Metallschaum 300 ist vor dem Druckentlastungskanal 150 entsprechend der Strömungsrichtung angeordnet. In 4A is an electrical switchgear 100 with a pressure relief channel 150 shown. On the switching device 200 is the pressure relief device 400 and downstream to the pressure relief device 400 the open-pored metal foam 300 arranged. The open-pored metal foam 300 is in front of the pressure relief channel 150 arranged according to the flow direction.

4B zeigt dieselbe Anordnung von Schaltgerät 200, Druckentlastungsvorrichtung 400 und offenporigem Metallschaum 300. Die elektrische Schaltanlage 100 umfasst keinen Druckentlastungskanal 150, sondern die heißen Gase werden entsprechend der Darstellung der 4B nach hinten aus dem Gehäuse der elektrischen Schaltanlage ausgeleitet. 4B shows the same arrangement of switching device 200 , Pressure relief device 400 and open-pored metal foam 300 , The electrical switchgear 100 does not include a pressure relief channel 150 but the hot gases are corresponding to the representation of the 4B discharged to the rear of the housing of the electrical switchgear.

In 5 werden im Unterschied zu 4B die heißen Gase entsprechend der Darstellung der 5 nach unten ausgeleitet. Andere Ausleitungsrichtungen der heißen Gase aus der elektrischen Schaltanlage 100 neben der unteren und der hinteren können beispielsweise auch die obere, die vordere oder die seitliche sein. In 5 unlike 4B the hot gases according to the representation of 5 discharged down. Other directions of discharge of the hot gases from the electrical switchgear 100 in addition to the lower and the rear, for example, the top, the front or the side can be.

Bei der elektrischen Schaltanlage 100 kann es sich um eine Mittelspannungsschaltanlage handeln. In the electrical switchgear 100 it can be a medium voltage switchgear.

Anstatt Metallbleche zur Kühlung und Druckminderung der heißen Gase wird erfindungsgemäß eine elektrische Schaltanlage 100 mit einem offenporigen Metallschaum 300 offenbart. Offenporige Metallschäume besitzen eine sehr große Oberfläche. Bestehen sie beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium, besitzen sie eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit. Außerdem können offenporige Metallschäume 300 in verschiedensten Größen hergestellt werden. Offenporige Metallschäume sind in der Lage, den heißen Gasen Energie zu entziehen und sie abzukühlen. Dadurch werden Temperatur und Druck des Gases gesenkt und diese Gase sind weniger gefährlich für ihre Umwelt. Instead of metal sheets for cooling and pressure reduction of the hot gases according to the invention an electrical switchgear 100 with an open-pored metal foam 300 disclosed. Open-pore metal foams have a very large surface area. For example, if they are made of copper or aluminum, they have a very high thermal conductivity. In addition, open-pored metal foams 300 be made in a variety of sizes. Open-cell metal foams are able to extract energy from the hot gases and cool them. As a result, the temperature and pressure of the gas are lowered and these gases are less dangerous to their environment.

Claims

Electrical switchgear ( 100 ) comprising a place of origin of an arc fault ( 200 ), characterized in that the switchgear ( 100 ) an open-pored metal foam ( 300 ), are passed through the arc decomposition products for cooling and / or pressure reduction.

Electrical switchgear ( 100 ) according to claim 1, wherein the origin of an arc fault ( 200 ) a switching device ( 200 ) for interrupting a current, wherein the arc is interrupted when the current is interrupted, or a cable connection space ( 200 ).

Electrical switchgear ( 100 ) according to claim 1 or 2, in which the arc decomposition products are passed through a pressure relief channel ( 150 ).

Electrical switchgear ( 100 ) according to claim 3, wherein the open-pored metal foam ( 300 ) in the pressure relief channel ( 150 ) is arranged.

Electrical switchgear ( 100 ) according to claim 3 or 4, wherein the open-pored metal foam ( 300 ) downstream of the pressure relief channel ( 150 ) is arranged.

Electrical switchgear ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein the electrical switchgear ( 100 ) additionally a pressure relief device ( 400 ).

Electrical switchgear ( 100 ) according to claim 6, wherein the additional pressure relief device ( 400 ) is a rupture disk.

Electrical switchgear ( 100 ) according to claim 6 or 7, in which downstream of the pressure relief device ( 400 ) the open-pored metal foam ( 300 ) in front of the pressure relief channel ( 150 ) is arranged.

Electrical switchgear ( 100 ) according to claim 6 or 7, in which downstream of the pressure relief device ( 400 ) the open-pored metal foam ( 300 ) in the pressure relief channel ( 150 ) is arranged.

Electrical switchgear ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein the electrical switchgear ( 100 ) is a medium voltage switchgear.