DE102016217346A1

DE102016217346A1 - Kühlelement für Gasbehälter von gasisolierten Schaltanlagen

Info

Publication number: DE102016217346A1
Application number: DE102016217346.4A
Authority: DE
Inventors: Kai Uwe Hofmann; Christian Wiedenhöft
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2016-09-12
Filing date: 2016-09-12
Publication date: 2018-03-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kühlelement für gasisolierte Schaltanlagen, eine gasisolierte Schaltanlage mit einem solchen Kühlelement und ein Verfahren zum Herstellen einer gasisolierten Schaltanlage mit einem Kühlelement, wobei das Kühlelement (10) einen ersten Kühlkörper (20) aufweist, der in einem Verbindungselement (30) angeordnet ist, wobei der erste Kühlkörper (20) gasdicht in dem Verbindungselement (30) so angeordnet ist, dass sich der erste Kühlkörper (20) auf einer ersten Seite (32) des Verbindungselements (30) aus dem Verbindungselement (30) erstreckt, um thermische Energie aufzunehmen, und dass sich auf einer zweiten Seite (34) des Verbindungselements (30) ein Entwärmungsmittel (40) befindet, das wärmeleitend mit dem ersten Kühlkörper (20) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlelement für gasisolierte Schaltanlagen, eine gasisolierte Schaltanlage mit einem solchen Kühlelement und ein Verfahren zum Herstellen einer gasisolierten Schaltanlage mit einem Kühlelement.
Im Stand der Technik sind gasisolierte Schaltanlagen, insbesondere gasisolierte Schaltanlagen für Mittel- und Hochspannung, bekannt. Ein Problem bei solchen Schaltanlagen liegt in der unzureichenden Kühlung des hermetisch abgeschlossenen, gasdichten und wartungsfreien Edelstahlbehälters der Schaltanlage. Aufgrund einer potentiell hohen Wärmeentwicklung und der ungünstigen thermischen Leitfähigkeit des typischen Behältermaterials, meist Edelstahl, stellt sich eine ausreichende Wärmeabfuhr aus dem gasdichten Edelstahlbehälter der gasisolierten Schaltanlagen und die Abgabe der Wärmemenge an die Umgebungsluft als schwierig dar. Einfache Kombinationen des Edelstahlbehälters mit Materialien mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit sind aufwendig und/oder teuer.
In anderen aktuellen Konzepten wird die Wärmeabgabe dadurch erhöht, dass die Oberfläche des hermetisch abgeschlossenen Gasbehälters vergrößert wird, der Behälter also größer ausgelegt wird, und durch das Einbringen optionaler Strömungsbleche, die die Zirkulationsbewegung innerhalb des Gases verbessern sollen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, die bekannten Mängel aus dem Stand der Technik zu beheben und eine verbesserte, kostengünstige Wärmeabfuhr zu ermöglichen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch den unabhängigen Anspruch 1 und die vom Anspruch 1 abhängigen Ansprüche.
In einem Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Kühlelement für gasisolierte Schaltanlagen weist das Kühlelement einen ersten Kühlkörper auf, der in einem Verbindungselement angeordnet ist. Der erste Kühlkörper ist so gasdicht in dem Verbindungselement angeordnet, dass sich der erste Kühlkörper auf einer Seite des Verbindungselement aus dem Verbindungselement erstreckt, um thermische Energie aufzunehmen, und dass sich auf einer zweiten Seite des Verbindungselements ein Entwärmungsmittel befindet, das wärmeleitend mit dem ersten Kühlkörper verbunden ist.
In einem Verbindungselement befestigt bedeutet im Sinne dieser Offenbarung, dass der erste Kühlkörper mit dem Verbindungselement derart verbunden ist, dass ein Wärmetransfer von der ersten Seite des Verbindungselements zu der zweiten Seite des Verbindungselements ermöglicht wird, wobei eine Gasdichtigkeit zwischen der ersten Seite des Verbindungselements und der zweiten Seite des Verbindungselements erreicht wird.
Bevorzugter Weise ist die erste Seite des Verbindungselementes in einem Gasraum einer gasisolierten Schaltanlagen anordenbar und die zweite Seite des Verbindungselementes an der Luftseite eine gasisolierten Schaltanlage anordenbar.
Auch wird bevorzugt, dass der erste Kühlkörper wärmeleitend mit dem Entwärmungsmittel verbunden ist, oder dass zwischen dem ersten Kühlkörper und dem Entwärmungsmittel ein Wärmeleitelement angeordnet ist, das den ersten Kühlkörper wärmeleitend mit dem Entwärmungsmittel verbindend.
Bevorzugt wird auch, dass das Wärmeleitelementaus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet wird.
Weiter wird bevorzugt, dass zwischen dem Verbindungselement und dem ersten Kühlkörper und/oder dem Wärmeleitelement ein Isolierkörper angeordnet ist, der elektrisch isolierend ist.
Besonders bevorzugt wird, dass der Isolierkörper aus einem Gießharz gebildet ist.
Auch wird bevorzugt, dass das Entwärmungsmittel ein kühlmitteldurchströmtes oder ein thermo-elektrisches Wärmungsmittel ist.
Besonders bevorzugt wird, dass das Entwärmungsmittel ein Peltierelement ist.
Auch wird bevorzugt, dass ein zweiter Kühlkörper auf der zweiten Seite des Verbindungsmittels mit dem Entwärmungsmittel auf der zweiten Seite wärmeleitend verbunden ist.
Bevorzugt wird auch, dass das Verbindungsmittel ein Metallflansch, einen Metallkonus und/oder eine Metalldurchführung ist.
Eine weitere Ausführung beinhaltet eine gasisolierte Schaltanlage mit einem Kühlelement nach einem der vorstehenden Ausführungen.
Eine weitere Ausführung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer gasisolierten Schaltanlage mit einem Kühlelement nach einer der bisherigen Ausführungen, wobei das Kühlelement in einer Öffnung der gasisolierten Schaltanlage mit der gasisolierten Schaltanlage derart über das Verbindungselement verbunden wird, dass die Öffnung der gasisolierten Schaltanlage mit dem Kühlelement gasdicht verschlossen wird.
Besonders bevorzugt wird, dass das Verbindungselement mit einer die Öffnung bildenden Wand der gasisolierten Schaltanlage mittels Schweißen, Pressen, Nieten, Schrauben, Löten und/oder Kleben verbunden wird.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren erläutert.
1: Schematische Darstellung eines Schnittes durch ein erfindungsgemäßes Kühlelement;
2: Schematische Darstellung einer perspektivischen Ansicht eines erfindungsgemäßen Kühlelementes;
3: Schematische Darstellung einer gasisolierten Schaltanlage mit einem erfindungsgemäßen Kühlelement.
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Schnittes durch ein erfindungsgemäßes Kühlelement 10. Das Kühlelement 10 ist dabei über das Verbindungselement 30 mit der Wand einer gasisolierten Schaltanlage gasdicht verbunden. Das in der 1 gezeigte erfindungsgemäße Kühlelement weist einen ersten Kühlkörper 20 auf, der sich auf der ersten Seite 32 des Verbindungsmittels erstreckt und so in den Gasraum der gasisolierten Schaltanlage 1 hineinragt.
Der erste Kühlkörper 20 ist in diesem Beispiel wärmeleitend mit dem Wärmelement 50, das durch den Isolierkörper 60 in dem Verbindungselement 30 gasdicht befestigt ist, verbunden. Auf der zweiten Seite 34 des Verbindungselementes 30 ist ein Entwärmungsmittel 40 wärmeleitend mit dem Wärmeleitelement 50 verbunden. Das Entwärmungsmittel ist in diesem Fall ein Peltierelement.
In dem in 1 gezeigtem Beispiel ist das Entwärmungsmittel 40 weiter wärmeleitend mit einem zweiten Kühlkörper 70 verbunden.
Die 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer schematischen Darstellung eines erfindungsgemäßen Kühlelementes 10. Der erste Kühlkörper 20 befindet sich auf einer ersten Seite 32 des Verbindungselementes 30 und der zweite Kühlkörper 70 befindet sich auf einer zweiten Seite 34 des Verbindungselementes 30.
Andeutungsweise ist das Wärmeleitelement 50 zu erkennen, das mit einem Isolierkörper 60 gasdicht in dem Verbindungselement 30 angeordnet ist.
Die 3 zeigt eine schematische Darstellung einer gasisolierten Schaltanlage 1 mit einem erfindungsgemäßen Kühlelement 10. Das Kühlelement 10 ist in einer Öffnung der gasisolierten Schaltanlage 1 angeordnet und mit einer Wand 5 der gasisolierten Schaltanlage 1 gasdicht verbunden. Auf der zweiten Seite 34 befindet sich der zweite Kühlkörper 70, der Wärme an die zweite Seite 34 abgeben kann, während auf der ersten Seite 32, als in der gasisolierten Schaltanlage, ein erster Kühlkörper 20 angeordnet ist, der thermische Energie aufnehmen kann, und an den zweiten Kühlkörper 70 weiterleitet. Wärme, die in der gasisolierten Schaltanlage 1 durch zum Beispiel die Verbraucher 80 erzeugt wird, kann so über das Kühlelement 10 an die zweite Seite 34, also die Außenseite der gasisolierten Schaltanlage, abgegeben werden. Dadurch entsteht in der gasisolierten Schaltanlage eine Wärmeströmung 90, die auch als Zirkulation bezeichnet wird.
Bezugszeichenliste

1: Gasisolierte Schaltanlage
5: Wand einer Gasisolierten Schaltanlage
10: Kühlelement
20: Erster Kühlkörper
30: Verbindungselement
32: Erste Seite des Verbindungselements
34: Zweite Seite des Verbindungselements
40: Entwärmungsmittel
50: Wärmeleitelement
60: Isolierkörper
70: Zweiter Kühlkörper
80: Verbraucher
90: Entstehende Wärmeströmung in der gasisolierten Schaltanlage

Claims

Kühlelement (10) für gasisolierte Schaltanlagen (1), wobei das Kühlelement (10) einen ersten Kühlkörper (20) aufweist, der in einem Verbindungselement(30) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass • der erste Kühlkörper (20) gasdicht in dem Verbindungselement (30) so angeordnet ist, – dass sich der erste Kühlkörper (20) auf einer ersten Seite (32) des Verbindungselements (30) aus dem Verbindungselement (30) erstreckt, um thermische Energie aufzunehmen, und – dass sich auf einer zweiten Seite (34) des Verbindungselements (30) ein Entwärmungsmittel (40) befindet, das wärmeleitend mit dem ersten Kühlkörper (20) verbunden ist.
Kühlelement (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlkörper (20) wärmeleitend mit dem Entwärmungsmittel (40) verbunden ist, oder dass zwischen dem erste Kühlkörper (20) und dem Entwärmungsmittel (40) ein Wärmeleitelement (50) angeordnet ist, das den ersten Kühlkörper (20) wärmeleitend mit dem Entwärmungsmittel (40) verbindet.
Kühlelement (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (50) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet wird.
Kühlelement (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verbindungselement (30) und dem ersten Kühlkörper (20) und/oder dem Wäremeleitelement (50) ein Isolierkörper (60) angeordnet ist, der elektrisch isolierend ist.
Kühlelement (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierkörper (60) aus eine Gießharz gebildet ist.
Kühlelement (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Entwärmungsmittel (40) ein kühlmitteldurchströmtes oder ein thermoelektrisches Entwärmungsmittel (40) ist.
Kühlelement (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Entwärmungsmittel (40) ein Peltierelement ist.
Kühlelement (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Kühlkörper (70) auf der zweiten Seite (34) des Verbindungselements (30) mit dem Entwärmungsmittel (40) auf der zweiten Seite (34) wärmeleitend verbunden ist.
Kühlelement (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (30) ein Metallflansch, ein Metallkonus und/oder eine Metalldurchführung ist.
Gasisolierte Schaltanlage (1) mit einem Kühlelement (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Verfahren zum Herstellen einer gasisolierte Schaltanlage (1) mit einem Kühlelement (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (10) in einer Öffnung der gasisolierten Schaltanlage (1) mit der gasisolierten Schaltanlage (1) derart über das Verbindungselement (30) verbunden wird, dass die Öffnung der gasisolierten Schaltanlage (1) mit dem Kühlelement (10) gasdicht verschlossen wird.
Verfahren zum Herstellen einer gasisolierte Schaltanlage (1) mit einem Kühlelement (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (30) mit einer die Öffnung bildenden Wand (5) der gasisolierten Schaltanlage mittels Schweißen, Pressen, Nieten, Schrauben, Löten und/oder Kleben verbunden wird.