-
Die Erfindung betrifft eine Schienenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Schienensystem mit mehreren Schienenanordnungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9 und ein Verfahren zur Ermittlung der Stromtragfähigkeit einer zweiten Schienenanordnung und eines zweiten Schienensystems im Vergleich zu der Stromtragfähigkeit einer ersten Schienenanordnung bzw. eines ersten Schienensystems für einen vorgegebenen frequenten Strom anhand eines mathematischen Modells gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
-
Schienenanordnungen, die Sammelschienen bilden, werden insbesondere im Mittel- und Niederspannungsbereich in Schaltanlagen zum Energietransport verwendet. Die Schienenanordnungen umfassen abhängig von der Höhe der fließenden Ströme je Phase mehrere schienenförmige Teilleiter. Zusammen mit Schaltgerätekombinationen befinden sich die Schienenanordnungen der Sammelschienen in sogenannten Schaltfeldern, wobei meist mehrere Schaltfelder unmittelbar nebeneinander angeordnet und elektrisch miteinander verbunden sind. Von den Schaltfeldern gehen Feldschienen zu verschiedenen Anlageteilen der Schaltanlage ab.
-
Bekannte Schaltfelder mit einer Schienenanordnung verfügen über eine Tragkonstruktion in Form eines Gerüsts und Umhüllungsteile zur zusätzlichen Umhüllung der Schienenanordnung. Die Schienenanordnung der Sammelschiene besteht bei einem Dreiphasenwechselstrom (Drehstrom) meist aus vier aktiven Leitern, die man in Außenleiter (auch Phasenleiter genannt) und einen Neutralleiter unterteilt. Die vier aktiven Leiter sind in Form von vier räumlich zusammenhängenden und vertikal untereinander angeordneten Gruppen von beispielsweise jeweils sechs Teilleitern an vertikal angeordneten Schienenhaltern in Form von Querträgern befestigt. Jede Gruppe besteht aus drei horizontal nebeneinander liegenden Teilleiter-Paaren, wobei die beiden Teilleiter eines Teilleiter-Paars jeweils vertikal beabstandet und einander unmittelbar zugewandt sind. Alle Teilleiter verlaufen quer zu den Querträgern und parallel zueinander. Jeder Teilleiter ist beispielsweise als flacher schienenförmiger Stromleiter ausgebildet und besteht meist aus Elektrokupfer. Das Querschnittsprofil (der Querschnitt) der Teilleiter ist meist jeweils ein Rechteck. Alternative Querschnittsprofile sind runde Hohlleiter-Profile, U-Profile und dergleichen. Die Teilleiter sind elektrisch isoliert mittels Schrauben an den Querträgern befestigt und liegen mit einer ihrer Flachseiten am Querträger an.
-
Aus der
WO 2007/ 033 946 A1 und der
DE 10 2005 047 689 A1 sind Sammelschienenanordnungen für elektrische Schaltanlagen bekannt, deren Teilleiter in Teilleitergruppen angeordnet und jeweils aus nebeneinander liegenden Teilleiterpaaren gebildet sind. Dabei sind die beiden Teilleiter eines Teilleiterpaars gegenüber den beiden Teilleitern eines anderen Teilleiterpaars höhenversetzt angeordnet. Bei Teilleitergruppen mit sechs Teilleitern sind z.B. die beiden mittleren Teilleiter der aus drei Teilleiterpaaren gebildeten Teilleitergruppen in einer gegenüber den äußeren Teilleitern höhenversetzten Lage gehalten. Sie ragen jeweils quer zur Sammelschienenlängsrichtung über die vorderen und hinteren Teilleiter hinaus.
-
Weiter ist aus der
DE 41 00 070 A1 (in der
DE 10 2005 047 689 A1 genannt) ein Positionstausch von Teilleitern entlang ihrer Längserstreckung an sogenannten Kreuzungspunkten bekannt. Dabei tauschen in Teilleiterlängserstreckung gesehen zwei Teilleiter vor und hinter einem Kreuzungspunkt jeweils ihre Position und Lage innerhalb einer Sammelschienenanordnung.
-
Durch den Einsatz bei üblichen Netzfrequenzen von 50/60 Hz kommt es auf Grund von Stromverdrängungseffekten zu einer inhomogenen Stromdichteverteilung und erhöhten Verlusten in den Teilleitern. Zudem verursacht das magnetische Wechselfeld, das die Teilleiter umgibt, Wirbelstrom- und Ummagnetisierungsverluste in den Gerüst- und Umhüllungsteilen. Alle diese Verluste sind mit einer unerwünschten Erwärmung der Teilleiter der Schienenanordnung sowie der Gerüst- und Umhüllungssteile verbunden.
-
Für jede Anordnung der Teilleiter einer Schienenanordnung lässt sich durch Messung ein maximal zulässiger Strom bestimmen, bei dem sich eine vorgegebene Grenztemperatur an einem von mehreren Messpunkten bei einer festgelegten Strom-Belastung einstellt. Für eine symmetrische Strom-Belastung lässt man messtechnisch jeweils einen Strom desselben Effektivwerts und derselben Frequenz durch die Außenleiter der Schienenanordnung fließen. Die durch die Außenleiter fließenden Ströme haben dabei eine Phasenverschiebung von jeweils etwa 120 Grad zueinander. In der Praxis wird die Messung so durchgeführt, dass man an die Außenleiter an einem Ende eine entsprechende Wechselspannung anlegt, während die Außenleiter am anderen Ende kurzgeschlossen werden. Der Effektivwert des Wechselstroms wird kontinuierlich (oder schrittweise) vergrößert, während an (z.B. von einer Norm vorgegebenen) Messpunkten an den Teilleitern, am Gerüst und an den Umhüllungen jeweils die Temperatur gemessen wird. Der Strom, d.h. der Effektivwert des Stroms durch die Außenleiter, der zu einer Grenztemperatur als vorgegebene Bedingung an einem der Messpunkte führt, ist (per Definition) der maximal zulässige Strom dieser Schienenanordnung.
-
Die aus den Verlusten resultierende Erwärmung führt so zu einer Begrenzung des maximal zulässigen Stroms, der quasi die Stromtragfähigkeit der Schienenanordnung bestimmt. Die Stromtragfähigkeit ist aufgrund der Erreichung der vorgegeben Grenztemperatur bei einem der Teilleiter oder einem der Gerüst- und Umhüllungsteile (soweit diese im Einflussbereich der Magnetfelder der Teilleiter liegen) begrenzt. Damit bestimmt die Schienenanordnung wesentlich die Stromtragfähigkeit von Schaltfeldern einer Schaltanlage, was von großer wirtschaftlicher Bedeutung ist, da in diesem Bereich innerhalb der Anlage die größten Stromstärken auftreten. Allgemein ist die Stromtragfähigkeit von der Konfiguration der Schienenanordnung abhängig, die insbesondere die Anordnung der Teilleiter der aktiven Leiter umfasst.
-
Es kommt also darauf an, hohe Stromstärken möglichst verlustarm zu führen und damit für eine hohe Stromtragfähigkeit zu sorgen.
-
Die Aufgabe der Erfindung ist eine Schienenanordnung und insbesondere ein aus mehreren einzelnen Schienenanordnungen gebildetes Schienensystem mit deutlich verbesserter Stromtragfähigkeit. Weiter ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Ermittlung der Stromtragfähigkeit einer zweiten Schienenanordnung und eines zweiten Schienensystems im Vergleich zu der Stromtragfähigkeit einer ersten Schienenanordnung bzw. eines entsprechenden ersten Schienensystems anzugeben, das es insbesondere ermöglicht, zu entscheiden, ob eine gegenüber einer ersten Schienenanordnung (eines ersten Schienensystems) geänderte zweite Schienenanordnung (geändertes zweites Schienensystem) eine signifikant bessere Stromtragfähigkeit aufweist.
-
Weiter soll es das Verfahren ermöglichen, für einen maximal zulässigen frequenten Strom der ersten Schienenanordnung (des ersten Schienensystems) den maximal zulässigen frequenten Strom der geänderten zweiten Schienenanordnung (des geänderten zweiten Schienensystems) zu ermitteln. Ein maximal zulässiger Strom ist derzeit meist nur für eine symmetrische Strom-Belastung bekannt.
-
Die Aufgabe wird bezogen auf die Schienenanordnung durch die Merkmale des Anspruchs 1, bezogen auf das Schienensystem durch die Merkmale des Anspruchs 9 und bezogen auf das Verfahren durch die Merkmale des Anspruchs 12 gelöst; die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen dar.
-
Die Lösung sieht bezogen auf die Schienenanordnung vor, dass unmittelbar neben zumindest einem der beiden Haupt-Teilleiter der Haupt-Teilleiter-Paare zumindest der Außenleiter jeweils zumindest ein Teilleiter der aktiven Leiter als Neben-Teilleiter angeordnet und so dem Haupt-Teilleiter und dem Haupt-Teilleiter-Paar zugeordnet ist, wobei jeweils zumindest ein Neben-Teilleiter eines Haupt-Teilleiter-Paars eines Außenleiters zu einem anderen aktiven Leiter als das (dem Neben-Teilleiter zugeordnete) Haupt-Teilleiter-Paar gehört, und dass jeder Neben-Teilleiter jeweils vom ersten Zwischenraum des ihm zugeordneten Haupt-Teilleiter-Paars aus quer zur Teilleiter-Längserstreckung (in Querträger-Längserstreckung) gesehen gegenüber dem ihm zugeordneten Haupt-Teilleiter um einen Versatz nach hinten versetzt angeordnet ist.
-
Insbesondere wird vorgeschlagen, dass an (zumindest) einem Haupt-Teilleiter-Paar der Außenleiter mehrere Neben-Teilleiter angeordnet sind, wobei a) bei zwei Neben-Teilleitern an einem Haupt-Teilleiter-Paar diese beiden Neben-Teilleiter aa) beidseitig neben einem der beiden Haupt-Teilleiter entweder oberhalb oder unterhalb des ersten Zwischenraums angeordnet sind oder ab) auf ein und derselben Seite oberhalb und unterhalb des ersten Zwischenraums neben den beiden Haupt-Teilleitern angeordnet sind oder ac) auf verschiedenen Seiten oberhalb und unterhalb des ersten Zwischenraums neben einem der beiden Haupt-Teilleiter angeordnet sind, wobei b) bei drei Neben-Teilleitern an einem Haupt-Teilleiter-Paar zwei Neben-Teilleiter beidseitig neben einem der beiden Haupt-Teilleiter und ein Neben-Teilleiter neben dem anderen Haupt-Teilleiter angeordnet sind, und wobei c) bei vier Neben-Teilleitern an einem Haupt-Teilleiter-Paar zwei Neben-Teilleiter beidseitig neben den beiden Haupt-Teilleitern angeordnet sind.
-
Zweckmäßigerweise liegen alle Neben-Teilleiter, die sich auf einer Seite neben der Haupt-Teilleiter-Ebene befinden, jeweils in einer gemeinsamen Neben-Teilleiter-Ebene, die parallel zur Haupt-Teilleiter-Ebene verläuft.
-
Die Stromtragfähigkeit lässt sich weiter verbessern, wenn zumindest zwei Neben-Teilleiter zweier unmittelbar hintereinander liegender Haupt-Teilleiter-Paare auf einer der beiden Seiten einander unmittelbar gegenüberliegen und mit einem zweiten Abstand quer zur Teilleiter-Längserstreckung gesehen angeordnet sind und so ein zwischen den Haupt-Teilleiter-Paaren liegendes erstes (inneres) Neben-Teilleiter-Paar bilden.
-
Weiter ist es von Vorteil, wenn zumindest einem Neben-Teilleiter, der mit keinem anderen Neben-Teilleiter ein erstes Neben-Teilleiter-Paar bildet, ein Teilleiter, der zu keinem Haupt-Teilleiter-Paar gehört, mit einem quer zur Teilleiter-Längserstreckung gesehen zweiten Abstand unmittelbar gegenüberliegend angeordnet ist, und wenn der jeweilige Neben-Teilleiter und der diesem unmittelbar gegenüberliegende Teilleiter in der Neben-Teilleiter-Ebene liegen und ein nicht zwischen den Haupt-Teilleiter-Paaren liegendes zweites Neben-Teilleiter-Paar bilden.
-
Eine weitere Verbesserung lässt sich erzielen, wenn alle Neben-Teilleiter zu einem ersten inneren oder zweiten äußeren Neben-Teilleiter-Paar und die Neben-Teilleiter der Neben-Teilleiter-Paare jeweils zu demselben aktiven Leiter gehören.
-
Die Montage vereinfacht sich, wenn der zweite Abstand jeweils gleich groß wie der erste Abstand ist.
-
Vorteilhaft ist es, wenn jeder Neben-Teilleiter zu einem anderen aktiven Leiter als das zugeordnete Haupt-Teilleiter-Paar gehört.
-
Weiter kann es von Vorteil sein, wenn alle Teilleiter des Neutralleiters als Gruppe angeordnet sind, die paarweise einander unmittelbar zugewandt sind und Neutralleiter-Paare mit einem Neutralleiter-Abstand voneinander unter Belassung eines Neutralleiter-Zwischenraums bilden, welche zumindest in einer der Teilleiter-Ebenen liegen und quer zur Teilleiter-Längserstreckung (in Querträger-Längserstreckung) nebeneinander angeordnet sind, wobei die Mitte der dritten Zwischenräume der Neutralleiter-Paare quer zur Teilleiter-Längserstreckung (in Querträger-Längserstreckung) gesehen jeweils auf gleicher Höhe liegt (die Mittelebenen der Neutralleiter-Zwischenräume, die quer zur Querträger-Längserstreckung verlaufen, fluchten zueinander).
-
Die Lösung sieht bezogen auf das aus zwei (allgemein mehreren) Schienenanordnungen bestehende Schienensystem vor, dass zwei (allgemein mehrere) Schienenanordnungen parallel nebeneinander angeordnet sind, wobei die Mitte der ersten Zwischenräume der parallelen Haupt-Teilleiter-Paare der beiden Schienenanordnungen quer zur Teilleiter-Längserstreckung (und quer zur Querträger-Längserstreckung) gesehen auf gleicher Höhe (Querträgerhöhe) liegen (wobei die Mitten der ersten Zwischenräume jeweils in einer gemeinsamen Mittelebene liegen).
-
Vorteilhafterweise sind die beiden Neben-Teilleiter-Ebenen einer Schienenanordnung gegenüber den beiden Neben-Teilleiter-Ebenen der anderen Schienenanordnung vertauscht angeordnet.
-
Alternativ dazu ist es vorteilhaft, wenn die zwischen den beiden Haupt-Teilleiter-Ebenen liegenden Neben-Teilleiter-Ebenen zusammenfallen und eine gemeinsame Neben-Teilleiter-Ebene bilden.
-
Die Lösung sieht bezogen auf das Verfahren vor, dass rechnerisch ein und derselbe vorgegebene Strom mit ein und derselben vorgegebenen Frequenz in die aktiven Leiter sowohl der ersten Schienenanordnung als auch der zweiten Schienenanordnung eingespeist wird (dabei können die Ströme innerhalb eines Systems unterschiedliche Effektivwerte und Phasenlagen haben), dass die Verlustleistungen der Teilleiter berechnet werden, dass für jede Schienenanordnung die berechneten Verlustleistungen der Teilleiter untereinander verglichen werden, und dass die größten berechneten Verlustleistungen der Teilleiter der beiden Schienenanordnungen miteinander verglichen werden, wobei die Stromtragfähigkeit der zweiten Schienenanordnung größer ist als die der ersten Schienenanordnung, wenn die größte Verlustleistung der Teilleiter der zweiten Schienenanordnung um eine vorgegebene Mindest-Differenz kleiner ist als die größte Verlustleistung der Teilleiter der ersten Schienenanordnung. Das Verfahren kann damit auch zum Auffinden einer (zweiten) Schienenanordnung mit größerer Stromtragfähigkeit verwendet werden. Es erfolgt also ein Vergleich für einen vorgegebenen Strom mit einer vorgegebenen Frequenz. Das Ergebnis gibt auch für einen Strom, der aufgrund einer vorgegebenen Bedingung kleiner ist als der maximal zulässige Strom der ersten Schienenanordnung (des ersten Schienensystems) eine Aussage darüber, ob und tendenziell wie stark sich die Stromtragfähigkeit der zweiten Schienenanordnung (des zweiten Schienensystems) gegenüber der ersten Schienenanordnung (des ersten Schienensystems) verbessert hat.
-
Zweckmäßigerweise ist der eingespeiste Strom gleich einem aufgrund einer vorgegebenen Bedingung maximal zulässigen Strom der ersten Schienenanordnung.
-
Zur rechnerischen Ermittlung des maximal zulässigen Stroms der zweiten Schienenanordnung wird der in die zweite Schienenanordnung eingespeiste Strom, insbesondere ausgehend von dem maximal zulässigen Strom der ersten Schienenanordnung, solange erhöht, bis die größte Verlustleistung der Teilleiter der zweiten Schienenanordnung gleich groß wie die größte Verlustleistung der Teilleiter der ersten Schienenanordnung ist. Um von dem maximal zulässigen Strom der ersten Schienenanordnung auszugehen, muss deren Stromtragfähigkeit sinnvollerweise kleiner als die der zweiten Schienenanordnung sein.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 ein Querschnitt durch die Teilleiter einer ersten Schienenanordnung mit sechs Teilleitern pro aktivem Leiter eines Schaltfelds,
- 2 ein Schaltfeld einer Schaltanlage mit einer zweiten Schienenanordnung mit sechs Teilleitern pro aktivem Leiter,
- 3 den zugehörigen Querschnitt durch die Teilleiter TL der zweiten Schienenanordnung SO2 gemäß 2,
- 4 ein einzelnes Schaltfeld einer Schaltanlage mit einer weiteren zweiten Schienenanordnung, bei der die Neutralleiter als Gruppe angeordnet sind,
- 5 den Querschnitt durch die Teilleiter der zweiten Schienenanordnung gemäß 4,
- 6 einen Querschnitt durch ein Schienensystem, bei dem zwei Schienenanordnungen gemäß 3 parallel nebeneinander angeordnet sind,
- 7 einen Querschnitt durch ein Schienensystemen, bei dem zwei Schienenanordnungen gemäß 3 in spezieller Weise parallel nebeneinander angeordnet sind,
- 8 einen Querschnitt durch eine Schienenanordnung, bei der die Teilleiter analog zu 5 als Gruppe vorhanden sind,
- 9 einen Querschnitt durch eine zweite Schienenanordnung mit vier Teilleitern pro aktivem Leiter,
- 10 einen Querschnitt durch die Teilleiter TL einer zu 9 alternativen zweiten Schienenanordnung,
- 11 einen weiteren Querschnitt durch die Teilleiter TL einer weiteren alternativen zweiten Schienenanordnung,
- 12 einen Querschnitt durch ein Schienensystem, das aus zwei parallelen zweiten Schienenanordnungen gemäß 10 gebildet ist,
- 13 einen Querschnitt durch ein Schienensystem, das aus zwei parallel nebeneinander angeordneten zweiten Schienenanordnungen gemäß 10 mit vertauschten Seiten gebildet ist,
- 14 ein Verfahren zum Vergleich zweier Schienenanordnungen in Bezug auf ihre Stromtragfähigkeit und
- 15 ein Verfahren zur rechnerischen Ermittlung des maximal zulässigen Wechselstroms der zweiten Schienenanordnung.
-
In 1 ist ein Querschnitt durch die Teilleiter TL einer bekannten typischen ersten Schienenanordnung SO1 einer Sammelschiene S eines Schaltfelds schematisch dargestellt. Die erste Schienenanordnung SO1 besteht aus vier aktiven Leitern A4, die man in drei Außenleiter L1, L2, L3 und einen Neutralleiter N unterteilt. Die vier aktiven Leiter A4 sind in Form von vier räumlich zusammenhängenden und vertikal untereinander angeordneten Gruppen G, GN von jeweils sechs Teilleitern TL angeordnet. In 1 ist gezeigt, zu welchem Außenleiter L1, L2, L3 und Neutralleiter N die Teilleiter TL jeweils gehören (an welche Phase sie angeschlossen sind). Jede Gruppe G, GN besteht aus drei horizontal nebeneinander liegenden Teilleiter-Paaren TLP, wobei die beiden Teilleiter TL eines Teilleiter-Paars TLP jeweils mit einem Abstand DN (Neutralleiter-Abstand), D0 (Außenleiter-Abstand) voneinander unter Belassung eines entsprechenden Zwischenraums ZN (Neutralleiter-Zwischenraum), Z0 (Außenleiter-Zwischenraum) vertikal beabstandet und einander unmittelbar zugewandt sind. Dabei kann der Abstand DN, D0 der beiden Teilleiter TL der mittleren Teilleiter-Paare TLP jeweils auch etwas größer sein als der Abstand DN, D0 der beiden Teilleiter TL der seitlichen Teilleiter-Paare TLP. Alle Teilleiter TL verlaufen horizontal parallel zueinander und weisen einen rechteckigen Querschnitt auf. Die mittleren Teilleiter-Paare TLP liegen in einer mittleren vertikalen Ebene MTS (mittlere gestrichelte Linie) und die seitlichen Teilleiter-Paare TLP in zwei beidseitig der mittleren Ebene MTS angeordneten seitlichen Ebenen STS (seitliche gestrichelte Linien), die parallel zur mittleren Ebene MTS angeordnet sind. Die Teilleiter TL sind an vertikalen Querträgern Q mit einer vertikalen Querträger-Längserstreckung QTE befestigt, die quer zur Teilleiter-Längserstreckung TLE verläuft (in 1 nicht dargestellt).
-
Die Anschlussstellen AP der vier aktiven Leiter A4 befinden sich hier also beispielhaft in der gemeinsamen rechten Ebene STS, könnten sich aber auch in der Ebene MTS oder der linken Ebene STS befinden.
-
2 zeigt ein einzelnes Schaltfeld SF einer Schaltanlage mit einer zweiten Schienenanordnung SO2 einer Sammelschiene in einer schematischen räumlichen Darstellung und 3 den zugehörigen Querschnitt durch die Teilleiter TL der zweiten Schienenanordnung SO2 gemäß 2, wobei der Querschnitt in analoger Weise zu 1 schematisch dargestellt ist. Die Teilleiter TL sind nachfolgendend auch speziell mit HTL, HTLu, HTLo, NTL und TL2 bezeichnet. Die zweite Schienenanordnung SO2 ist hier durch Änderung der Anordnung der Teilleiter TL der ersten Schienenanordnung SO1 gebildet, wobei die (Gesamt-)Zahl der Teilleiter TL beibehalten wurde. Im Unterschied zur ersten Schienenanordnung SO1 sind alle vier Gruppen G, GN (s. 1) in der zweiten Schienenanordnung SO2 (s. 2) aufgelöst. Es sind immer noch die drei vertikalen Ebenen STS, MTS, STS vorhanden, in denen die Teilleiter TL paarweise angeordnet sind. Der Abstand der Ebenen STS, MTS, STS ist ebenfalls beibehalten worden, hätte aber auch vergrößert oder verkleinert sein können. Die vertikalen Ebenen STS und MTS sowie MTS und STS haben hier beispielhaft denselben Abstand voneinander. Alle Teilleiter TL sind an zwei vertikalen Querträgern Q befestigt und die Befestigungsstellen der Teilleiter TL an den Querträgern Q sind entsprechend in Querträger-Längserstreckung QTE (quer zur Teilleiter-Längserstreckung TLE) hintereinander an den Querträgern Q angeordnet. Sie sind als flache schienenförmige Stromleiter mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet und liegen mit zumindest einer ihrer Flachseiten elektrisch isoliert am jeweiligen Querträger Q an.
-
Die Querträger-Längserstreckung QTE ist in 2 und 3 eingezeichnet und verläuft hier vertikal und die Teilleiter-Längserstreckung TLE entsprechend horizontal; die Querträger-Längserstreckung QTE und die Teilleiter-Längserstreckung TLE verlaufen damit quer zueinander. Die Querträger Q erstrecken sich in Richtung R1 gesehen vertikal nach oben und in Richtung R2 gesehen vertikal nach unten.
-
Die zweite Schienenanordnung SO2 weist unverändert, wie die erste Schienenanordnung SO1, vier aktive Leiter A4 auf, die wieder aus drei Außenleitern L1, L2, L3 und einem Neutralleiter N gebildet sind. Man kann alternativ und etwas allgemeiner die aktiven Leiter A4 auch als erste Stromleiter (active wire), die Außenleiter L1, L2, L3 auch als zweite Stromleiter (phase wire) und die Neutralleiter N auch als dritte Stromleiter (neutral wire) bezeichnen, d.h. man kann die Bezeichnungen in der gesamten Beschreibung (einschließlich der Patentansprüche) auch jeweils entsprechend austauschen.
-
Die aktiven Leiter A4 umfassen (wie in 1) jeweils sechs Teilleiter TL. Alle Teilleiter TL verlaufen parallel zueinander. Die Querschnittsflächen aller Teilleiter TL sind hier gleich große Rechtecke, die Querschnittsflächen und ihre rechteckige Form wurden gegenüber 1 ebenfalls nicht geändert, hätten aber als Abwandlung gegenüber der ersten Schienenanordnung SO1 in 1 auch geändert werden können. Das Querschnittsprofil der Teilleiter TL ist also jeweils ein Rechteckprofil.
-
In 3 sind die rechteckigen Querschnittsprofile (Querschnitte) der Teilleiter TL in ihrer Anordnung zueinander und ihren Abständen voneinander gezeigt. Die Querschnittsflächen aller Teilleiter TL weisen vertikale Abstände D1, D2, D3 und horizontale Abstände D4 voneinander auf. Weiter ist in 3 wie in 1 gezeigt, zu welchem Außenleiter L1, L2, L3 und Neutalleiter N die Teilleiter TL jeweils gehören (an welche Phase sie angeschlossen sind). Wie bereits aus 2 entnehmbar ist, bleiben die Querschnitte längs der Teilleiter TL gleich und alle Teilleiter TL weisen in Teilleiter-Längserstreckung TLE dasselbe Querschnittsprofil, ein Rechteckprofil, auf.
-
Zwei Teilleiter TL jedes aktiven Leiters A4 sind in Querträger-Längserstreckung QTE (quer zur Teilleiter-Längserstreckung TLE) jeweils mit einem vorgegebenen ersten Abstand D1 voneinander beabstandet und unter Belassung eines ersten Zwischenraums Z1 unmittelbar hintereinander angeordnet. Diese beiden Teilleiter TL der aktiven Leiter A4 bilden jeweils die beiden Haupt-Teilleiter HTL eines Haupt-Teilleiter-Paars HTP. Alle Haupt-Teilleiter-Paare HTP haben in Querträger-Längserstreckung QTE (quer zur Teilleiter-Längserstreckung TLE) jeweils einen Abstand D3 voneinander, hier beispielhaft denselben vertikalen Abstand D3.
-
Die Haupt-Teilleiter-Paare HTP der aktiven Leiter A4 liegen in einer gemeinsamen Ebene, nachfolgend als Haupt-Teilleiter-Ebene MTS bezeichnet, die (hier vertikal) längs durch die Haupt-Teilleiter HTL verläuft. In der Haupt-Teilleiter-Ebene MTS liegen zahlenmäßig genauso so viele Haupt-Teilleiter-Paare HTP wie aktive Leiter A4 vorhanden sind.
-
Die beiden Haupt-Teilleiter HTL eines Haupt-Teilleiter-Paars HTP gehören jeweils zu demselben aktiven Leiter A4. An den Haupt-Teilleiter-Paaren HTP befinden sich Anschlussstellen (oder Anschlusspunkte) AP der aktiven Leiter A4. Die Anschlussstellen AP sind die Stellen an den Haupt-Teilleiter-Paaren HTP, an denen sich die Stromabgänge oder Einspeisungen der aktiven Leiter A4 befinden. An den Anschlussstellen AP verlaufen Anschlussmittel in Form von beispielsweise Schrauben hier jeweils durch den Zwischenraum Z1 eines Haupt-Teilleiter-Paars HTP hindurch, welche die beiden Haupt-Teilleiter HTL des zugehörigen Haupt-Teilleiter-Paars HTP und den zugehörigen Stromabgang kraftbeaufschlagt verbinden.
-
Man kann hier bezogen auf die zweite Schienenanordnung SO2 in 2 und 3 auch sagen, die Haupt-Teilleiter-Paare HTP sind hier ausführungsgemäß (definiert als) die Teilleiter-Paare TLP, an denen die Anschlussstellen AP angeordnet sind.
-
Die Anschlussstellen AP der vier aktiven Leiter A4 befinden sich hier also beispielhaft in der gemeinsamen Haupt-Teilleiter-Ebene MTS, also bei drei Ebenen STS, MTS, STS wie hier an der mittleren Ebene, was eine spezielle vorteilhafte Ausführung ist. Grundsätzlich können sich die Anschlusspunkte AP aber auch in verschiedenen vertikalen Ebenen HTS oder NTS befinden.
-
Die Anschlussstellen AP sind hier bei der zweiten Schienenanordnung SO2 außerdem unabhängig von der Anzahl der Teilleiter TL der aktiven Leiter A4 innerhalb des Gerüsts GR und damit im Schaltfeld SF jeweils an derselben Stelle und damit jeweils an derselben Gerüst-Position angeordnet, obwohl die Anzahl der Teilleiter TL eines aktiven Leiters A4 für unterschiedliche (maximal zulässige) Stromstärken in der Regel verschieden ist. Das hat den Vorteil, dass ein und dasselbe Schaltfeld mit seinem Gerüst GR (seiner Gerüstkonstruktion) für viele verschiedene Schienenanordnungen SO verwendet werden kann, insbesondere unabhängig von der Anzahl der Teilleiter TL.
-
Bis auf das unterste Haupt-Teilleiter-Paar HTPu sind unmittelbar neben jedem der beiden Haupt-Teilleiter HTL der Haupt-Teilleiter-Paare HTP jeweils zwei Teilleiter TL angeordnet, also auf jeder der beiden Seiten ein Teilleiter TL, die im Folgenden als Neben-Teilleiter NTL bezeichnet werden und dem Haupt-Teilleiter HTL und damit dem Haupt-Teilleiter-Paar HTP jeweils zugeordnet sind. Umgekehrt sind entsprechend die Haupt-Teilleiter HTL auch dem jeweiligen Neben-Teilleiter NTL zugeordnet.
-
Bei dem untersten Haupt-Teilleiter-Paar HTPu sind aa) nur unmittelbar neben dem oberen (in Richtung R1 gesehen) der beiden Haupt-Teilleiter HTL zwei Teilleiter TL als Neben-Teilleiter NTL angeordnet und dem Haupt-Teilleiter-Paar HTPu zugeordnet.
-
Jeder Neben-Teilleiter NTL ist jeweils vom ersten Zwischenraum Z1 des ihm zugeordneten Haupt-Teilleiter-Paars HTP aus in Querträger-Längserstreckung QTE gesehen gegenüber dem ihm zugeordneten Haupt-Teilleiter HTL um einen Versatz V nach hinten versetzt angeordnet.
-
Vom ersten Zwischenraum Z1 aus kann man einmal in Richtung R1 auf einen (den oberen) Haupt-Teilleiter HTL eines Haupt-Teilleiter-Paars HTP oder aber in umgekehrter Richtung, also in Richtung R2, auf den anderen (den unteren) Haupt-Teilleiter HTL dieses Haupt-Teilleiter-Paars HTP schauen. In jedem Falle sind die Neben-Teilleiter NTL, wenn man auf den ihnen zugeordneten Haupt-Teilleiter HTL schaut, gegenüber diesem zugeordneten Haupt-Teilleiter HTL um einen Versatz V nach hinten versetzt angeordnet. Der Versatz V ist hier für alle Neben-Teilleiter NTL jeweils gleich groß.
-
Der Versatz ist in 3 so gewählt, dass sich die Rechtecke der Haupt-Teilleiter HTL und der zugeordneten Neben-Teilleiter NTL quer zur Querträger-Längserstreckung QTE gesehen überlappen (überdecken). Grundsätzlich muss dies nicht der Fall sein.
-
Bis auf das unterste Haupt-Teilleiter-Paar HTPu sind in 3 an jedem Haupt-Teilleiter-Paar HTP vier Neben-Teilleiter NTL angeordnet, c) zwei Neben-Teilleiter NTL also beidseitig neben den beiden Haupt-Teilleitern HTL.
-
3 zeigt weiter, dass neben zwei unmittelbar hintereinander angeordneten Haupt-Teilleiter-Paaren HTP jeweils zwei Neben-Teilleiter NTL auf beiden Seiten einander unmittelbar gegenüberliegen, und zwar allgemein mit einem zweiten Abstand D2 in Querträger-Längserstreckung QTE gesehen, wobei der zweite Abstand D2 hier beispielhaft gleich dem ersten Abstand D1 ist. Die beiden zwischen zwei Haupt-Teilleiter-Paaren HTP einander auf einer Seite unmittelbar gegenüberliegenden Neben-Teilleiter NTL bilden jeweils ein inneres oder erstes Neben-Teilleiter-Paar NTP.
-
Weiter zeigt 3, dass die beiden Neben-Teilleiter NTL des (in Richtung R1 gesehen) oberen Haupt-Teilleiters HTLo des obersten Haupt-Teilleiter-Paars HTPo mit keinem anderen Neben-Teilleiter NTL ein erstes (inneres) Neben-Teilleiter-Paar bilden NTP, sondern dass jeweils ein zu keinem Haupt-Teilleiter-Paar gehörender Teilleiter TL2 mit einem zweiten Abstand D2 (hier gleich dem Abstand D1) in Querträger-Längserstreckung (und quer zur Teilleiter-Längserstreckung) in Richtung R1 gesehen dem jeweiligen Neben-Teilleiter NTL unmittelbar gegenüberliegend angeordnet ist. Dieser dem Neben-Teilleiter NTL unmittelbar gegenüberliegende Teilleiter TL2 bildet zusammen mit diesem Neben-Teilleiter NTL ein äußeres oder zweites Neben-Teilleiter-Paar NTP2. Entsprechend ist am obersten Haupt-Teilleiter-Paar HTPo auf beiden Seiten jeweils ein zweites (äußeres) Neben-Teilleiter-Paar NTP2 angeordnet.
-
Die Neben-Teilleiter NTL in 3 gehören also entweder zu einem inneren Neben-Teilleiter-Paar NTP oder zu einem äußeren Neben-Teilleiter-Paar NTP2, wobei die Neben-Teilleiter-Paare NTP, NTP2 jeweils in einer der beiden Neben-Teilleiter-Ebenen NTS liegen (angeordnet sind), die parallel zur Haupt-Teilleiter-Ebene HTS verlaufen (angeordnet sind). Die auf der einen Seite liegenden Neben-Teilleiter-Paare NTP, NTP2 sind also alle in der auf dieser Seite liegenden (gemeinsamen) Neben-Teilleiter-Ebene NTS angeordnet und die auf der anderen Seite liegenden Neben-Teilleiter-Paare NTP, NTP2 sind also alle in der auf dieser anderen Seite liegenden (gemeinsamen) Neben-Teilleiter-Ebene NTS angeordnet.
-
Alle Neben-Teilleiter NTL der inneren oder äußeren Neben-Teilleiter-Paare NTP, NTP2 gehören weiter jeweils zu demselben aktiven Leiter A4, aber jeweils zu einem anderen aktiven Leiter A4 als das Haupt-Teilleiter-Paar HTP, dem die Neben-Teilleiter NTL, TL2 zugeordnet sind.
-
Alle Teilleiter TL gehören zu Teilleiter-Paaren TLPN, NTP, NTP2, HTP, HTPu, HTPo.
-
4 zeigt ein einzelnes Schaltfeld SF einer Schaltanlage mit einer weiteren zweiten Schienenanordnung SO2N mit sechs Teilleitern TL pro aktivem Leiter A4 in einer schematischen räumlichen Darstellung.
-
5 zeigt den zugehörigen Querschnitt durch die Teilleiter TL der zweiten Schienenanordnung SO2N gemäß 4 analog zu 3.
-
Diese zweite Schienenanordnung SO2N ist hier wieder durch Änderung der Anordnung der Teilleiter TL der ersten Schienenanordnung SO1 gebildet und die Zahl der Teilleiter TL beibehalten worden. Im Unterschied zu der zweiten Schienenanordnung SO2 von 2 und 3 sind nur drei Gruppen G von 1 aufgelöst worden, nämlich die der Außenleiter L1, L2, L3, nicht aber die Gruppe GN der Neutralleiter N.
-
Alle Teilleiter TL des Neutralleiters N sind weiter als Gruppe GN vorhanden und deren Teilleiter TLN einander paarweise unmittelbar zugewandt. Die Neutralleiter-Paare TLPN sind mit einem Abstand DN voneinander unter Belassung eines Zwischenraums ZN angeordnet. Weiter liegen die Neutralleiter-Paare TLPN jeweils in einer der drei Teilleiter-Ebenen STS, MTS, STS und sind quer zur Querträger-Längserstreckung QTE und quer zur Teilleiter-Längserstreckung TLE nebeneinander angeordnet. Die Mitte der Zwischenräume ZN der Neutralleiter-Paare TLPN liegt quer zur Querträger-Längserstreckung QTE gesehen jeweils auf gleicher Querträgerhöhe QTH (hier auf gleicher vertikaler Höhe), mit anderen Worten: Die Mittelebenen EN der Zwischenräume ZN, die quer zur Querträger-Längserstreckung QTE verlaufen, fluchten zueinander.
-
Die Teilleiter TL der drei Außenleiter L1, L2, L3 bilden analog zur zweiten Schienenanordnung SO2 gemäß 3 wieder Haupt-Teilleiter HTL von Haupt-Teilleiter-Paaren HTP und Neben-Teilleiter NTL von Neben-Teilleiter-Paaren NTP. Die Teilleiter TL sind nachfolgendend wieder speziell mit HTL, HTLu, HTLo, NTL und TL2 bezeichnet. Die Anschlussstelle AP der Gruppe GN der Neutralleiter N liegt dagegen in eine der beiden Teilleiter-Ebenen STS, hier in der linken Teilleiter-Ebene STS.
-
Das unterste Haupt-Teilleiter-Paar HTPu weist wieder nur unmittelbar neben dem oberen der beiden Haupt-Teilleiter HTLu jeweils zwei Neben-Teilleiter NTL auf.
-
Weiter zeigt 5, dass die beiden Neben-Teilleiter NTL des oberen Haupt-Teilleiters HTLo des obersten Haupt-Teilleiter-Paars HTPo (unterhalb der Gruppe GN der Neutralleiter N) mit keinem anderen Neben-Teilleiter NTL ein erstes (inneres) Neben-Teilleiter-Paar NTP bilden, sondern dass jeweils ein zu keinem Haupt-Teilleiter-Paar HTP gehörender Teilleiter TL2 mit einem zweiten Abstand D2 in Querträger-Längserstreckung (und quer zur Teilleiter-Längserstreckung) gesehen dem jeweiligen Neben-Teilleiter NTL unmittelbar gegenüberliegend angeordnet ist. Dieser dem Neben-Teilleiter NTL unmittelbar gegenüberliegende Teilleiter TL2 bildet zusammen mit diesem Neben-Teilleiter NTL ein zweites (äußeres) Neben-Teilleiter-Paar NTP2. Entsprechend ist am oberen Haupt-Teilleiter-Paar HTPo auf beiden Seiten jeweils ein zweites (äußeres) Neben-Teilleiter-Paar NTP2 angeordnet.
-
Alle Neben-Teilleiter NTL der inneren oder äußeren Neben-Teilleiter-Paare NTP, NTP2 gehören weiter jeweils zu demselben Außenleiter L1, L2, L3, aber nicht mehr jeweils zu einem anderen Außenleiter L1, L2, L3 als das Haupt-Teilleiter-Paar HTP, dem die Neben-Teilleiter NTL zugeordnet sind.
-
Alle Teilleiter TL gehören zu Teilleiter-Paaren TLPN, NTP, NTP2, HTP, HTPu, HTPo.
-
6 zeigt einen Querschnitt durch ein Schienensystem SS2, das eine Schienenanordnung SO2-Ds aufweist, bei der zwei Schienenanordnungen SO2 gemäß 3 parallel nebeneinander angeordnet sind. Dabei sind die beiden Neben-Teilleiter-Ebenen NTS der Schienenanordnung SO2 auf der rechten Seite (bezogen auf die in der Mitte liegenden Strich-Punkt-Linie SPL) gegenüber den beiden Neben-Teilleiter-Ebenen NTS der Schienenanordnung SO2 auf der linken Seite vertauscht (spiegelsymmetrisch angeordnet). Die Mitten der ersten Zwischenräume Z1 der parallelen Haupt-Teilleiter-Paare HTPu, HTP, HTPo der beiden Schienenanordnungen SO2 liegen wieder quer zur Querträger-Längserstreckung QTE gesehen auf gleicher Querträgerhöhe QTH, d.h. die Mitten der ersten Zwischenräume Z1 liegen jeweils in einer gemeinsamen Mittelebene EN. In 6 ist wieder nur eine Mittelebene EN beispielhaft eingezeichnet.
-
7 zeigt einen Querschnitt durch ein Schienensystem SS2, das eine Schienenanordnung SO2-Dz aufweist, bei der zwei Schienenanordnungen SO2 gemäß 3 derart parallel nebeneinander angeordnet sind, dass die zwischen den beiden Haupt-Teilleiter-Ebenen HTS liegenden Neben-Teilleiter-Ebenen NTS zu einer gemeinsamen Neben-Teilleiter-Ebene NTSz zusammenfallen und eine gemeinsame Neben-Teilleiter-Ebene NTS bilden, wobei die Zahl der Teilleiter TL der gemeinsamen Neben-Teilleiter-Ebene NTS nicht verdoppelt ist, sondern gleich der Zahl der Teilleiter TL der einzelnen Neben-Teilleiter-Ebenen NTS ist. Die Schienenanordnung SO2-Dz weist also entsprechend weniger Teilleiter TL auf; hier sind es acht Teilleiter TL weniger. Die Mitten der ersten Zwischenräume Z1 der parallelen Haupt-Teilleiter-Paare HTPu, HTP, HTPo der beiden Schienenanordnungen SO2 liegen wieder quer zur Querträger-Längserstreckung QTE gesehen jeweils auf gleicher Querträgerhöhe QTH. Die Mitten der ersten Zwischenräume Z1 liegen also jeweils in einer gemeinsamen Mittelebene EN, wobei in 7 wieder nur eine Mittelebene EN beispielhaft eingezeichnet ist.
-
8 zeigt einen Querschnitt durch eine Schienenanordnung SO2-Nu, bei der analog zu 5 alle Teilleiter TLN des Neutralleiters N weiter als Gruppe GN vorhanden und deren Teilleiter TLN einander paarweise unmittelbar zugewandt sind. Die Neutralleiter-Paare TLPN sind hier wieder mit einem Abstand DN voneinander angeordnet. Weiter liegen die Neutralleiter-Paare TLPN jeweils in einer der drei Teilleiter-Ebenen STS, MTS, STS und sind quer zur Querträger-Längserstreckung QTE und quer zur Teilleiter-Längserstreckung TLE nebeneinander angeordnet. Die Mitte der Zwischenräume ZN der Neutralleiter-Paare TLPN liegt quer zur Querträger-Längserstreckung QTE gesehen jeweils auf gleicher Querträgerhöhe QTH.
-
Die Teilleiter TL der drei Außenleiter L1, L2, L3 bilden analog zur zweiten Schienenanordnung SO2N gemäß 5 wieder Haupt-Teilleiter HTL von Haupt-Teilleiter-Paaren HTP und Neben-Teilleiter NTL von Neben-Teilleiter-Paaren NTP (die Teilleiter TL sind nachfolgendend speziell mit HTL, HTLu, NTL, NTLo, NTLu und TL2 bezeichnet). Neben zwei unmittelbar hintereinander angeordneten Haupt-Teilleiter-Paaren HTP liegen jeweils zwei Neben-Teilleiter NTL auf beiden Seiten einander unmittelbar gegenüber, und zwar allgemein mit einem dritten Abstand D3 in Querträger-Längserstreckung QTE gesehen, wobei der dritte Abstand D3 hier beispielhaft doppelt so groß wie der erste Abstand D1 ist. Der Grund dafür liegt darin begründet, dass diese innere oder erste Neben-Teilleiter-Paare NTP bildenden Neben-Teilleiter NTL nicht zu demselben Außenleiter L1, L2, L3 gehören. Weiter sind die Neben-Teilleiter NTLo und NTLu einzeln und nicht paarweise an den Haupt-Teilleiter-Paaren HTP angeordnet, d.h. den Neben-Teilleitern NTLo und NTLu ist kein Teilleiter TL2 unmittelbar gegenüberliegend angeordnet (in Querträger-Längserstreckung und quer zur Teilleiter-Längserstreckung in Richtung R1 bzw. R2 gesehen).
-
Die folgenden 9 bis 13 zeigen Querschnitte durch die Teilleiter TL (nachfolgend auch speziell mit HTL, HTLu, HTLo, NTL und TL2 bezeichnet) von zweiten Schienenanordnungen SO2 (nachfolgendend speziell mit SO2-1, SO2-2, SO2-3, SO2-2D und SO2-2Ds bezeichnet), die nur vier Teilleiter TL pro aktivem Leiter A4 aufweisen, oder von Schienensystemen SS2, die aus zweiten Schienenanordnungen SO2 mit vier Teilleiter TL pro aktivem Leiter A4 gebildet sind. Diese zweiten Schienenanordnungen SO2 und Schienensysteme SS2 zeigen anschaulich weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung.
-
So zeigt 9 einen Querschnitt durch die Teilleiter TL einer zweiten Schienenanordnung SO2-1 mit vier Teilleitern TL pro aktivem Leiter A4, bei der alle Gruppen einschließlich der Gruppe GN der Neutralleiter N analog zur zweiten Schienenanordnung SO2 gemäß 3 aufgelöst wurde. Die Teilleiter TL sind hier aber nur in zwei vertikalen Ebenen angeordnet, einer Haupt-Teilleiter-Ebene HTS mit vier Haupt-Teilleiter-Paaren HTP und links davon eine Neben-Teilleiter-Ebene NTS, in denen vier Neben-Teilleiter-Paare NTP, NTP2 angeordnet sind. Die zweite Schienenanordnung SO2-1 ergibt sich hier aus der zweiten Schienenanordnung SO2 gemäß 3, indem die zweite (rechte) Neben-Teilleiter-Ebene NTS mit ihren Neben-Teilleiter-Paaren NTP weggelassen worden ist. Bis auf das unterste Haupt-Teilleiter-Paar HTPu sind in 9 an jedem Haupt-Teilleiter-Paar HTP zwei Neben-Teilleiter NTL angeordnet, ab) zwei Neben-Teilleiter NTL auf ein und derselben Seite, hier der linken Seite oberhalb und unterhalb des ersten Zwischenraums Z1 neben den beiden Haupt-Teilleitern HTL.
-
Beim untersten Haupt-Teilleiter-Paar HTPu ist nur ein Neben-Teilleiter NTL neben dem Haupt-Teilleiter HTLu angeordnet, der sich (in Richtung R1 gesehen) oberhalb des ersten Zwischenraums Z1 befindet, also dem oberen Haupt-Teilleiter HTLu zugeordnet ist.
-
Die zweite Schienenanordnung S02-1 mit den vier Teilleitern TL (HTL, NTL) pro aktivem Leiter A4 weist eine Besonderheit auf, nämlich, dass in den beiden parallelen Ebenen HTS und NTS jeweils vier Paare HTP und NTP angeordnet sind, die jeweils zu einem anderen aktiven Leiter A4 gehören. Deshalb könnten hier bei dieser zweiten Schienenanordnung SO2-1 umgekehrt die Neben-Teilleiter-Paare NTP auch die Haupt-Teilleiter-Paare HTP und die Haupt-Teilleiter-Paare HTP auch die die Neben-Teilleiter-Paare NTP bilden, also die Bezeichnungen der Ebenen NTS, HTS vertauscht sein. Auch dann wäre jeder Neben-Teilleiter NTL jeweils vom zweiten Zwischenraum Z2 des ihm zugeordneten Haupt-Teilleiter-Paars HTP aus in Querträger-Längserstreckung QTE gesehen gegenüber dem ihm zugeordneten Haupt-Teilleiter HTL um einen Versatz V nach hinten versetzt angeordnet. Vom zweiten Zwischenraum Z2 aus kann man einmal in Richtung R1 auf einen (den oberen) Haupt-Teilleiter HTL eines Haupt-Teilleiter-Paars HTP oder aber in umgekehrter Richtung, also in Richtung R2, auf den anderen (den unteren) Haupt-Teilleiter HTL dieses Haupt-Teilleiter-Paars HTP schauen. In jedem Falle sind die Neben-Teilleiter NTL, wenn man auf den ihnen zugeordneten Haupt-Teilleiter HTL schaut, gegenüber diesem zugeordneten Haupt-Teilleiter HTL in Blickrichtung um einen Versatz V nach hinten versetzt angeordnet. Der Versatz V ist hier für alle Neben-Teilleiter NTL jeweils gleich groß.
-
10 zeigt einen weiteren Querschnitt durch die Teilleiter TL einer zu 9 alternativen zweiten Schienenanordnung SO2-2 mit vier Teilleitern TL pro aktivem Leiter A4. Dabei sind a) zwei Neben-Teilleiter an jedem Haupt-Teilleiter-Paar HTP angeordnet, nämlich aa) beidseitig neben einem der beiden Haupt-Teilleiter HTL entweder oberhalb oder unterhalb des ersten Zwischenraums Z1. Alle Neben-Teilleiter NTL gehören hier zu inneren Neben-Teilleiter-Paaren NTP.
-
11 zeigt einen weiteren Querschnitt durch die Teilleiter TL einer alternativen zweiten Schienenanordnung SO2-3 mit vier Teilleitern TL pro aktivem Leiter A4. Dabei sind die Teilleiter TL des Neutralleiters N weiter als Gruppe GN vorhanden und deren Teilleiter TLN einander paarweise unmittelbar zugewandt. Die Neutralleiter-Paare TLPN liegen hier in den beiden Neben-Teilleiter-Ebenen STS und sind quer zur Querträger-Längserstreckung QTE und quer zur Teilleiter-Längserstreckung TLE nebeneinander angeordnet. Die Neutralleiter-Paare TLPN sind vertikal mit einem Abstand DN voneinander unter Belassung des Zwischenraums ZN auf gleicher Querträgerhöhe QTH (hier auf gleicher vertikaler Höhe) angeordnet.
-
An dem oberen Haupt-Teilleiter-Paar HTP (Außenleiter L2) sind a) zwei Neben-Teilleiter NTL angeordnet, nämlich aa) beidseitig neben dem oberen der beiden Haupt-Teilleiter HTL, also oberhalb des ersten Zwischenraums Z1. Diese beiden Neben-Teilleiter NTL bilden mit den Teilleitern TL2 jeweils ein zweites Neben-Teilleiter-Paar NTP2.
-
An den beiden unteren Haupt-Teilleiter-Paaren HTP, HTPu ist je ein Neben-Teilleiter NTL angeordnet, nämlich auf derselben Seite neben dem unteren Haupt-Teilleiter HTL des oberen Haupt-Teilleiter-Paars HTP, also unterhalb des ersten Zwischenraums Z1, und neben dem oberen Haupt-Teilleiter HTLu des unteren Haupt-Teilleiter-Paars HTPu, also oberhalb des ersten Zwischenraums Z1. Diese beiden Neben-Teilleiter NTL bilden ein erstes Neben-Teilleiter-Paar NTP.
-
12 zeigt einen Querschnitt durch ein Schienensystem SS2, das eine Schienenanordnung SO2-2D aufweist, die aus zwei Schienenanordnungen SO2-2 gemäß 10 gebildet ist, welche parallel nebeneinander angeordnet sind (die Schienenanordnungen SO2-2 rechts in 12 ist eine Kopie der Schienenanordnungen SO2-2 links in 12). Dabei liegen die Mitten der ersten Zwischenräume Z1 der parallelen Haupt-Teilleiter-Paare HTPu, HTP, HTPo der beiden Schienenanordnungen SO2-2 quer zur Querträger-Längserstreckung QTE gesehen auf gleicher Querträgerhöhe QTH, d.h. die Mitten der ersten Zwischenräume Z1 liegen jeweils in einer gemeinsamen Mittelebene EN. In 12 ist nur eine Mittelebene EN beispielhaft eingezeichnet.
-
13 zeigt einen Querschnitt durch ein Schienensystem SS2, das eine Schienenanordnung SO2-2Ds aufweist, bei der zwei Schienenanordnungen SO2-2 gemäß 10 parallel nebeneinander angeordnet sind. Allerdings sind die beiden Neben-Teilleiter-Ebenen NTS der Schienenanordnung SO2-2 auf der rechten Seite (bezogen auf die Strich-Punkt-Linie SPL) gegenüber den beiden Neben-Teilleiter-Ebenen NTS der Schienenanordnung SO2-2 auf der linken Seite vertauscht angeordnet. Mit anderen Worten: Die beiden Schienenanordnungen SO2-2 sind spiegelsymmetrisch zur Strich-Punkt-Linie SPL angeordnet. Die Mitte der ersten Zwischenräume Z1 der parallelen Haupt-Teilleiter-Paare HTPu, HTP, HTPo der beiden Schienenanordnungen SO2-2 liegt wieder quer zur Querträger-Längserstreckung QTE gesehen auf gleicher Querträgerhöhe QTH, d.h. die Mitten der einander entsprechenden ersten Zwischenräume Z1 liegen jeweils in einer gemeinsamen Mittelebene EN. In 13 ist wieder nur eine Mittelebene EN beispielhaft eingezeichnet.
-
Die zweiten Schienenanordnungen SO2 sind durch Änderung der ersten Schienenanordnung SO1 gebildet worden, indem (zumindest) die Gruppen G der drei Außenleiter L1, L2, L3 der ersten Schienenanordnung SO1 gemäß 1 aufgelöst wurden und deren Teilleiter TL neu angeordnet worden sind. Allgemein wurde die Konfiguration der ersten Schienenanordnung SO1 gemäß 1 geändert. Die Konfiguration einer Schienenanordnung umfasst in Längsrichtung der Teilleiter TL gesehen zumindest deren Anordnung zueinander und deren Abstände voneinander, sowie die Querschnittsflächen und die Querschnittsprofile der einzelnen Teilleiter.
-
Verallgemeinert wird also zur Verbesserung der Stromtragfähigkeit oder zum Auffinden einer Schienenanordnung mit einer höheren Stromtragfähigkeit jeweils die Konfiguration einer Schienenanordnung (hier beispielhaft die der ersten Schienenanordnung SO1) geändert, welche hier beispielhaft auf die Anordnung der Teilleiter TL beschränkt worden ist, da dies die wichtigste Änderung der Konfiguration darstellt.
-
In 14 ist der Ablauf eines Verfahrens dargestellt, bei dem eine zweite Schienenanordnung SO2 (SO2 steht im Folgenden für alle zweiten Schienenanordnungen SO2, SO2N, SO2Nu) jeweils mit einer ersten Schienenanordnung, hier der ersten Schienenanordnung SO1, verglichen wird, um herauszufinden, ob die zweite Schienenanordnung SO2 eine signifikant größere Stromtragfähigkeit als die erste Schienenanordnung SO1 aufweist und um wieviel die Stromtragfähigkeit größer ist.
-
Die Ermittlung der Stromtragfähigkeit durch Vergleich erfolgt rein rechnerisch, was den Zeit- und Materialaufwand und damit die Kosten erheblich verringert und es insbesondere ermöglicht, auf relativ einfache Art und Weise und mit vergleichsweise sehr geringem Aufwand herauszufinden, welche aus einer Vielzahl an Konfigurationen von zweiten Schienenanordnungen SO2 gegenüber einer ersten Schienenanordnung SO1 die größere Stromtragfähigkeit aufweist, wobei die ersten Schienenanordnung SO1 dabei jeweils als Ausgangs-Schienenanordnung bzw. als Referenzsystem dient.
-
Nachfolgend werden die Verfahrensschritte ST1-ST5 zum Vergleich zweier Schienenanordnungen SO1 und SO2 in Bezug auf deren Stromtragfähigkeit genauer beschrieben.
-
In einem ersten Schritt ST1 wird rein rechnerisch der gleiche Strom I(S01) = I(SO2) bezogen auf seinen Effektivwert, seine Frequenz und Phasenlage in die aktiven Leiter A4 der beiden Schienenanordnungen SO1 und SO2 eingespeist, und zwar jeweils in einen aktiven Leiter A4 der ersten Schienenanordnung SO1 und in den entsprechenden aktiven Leiter A4 der zweiten Schienenanordnung SO2 der gleiche Strom I(SO1) = I(SO2), der sich dann jeweils auf die Teilleiter TL der jeweiligen aktiven Leiter A4 aufteilt. D.h. in den Außenleiter L1 der ersten Schienenanordnung SO1 und in den (entsprechenden) Außenleiter L1 der zweiten Schienenanordnung SO2 wird der gleiche Strom I(SO1) = I(SO2), in den Außenleiter L2 der ersten Schienenanordnung SO1 und in den (entsprechenden) Außenleiter L2 der zweiten Schienenanordnung SO2 wird der gleiche Strom I(SO1) = I(SO2) eingespeist, und so weiter.
-
Die Einspeisung erfolgt also rechnerisch in beide Schienenanordnungen SO1 und SO2, d.h. in ein entsprechendes mathematisches Modell für die beiden Schienenanordnungen SO1, SO2, das beide Schienenanordnungen SO1, SO2 modellmäßig umfasst. In diesem Sinne handelt es sich um ein gemeinsames mathematisches Modell. Entsprechende Modelle für derartige Schienenanordnungen SO1, SO2 sind bekannt.
-
Bei dem hier beispielhaft vorliegenden dreiphasigen System mit den drei Außenleitern L1, L2, L3 wird im Falle einer symmetrischen Strom-Belastung in jeden der drei Außenleiter L1, L2, L3 ein Strom I(SO1) = I(SO2) desselben Effektivwerts und der gleichen Frequenz eingespeist, und zwar sowohl in die Außenleiter der ersten Schienenanordnung SO1 als auch in die der zweiten Schienenanordnung SO2. In diesem Fall sind die Ströme I(SO1), I(SO2) in den Außenleitern L1, L2, L3 innerhalb einer Schienenanordnung SO1 und SO2 jeweils um 120° Grad phasenverschoben.
-
Im Fall einer unsymmetrischen Strom-Belastung werden drei Wechselströme I(SO1), I(SO2) der gleichen Frequenz mit unterschiedlichem Effektivwert und/oder einer von 120° abweichenden Phasenverschiebung in die Außenleiter L1, L2, L3 und den Neutralleiter eingespeist.
-
Dann werden in einem zweiten Schritt ST2 für die beiden Schienenanordnungen SO1, SO2 und damit für die beiden Konfigurationen, also für die Konfiguration der ersten Schienenanordnung SO1 und für die Konfiguration der zweiten Schienenanordnung SO2, jeweils die Teilleiter-Verlustleistungen PTLi(SO1) aller Teilleiter TLi(SO1) der aktiven Leiter A4 der ersten Schienenanordnung SO1 und die Teilleiter-Verlustleistungen PTLi(SO2) aller Teilleiter TLi(SO2) der aktiven Leiter A4 der zweiten Schienenanordnung SO2 berechnet, hier speziell mittels der Methode der finiten Elemente. Derartige Berechnungsmethoden sind an sich bekannt. Der Buchstabe i ist hier ein Laufindex über alle Teilleiter TL der jeweiligen Schienenanordnung SO1, SO2.
-
Nachdem die Teilleiter-Verlustleistungen PTLi(SO1), PTLi(SO2) der einzelnen Teilleiter TLi(SO1), TLi(SO2) berechnet wurden, werden im dritten Schritt ST3 die berechneten Verlustleistungen PTLi(SO1) der Teilleiter TLi(SO1) und die berechneten Verlustleistungen PTLi(SO2) der Teilleiter TLi(SO2) für jede Schienenanordnung SO1 und SO2 untereinander verglichen und jeweils die beiden größten Verlustleistungen PTLi(SO1)max und PTLi(SO2)max der beiden Schienenanordnungen SO1 und SO2 bestimmt.
-
Anschließend werden im vierten Schritt
ST4 die beiden größten Teilleiter-Verlustleistungen PTLi(
SO1)max, PTLi(
SO2)max der beiden Schienenanordnungen
SO1,
SO2 miteinander verglichen. Ist die größte Teilleiter-Verlustleistung PTLi(
SO2)max eines Teilleiters TLi(
SO2) der zweiten Schienenanordnung
SO2 kleiner als die größte Verlustleistung PTLi(
SO1)max eines Teilleiters TLi(
SO1) der ersten Schienenanordnung
SO1, also PTLi(
SO2)max<PTLi(
SO1)max, wird im fünften Schritt
ST5 geprüft, ob der Unterschied, hier die Mindest-Differenz MD, der beiden größten Verlustleistungen größer als eine vorgegebene erste Mindest-Differenz
MD1 von beispielweise 10% ist: MD=(PTLi(
SO1)max-PTLi(
SO2)max)/PTLi(
SO1)max < 10%. Die vorgegebene erste Mindest-Differenz
MD1 stellt sicher, dass der Unterschied bezogen auf die Stromtragfähigkeit signifikant ist.
-
Ist bei der Schienenanordnung SO2 der berechnete Unterschied größer als die hier vorgegebene Mindest-Differenz MD1 von 10%, so weist die zweite Schienenanordnung SO2 eine signifikant größere Stromtragfähigkeit auf.
-
Die Abzweige j, N in 14 zeigen die Anwendung des Verfahrens zur Ermittlung der Stromtragfähigkeit bei der Suche nach einer Schienenanordnung (nach einem Schienensystem) mit einer größeren Stromtragfähigkeit.
-
Entsprechend: Ist die gewünschte Mindest-Differenz MD1 nicht erzielt (in 14: Abzweig n), kann die Konfiguration weiter verändert und das rechnerische Verfahren zum Vergleich zweier Schienenanordnungen in Bezug auf deren Stromtragfähigkeit und damit zur Ermittlung (zum Auffinden) einer zweiten Schienenanordnung SO2 mit einer größeren Stromtragfähigkeit solange (sukzessive) wiederholt werden, bis der Unterschied, die Mindest-Differenz MD, zur ersten Schienenanordnung SO1 signifikant ist, hier also größer ist als die beispielhaft vorgegebene Mindest-Differenz MD1 von 10%.
-
15 zeigt die Verfahrensschritte zur rechnerischen Ermittlung des maximal zulässigen Stroms der zweiten Schienenanordnung. Dabei ist das Verfahren nur dann sinnvoll anwendbar, wenn bei der Anwendung des Verfahrens gemäß 14 eine Konfiguration mit einer signifikant besseren Stromtragfähigkeit gefunden wurde.
-
Ist der maximal zulässige Strom für eine Konfiguration einer Schienenanordnung, hier beispielhaft für die Schienenanordnung SO1 (maximal zulässiger Strom Imax(SO1)) bekannt, so lässt sich der zu erwartende maximal zulässige Strom für eine neue (abgeleitete) Konfiguration einer Schienenanordnung, hier für die Schienenanordnung SO2 (maximal zulässiger Strom Imax(SO2)), bestimmen, indem ein Strom I(SO2) rechnerisch in die Schienenanordnung SO2 eingespeist und dessen Effektivwert so lange um eine Differenz dI erhöht wird, bis der Wert der Verlustleistung PTLi(SO2) eines Teilleiters TLi der Schienenanordnung SO2 den Wert der maximalen Verlustleistung PTLi(SO1)max der Schienenanordnung SO1 erreicht. Der Strom I(SO2) der Schienenanordnung SO2, bei dem die maximale Verlustleistung PTLi(SO1)max der Schienenanordnung SO1 gleich der maximalen Verlustleistung PTLi(SO2)max der Schienenanordnung SO2 ist, ist der maximal zulässige Strom Imax(SO2) der zweiten Schienenanordnung S02.
-
Die Verlustleistung PTLi(SO1)max lässt sich für den bekannten maximal zulässigen Wechselstrom Imax(SO1) wie oben in der Beschreibung zur 14 ausgeführt berechnen.
-
Der Ablauf der Verfahren gemäß 14 und 15 gilt analog für Schienensysteme SS2 (SS2 steht im Folgenden für eines der zweiten Schienensysteme SO2, SO2N, SO2Nu). Bei den Schienensystemen SS2 handelt es sich eigentlich um spezielle zweite Schienenanordnungen SO2 (SO2Ds, SO2Dz, SO2-2D, SO2-2D2), nämlich um solche speziellen zweiten Schienenanordnungen SO2, die hier jeweils beispielhaft aus zwei zweiten Schienenanordnungen SO2 gebildet sind. Die Bezeichnung Schienensystem SS2 soll eigentlich nur klar machen, dass das Schienensystem SS2 aus zwei zusammenwirkenden Elementen besteht, bei denen es sich jeweils um eine zweite Schienenanordnung SO2 handelt. Man könnte die Schienensysteme SS2 also auch einfach als zweite Schienenanordnungen SO2 (SO2Ds, SO2Dz, SO2-2D, SO2-2D2) bezeichnen. Die Schienensysteme SS2 werden ebenfalls durch Änderung einer ersten Schienenanordnung SO1 gebildet, indem die erste Schienenanordnung SO1 mit Gruppen G, GN beispielhaft von vier oder sechs Teilleitern TL entsprechend parallel oder spiegelsymmetrisch nebeneinander angeordnet werden, wobei bei der spiegelsymmetrischen Anordnung alternativ auch die innenliegenden Neben-Teilleiter-Ebenen NTS zusammenfallen und eine gemeinsame Neben-Teilleiter-Ebene NTSz bilden können. Das erste Schienensystem SS1 ist dann entsprechend ein jeweils aus zwei ersten Schienenanordnungen SO1 gemäß 1 gebildetes erstes Schienensystem SS1.
-
Die beiden ersten und zweiten Schienenanordnungen SO1, SO2 eines Schienensystems SS1, SS2 können sich auch in zwei unmittelbar nebeneinander liegenden Schaltfeldern SF befinden, die beispielsweise rückseitig (back-to-back arrangement) einander zugewandt sind.
-
Selbstverständlich können mit dem Verfahren gemäß 14 beliebige Schienenanordnungen und Schienensysteme miteinander verglichen werden, also auch die zweiten Schienenanordnungen SO2 untereinander und die zweiten Schienensysteme SS2 untereinander, also beispielweise SO2N mit SO2Nu oder bezogen auf die Schienensysteme SO2Ds mit SO2Dz, SO2Dz mit SO2-2D, SO2-2D mit SO2-2D2 und so weiter.
-
Die Konfigurationen der ersten und zweiten Schienenanordnungen SO1, SO2 und Schienensysteme SS2 können auch jeweils die räumliche Anordnung und Ausdehnung der elektrisch leitfähigen und/oder permeablen Gerüst- und Umhüllungsteile umfassen, jedenfalls soweit diese im Einflussbereich der Magnetfelder der Teilleiter liegen.
