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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühleinrichtung für rohrförmige
Stromschienen hoher Spannung und hoher Stromstärke mit durch das Innere der Stromschienen
geleitetem flüssigem Kühlmittel.
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In Kraftwerken werden für die Verbindungen vom Generator zum Transformator
heute kaum noch Kabel, sondern in zunehmendem Umfang blanke Stromschienen verwendet,
die meist aus Gründen des Schutzes in Stromschienenkanälen untergebracht sind. Dabei
bereitet die Wärmeabfuhr Schwierigkeiten.
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Es ist zwar für Hochstromleitungen, beispielsweise bei elektrischen
Öfen bereits bekannt, eine Wasserkühlung anzuwenden (deutsche Patentschrift 933
7b6). Solche Leitungen stehen aber in der Regel unter recht niedrigen Spannungen,
meist sogar weniger als 60 V. Dabei treten keine besonderen Schwierigkeiten auf,
weil es verhältnismäßig leicht ist, das Kühlwasser, das mit den zu kühlenden elektrischen
Niederspannungsleitungen in unmittelbare Berührung kommt, durch Pumpenanlagen hindurchzuführen,
ohne daß gefährliche Spannungen auf die Pumpenanlage übertragen werden. Schwierigkeiten
treten aber auf, wenn es sich um die Kühlung von Stromleitern handelt, die auf Hochspannungspotential
stehen, d. h. bei Hochstromverbindungen für Spannungen zwischen 10 und 30 kV. Wenn
in diesem Fall das Kühlwasser unmittelbar mit den zu kühlenden Stromleitern in Berührung
kommt, muß erstens zuverlässig destilliertes Wasser verwendet werden, und zweitens
müssen umfangreiche Schutzmaßnahmen vorgsehen werden, um den Spannungsübertritt
auf die Hilfseinrichtungen bzw. eine Gefährdung des Personals unmöglich zu machen.
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Es sind auch Stromschienenkanäle bekannt (USA.-Patentschrift 2
861119), die mit einer Kühlung versehen sind und bei denen konzentrisch ein
hohler Stromleiter verlegt ist. Die Anordnung ist so getroffen, daß ein Kühlmittel
in dem hohlen Stromleiter über die ganze Länge in der einen Richtung geführt wird,
dann aus dem Stromleiter austritt und in der Gegenrichtung den Raum zwischen dem
Stromleiter und der Wand des Stromschienenkanals durchströmt.
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Auch biegsame Stromzuleitungen, bei denen die Leitung in einem biegsamen
Schlauch untergebracht ist, sind mit einer Kühleinrichtung bereits versehen worden
(deutsche Patentschrift 311836). Durch den Zwischenraum zwischen Schlauch
und Leitung wird ein Kühlmittel geleitet. Ferner ist auch ein Schweißkabel mit einem
gewellten, rohrförmigen Leiter bekannt (deutsche Patentschrift 889 768), der zwischen
einem äußeren und einem inneren Isolierschlauch liegt. In den Rillen dieses Leiters
wird ein Kühlmittel geführt, das den Leiter an beiden Seiten direkt berührt.
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Es sind auch Starkstromkabel bekannt (Patentanmeldung S 19556 VII
b / 21 c), bei denen mehrere isolierte Einzelleiter in einem Blei- oder Stahlrohr
ummantelt sind. Ein Kühlmittel wird durch einen hohlen Leiter geführt, der mit einer
Fütterung aus Isolierstoff versehen ist, um das Kühlmittel von dem Potential des
Stromleiters zu isolieren. Die Fütterung ist jedoch mit dem Hohlleiter fest verbunden
und an den Trennstellen des Hohlleiters unterbrochen. An diesen Stellen müssen dann
jeweils besondere Dichtungselemente vorgesehen werden.
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Es sind auch gekapselte Stromschienenanordnungen bekannt (französische
Patentschrift 812 602), deren hohle Leiter für die Aufnahme eines flüssigen Kühlmittels
dienen. Zwischen den Stromleiterabschnitten sind Ausdehnungsstücke angeordnet, die
jedoch an den übergangsstellen den Nachteil haben, daß sie nicht stromleitend sind.
Das flüssige Kühlmittel steht in direkter Berührung mit dem Leiter, was nicht immer
erwünscht ist.
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Zum anderen aber muß an den Verbindungsstellen der Stromleiteabschnitte
eine besondere Abdichtung vorgenommen werden.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, die direkte Berührung
von Kühlmitteln und Leiter und eine Abdichtung an den Ausdehnungsstücken zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in die Stromschiene ein auch
durch deren stromleitende Ausdehnungsstücke ohne Unterbrechung hindurchgeführter,
das Kühlmittel aufnehmender Schlauch aus elastischem Isolierstoff lose eingelegt
ist.
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Diese Lösung hat folgenden Vorteil: Elektrische Stromschienen sind,
besonders wenn es sich um längere Leitungen handelt, an mehreren Stellen unterbrochen,
so z. B. an denjenigen Stellen, an denen flexible Ausdehnungsstücke eingebaut sind,
die der Stromschiene die Möglichkeit geben, sich bei Erwärmung auszudehnen. Wollte
man die Anordnung so treffen, daß das Kühlmittel unmittebar in der rohrförmigen
Stromschine fließt, dann müßten vor allem die erwähnten Verbindungsstellen an den
Ausdehnungsstücken in besonderer Weise abgedichtet werden, um zu verhindern, daß
das Kühlmittel aus der rohrförmigen Stromschiene entweicht. Solche Maßnahmen werden
aber entbehrlich, wenn nach der Erfindung in der rohrförmigen Stromschiene ein Schlauch
aus Isolierstoff untergebracht ist, der das Kühlmittel führt. Dieser Schlauch muß
elastisch sein, weil er auch durch die Ausdehnungsstücke ohne Unterbrechung hindurchgeführt
ist. Besondere Abdichtungen sind dann nicht notwendig.
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Die erfindungsgemäße Lösung bringt ferner bekannterweise den Vorteil
mit sich, daß Sicherheitsmaßnahmen in bezug auf die Pumpenanlage und die Rückkühleinrichtung
entbehrlich sind.
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Wenn die Kühleinrichtung während des Betriebes, z. B. aus wirtschaftlichen
Gründen, nicht dauernd mit voller Leistung laufen soll, wird man sie vorteilhaft
derart ausbilden, daß die Kühlflüssigkeitsmenge entsprechend den jeweils auftretenden
Verlusten regelbar ist, wie bereits bei einem Kabel (Patentanmeldung S 19556 VIII
b / 21c) und bei gekapselten Stromschienen (französische Patentschrift 812 602)
bekannt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt F i g.1 die allgemeine Anordnung,
F i g. 2 die möglichen Querschnittsformen, F i g. 3 die Anordnung der Kühlwasserversorgung
und F i g. 4 eine Ausdehnungsstelle.
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Die F i g. 1 zeigt eine Stromschiene 1 aus Kupfer oder Aluminium.
Diese Stromschiene ist rohrförmig und hat für die Fortleitung eines Wechselstroms
von 8000 A einen Durchmesser von etwa 200 mm. In den meisten Fällen befindet sich
diese Stromschiene koaxial innerhalb einer sie schützenden geerdeten Metallkapselung
2. Zwischen Stromschiene 1 und Kapselung 2 befinden sich geeignete, nicht dargestellte
Stützisolatoren. In der Stromschiene 1 liegt ein
Schlauch 3 aus
Isolierstoff, beispielsweise aus Polyvinylchlorid, durch den der Kühlwasserstrom
4 hindurchgeführt wird. Durch den Isolierschlauch 3 ist das Kühlwasser 4 gegenüber
der Stromschiene 1 elektrisch isoliert. Das Kühlwasser kommt daher nicht mit der
Stromschiene 1 in Berührung, wie das bei den meisten bekannten Kühleinrichtungen
in Maschinen, Transformatoren usw. der Fall ist.
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F i g. 2 zeigt, daß der Kühlwasserschlauch 3 genügend Elastizität
besitzt, um seine Länge und seinen Querschnitt im Bedarfsfall zu ändern, so daß
sich der Querschnitt des Isolierschlauches 3 der entsprechend den jeweilig auftretenden
Verlusten gere-Qelten Wassermenge leicht anpaßt. In dem Bild ganz links ist angenommen,
daß der Schlauch mit Kühlwasser fast völlig ausgefüllt wird. Dies ist dann notwendig,
wenn die Stromschiene 1 für längere Zeit den höchsten betriebsmäßig vorgesehenen
Strom führt. In den anderen Teilbildern der F i g. 2 ist angenommen, daß die Stromschiene
1 geringere Ströme führt, so daß die Kühlwassermenge dementsprechend herabgesetzt
werden kann.
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Die F i g. 3 zeigt in vereinfachter Darstellung eine Gesamtanlage,
und zwar ist angenommen, daß die rohrförmige Stromschiene 1 an einer oder mehreren
Stellen mit Bohrungen 5 versehen ist, die die elektrische Leitfähigkeit der Schiene
praktisch überhaupt nicht beeinträchtigen. Durch diese verhältnismäßig kleinen Löcher
sind Wasserzuführungsschläuche 6 hindurchgesteckt, die in den Schlauch 3 münden
und an eine Wasserkühleinrichtung 7 und eine Pumpe 8 angeschlossen sind.
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Die auftretenden Verluste in derartigen Hochstromschienenkanälen sind
im allgemeinen nicht sehr groß, so daß es zulässig ist, das Kühlwasser mit geringer
Geschwindigkeit durch den Schlauch 3 zu führen. Dieser Umstand ist aus folgendem
Grund wichtig: Wie bereits oben erläutert wurde, ist das Kühlwasser von der elektrischen
Stromschiene, deren Verlustwärme abgeführt werden soll, durch den Isolierschlauch
getrennt. Für manche Anwendungszwecke wäre eine solche Trennung nicht anwendbar
bzw. nachteilig, weil der Wärmeübergang vom Stromleiter zu dem Kühlmittel durch
den Ioslierschlauch erschwert wird. Wenn es sich aber um verhältnismäßig niedrige
Verluste von etwa 200 bis 600 W je Meter Stromschiene handelt, kann die Durchflußgeschwindigkeit
des Kühlwassers niedrig gewählt werden. In solchen Fällen tritt der Umstand des
erschwerten Wärmedurchgangs durch den Isolierschlauch in den Hintergrund im Gegensatz
zu den Anordnungen, bei denen große Wärmemengen je Zeiteinheit abzuführen sind und
das Wasser somit eine große Geschwindigkeit haben muß.
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Um zu erläutern, welche Vorteile die Verwendung des Isolierschlauches
innerhalb der Stromschiene mit sich bringt, ist in F i g. 4 noch dargestellt, daß
ein Isolierschlauch 10 innerhalb rohrförmiger Stromschienen 11, 12 angeordnet ist,
die durch ein Ausdehnungsstück 13 miteinander verbunden sind. Die Stromschienen
11., 12 sind daher gegeneinander beweglich, und es befinden sich an den Stellen
14, 15 sogenannte gefederte Peripheriekontakte, die den Stromübergang auch bei etwa
eintretenden Lageänderungen sicherstellen. Wollte man durch eine solche Stromschienenanordnung
ein Flüssigkeitskühlmittel hindurchleiten, das unmittelbar in der rohrförmigen Stromschiene
fließt, dann müßten sämtliche Trennstellen, vor allem an den Kontakten
14, 15, sorgfältig gegen Kühlmittelverluste abgedichtet sein. Dasselbe gilt
auch für alle Stellen, an denen die Stromschiene ihre Richtung ändert und an denen
ebenfalls mit Rücksicht auf die Wärmedehnung Spalten entstehen, durch die das Kühlmittel
austreten würde, wenn es unmittelbar in der rohrförmigen Stromschiene geführt wäre.
Durch Anwendung des Isolierschlauches 10, der hinsichtlich Querschnitt und Länge
genügend elastisch ist, werden diese Schwierigkeiten umgangen. Der Isolierschlauch
10 ist ungeteilt durch das Ausdehnungsstück 13 hindurchgeführt. An
den Ausdehnungsstellen entstehen bei Erwärmung Längenänderungen von 10 bis 20 mm.
Der Isolierschlauch ist aber so weit elastisch, daß er um dieses Maß gestaucht oder
auseinandergezogen werden kann.