DE19534828C1 - Medium-voltage electrical installation with electronic control units - Google Patents

Medium-voltage electrical installation with electronic control units

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Rainer Dipl Ing Buessing
Johannes Neuser
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02BBOARDS, SUBSTATIONS, OR SWITCHING ARRANGEMENTS FOR THE SUPPLY OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B13/00Arrangements of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle
    • H02B13/02Arrangements of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle with metal casing
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02B1/00Frameworks, boards, panels, desks, casings; Details of substations or switching arrangements
    • H02B1/20Bus-bar or other wiring layouts, e.g. in cubicles, in switchyards

Abstract

Heavy currents are conveyed by busbars in a channel (6) with connections (7) on both sides of an electric functional module containing elements under the control of electronic circuits. The busbars are in the form of helical lines (5') wound around a substantially horizontal axis (8). The ratio of the minimum diameter of the helix to its length (l) is chosen so that the circuits are not influenced by the magnetic fields from the busbars.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Anlage für den Mittelspannungsbereich insbesondere Schaltanlage mit zumindest einem elektrischen Funktionsmodul, in welchem mittels elektronischer Schaltkreise gesteuerte elektrische Funktionselemente in einem Funktionsraum sowie zumindest eine Sammelschiene zur Führung elektrischer Ströme hoher Stromstärke in einem Sammelschienenkanal angeordnet sind, wobei mit der Sammelschiene auf beiden Seiten des elektrischen Funktionsmoduls angeordnete Sammelschienenan­ schlüsse elektrisch verbunden sind. - Elektrische Anlagen im Sinne der Erfindung dienen im weitesten Sinne der elektrischen Energieverteilung, umfassen also neben Schaltanlagen auch beispielsweise Transformatoren, elek­ trische Maschinen und Leitungsnetze. Als Mittelspan­ nungsbereich ist bezeichnet eine Betriebsspannung von mehr als 1 kV bis ca. 40 kV, wobei die Obergrenze auch höher liegen kann, sofern mit Luft als Isolationsmittel gearbeitet wird. Elektrische Funktionsmodule sind jeweils gegeneinander im wesentlichen abgeschlossene Zellen der Anlage, wobei ein elektrisches Funktionsmodul meist lediglich eine funktionelle Baugruppe bildende elektrische Funktionselemente mit zugehörigen Peripherieelementen enthält. Mehrere elektrische Funktionsmodule können nebeneinander angeordnet sein und sind dann über die zumindest eine, quer verlaufende Sammelschiene elektrisch miteinander (über die Sammelschienenanschlüsse) verbunden. Jedes elektrische Funktionsmodul weist sowohl einen Funktionsraum als auch einen Sammelschienenkanal auf, wobei der Sammelschienenkanal im Normalbetrieb durch Zwischenwände von dem Funktionsraum abgetrennt ist. Die Zwischenwände können zur Beherrschung eines Störfalls mit einem Störlichtbogen mit Druckentlastungsklappen zum Funktionsraum ausgestattet sein. Hohe Stromstärken meint Stromstärken deutlich oberhalb 1A bis in den kA-Bereich, und zwar entweder Gleichstrom oder Wechselstrom bzw. Drehstrom mit Netzfrequenz. Elektronische Schaltkreise sind Schaltkreise, die in der Regel in Halbleitertechnik aufgebaut sind und der Verarbeitung von Kleinsignalen geringer Spannung und oft kleinster Stromstärken dienen. Es versteht sich, daß die elektronischen Schaltkreise mit Leistungsausgängen zur Ansteuerung der elektrischen Funk­ tionselemente und/oder mit Meßeingängen zur Bestimmung der Größe von Steuer- und/oder Regelgrößen aus den elek­ trischen Funktionselementen ausgestattet sein können. Elektronische Schaltkreise können in analoger Technik, in Digitaltechnik oder als Hybridschaltkreise mit D/A- bzw. A/D-Wandlern aufgebaut sein. Die elektronischen Schalt­ kreise können permanent im Rahmen eines elektrischen Funktionsmoduls eingerichtet, aber auch zum lediglich temporären Anschluß an das elektrische Funktionsmodul vorgesehen sein. Im letzteren Fall weist das elektrische Funktionsmodul entsprechende elektrische Verbindungsele­ mente auf. Insofern umfaßt der Begriff der elektronischen Schaltkreise beispielsweise auch einen Computer, der z. B. zum Zwecke der Ansteuerung oder der Diagnose temporär vor ein elektrisches Funktionsmodul gefahren und an dieses angeschlossen wird.The invention relates to an electrical system for the Medium voltage range in particular with switchgear at least one electrical function module, in which electrical controlled by electronic circuits Functional elements in a functional space and at least a busbar for carrying high electrical currents Current is arranged in a busbar channel, being with the busbar on both sides of the electrical function module arranged busbars short circuits are electrically connected. - Electrical systems serve in the broadest sense of the invention electrical energy distribution, so include in addition Switchgear, for example, transformers, elec trical machines and line networks. As a medium span voltage range is an operating voltage of more than 1 kV to approx. 40 kV, the upper limit also being higher may be, provided that air is used as an insulation agent is worked. Electrical function modules are each cells of the cells essentially sealed off from one another System, with an electrical function module mostly merely a functional electrical assembly Functional elements with associated peripheral elements contains. Multiple electrical function modules can be arranged side by side and are then over the at least one, transverse electrical busbar connected to each other (via the busbar connections). Each electrical function module has both Functional space as well as a busbar channel, the busbar channel in normal operation Partition walls are separated from the functional space. The  Partitions can be used to control an accident an arcing fault with pressure relief flaps for Functional space. High currents means Currents well above 1A up to the kA range, namely either direct current or alternating current or Three-phase current with mains frequency. Electronic circuits are circuits that are usually in semiconductor technology are set up and processing small signals low voltage and often the smallest currents. It is understood that the electronic circuits with Power outputs for controlling the electrical radio tion elements and / or with measuring inputs for determining the Size of control and / or control variables from the elec trical functional elements can be equipped. Electronic circuits can be made using analog technology, in Digital technology or as hybrid circuits with D / A or A / D converters. The electronic circuit circles can be permanently in the context of an electrical Function module set up, but only for temporary connection to the electrical function module be provided. In the latter case, the electrical Function module corresponding electrical connecting ele mentions. In this respect, the term includes electronic Circuits, for example, a computer that z. B. temporarily for the purpose of control or diagnosis an electrical function module driven and to this is connected.
Eine Schaltanlage des eingangs genannten Aufbaues ist aus Oder Praxis bekannt. Eine ähnliche Schaltanlage, jedoch ohne elektronische Schaltkreise ist aus der Literatur­ stelle R. Flosdorff/G. Hilgarth, "Elektrische Energie­ verteilung", B. G. Teubner, Stuttgart, 1994, Fig. 4.37, bekannt. Bei den insofern bekannten Schaltanlagen verlaufen der Sammelschienenkanal sowie die darin angeord­ neten Sammelschienen quer zum elektrischen Funktionsmodul, d. h. horizontal zwischen den Seitenwänden. In der Regel ist der Sammelschienenkanal im hinteren Bereich des elektrischen Funktionsmoduls eingerichtet. Die Sammel­ schienen sind geradlinig ausgebildet und parallel zuein­ ander. Die Praxis hat gezeigt, daß bei einer solchen Anordnung der Sammelschienen elektronische Schaltkreise, welche im Funktionsraum angeordnet oder unmittelbar vor dem elektrischen Funktionsmodul aufgestellt sind, im beträchtlichen Maße durch Kopplung, insbesondere durch induktive Kopplung, mit den Sammelschienen gestört werden können. Dabei ist praktisch unerheblich, ob die Sammel­ schienen Gleichstrom oder Wechselstrom bzw. Drehstrom führen, da im Falle von Wechselstrom bzw. Drehstrom aufgrund der geringen Länge der Sammelschienen und der niedrigen Netzfrequenz eine quasi stationäre Gestalt der Felder und somit der Kopplung gegeben ist. Im übrigen sind die Felder aufgrund der Verhältnisse leitungsgebunden, d. h. sie verlieren ihre Wirkung praktisch vollständig in größerem Abstand von dem elektrischen Funktionsmodul. Eine Störung von elektronischen Schaltkreisen, die der Ansteuerung von elektrischen Funktionselementen bzw. der Erfassung von Steuer- und/oder Regelgrößen aus den elektrischen Funktionselementen dienen, ist aus offen­ sichtlichen Gründen unerwünscht. Eine Umhüllung des Sammelschienenkanals mit einem Material hoher Permeabilität zum Zwecke der Abschirmung gegen magnetische Felder bzw. magnetische Wechselfelder niedriger Frequenz (beispielsweise 50 Hz) ist aufwendig, teuer und befriedigt aufgrund von Problemen in Bereichen elektrischer Durchführungen nicht vollständig. Entsprechendes gilt für eine gleichartige Umhüllung der elektronischen Schaltkreise. Zwar könnten die elektronischen Schaltkreise selbst auch auf eine Weise ausgelegt werden, die auf die induktiven Kopplungseffekte abgestimmt ist, dies ist jedoch ebenfalls extrem aufwendig und teuer, da normal verfügbare Standardschaltkreise mangels einer solchen Abstimmung ungeeignet sind.A switchgear of the structure mentioned at the outset is known from practice. A similar switchgear, but without electronic circuits, is from the literature R. Flosdorff / G. Hilgarth, "Electrical energy distribution", BG Teubner, Stuttgart, 1994, Fig. 4.37, known. In the switchgear known in this respect, the busbar channel and the busbars arranged therein run transversely to the electrical functional module, ie horizontally between the side walls. As a rule, the busbar duct is set up in the rear area of the electrical function module. The busbars are straight and parallel to each other. Practice has shown that with such an arrangement of the busbars, electronic circuits which are arranged in the functional space or are placed directly in front of the electrical function module can be considerably disturbed by coupling, in particular by inductive coupling, with the busbars. It is practically irrelevant whether the busbars carry direct current or alternating current or three-phase current, since in the case of alternating current or three-phase current the quasi-stationary shape of the fields and thus the coupling is given due to the short length of the busbars and the low mains frequency. Otherwise, the fields are line-bound due to the conditions, ie they lose their effect practically completely at a greater distance from the electrical function module. A malfunction of electronic circuits that serve to control electrical functional elements or to acquire control and / or regulating variables from the electrical functional elements is undesirable for obvious reasons. A covering of the busbar channel with a material of high permeability for the purpose of shielding against magnetic fields or alternating magnetic fields of low frequency (for example 50 Hz) is complex, expensive and is not completely satisfied due to problems in the area of electrical feedthroughs. The same applies to a similar wrapping of the electronic circuits. Although the electronic circuits themselves could also be designed in a way that is matched to the inductive coupling effects, this is also extremely complex and expensive, since normally available standard circuits are unsuitable due to the lack of such a match.
Aus der Literaturstelle DE 34 10 726 A1 ist eine Anordnung zur Reduktion von elektromagnetischen Störungen aus koaxial ausgebildeten Einphasen-Wechselstromleitern bekannt, bei welcher zusätzlich zu einem Metallmantel ein koaxialer Kompensationsleiter, der an seinen Enden mit dem Metallmantel verbunden ist, vorgesehen ist. Im Kern wird eine Schirmschleife geschaffen. Dies ist extrem aufwendig und für Sammelschienen zudem allein schon aus räumlichen Gründen nicht praktikabel. Aus der Literaturstelle US-1729713 ist es bekannt, mittels ähnlich Ringdrosseln ausgebildeter Elemente die elektrischen Ströme durch einander zugeordnete, parallel geschaltete Leitungen zu harmonisieren. Hierzu sind die aus einem Material hoher Permeabilität bestehenden Ringdrosseln so tordiert, daß parallel zueinander verlaufende Leitungspaare im magnetischen Sinne in entgegengesetzter Richtung durch die Ringdrosseln laufen und daß aufgrund dieser magnetischen Koppelung die Induktivitäten der Leiter so aufeinander abgestimmt sind, daß durch jeden praktisch der gleiche Strom fließt. Eine Dämpfung der von den Leitungen ausgehenden Magnetfelder findet dabei allerdings nicht statt. Aus den Literaturstellen US-3450826 und GB-1280040 sind mehrpolige Leitungsanordnungen bekannt, bei welchen eine Vertauschung der Leiteranordnungen durchgeführt ist. Beim Gegenstand der Literaturstelle US-3450826 wird damit eine Vergleichmäßigung der Induktivitätsbeläge bei langen Leitungen erreicht. In der grundsätzlichen Funktion entspricht die Anordnung den Auskreuzpunkten bei Drehstrom-Freileitungen. Beim Gegenstand der Literaturstelle GB-1280040 sind Auskreuzpunkte zum Zwecke der Beherrschung thermischer Ausdehnung bei langen Leitungen eingerichtet. Eine Dämpfung magnetischer Felder aus den Leitern findet in beiden Fällen praktisch nicht statt.From the literature DE 34 10 726 A1 an arrangement for Reduction of electromagnetic interference from coaxial trained single-phase AC conductors known which in addition to a metal jacket is a coaxial Compensation conductor, which at its ends with the metal jacket is connected, is provided. In essence, one Screen loop created. This is extremely expensive and for In addition, busbars are not for reasons of space alone practical. From reference US-1729713 it is known, by means of similarly designed ring chokes elements the electrical currents through mutually associated, parallel harmonize switched lines. For this, the are from a material of high permeability existing ring inductors twisted that parallel pairs of lines in the magnetic senses in the opposite direction through the Ring reactors run and that because of this magnetic Coupling the inductances of the conductors to one another are agreed that practically the same current through everyone flows. Attenuation of the outgoing from the lines However, magnetic fields do not take place. From the References US-3450826 and GB-1280040 are multipolar Line arrangements are known in which an exchange of the Conducting arrangements is carried out. With the subject of  Literature US-3450826 is an equalization of the inductance coatings for long cables. In the basic function corresponds to the arrangement Crossing points for three-phase overhead lines. With the object reference GB-1280040 are cross-out points for the purpose the control of thermal expansion in long lines furnished. A damping of magnetic fields from the Ladders practically do not take place in either case.
Demgegenüber liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, eine elektrische Anlage für den Mittelspannungsbereich zu schaffen, deren elektronische Schaltkreise auf einfache und wenig kostenintensive Weise von störenden induktiven Kopplungen geschützt sind.In contrast, the invention is the technical problem based on an electrical system for the To create medium voltage range, its electronic Circuits in a simple and inexpensive way from disturbing inductive couplings are protected.
Zur Lösung dieses technischen Problems lehrt die Erfindung, daß die Sammelschiene als Schraubenwendelleitung mit einer im wesentlichen horizontalen Schraubenwendelachse ausgebildet ist, wobei die Windungszahl n der Schraubenwendelleitung zumindest 1 beträgt und wobei das Verhältnis d/l des kleinsten Durchmessers d der Schraubenwendelleitung zur Längserstreckung 1 der Schraubenwendelleitung mit der Maßgabe gewählt ist, daß die elektronischen Schaltkreise nicht durch magnetische Felder der stromführenden Sammelschiene gestört werden. - Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei einer schraubenwendelförmigen Ausbildung der Sammelschiene in der angegebenen Geometrie sich die Magnetfelder von bezüg­ lich der Schraubenwendelachse einander gegenüberliegenden Teilstücken des Schraubenwendelleiters in beachtlichem Maße (allerdings nicht vollständig) gegeneinander auf­ heben. Von erheblicher Bedeutung sind hierbei auch die auf Sammelschienen von Anlagen für den Mittelspannungsbereich herrschenden besonderen Stromstärkeverhältnisse. Die genannte Aufhebung von Magnetfeldern gilt selbstver­ ständlich nur für Bereiche des Schraubenwendelleiters und in radialer Richtung entfernt zur Schraubenwendelachse. Eben in solchen Bereichen sind bei ansonsten üblichem Aufbau der Anlage die elektronischen Schaltkreise in der Regel angeordnet. Zudem läßt sich nach Maßgabe der Entfernung der elektronischen Schaltkreise von dem Sammel­ schienenkanal bzw. der Sammelschiene eine Abstimmung der Magnetfelddämpfung außerhalb des Sammelschienenkanals einrichten durch Wahl des Verhältnisses d/l. Bei vorge­ gebener Längserstreckung 1 der Schraubenwendelleitung führt eine Reduzierung deren Durchmessers d bei gleicher Stromstärke zu einer Reduzierung der Magnetfeldstärke in einem vorgegebenen Abstand zur Schraubenwendelleitung. Eine Erhöhung der Windungszahl n hat einen entsprechenden Effekt. Ist die Windungszahl n ganzzahlig, so kann ohne weiteres die übliche geometrische Anordnung der Sammel­ schienenanschlüsse beibehalten werden. Im Ergebnis wird erreicht, daß handelsübliche elektronische Schaltkreise eingesetzt werden können und durch induktive Kopplung bedingte Störungen der elektronischen Schaltkreise dennoch nicht mehr beobachtet werden. Insbesondere ist es entbehrlich, eine aufwendige Abschirmung mittels Materialien hoher Permeabilität einzurichten. Auch ist es möglich, einen handelsüblichen Computer vor ein elek­ trisches Funktionsmodul zu fahren und an dieses anzu­ schließen, ohne daß der Betrieb des Computers gestört wird. Überraschenderweise sind auch praktisch keine Störungen elektronischer Schaltkreise aufgrund von schalt­ vorgangsbedingten schnellen Stromstärkeänderungen auf der Sammelschiene (Impulskopplung) mehr zu beobachten. Eine theoretische Erklärung für diesen überraschenden Zusatz­ effekt ist nicht einfach zu finden, da die Theorien für stationäre Zustände (Gleichstrom, Kirchhoffsche Regeln in der realen Schaltung) oder quasi stationäre Zustände (Wechselstrom mit Netzfrequenz, Kirchhoffsche Regeln in der Ersatzschaltung) aufgrund der Anteile hoher und höchster Frequenzen in schnellen Transienten nicht anwendbar sind. Vielmehr wäre eine numerische Lösung der Maxwellschen Gleichungen z. B. nach der Momentenmethode erforderlich.To solve this technical problem, the invention teaches that the busbar is designed as a helical line with an essentially horizontal helical axis, the number of turns n of the helical line being at least 1 and the ratio d / l of the smallest diameter d of the helical line to the longitudinal extension 1 of the helical line with the proviso that the electronic circuits are not disturbed by magnetic fields of the current-carrying busbar. - The invention is based on the knowledge that with a helical design of the busbar in the specified geometry, the magnetic fields from bezüg Lich the helical axis opposite portions of the helical conductor to a considerable extent (but not completely) against each other. The special current ratios prevailing on busbars of systems for the medium-voltage range are also of considerable importance. The abolition of magnetic fields applies of course only to areas of the helical conductor and in the radial direction to the helical axis. It is precisely in such areas that the electronic circuits are generally arranged with the system being otherwise customary. In addition, depending on the distance of the electronic circuits from the busbar channel or the busbar, a tuning of the magnetic field damping outside the busbar channel can be set up by choosing the ratio d / l. Given the given longitudinal extent 1 of the helical cable, a reduction in its diameter d with the same current intensity leads to a reduction in the magnetic field strength at a predetermined distance from the helical cable. An increase in the number of turns n has a corresponding effect. If the number of turns n is an integer, then the usual geometric arrangement of the busbar connections can be maintained without further notice. As a result, it is achieved that commercially available electronic circuits can be used and that noises in the electronic circuits caused by inductive coupling are no longer observed. In particular, it is unnecessary to set up a complex shielding by means of materials with high permeability. It is also possible to drive a commercially available computer in front of an elec trical function module and to connect to it without disturbing the operation of the computer. Surprisingly, practically no faults in electronic circuits due to switching-related rapid current changes on the busbar (pulse coupling) can be observed. A theoretical explanation for this surprising additional effect is not easy to find because the theories for stationary states (direct current, Kirchhoff's rules in the real circuit) or quasi-stationary states (alternating current with mains frequency, Kirchhoff's rules in the equivalent circuit) due to the high and highest frequencies in fast transients are not applicable. Rather, a numerical solution to Maxwell's equations would be e.g. B. required by the torque method.
Aus der Literaturstelle R. Flosdorff/G. Hilgarth "Elektrische Energieverteilung", B. G. Teubner, Stuttgart, 1994, Seite 35, ist es bekannt, Drehstrom-Freileitungen gegeneinander auszukreuzen. Auskreuzen bedeutet, daß bei einer Freileitung einer bestimmten Länge jeweils nach einer Teillänge, die ein Drittel der Gesamtlänge beträgt, die Lage der einzelnen Freileitungsseile gegeneinander vertauscht wird, so daß nach einem vollen zyklischen Wechsel jeder Leiter einmal jede Position eingenommen hat. From the literature reference R. Flosdorff / G. Hilgarth "Electrical Power Distribution", B.G. Teubner, Stuttgart, 1994, page 35, it is known three-phase overhead lines cross each other. Crossing out means that at an overhead line of a certain length a partial length that is one third of the total length, the position of the individual overhead line cables against each other is swapped so that after a full cyclical Change every leader once has taken up every position.  
Eine solche Auskreuzung entspricht zwar in gröbster Näherung einer schraubenwendelartigen Anordnung mit einer Windungszahl von 1, das Auskreuzen bei Freileitungen hat jedoch den technischen Bereich der elektrischen Anlagen für den Mittelspannungsbereich nicht berührt. Dies liegt daran, daß das Auskreuzen bei Freileitungen andere technische Probleme löst. Mit dem Auskreuzen wird erreicht, daß positionsbedingt inhomogene Induktivitäts­ beläge ausgeglichen werden. Hiermit verknüpft ist bei Freileitungen auch eine Anpassung von Wellenwiderständen. Wellenwiderstände spielen bei Freileitungen eine Rolle, da die Länge der Freileitungen sehr hoch ist und somit in den Bereich der Wellenlänge von Netzfrequenzen kommen kann. Demgegenüber spielen bei Sammelschienen in elektrischen Anlagen für den Mittelspannungsbereich Wellenwiderstände buchstäblich keine Rolle, ebensowenig wie der Induktivitätsbelag. Im übrigen wird bei dem Auskreuzen bei Freileitungen (bis auf möglicherweise an den beiden Punkten des Auskreuzens) keine Reduzierung von induktiven Kopplungen erreicht.Such an outcross corresponds roughly Approximation of a helical arrangement with a Number of turns of 1, which has crossing lines in overhead lines however, the technical area of electrical systems not affected for the medium voltage range. This is because because the crossing of overhead lines is different solves technical problems. With the cross out achieved that inhomogeneous inductance due to position pads are balanced. Linked to this is at Overhead lines also adapt wave impedances. Wave resistances play a role in overhead lines, because the length of the overhead lines is very long and therefore in the Range of wavelengths can come from network frequencies. In contrast, play on busbars in electrical Systems for the medium voltage range wave resistances literally doesn't matter any more than that Inductance coating. For the rest, when crossing out Overhead lines (except possibly on the two Crossing points) no reduction of inductive Couplings reached.
Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, das Verhältnis d/l kleiner als 1, vorzugsweise kleiner als 0,2, zu wählen. Allerdings empfiehlt es sich ebenfalls, das Verhältnis d/l nicht zu klein werden zu lassen, beispielsweise unter 0,1, da dann die Magnetfelddämpfung wieder abnimmt.The ratio d / l has proven to be advantageous less than 1, preferably less than 0.2 to choose. However, it is also recommended to use the ratio d / l not to let it get too small, for example below 0.1, because the magnetic field damping then decreases again.
Im einfachsten Fall ist die Schraubenwendelleitung auf der Mantelfläche eines Zylinders mit kreisförmigem Querschnitt angeordnet. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform ist jedoch dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelschienenkanal in einem rückwärtigen Bereich des elektrischen Funktions­ moduls angeordnet ist, und daß die Schraubenwendelleitung im wesentlichen auf dem Mantel eines elliptischen Zylinders umläuft, wobei der elliptische Zylinder eine erste, durch den kleinsten Durchmesser d definierte Haupt­ achse und eine zweite, durch einen größten Durchmesser D definierte Hauptachse aufweist, wobei die erste Hauptachse orthogonal zur Schraubenwendelachse und horizontal ausgerichtet ist. Hierdurch ist eingerichtet, daß in Richtung der ersten Hauptachse, in deren Bereich auch die elektronischen Schaltkreise oft angeordnet sind, eine besonders hohe Magnetfelddämpfung aufgrund des in dieser Richtung kleinen Durchmessers d bewirkt wird. Andererseits wird erreicht, daß die Abwinklung der Schraubenwendel­ leitung in einer Projektion in Richtung der ersten Hauptachse klein gehalten wird bei einer vorgegebenen Längserstreckung 1. Auch dies ist der Magnetfelddämpfung in Richtung der ersten Hauptachse förderlich. Vorteilhafterweise ist das Verhältnis D/d des größten Durchmessers D zum kleinsten Durchmesser d größer als 1,5, vorzugsweise größer als 2,5.In the simplest case, the helical cable is arranged on the outer surface of a cylinder with a circular cross section. A particularly preferred embodiment, however, is characterized in that the busbar channel is arranged in a rear region of the electrical function module, and that the helical cable runs essentially on the jacket of an elliptical cylinder, the elliptical cylinder defining a first one by the smallest diameter d Main axis and a second, defined by a largest diameter D main axis, wherein the first main axis is orthogonal to the helical axis and aligned horizontally. This ensures that a particularly high magnetic field damping is brought about in the direction of the first main axis, in the area of which the electronic circuits are often arranged, because of the small diameter d in this direction. On the other hand, it is achieved that the angling of the helical coil line is kept small in a projection in the direction of the first main axis with a predetermined longitudinal extent 1 . This also promotes magnetic field damping in the direction of the first main axis. The ratio D / d of the largest diameter D to the smallest diameter d is advantageously greater than 1.5, preferably greater than 2.5.
Selbstverständlich läßt sich die Grundkonzeption der Erfindung auch bei elektrischen Anlagen für Drehstrom nutzen. Eine solche Ausführungsform ist dadurch gekenn­ zeichnet, daß in dem Sammelschienenkanal drei Sammel­ schienen für 3-Phasen-Drehstrom eingerichtet sind, und daß zumindest zwei der Sammelschienen als Schraubenwendel­ leitungen ausgebildet sind. Im einzelnen sind vorteil­ hafterweise lediglich zwei Sammelschienen als Schrauben­ wendelleitungen mit einer Windungszahl von 1 ausgebildet und ist die dritte Sammelschiene geradlinig entlang der Schraubenwendelachse angeordnet. Dabei können die beiden Schraubenwendelleitungen auf der gleichen Zylindermantel­ fläche umlaufen. Wenn die beiden Schraubenwendelleitungen zudem gleichsinnig umlaufen, kann nicht nur die übliche Geometrie der Anordnung der Sammelanschlüsse beibehalten werden, es ergeben sich zudem aus dem gleichsinnigen Umlaufsinn sowie der Phasendifferenzen der Wechselströme auf den einzelnen Sammelschienen zusätzliche vorteilhafte Dämpfungseffekte auf das Magnetfeld im Funktionsraum. Mittels der beiden Schraubenwendelleitungen wird auch das Magnetfeld der auf übliche Weise geradlinig angeordneten dritten Sammelschiene beachtlich gedämpft.Of course, the basic concept of Invention also in electrical systems for three-phase current use. Such an embodiment is known records that in the busbar channel three collectors rails for 3-phase three-phase are set up, and that at least two of the busbars as a helical coil lines are formed. In particular, are advantageous  only two busbars as screws spiral lines with a number of turns of 1 are formed and is the third busbar straight along the Screw coil axis arranged. The two can Screw spiral lines on the same cylinder jacket circulate area. If the two screw spiral lines also circulating in the same direction, can not only the usual Maintain the geometry of the hunt group arrangement be, it also result from the same Sense of rotation and the phase differences of the alternating currents additional advantageous on the individual busbars Damping effects on the magnetic field in the functional room. This is also done using the two helical spiral cables Magnetic field arranged in a straight line in the usual way third busbar dampened considerably.
Vorteilhafterweise ist die Schraubenwendelleitung aus einem Leiter mit kreisförmiger Querschnittsgeometrie gebildet. Dabei kann Vollmaterial oder Rohrmaterial einge­ setzt sein. Eine kostengünstige Weiterbildung der vorstehend genannten Ausführungsform mit zwei als Schraubenwendelleitung ausgebildeten Sammelschienen und einer dritten, geradlinigen Sammelschiene ist dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Sammelschiene als üblicher Sammelschienenleiter mit rechteckiger Querschnitts­ geometrie ausgebildet ist.The helical spiral line is advantageously made of a conductor with a circular cross-sectional geometry educated. Solid material or pipe material can be used sets. An inexpensive further education of the above-mentioned embodiment with two as Screw spiral trained busbars and a third, rectilinear busbar is thereby characterized in that the third busbar than usual Busbar conductor with a rectangular cross-section geometry is formed.
Im einzelnen kann an jeder Sammelschiene eine zu elektrischen Funktionselementen führende Stromabnahme­ leitung angebracht sein. Vorteilhafterweise ist das elektrische Funktionsmodul kompatibel mit üblichen elektrischen Funktionsmodulen, so daß auch ein teilweiser Austausch im Rahmen der elektrischen Anlage möglich ist. Die Kompatibilität wird beispielsweise erreicht durch übliche Anordnung der Sammelschienenanschlüsse.In particular, there can be one on each busbar electrical functional elements leading current consumption line attached. This is advantageous  electrical function module compatible with usual electrical function modules, so that a partial Exchange within the framework of the electrical system is possible. The compatibility is achieved, for example, by usual arrangement of the busbar connections.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:In the following, the invention is based on only one Figures illustrating the embodiment are explained in more detail. Show it:
Fig. 1a, b eine Frontansicht (a) und einen Seitenschnitt durch ein elektrisches Funktionsmodul einer er­ findungsgemäßen elektrischen Anlage, Fig. 1a, b shows a front view (a) and a side section through an electrical functional module of a he inventive electrical system,
Fig. 2a-c die Teilansichten im Bereich des Sammel­ schienenkanals des Gegenstandes der Fig. 1 in den Schnitten A-A (a), B-B (b) und C-C (c), und Fig. 2a-c, the partial views in the area of the collector rail channel of the object of Fig. 1 in the sections AA (a), BB (b) and CC (c), and
Fig. 3 zum Vergleich eine Anordnung von Sammelschienen gemäß dem Stand der Technik. Fig. 3 for comparison an arrangement of busbars according to the prior art.
In der Fig. 1 ist ein einzelnes elektrisches Funktionsmodul 1 einer erfindungsgemäßen Anlage für den Mittelspannungsbereich, hier einer Schaltanlage, darge­ stellt. In einem Funktionsraum 4 sind elektrische Funk­ tionselemente 3 angeordnet, welche mittels elektronischer Schaltkreise 2 ansteuerbar sind. Durch vergleichende Betrachtung der Fig. 1 und 2 erkennt man ohne weiteres, daß in dem Sammelschienenkanal 6 drei Sammelschienen 5′, 5′′ für 3-Phasen-Drehstrom eingerichtet sind. Diese Sam­ melschienen führen elektrische Ströme hoher Stromstärke. Insbesondere in der Fig. 2a ist zu erkennen, daß mit jeder Sammelschiene 5′, 5′′ auf beiden Seiten des elektrischen Funktionsmoduls 1 angeordnete Sammelschienenanschlüsse 7 elektrisch verbunden sind. Einer vergleichenden Betrach­ tung der Fig. 2a mit den Fig. 2b und c entnimmt man, daß zwei der Sammelschienen als Schraubenwendelleitungen 5′ ausgebildet sind. Die Schraubenwendelleitungen 5′ sind um eine im wesentlichen horizontale Schraubenwendelachse 8 angeordnet. Die Windungszahl n bei der Schrauben­ wendelleitung 5′ beträgt 1. Das Verhältnis d/l des kleinsten Durchmessers d der Schraubenwendelleitungen 5′ zur Längserstreckung 1 der beiden Schraubenwendelleitungen 5, ist mit der Maßgabe gewählt, daß die elektronischen Schaltkreise 2 nicht durch magnetische Felder der stromführenden Sammelschienen 5′, 5′′ gestört werden. In dem Ausführungsbeispiel ist das Verhältnis d/l ca. 0,35.In Fig. 1 is a single electrical function module 1 of a system according to the invention for the medium voltage range, here a switchgear, Darge provides. In a functional space 4 electrical func tion elements 3 are arranged, which can be controlled by means of electronic circuits 2 . By comparing FIGS. 1 and 2 it can easily be seen that in the busbar channel 6 three busbars 5 ', 5 ''are set up for 3-phase three-phase current. These busbars carry electrical currents of high amperage. In particular in Fig. 2a it can be seen that with each busbar 5 ', 5 ''on both sides of the electrical function module 1 arranged busbar connections 7 are electrically connected. A comparative view of FIG. 2a with FIGS . 2b and c reveals that two of the busbars are designed as helical spiral lines 5 '. The helical lines 5 'are arranged around a substantially horizontal helical axis 8 . The number of turns n in the helical coiled cable 5 'is 1. The ratio d / l of the smallest diameter d of the helical coil lines 5' to the longitudinal extension 1 of the helical coil lines 5 is selected with the proviso that the electronic circuits 2 by magnetic fields of the current-carrying Busbars 5 ', 5 ''are disturbed. In the exemplary embodiment, the ratio d / l is approximately 0.35.
Im einzelnen ist der Sammelschienenkanal 6 in einem rück­ wärtigen Bereich des elektrischen Funktionsmoduls 1 angeordnet. Die Schraubenwendelleitungen 5′ laufen im wesentlichen auf dem Mantel eines elliptischen Zylinders um. Der elliptische Zylinder weist eine erste, durch den kleinsten Durchmesser d definierte Hauptachse 9 sowie eine zweite, durch einen größten Durchmesser D definierte Hauptachse 10 auf. Die erste Hauptachse 9 steht orthogonal zur Schraubenwendelachse 8. In dem Ausführungsbeispiel ist das Verhältnis D/d des größten Durchmessers D zum kleinsten Durchmesser d ca. 2,6. In detail, the busbar channel 6 is arranged in a rear area of the electrical function module 1 . The helical lines 5 'run essentially on the jacket of an elliptical cylinder. The elliptical cylinder has a first main axis 9 defined by the smallest diameter d and a second main axis 10 defined by a largest diameter D. The first main axis 9 is orthogonal to the helix axis 8 . In the exemplary embodiment, the ratio D / d of the largest diameter D to the smallest diameter d is approximately 2.6.
Insbesondere in der Fig. 2a erkennt man, daß die dritte Sammelschiene 5′′ geradlinig entlang der Schraubenwendel­ achse 8 verläuft. Die beiden Schraubenwendelleitungen 5′ sind aus einem Leiter mit kreisförmiger Querschnitts­ geometrie gebildet. Dagegen ist die dritte Sammelschiene 5′′ als üblicher Sammelschienenleiter mit rechteckiger Querschnittsgeometrie ausgebildet. Es versteht sich, daß die Anordnung und Ausbildung der zwei Schraubenwendel­ leitungen 5′ und der Sammelschiene 5′′ im einzelnen so getroffen sind, daß störende Überschläge zwischen den Sammelschienen 5′, 5′′ selbst oder zu benachbarten Bauelementen nicht stattfinden können. In der Fig. 2a-c ist schließlich erkennbar, daß an jeder Sammelschiene 5′, 5′′ eine zu elektrischen Funktionselementen 3 führende Stromabnahmeleitung 11 angebracht ist.In particular in Fig. 2a it can be seen that the third busbar 5 '' extends straight along the helix axis 8 . The two helical lines 5 'are formed from a conductor with a circular cross-sectional geometry. In contrast, the third busbar 5 '' is designed as a common busbar conductor with a rectangular cross-sectional geometry. It is understood that the arrangement and design of the two helical lines 5 'and the busbar 5 ''are taken in such a way that disruptive flashovers between the busbars 5 ', 5 '' themselves or to adjacent components can not take place. In Fig. 2a-c it can finally be seen that on each busbar 5 ', 5 ''a leading to electrical functional elements 3 current supply line 11 is attached.
Zum Vergleich ist in der Fig. 3 in einem Ausschnitt entsprechend der Fig. 2a eine Anordnung von Sammelschienen 5 gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Alle drei Sammelschienen 5 verlaufen horizontal, quer zum elektrischen Funktionsmodul 1 und geradlinig. Durch vergleichende Betrachtung der Fig. 2a und 3 entnimmt man, daß ein erfindungsgemäßes elektrisches Funktionsmodul 1 kompatibel mit üblichen elektrischen Funktionsmodulen ausgebildet werden kann, da die geometrische Anordnung der Sammelschienenanschlüsse 7 genauso wie beim Stand der Technik ausgebildet werden kann, sofern mit ganzzahliger Windungszahl für die beiden Schraubenwendelleitungen 5, gearbeitet wird.For comparison, an arrangement of busbars 5 according to the prior art is shown in FIG. 3 in a section corresponding to FIG. 2a. All three busbars 5 run horizontally, transversely to the electrical function module 1 and in a straight line. By comparing FIGS. 2a and 3 it can be seen that an electrical functional module 1 according to the invention can be designed to be compatible with conventional electrical functional modules, since the geometrical arrangement of the busbar connections 7 can be designed in exactly the same way as in the prior art, provided that the number of turns for the integer two screw spiral lines 5 , is being worked.

Claims (10)

1. Elektrische Anlage für den Mittelspannungsbereich, insbesondere Schaltanlage, mit zumindest einem elek­ trischen Funktionsmodul (1), in welchem mittels elek­ tronischer Schaltkreise (2) gesteuerte elektrische Funk­ tionselemente (3) in einem Funktionsraum (4) sowie zumindest eine Sammelschiene (5) zur Führung elektrischer Ströme hoher Stromstärke in einem Sammelschienenkanal (6) angeordnet sind, wobei mit der Sammelschiene auf beiden Seiten des elektrischen Funktionsmoduls (1) angeordnete Sammelschienenanschlüsse (7) elektrisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sammelschiene (5) als Schraubenwendelleitung (5′) mit einer im wesentlichen horizontalen Schraubenwendel­ achse (8) ausgebildet ist,
wobei die Windungszahl n der Schraubenwendelleitung (5′) zumindest 1 beträgt und
wobei das Verhältnis d/l des kleinsten Durchmessers d der Schraubenwendelleitung (5′) zur Längserstreckung 1 der Schraubenwendelleitung (5′) mit der Maßgabe gewählt ist, daß die elektronischen Schaltkreise (2) nicht durch magne­ tische Felder der stromführenden Sammelschiene (5) gestört werden.
1. Electrical system for the medium-voltage range, in particular switchgear, with at least one elec trical function module ( 1 ), in which by means of electronic circuits ( 2 ) controlled electrical func tion elements ( 3 ) in a functional space ( 4 ) and at least one busbar ( 5 ) high electrical currents for guiding current in a busbar channel are arranged (6), are electrically connected to the busbar on both sides of the electrical functional module (1) arranged busbar connections (7), characterized in that
that the busbar ( 5 ) is designed as a helical cable ( 5 ') with an essentially horizontal helical axis ( 8 ),
wherein the number of turns n of the helical cable ( 5 ') is at least 1 and
wherein the ratio d / l of the smallest diameter d of the helical cable ( 5 ') to the longitudinal extension 1 of the helical cable ( 5 ') is selected with the proviso that the electronic circuits ( 2 ) are not disturbed by magnetic fields of the current-carrying busbar ( 5 ) become.
2. Elektrische Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Verhältnis d/l weniger als 1, vorzugs­ weise weniger als 0,2, beträgt. 2. Electrical system according to claim 1, characterized records that the ratio d / l is less than 1, preferably less than 0.2.  
3. Elektrische Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelschienenkanal (6) in einem rückwärtigen Bereich des elektrischen Funktionsmoduls angeordnet ist, und daß die Schraubenwendelleitung (5′) im wesentlichen auf dem Mantel eines elliptischen Zylinders umläuft, wobei der elliptische Zylinder eine erste, durch den kleinsten Durchmesser d definierte Hauptachse (9) und eine zweite, durch einen größten Durchmesser D definierte Hauptachse (10) aufweist, wobei die erste Hauptachse (9) orthogonal zur Schraubenwendelachse (8) und horizontal ausgerichtet ist.3. Electrical system according to claim 1 or 2, characterized in that the busbar channel ( 6 ) is arranged in a rear region of the electrical function module, and that the helical coil line ( 5 ') revolves essentially on the jacket of an elliptical cylinder, the elliptical Cylinder has a first main axis ( 9 ) defined by the smallest diameter d and a second main axis ( 10 ) defined by a largest diameter D, the first main axis ( 9 ) being oriented orthogonally to the helix axis ( 8 ) and horizontally.
4. Elektrische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis D/d des größten Durchmesser D zum kleinsten Durchmesser d größer als 1,5, vorzugsweise größer als 2,5 ist.4. Electrical system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the ratio D / d of the largest Diameter D to the smallest diameter d greater than 1.5, is preferably greater than 2.5.
5. Elektrische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Sammelschienenkanal (6) drei Sammelschienen (5) für 3-Phasen-Drehstrom einge­ richtet sind, und daß zumindest zwei der Sammelschienen (5) als Schraubenwendelleitung (5′) ausgebildet sind.5. Electrical system according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the busbar channel ( 6 ) three busbars ( 5 ) for 3-phase three-phase current are set up, and that at least two of the busbars ( 5 ) as helical cable ( 5 ') Are trained.
6. Elektrische Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwei Sammelschienen (5) als Schrauben­ wendelleitung (5′) mit einer Windungszahl von 1 ausge­ bildet sind, und daß die dritte Sammelschiene (5′′) geradlinig entlang der Schraubenwendelachse (7) verläuft.6. Electrical system according to claim 5, characterized in that two busbars ( 5 ) as a screw spiral line ( 5 ') are formed with a number of turns of 1, and that the third busbar ( 5 '') rectilinear along the helix axis ( 7th ) runs.
7. Elektrische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenwendelleitung (5′) aus einem Leiter mit kreisförmiger Querschnittsgeo­ metrie gebildet ist.7. Electrical system according to one of claims 1 to 6, characterized in that the helical coil line ( 5 ') is formed from a conductor with a circular cross-sectional geometry.
8. Elektrische Anlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Sammelschiene (5′′) als üblicher Sammelschienenleiter mit rechteckiger Quer­ schnittsgeometrie ausgebildet ist.8. Electrical system according to claim 6 or 7, characterized in that the third busbar ( 5 '') is designed as a conventional busbar conductor with a rectangular cross-sectional geometry.
9. Elektrische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Sammelschiene (5′, 5′′) eine zu elektrischen Funktionselementen (3) führende Stromabnahmeleitung (11) angebracht ist.9. Electrical system according to one of claims 1 to 8, characterized in that on each busbar ( 5 ', 5 '') is attached to electrical functional elements ( 3 ) leading power take-off line ( 11 ).
10. Elektrische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Funktionsmodul (1) kompatibel mit üblichen elektrischen Funktionsmodulen ist.10. Electrical system according to one of claims 1 to 9, characterized in that the electrical function module ( 1 ) is compatible with conventional electrical function modules.
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