DE19638746C1 - Elektrische Anlage für den Mittelspannungsbereich - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Anlage für den Mittelspannungsbereich in geschlossener Bauweise, insbe­ sondere Schaltanlage, mit zumindest einem gekapselten elektrischen Funktionsmodul und mit einem in Querrichtung des Funktionsmoduls verlaufenden Druckentlastungskanal, wobei das elektrische Funktionsmodul eine Mehrzahl von gegeneinander abgeschlossene Funktionsräume für Mittelspannung führende Funktionselemente aufweist und wobei die Funktionsräume über Störfall-Druckentlastungselemente mit dem Druckentla­ stungskanal verbunden sind.

Elektrische Anlagen im Sinne der Erfindung dienen im weitesten Sinne der elektrischen Energieverteilung, umfassen also neben Schaltanlagen bei­ spielsweise auch Umspannanlagen. Als Mittelspannungsbe­ reich ist bezeichnet eine Betriebsspannung von mehr als 1 kV bis ca. 40 kV, wobei die Obergrenze auch höher liegen kann. Üblicherweise wird mit Luft als Isolationsmittel gearbeitet. Eine elektrische Anlage in geschlossener Bau­ weise weist im normalen Betrieb keine nennenswerten Öff­ nungen zwischen dem Anlageninneren und der Umgebung der Anlage auf und ist in dem Sinne gasdicht, daß im Anlagen­ inneren auftretende Druckstöße allenfalls geringfügig in die unmittelbare Umgebung der Anlage durchschlagen. Als gekapselt sind solche Funktionsmodule mit Mittelspannung führenden, elektrischen Funktionselementen bezeichnet, die jeweils gegenüber anderen Modulen der Anlage praktisch druckfest geschlossen sind. Gegeneinander abgeschlossene Funktionsräume sind durch druckfeste Trennwände voneinander getrennt. Es versteht sich, daß geeignete druckfeste Durchführungen z. B. für elektrische Leitungen vorgesehen sind. Sofern in den Trennwänden Kontakte ange­ ordnet sind, sind auch diese druckfest. Druckfest meint dabei stets einen Aufbau, welcher in einer Anlage auftre­ tenden (ggf. auch störfallbedingt) Druckstößen soweit wi­ derstehen kann, daß diese nicht unkontrolliert entlastet werden. Elektrische Funktionselemente können beispielswei­ se Sammelschienen, Leistungsschalter, Transformatoren, Ka­ belanschlußelemente u.ä. sein. Dabei sind die Funktionsmo­ dule in der Regel über die Sammelschienen elektrisch mit­ einander verbunden.

Bei elektrischen Anlagen für den Mittelspannungsbereich können Fehlfunktionen in Form von Störlichtbögen nicht ausgeschlossen werden. Die bei einem Störlichtbogen in einem elektrischen Funktionsmodul auftretenden Energie- (thermisch oder Schall) und/oder Gasmengen und die damit verbundenen Druckstöße können sehr beachtliche Werte an­ nehmen und sind von der Kapselung eines Funktionsmoduls nicht ohne weiteres vollständig aufzufangen. Daher ist im Rahmen praktisch aller elektrischen Anlagen für den Mit­ telspannungsbereich ein Druckentlastungskanal zur Ablei­ tung der Energien sowie ggf. der Störfallgase eingerichtet. Der Druckentlastungskanal erstreckt sich dabei über alle elektrischen Funktionsmodule. Die Funkti­ onsräume für Mittelspannung führende Funktionselemente sind direkt oder indirekt (ggf. über Ableitkanäle) über Störfalldruckentlastungselemente an den Druckentlastungs­ kanal angeschlossen. Insofern wird im Falle eines Störlichtbogens für das betroffene Funktionsmodul bzw. den betroffenen Funktionsraum die Kapselung durch Öffnung der Störfalldruckentlastungselemente gezielt durchbrochen; die Kapselung nicht betroffener Funktionsmodule bzw. Funktionsräume bleibt jedoch bestehen. Der Druckentla­ stungskanal mündet in der Regel ins Freie (bei einer eine Gefährdung von Personen ausschließenden Anordnung der Mün­ dung) oder in eine Vorrichtung zur Absorption der Energien und/oder der mitunter giftigen Störfallgase. Durch die Anordnung insgesamt ist sichergestellt, daß eine sich in der Nähe der Anlage aufhaltende Person in Falle eines Störlichtbogens nicht aufgrund der auftretenden thermi­ schen Energien, des Druckstoßes oder der Störfallgase ver­ letzt werden kann.

Eine Anlage des eingangs genannten Aufbaus ist beispiels­ weise aus der Literaturstelle DE 39 27 835 A1, dort Fig. 1, bekannt. Im Rahmen dieser Maßnahmen ist das elektrische Funktionsmodul an seiner Oberseite mit Störfalldruckentla­ stungselementen für die Mittelspannung führenden Funkti­ onsräume ausgestattet. Über dem elektrischen Funktionsmo­ dul und an die Störfalldruckentlastungselemente anschlie­ ßend ist der Druckentlastungskanal angebaut. Dieser Aufbau ist aus verschiedenen Gründen verbesserungsfähig. Zum ei­ nen ist es herstellungstechnisch aufwendig zunächst eines oder mehrere elektrische Funktionsmodule aufzustellen und danach den als bauliche Einheit ausgebildeten Druckentla­ stungskanal anzubringen. Zum zweiten ist es von Nachteil, daß für jede elektrische Anlage ein spezieller Druckentla­ stungskanal gebaut werden muß nach Maßgabe der Anzahl vor­ gesehener elektrischer Funktionsmodule und nach Maßgabe der vorgegebenen räumlichen Verhältnisse am Aufstellort der Anlage. Insofern ist bei diesen bekannten Anlagen die Konzeption des modularen Aufbaus hinsichtlich der Druck­ entlastung in störender Weise durchbrochen.

Aus der Druckschrift Linblad, S., in ASEA Journal 1973 V. 46, N. 3, "Metal-enclosed-high voltage switchgear for safe operation", S. 61, ist es gemäß Fig. 8 bekannt, im oberen Bereich eines elektrischen Funktionsmoduls zwischen einem Sammelschienenraum und einem Niederspannungsraum einen Zwischenraum frei zu lassen. Eine Zweckbestimmung oder eine technische Funktion dieses Freiraums ist jedoch nicht erkennbar. Aus der Druckschrift Oberhäuser, R., in Siemens Zeitschrift, Juni 1956, H. 5-7, "Stand und Ent­ wicklung im Schaltanlagenbau", S. 315, ist es bekannt, alle Funktionsräume (soweit wie möglich) mit der Oberseite eines Funktionsmoduls zu verbinden. Dies gelingt für den Kabelanschlußraum jedoch nur dann, wenn er sich über die ganze Rückseite erstreckend aufgeführt wird (Bild 13).

Demgegenüber liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, eine elektrische Anlage für den Mittelspannungs­ bereich anzugeben, die ohne zusätzliche Maßnahmen ledig­ lich durch das Aneinanderfügen von elektrischen Funktions­ modulen aufbaubar ist, und zwar so, daß auch der Druckent­ lastungskanal von der modularen Grundkonzeption mit umfaßt ist.

Zur Lösung dieses technischen Problems lehrt die Erfin­ dung, daß das elektrische Funktionsmodul hermetisch ge­ schlossen als selbständige Einheit ausgebildet ist, daß alle Funktionsräume für Mittelspannung führende Funktion­ selemente unmittelbar an den einen, im Inneren des Funkti­ onsmoduls angeordneten Druckentlastungskanal angrenzend ausgebildet sind, und daß der Druckentlastungskanal gerad­ linig in Richtung einer Druckentlastungsöffnung der elek­ trischen Anlage verlaufend ausgebildet ist. - Der Ausdruck hermetisch geschlossen meint, daß auch im Falle eines Störlichtbogens keine Öffnungen in der Kapselung, d. h. in der Außenhaut des elek­ trischen Funktionsmoduls entstehen können bzw. keine Druck­ entlastung über irgendeine frei liegende Außenfläche des Funktionsmoduls erfolgt. Jede Druckentlastung findet über die Störfalldruckentlastungselemente funktionsmodulintern in den dem Funktionsmodul integrierten Druckentlastungskanal hinein statt. Mit dem Begriff einer selbständigen Einheit soll ausge­ drückt werden, daß das elektrische Funktionsmodul nicht nur hinsichtlich der elektrischen Funktionen ein Modul bildet, sondern daß das elektrische Funktionsmodul auch hinsichtlich der Beherrschung eines Störlichtbogens als Einheit gebaut ist und funktioniert, und zwar ohne zusätz­ liche außenseitige Anbauten am elektrischen Funktionsmodul im Zuge der Erstellung einer elektrischen Anlage aus den Funktionsmodulen. Eine Druckentlastungsöffnung ist das offene Ende eines Druckentlastungskanals, welches an der äußeren Seite eines endständigen elektrischen Funktionsmo­ duls angeordnet ist. Dementsprechend kann eine erfindungsgemäße elektrische Anlage zwei Druckentlastungs­ öffnungen oder auch nur eine Druckentlastungsöffnung auf­ weisen. In letzterem Falle ist eines der Enden des Druck­ entlastungskanals mit einem druckfesten Verschluß versehen.

Zwar ist es ebenfalls aus der Literaturstelle DE 39 27 835 A1, dort jedoch Fig. 2, grundsätzlich auch bekannt, einen von mehreren Druckentlastungskanälen in ein Funktionsmodul zu integrieren, bei der insofern bekannten Anlage folgt dieser Aufbau jedoch aus geometrischen Zwängen aufgrund des Duplexaufbaus (doppelte Anordnung der elektrischen Funktionselemente) und aus der entsprechend hohen Anzahl erforderlicher Funktionsräume, welche im Störfall druc­ kentlastbar sein müssen. Ein Teil der Funktionsräume die­ ser bekannten Anlage wird im Störfall jedoch stets auf "klassische" Weise nach außerhalb des Funktionsmoduls und in einen separat angebrachten Druckentlastungskanal druck­ entlastet, wodurch die o.g. Nachteile auch hier treffen.

Eine erfindungsgemäße elektrische Anlage läßt sich vor­ teilhafterweise auf besonders einfache Weise aufbauen, da die Grundkonzeption des modularen Aufbaus konsequent zu Ende entwickelt und ausgeführt worden ist. Zum Aufbau ist es lediglich notwendig, elektrische Funktionsmodule mit den gewünschten Funktionen auszuwählen, am Standort in der gewünschten Reihenfolge nebeneinander aufzustellen und miteinander zu verbinden. Das Verbinden erstreckt sich dabei im wesentlichen auf die Kontaktierung von Sammelschienenanschlüssen und die ausreichend druckdichte Anein­ anderfügung der Druckentlastungskanäle. Letzteres kann beispielsweise mittels gleichsam Muffen ausgebildeten Ein­ satzelementen erfolgen. Es entfällt die bei bekannten An­ lagen erforderliche individuelle Dimensionierung und Herstellung eines aufzusetzenden Druckentlastungskanals. Es versteht sich, daß bei einer erfindungsgemäßen elektri­ schen Anlage nicht nur die Sammelschienenanschlüsse ver­ schiedener elektrischer Funktionsmodule zueinander kompa­ tibel angeordnet sind, sondern daß auch die Druckentla­ stungskanäle verschiedener Funktionsmodule im wesentlichen miteinander fluchten und verbindungstechnisch kompatibel sind. Insgesamt ergibt sich eine beachtliche montagetech­ nische Erleichterung verbunden nicht nur mit einer Materi­ aleinsparung bezüglich des Druckentlastungskanals sondern insbesondere auch verbunden mit einer erheblichen Raumer­ sparnis. Eine erfindungsgemäße elektrische Anlage baut weniger hoch, ohne daß die sonstigen Außenabmessungen stö­ rend vergrößert werden müssen.

Vorteilhafterweise ist das elektrische Funktionsmodul hin­ sichtlich der internen Anordnung der Funktionsräume wie folgt ausgebildet. Der Druckentlastungskanal ist im oberen Bereich des elektrischen Funktionsmoduls, vorzugsweise an eine obere Abschlußwand des elektrischen Funktionsmoduls angrenzend, angeordnet. Im oberen Bereich des elektrischen Funktionsmoduls sind rückseitig ein Sammelschienenraum sowie frontseitig ein Niederspannungs­ raum eingerichtet. Der Druckentlastungskanal ist zwischen dem Sammelschienenraum und dem Niederspannungsraum ange­ ordnet. Im unteren Bereich des elektrischen Funktionsmoduls sind rück­ seitig ein Kabelanschlußraum und frontseitig ein Leistungs­ elementeraum, beispielsweise ein Leistungsschalterraum, eingerichtet. Der Kabelanschlußraum und der Leistungsele­ menteraum grenzen aneinander an.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Kabelanschlußraum so ausgebildet, daß er den Leistungele­ menteraum seitlich umgreift, vorzugsweise beidseitig um­ greift, und sich bis zum Druckentlastungskanal erstreckt.

Im einzelnen ist es zweckmäßig, als Störfall-Druckentla­ stungselemente Druckentlastungsklappen einzurichten.

Der Druckentlastungskanal ist im einfachsten und bevorzug­ ten Fall ohne jede Füllung ausgeführt. Es ist aber grund­ sätzlich auch möglich, daß der Druckentlastungskanal Ab­ sorptionsmittel zur Absorption der thermischen Energie und der Schallenergie von Störfalldruckstößen und/oder von Störfallgasen enthält.

Im Rahmen einer erfindungsgemäßen elektrischen Anlage kön­ nen auch Module mit nicht-elektrischen Funktionen einge­ richtet sein. Beispielsweise kann ein gekapseltes Stör­ fallmodul oder können mehrere gekapselte Störfallmodule zur Absorption der in Verfolg eines Störlichtbogens ent­ stehenden Energien und Gase eingerichtet sein. Bezüglich eines besonders geeigneten Störfallmoduls wird ausdrück­ lich auf die Patentanmeldung DE 195 20 698.3-34 verwiesen. Es versteht sich, daß ein insofern bekanntes Störfallmodul so modifiziert wird, daß deren Umlenkeinrichtung unmittel­ bar an eine Druckentlastungsöffnung anschließbar ist. Soll kein Störfallmodul eingesetzt werden, so ist es zweckmäßig einen Auslaßkanal an die Druckentlastungsöffnung anzu­ schließen, welcher an einen sicherheitstechnisch unbedenklichen Ort, beispielsweise in eine Gebäudeaußenwandung in über 2-3 m Höhe, verlegt ist, um Druckwellen und Stör­ gasströme ins Freie zu entlasten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen

Fig. 1: eine Frontalansicht einer erfindungsgemäßen elek­ trischen Anlage,

Fig. 2: einen Schnitt durch ein elektrisches Funktionsmodul entlang der Querschnittsebene A-A in Fig. 1 und

Fig. 3: einen Schnitt durch den Gegenstand der Fig. 2 ent­ lang der Querschnittsebene B-B.

Die in der Fig. 1 dargestellte elektrische Anlage 1 ist in geschlossener Bauweise ausgeführt und für den Mittelspan­ nungsbereich ausgebildet. Die elektrische Anlage 1 besteht im Ausführungsbeispiel aus einer Mehrzahl von gekapselten elektrischen Funktionsmodulen 2, die nebeneinander ange­ ordnet und miteinander verbunden sind. Anhand der gestri­ chelten Linien erkennt man einen in Querrichtung der Funk­ tionsmodule verlaufenden Druckentlastungskanal 3, welcher an seinem rechten Ende mit einer Druckentlastungsöffnung 4 endet. Mit anderen Worten ausgedrückt, bildet die Druc­ kentlastungsöffnung 4 das Ende des Druckentlastungskanals 3, an welches Ende beispielsweise ein Störfallmodul oder ein Druckentlastungskamin anschließbar ist. Nicht erkenn­ bar ist, daß am linken Ende des Druckentlastungskanals eine druckfeste Abdeckplatte angebracht ist, die dieses linke Ende auch im Falle eines Störlichtbogens druckdicht verschließt.

In der Fig. 2 erkennt man, daß das elektrische Funktions­ modul 2 eine Mehrzahl von gegeneinander abgeschlossene Funktionsräume 5, 6, 7 für Mittelspannung führende Funktion­ selemente aufweist. Im Beispiel sind als Funktionselemente Sammelschienen 8 im Sammelschienenraum 7, ein Leistungs­ schalter 9 im Leistungsschalterraum 6 und Kabelanschluße­ lemente 10 im Kabelanschlußraum 5 erkennbar. Zusätzlich ist ein Niederspannungsraum 11 eingerichtet, in welchem der Einfachheit halber nicht dargestellte Schwachstrom­ kreise bzw. Niederspannungskreise zu Steuerungs-, Regelungs- und Meßzwecken angeordnet sind. Der Niederspan­ nungsraum 11 benötigt keine Maßnahmen zur Druckentlastung, da darin keine hohe Spannung auftritt und folglich kein Störlichtbogen entstehen kann. Schließlich erkennt man den Druckentlastungskanal 3, der über Druckentlastungsklappen 12, 13, 14 (siehe auch Fig. 3) mit den Funktionsräumen 5, 6, 7 verbunden ist. In den Querschnittszeichnungen Fig. 2 und Fig. 3 stellen die dichten Linien druckfeste Wände dar, mit Ausnahme jener Stellen, an denen Druckentlastungsklappen 12, 13, 14 angeordnet sind.

Aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 1-3 er­ kennt man, daß alle elektrischen Funktionsmodule 2 herme­ tisch geschlossen und als selbständige Einheiten ausgebil­ det sind. Insbesondere ist der Fig. 1 entnehmbar, daß auch die Oberseite der aus den Funktionsmodulen 2 zusammenge­ fügten elektrischen Anlage 1 eine auch in Falle eines Störlichtbogens hermetisch geschlossene Fläche bildet. Um dies darzustellen, sind die Stoßkanten zwischen den Funk­ tionsmodulen 2 an deren Oberseite nicht gezeichnet.

Durch vergleichende Betrachtung der Fig. 2 und 3 er­ kennt man, daß alle Funktionsräume 5, 6, 7 für Mittelspan­ nung führende Funktionselemente 8, 9, 10 unmittelbar an den einzigen, im Inneren des Funktionsmoduls 2 angeordneten Druckentlastungskanal 3 angrenzend ausgebildet sind. Alle Funktionsräume 5, 6, 7 sind sowohl nach außen, als auch ge­ geneinander druckfest abgetrennt, lediglich in den Berei­ chen der Druckentlastungsklappen 12, 13, 14 kann ein Über­ druck direkt in den Druckentlastungskanal 3 entweichen. In der Fig. 1 wiederum erkennt man, daß der Druckentlastungs­ kanal geradlinig in Richtung der Druckentlastungsöffnung 4 verlaufend ausgebildet ist.

Das in den Fig. 2 und 3 dargestellte elektrische Funk­ tionsmodul 2 ist im einzelnen wie folgt aufgebaut. Der Druckentlastungskanal 3 ist im oberen Bereich des Funktionsmoduls 2, und zwar an eine obere Abschlußwand 15 des Funktionsmoduls 2 angrenzend, angeordnet. Im oberen Bereich des Funktionsmoduls 2 sind rückseitig ein Sammel­ schienenraum 7 sowie frontseitig ein Niederspannungsraum 11 eingerichtet. Der Druckentlastungskanal 3 ist zwischen dem Sammelschienenraum 7 und dem Niederspannungsraum 11 angeordnet. Im unteren Bereich des Funktionsmoduls 2 sind rückseitig ein Kabelanschlußraum 5 und frontseitig ein Leistungselementeraum 6, hier ein Leistungsschalterraum 6, eingerichtet. Der Kabelanschlußraum 5 und der Leistungse­ lementeraum 6 grenzen aneinander an. Im einzelnen ist der Kabelanschlußraum 5 so ausgebildet, daß er sich den Lei­ stungselementeraum 6 beidseitig umgreifend bis zum Druck­ entlastungskanal 3 erstreckt (siehe insbes. Fig. 3).

Im Ausführungsbeispiel nicht gezeichnet ist, daß sich in der Fig. 1, rechtseitig des rechtesten Funktionsmoduls 2 ein Störfallmodul anschließt. Die Umlenkeinrichtung des Störfallmoduls ist dabei so angeordnet, daß ihr Eingang mit der Druckentlastungsöffnung 4 fluchtet. Die Umlenkein­ richtung und die Druckentlastungsöffnung 4 sind dabei druckfest miteinander verbunden. Statt des Störfallmoduls kann aber auch ein Druckentlastungskamin, welcher ins Freie führt, an die Druckentlastungsöffnung 4 angeschlos­ sen sein.

Claims (6)

1. Elektrische Anlage (1) für den Mittelspannungsbereich in geschlossener Bauweise, insbesondere Schaltanlage,
mit zumindest einem gekapselten elektrischen Funktions­ modul (2) und
mit einem in Querrichtung des Funktionsmoduls (2) ver­ laufenden Druckentlastungskanal (3),
wobei das elektrische Funktionsmodul (2) eine Mehrzahl von gegeneinander abgeschlossene Funktionsräume (5, 6, 7) für Mittelspannung führende Funktionselemente (8, 9, 10) aufweist und
wobei die Funktionsräume (5, 6, 7) über Störfall-Druc­ kentlastungselemente (12, 13, 14) mit dem Druckentla­ stungskanal verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß das elektrische Funktionsmodul (2) hermetisch ge­ schlossen als selbständige Einheit ausgebildet ist,
daß alle Funktionsräume (5, 6, 7) für Mittelspannung füh­ rende Funktionselemente (8, 9, 10) unmittelbar an den einen, im Inneren des elektrischen Funktionsmoduls (2) angeordneten Druckentlastungskanal (3) angrenzend aus­ gebildet sind, und
daß der Druckentlastungskanal (3) geradlinig in Rich­ tung einer Druckentlastungsöffnung (4) der elektrischen Anlage (1) verlaufend ausgebildet ist.

2. Elektrische Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Druckentlastungskanal (3) im oberen Bereich des elektrischen Funktionsmoduls (2), vorzugs­ weise an eine obere Abschlußwand (15) des elektrischen Funktionsmoduls (2) angrenzend, angeordnet ist.

3. Elektrische Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im oberen Bereich des elektrischen Funktionsmoduls (2) rückseitig ein Sammelschienenraum (7) sowie frontseitig ein Niederspannungsraum (11) ein­ gerichtet sind, und daß der Druckentlastungskanal (3) zwischen dem Sammelschienenraum (7) und dem Niederspan­ nungsraum (11) angeordnet ist.

4. Elektrische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Bereich des elektrischen Funktionsmoduls (2) rückseitig ein Kabel­ anschlußraum (5) und frontseitig ein Leistungselemen­ teraum (6), beispielsweise ein Leistungsschalterraum (6), eingerichtet sind, und daß der Kabelanschlußraum (5) und der Leistungselementeraum (6) aneinander angrenzen.

5. Elektrische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kabelanschlußraum (5) sich den Leistungselementeraum (6) seitlich umgreifend, vorzugsweise beidseitig umgreifend, bis zum Druckentla­ stungskanal (3) erstreckt.

6. Elektrische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Störfall-Druckentla­ stungselemente (12, 13, 14) Druckentlastungsklappen (12, 13, 14) eingerichtet sind.