DE19819903C2 - Fluidgekühlte, elektrische Stromleitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine fluidgekühlte, in mindestens zwei Leiterabschnitte unterteilte elektrische Stromleitung, wobei die Leiterabschnitte mit einer elektrischen Kupplung verbunden sind.

Eine derartige Stromleitung wird beispielsweise in der metallurgischen Technik verwendet. Beim Metallgießen wird ein auf etwa Gießtemperatur vorgeheiztes, noch leeres Verteil­ ergefäß (Tundish) an eine Kokille angefahren. Nach Koppeln des Verteilergefäßes mit der Kokille wird Schmelze in das Verteilergefäß eingelassen, welche durch Gießöffnungen in die Kokille austritt. Die Gießöffnungen werden mit jeweils einem gekühlten elektrischen Induktor beheizt, welcher über die Stromleitung an einen Umrichter bzw. Generator elektrisch angeschlossen werden muss. Dieses Anschließen erfolgt mittels einer elektrischen Kupplung nach dem Verbinden des Verteil­ ergefäßes mit der Kokille. Da hohe Ströme fließen, ist es zweckmäßig, nicht nur den Induktor, sondern auch die Stromlei­ tung und die Kupplung zu kühlen.

Aus der DE 39 12 236 A1 (Fig. 2a) ist eine mittels Kühlwasser kühlbare, in mindestens zwei Leiterabschnitte unterteilte elektrische Stromleitung als Steckverbindung bekannt, wobei die Leiterabschnitte mit mindestens einer elektrischen Kupplung, bestehend aus zwei Kupplungsteilen, verbunden sind, wobei der eine Leiterabschnitt und/oder das eine Kupplungsteil mit Luft kühlbar und der andere Leiterabschnitt und/oder das andere Kupplungsteil mit Wasser kühlbar ist.

Aus der GB 1 262 872 (Fig. 1) ist es bei einem elektrischen Kabel mit wenigstens einem Leiter bekannt, eine Bohrung und einen Durchlass in dem Kopf eines Stiftes vorzusehen, um Öl zwischen der Bohrung des Kabels und einer Umfangsnut durch­ zulassen, welche ihrerseits mit radialen Durchlässen des Leiters in Strömungsverbindung steht.

Aus Papadopulos, M. S.: "Oil-Filled Aluminium Cable Conductor Connetions", Welding and Metal Fabrication, Februar 1971, Seite 63, Fig. 1A bis 1E ist es bekannt, bei einer Verbindung zwischen einem Aluminiumleiter mit einem hohlen Kern und einem stiftförmigen Aluminiumleiter Öl durch den Kanal des Alumini­ umhohlleiters bis in ein Sackloch des Aluminiumstiftleiters und von dort radial in den Zwischenraum zwischen Aluminium­ hohlleiter und Aluminiumstiftleiter zu führen.

Aus der DE 25 14 635 B2 (Fig. 1) ist ein Endverschluss für Hochspannungskabel mit wassergekühltem Leiter mit zwei Kühlwasserzuführungen und zwei Kühlwasserabführungen bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Stromleitung der eingangs genannten Art die gewünschte Kühlung in den unter­ schiedlichen Betriebsstadien sicher zu gewährleisten.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei der eingangs genannten Stromleitung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Bei einem Anwendungsbeispiel ist der eine Leiterabschnitt und das eine Kupplungsteil fest an dem Verteilergefäß angeordnet und an den Induktor angeschlossen. Dieser Leiterabschnitt und/oder dieses Kupplungsteil sowie der Induktor sind über einen Luftanschluss mit Luft kühlbar. Dabe sind dieser Leiterabschnitt und der Induktor schon beim Vorheizen des Verteilergefäßes und auch im Gießbetrieb mit Luft kühlbar. Eine Luftkühlung des Induktors ist verwendet, weil gegen dessen Wasserkühlung Sicherheitsbedenken bestehen. Der andere Leiterabschnitt und/oder das andere Kupplungsteil sind mit Wasser kühlbar, weil diese Kühlung effektiver ist und in diesem Bereich keine Sicherheitsbedenken bestehen. Insgesamt ist also gewährleistet, dass die Stromleitung, die Kupplung und der Induktor in den verschiedenen Betriebsstadien (Vorheizen, Gießen) keine unzulässig hohen Temperaturen annehmen, welche zu einer Schädigung der Bauteile führen können.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Teil-Schnittansicht eines Verteilergefäßes in Richtung des Pfeiles I in Fig. 2,

Fig. 2 eine Ansicht des Verteilergefäßes etwa in Richtung des Pfeiles II in Fig. 1,

Fig. 3 eine gegenüber Fig. 1 vergrößerte Detail-Schnitt­ ansicht der Kupplung und

Fig. 4 einen Schnitt durch ein wassergekühltes Kupplungs­ teil etwa längs der Linie IV-IV nach Fig. 3.

An einem Verteilergefäß 1 sind drei Gießöffnungen 2 vor­ gesehen. Bei jeder Gießöffnung 2 ist ein Induktor 3 an­ geordnet. Im Folgenden ist zur Vereinfachung nur die Stromlei­ tung sowie deren Anschluss, Kopplung und Kühlung eines der Induktoren 3 beschreiben. Wie den Fig. 1 und 2 zu entnehmen, sind die Stromleitungen der anderen Induktoren 3 ebenso aufgebaut.

Der Induktor 3, speziell seine Spule, ist mit hohlen elek­ trischen Leiterabschnitten 4, 5 verbunden, die jeweils einen ersten Leiterabschnitt der Stromleitung bilden. Wie weiter unten beschrieben, wird in den elektrischen Leiterabschnitten 4, 5 zu deren Kühlung und zur Kühlung des Induktors 3 Druckluft geführt. An den Induktor 3 ist ein Luftableiter 6 für die Kühlung angeschlossen, der mit einem Sammler 7 verbunden ist. Aus dem Sammler 7 wird die Druckluft durch einen Auslass 8 ins Freie entlassen, wobei ein Schalldämpfer vorgesehen sein kann. Der Induktor 3 wird dabei über zwei Kühlzweige mit getrennter Luftzuführung, nämlich durch die Leiterabschnitte 4, 5 und gemeinsamer Luftableitung luftge­ kühlt. Die Kühlzweige lassen sich nötigenfalls getrennt steuern.

An dem Verteilergefäß 1 ist ein Anschlusskasten 9 befestigt. In dem Anschlusskasten enden die Leiterabschnitte 4, 5 an je einem Kupplungsteil 10. In Fig. 3 ist nur eines der Kupplungs­ teile 10 zu sehen; das andere ist ebenso aufgebaut und liegt hinter der Zeichenebene.

Das Kupplungsteil 10 besteht aus einem stromleitenden Nocken 11, beispielsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, der in einen elektrisch isolierenden Block 12, beispielsweise aus Hartgewebe, eingeschraubt ist. Der Block 12 sitzt fest an einem Winkel 13 des Anschlusskastens 9 (vgl. Fig. 3).

Der Nocken 11 weist eine axiale Sackbohrung 14 auf, in welcher der hohle Leiterabschnitt 4 stromleitend sitzt. Von der Sackbohrung 14 führen mehrere radiale Bohrungen 15 zu einem Ringkanal 16, welcher zwischen dem Nocken 11 und dem Block 12 besteht. Zur Abdichtung sind zwischen dem Nocken 11 und dem Block 12 sowie dem Leiter 4 O-Ringe 17 vorgesehen.

Der Ringkanal 16 ist über einen Kanal 18 des Blockes 12 und einen Krümmer 19 an einem Steckverbinder 20 für einen Pressluftschlauch 21 angeschlossen.

Der Pressluftschlauch 21 bzw. die Pressluftschläuche wird/werden schon beim Vorheizen des Verteilergefäßes 1 auf etwa Gießtemperatur angeschlossen und macht/machen aufgrund der Flexibilität die Bewegung des Verteilergefäßes 1 zur Kokille mit. Der Pressluftschlauch 21 bzw. die Pressluft­ schläuche bleibt/bleiben auch im Gießbetrieb angeschlossen. In allen diesen Betriebsstadien wird Kühlluft durch den Block 12, den Nocken 11, den Leiterabschnitt 4 und den Induktor 3 geleitet.

Zum elektrischen Anschluss der Leiterabschnitte 4, 5 ist ein Kupplungsteil 22 vorgesehen (vgl. Fig. 3, 4). Dieses besteht aus zwei elektrisch leitenden Buchsen 23, 24, die gemeinsam in einem elektrisch isolierenden Block 25 festgelegt sind (vgl. Fig. 4). Mittels Schraubverbindern 26 sind die Buchsen 23, 24 mit Wasser führenden und wassergekühlten Elektrokabeln verbunden, die jeweils den anderen Leiterabschnitt 27, 28 der Stromleitung bilden und über nicht näher dargestellte wassergekühlte Stromschienen an einen entfernt aufgestellten Frequenz-Umrichter angeschlossen sind.

Die Buchsen 23, 24 weisen je eine axiale Sackbohrung 29 auf, welche über radiale Bohrungen 30 in einen Ringkanal 31 münden, welcher zwischen der jeweiligen Buchse 23, 24 und dem Block 25 liegt. Zur Abdichtung sind O-Ringe 32 vorgesehen. Die Ringkanäle 31 der Buchsen 23, 24 sind über einen Kanal 33 in dem Block 25 miteinander verbunden.

Wird durch den einen als Elektrokabel ausgebildeten Leiter­ abschnitt 27 Kühlwasser zugeführt, dann tritt dieses in die Sackbohrung 29 der einen Buchse 23 ein, strömt in deren Ringkanal 31 und durch den Kanal 33 in den Ringkanal 31 der anderen Buchse 24 und durch deren Sackbohrung 29 in den anderen als Elektrokabel ausgebildeten Leiterabschnitt 28. Dadurch ist über das Kupplungsteil 22 der Wasser-Kühlkreislauf geschlossen, auch wenn das Kupplungsteil 22 noch nicht mit den zugehörigen Kupplungsteilen 10 verbunden ist. Gleichzeitig ist das Kupplungsteil 22 wassergekühlt.

Wenn das Verteilergefäß 1 mit einer Kokille gekoppelt ist, werden die Leiterabschnitte 4, 5 elektrisch mit den Leiter­ abschnitten 27, 28 verbunden. Hierfür wird das Kupplungsteil 22 mit seinen Buchsen 23, 24 auf die Nocken 11 der benachbar­ ten Kupplungsteile 10 der Leiterabschnitte 4, 5 gesteckt. In die Kontaktstellen 34 können den Stromübergang verbessernde elemente eingesetzt werden.

Am Anschlusskasten 9 ist eine Verschlussklappe 35 um eine Achse 36 schwenkbar gelagert. Um einen sicheren Sitz des Kupplungsteils 22 an den Kupplungsteilen 10 zu gewährleisten, kann an dem Kupplungsteil 22 wenigstens ein Stift vorgesehen sein, dem ein Druckpunkt 37 (vgl. Fig. 2) der Verschlussklappe 35 zugeordnet ist. Zum Festdrücken und zum Blockieren der Verschlussklappe 35 sind Schlitzbolzen-Keil-Verbindungen 38, 39 vorgesehen (vgl. Fig. 2). Die geschlossene Verschlussklappe 35 drückt das Kupplungsteil 22 an die Kupplungsteile 10 und bietet einen Berührungsschutz gegenüber den elektrisch leitenden Teilen.

Die bei den Buchsen 23, 24 beschriebene Querverbindung über den Kanal 33 des Blocks 25 kann auch bei den Nocken 11 in der Weise vorgesehen sein, dass der Block 12 mehrere Nocken 11 aufnimmt und in ihm zwischen deren Ringkanälen 16 verbindende Querkanäle ausgebildet sind. Es ist dann nicht für jeden Luftkühlungszweig ein eigener Druckluftanschluss bzw. eigener Druckluftschlauch nötig. Mit einem einzigen Druckluftanschluss können dann zwei oder mehrere der Leiterabschnitte 4, 5 versorgt werden. Die Buchsen 23, 24 und Nocken 11 können auch vertauscht werden.

Claims (8)

1. Fluidgekühlte, in mindestens zwei Leiterabschnitte unterteilte elektrische Stromleitung, wobei die Leiter­ abschnitte mit einer elektrischen Kupplung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweils eine Leiterabschnitt (4, 5) und/oder ein Kupplungsteil (10) mittels Luft kühlbar ist, welche durch diesen einen Leiterabschnitt (4, 5) und/oder dieses eine Kupplungsteil (10) strömt, und der jeweils andere Leiterabschnitt (27, 28) und/oder ein anderes Kupplungsteil (22) mittels Wasser kühlbar ist.

2. Stromleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Kupplungsteil (10) wenigstens zwei stromleitende Nocken (11) und das andere Kupplungsteil (22) wenigstens zwei stromleitende Buchsen (23, 24) aufweist.

3. Stromleitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die stromleitenden Buchsen (23, 24) mittels Wasser und die stromleitenden Nocken (11) mittels Luft kühlbar sind.

4. Stromleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Nocken (11) und eine oder mehrere Buchsen (23, 24) in je einen elektrisch isolierenden Block (12, 25) eingesetzt sind, welcher wenig­ stens einen Kanal (18, 33) für das Fluid aufweist.

5. Stromleitung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nocken (11) und/oder die Buchsen (23, 24) je eine axiale Bohrung (14, 29) aufweisen, welche über radiale Bohrungen (15, 30) mit einem zwischen den Blöcken (12, 25) und den Nocken (11) bzw. den Buchsen (23, 24) liegenden Ringkanalen (16, 31) münden.

6. Stromleitung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei benachbarte Buchsen (23, 24) oder Nocken (11) in einem gemeinsamen Block (12, 25) angeordnet sind, der einen Kanal (33) aufweist, welcher die Ringkanäle (16, 31) der benachbarten Buchsen (23, 24) bzw. Nocken (11) verbindet.

7. Stromleitung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid aus einem Leiterabschnitt (27) der axialen Bohrung (29) der einen Buchse (23) oder des einen Nockens (11) zuführbar und über die axiale Bohrung einer/s benachbarten Buchse (24) oder Nockens (11) in einen weiteren Leiter­ abschnitt (28) abführbar ist.

8. Stromleitung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid der axialen Bohrung (14) aus einem Pressluftschlauch (21) zuführbar, durch einen Leiter­ abschnitt (4, 5) zu einem Induktor (3) leitbar und von dort in die Umgebung abführbar ist.