DE202013001247U1

DE202013001247U1 - Passive Einrichtung zur Vermeidung von Störlichtbögen in Niederspannungsschaltanlagen

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Publication number: DE202013001247U1
Application number: DE201320001247
Authority: DE
Original assignee: EAS SCHALTANLAGEN GmbH
Current assignee: EAS SCHALTANLAGEN GmbH
Priority date: 2013-02-11
Filing date: 2013-02-11
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2023-02-12

Abstract

Einrichtung zur Vermeidung von Störlichtbögen in Niederspannungsschaltanlagen (1), umfassend wenigstens eine flexible Isolationsmatte (15, 15', 15'', 15(3)) zur Bedeckung blanker Oberflächen von spannungsführenden Teilen (2), die Mittel aufweist zwecks Befestigung der Isolationsmatte (15, 15', 15'', 15(3)) an Teilen (2) einer Niederspannungsschaltanlage (1), und die aus wenigstens zwei Lagen besteht: a) aus einer inneren, der zu bedeckenden Oberfläche zugewandten Lage (16) mit einem hohen elektrischen Isolationsvermögen, nämlich mit einer elektrischen Durchschlagsfestigkeit E von wenigstens 25 kV/mm, beispielsweise von 30 kV/mm oder darüber, vorzugsweise von 40 kV/mm oder darüber, insbesondere von 50 kV oder darüber; sowie b) aus einer äußeren, der zu bedeckenden Oberfläche abgewandten Lage (17) mit einer hohen Temperaturbeständigkeit, nämlich mit einer oberen Gebrauchstemperatur To von wenigstens 250°C, beispielsweise von 300°C oder darüber, vorzugsweise von 400°C oder darüber, insbesondere von 500°C oder darüber.

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine passive Einrichtung zur Vermeidung von Störlichtbögen in Niederspannungsschaltanlagen.
Elektrische Niederspannungsschaltanlagen haben die Aufgabe, elektrische Energie bereitzustellen, zu verteilen, und langjährig eine sichere Stromversorgung zu gewährleisten. Dies gilt insbesondere für die Energieverteilzentralen großer Gebäude wie Krankenhäuser, Industrieanlagen, Flughäfen, Versammlungsstätten und dergleichen. Hier müssen große elektrische Leistungen für Verbraucher zur Verfügung gestellt und sicher verteilt werden.
Niederspannungsschaltanlagen durchlaufen in der Entwicklungsphase umfangreiche Typ- und Bauartprüfungen und werden für den Praxiseinsatz sicher aufgebaut. Trotzdem können innerhalb einer Schaltanlage Zustände auftreten, welche einen Störlichtbogen zünden. Hierzu kann unter Umständen bereits eine erhöhte Luftfeuchtigkeit beitragen; auch in einem Schaltschrank vergessenes Werkzeug kann eine solche Situation auslösen, oder erst recht eine in einen Schaltschrank eingedrungene Maus, etc.
Durch einen solchen Lichtbogen wird das unterschiedliche Potential zwischen zwei Anlageteilen unterschiedlichen Potentials überbrückt und eine fehlerhafte Verbindung hergestellt, ein sogenannter Lichtbogenkurzschluss. In einem solchen Lichtbogen wird die an und für sich isolierende Luft ionisiert, und die Ionen innerhalb eines solchen Plasmas dienen als bewegliche Ladungsträger. Damit ist der Widerstand extrem herabgesetzt, und in einem solchen Störlichtbogen fließt ein sehr großer Strom; dadurch wird Energie in konzentrierter Form freigesetzt, welche ständig die Luft weiter ionisiert und damit den Lichtbogen nicht nur aufrechterhält, sondern diesem sogar die Möglichkeit eröffnet, entlang von Bauteilen zu wandern.
Ein Störlichtbogen ist eine enorme Energiequelle, die insbesondere Druckwärme und Strahlungsenergie sehr hoher Intensität an die Umgebung abgibt. Störlichtbogen treten in elektrischen Anlagen zwar selten auf; infolge ihrer Zerstörungskraft stellen sie jedoch ein erhebliches Gefährdungspotential für das Bedien- und Wartungspersonal und für die Anlage selbst dar. Die oberste Zielsetzung sollte es deshalb sein, durch geeignete Maßnahmen die Entstehung von Störlichtbögen so weit als möglich zu reduzieren. Dazu werden im Stand der Technik verschiedene konstruktive Maßnahmen ergriffen:
Als passive Schutzmaßnahmen sind beispielsweise ausreichende Abstände zwischen Bauteilen unterschiedlichen Potentials vorzusehen, ggf. Schottungsbleche anzubringen sowie unter Umständen getrennte Kammern zu bilden zur Begrenzung von Störlichtbögen auf deren Entstehungsort im Inneren der Anlage. Ferner ist darauf zu achten, dass die verwendeten Bauteile ausreichend isoliert sind. Dennoch ist es nicht immer zu vermeiden, dass bestimmte, stromführende Teile blank liegen; beispielsweise im Bereich von Verbindungsschrauben, etc. Diese Stellen sind dann für die Entstehung oder Aufrechterhaltung eines Störlichtbogens empfänglich und erfordern weitere Sicherungsmaßnahmen.
Deshalb sind im Stand der Technik aktive Einrichtungen zur Erkennung und Löschung von Störlichtbögen bekannt, basierend auf einer Lichtbogenerkennung mit optischen Sensoren, einer Erfassungs- und Auslöseelektronik sowie ultraschnellen Erdungsschaltern.
Nachteile solcher aktiven Einrichtungen zur Erkennung und Löschung von Störlichtbögen sind jedoch, dass zum einen die Entstehung von Störlichbögen nicht hundertprozentig verhindert wird; die Löschung von Störlichtbogen setzt leider erst ein, wenn ein Störlichtbogen bereits gezündet hat und also ein gewisser Mindestschaden schon nicht mehr vermeidbar ist; dieser kann allenfalls begrenzt werden. Ferner ist ein zusätzlicher Aufwand erforderlich, um permanent sicherzustellen, dass die Funktionalität der installierten aktiven Schutzeinrichtungen gewährleistet ist.
Ferner sind im Stand der Technik Isolationsmatten bekannt, beispielsweise in Form von Fußmatten, so dass eine darauf stehende Person potentialfrei ist und beispielsweise diffizile Tätigkeiten durchführen kann wie beispielsweise die Montage von Elektronikschaltkreisen. Solche Fußmatten sind jedoch in Schaltschränken nicht sinnvoll, weil der Fußboden zumeist relativ potentialfrei ist; Störlichtbögen bilden sich vielmehr zwischen benachbarten, unterschiedliche Spannungen führenden Teilen eines Schaltschranks.
Aufgrund dieser Nachteile des beschriebenen Standes der Technik stellt sich das die Erfindung initiierende Problem, einen verbesserten Schutz gegen die Entstehung und/oder Aufrechterhaltung von Störlichtbögen zu schaffen.
Die Lösung dieses Problems gelingt durch eine Einrichtung zur Vermeidung von Störlichtbögen in Niederspannungsschaltanlagen, umfassend wenigstens eine flexible Isolationsmatte zur Bedeckung blanker Oberflächen von spannungsführenden Teilen, die Mittel aufweist zwecks Befestigung der Isolationsmatte an Teilen einer Niederspannungsschaltanlage, und die aus wenigstens den folgenden beiden Lagen besteht:

a) aus einer inneren, der zu bedeckenden Oberfläche eines spannungsführenden Teils zugewandten Lage mit einem hohen elektrischen Isolationsvermögen, vorzugsweise mit einer elektrischen Durchschlagsfestigkeit E von 25 kV/mm oder darüber, beispielsweise von 30 kV/mm oder darüber, vorzugsweise von 40 kV/mm oder darüber, insbesondere von 50 kV oder darüber, sowie
b) aus einer äußeren, der zu bedeckenden Oberfläche eines spannungsführenden Teils abgewandten Lage mit einer hohen Temperaturbeständigkeit, vorzugsweise mit einer oberen Gebrauchstemperatur T_o von 250°C oder darüber, beispielsweise von 300°C oder darüber, vorzugsweise von 400°C oder darüber, insbesondere von 500°C oder darüber.

Die Befestigungsmittel erlauben die Festlegung einer erfindungsgemäßen Isolationsmatte unmittelbar an einem spannungsführenden Teil. Die innere Lage mit der hohen elektrischen Durchschlagsfestigkeit E isoliert dieses Teil dann von seiner Umgebung selbst bei ungünstigen Umweltbedingungen, also auch bei hoher Luftfeuchtigkeit, etc. Der äußere Teil mit der hohen oberen Gebrauchstemperatur T_o sorgt dafür, dass die innere Lage auch bei ungünstigen Bedingungen intakt bleibt, also beispielsweise wenn ein Störlichtbogen trotz aller Vorsichtsmaßnahmen an einem anderen Teil gezündet hat und im Begriff ist, auf den erfindungsgemäß isolierten Bereich zuzuwandern. Trotz der großen, freigesetzten Hitze wird dadurch die gut isolierende Innenlage nicht beschädigt und zwingt den wandernden Lichtbogen dazu, entweder einen anderen Weg zu nehmen oder zu erlöschen.
Es hat sich als günstig erwiesen, dass die innere Lage aus einem oder mehreren organischen Materialien besteht, beispielsweise aus einem Thermoplast wie einem Polyester, vorzugsweise aus Polyalkylenterephthalat, insbesondere aus Polyethylenterephthalat. Diese Materialien haben eine hohe elektrische Durchschlagfestigkeit.
Weitere Vorzüge ergeben sich dadurch, dass die innere Lage aus mehreren, miteinander verbundenen Schichten besteht, insbesondere aus miteinander verklebten oder verschmolzenen Schichten. Auf diesem Weg lassen sich mehrere, im Hinblick auf besondere Eigenschaften optimierte Substanzen miteinander verbinden, so dass diese gegenseitig voneinander profitieren können.
Die Erfindung lässt sich dahingehend weiterbilden, dass wenigstens eine Schicht aus einer biaxial orientierter Kunststofffolie besteht, vorzugsweise aus einem Polyalkylenterephthalat, insbesondere aus Polyethylenterephthalat. Es hat sich gezeigt, dass ein solches Material eine extrem hohe Durchchlagfestigkeit hat in der Größenordnung von 100 kV/mm bis 500 kV/mm, zumeist etwa 180 kV/mm.
Polyethylenterephthalat besteht aus Polymeren der Summenformel (C10H8O4)_n und der folgenden chemischen Strukturformel:
wobei
einen Benzolring repräsentiert.
Ein (C10H8O4)_n-Molekül ist einerseits linear gestreckt und weist keine Verzweigungen auf und begünstigt damit die Entstehung von kristallinen Strukturen und/oder von langgestreckten Fasern.
Andererseits ist zwar eine Polarität vorhanden, wobei in den CO-Unterbereichen die Sauerstoffatome eine negative Polarisierung, die Kohlenstoffatome eine positive Polarisierung aufweisen. Da es sich hierbei jedoch um eine Doppelbindung handelt, haften die betreffenden Ladungsträger äußerst fest am Molekül und lassen sich nur schwerlich von diesem lösen. Liegt ein elektrisches Feld an, so kann dieses daher nur schwer Ladungsträger aus dem Molekül herauslösen sowie ggf. beschleunigen. Die dazu erforderliche Durchschlagsfeldstärke E ist daher relativ hoch. Bei Überschreiten dieser Durchschlagsfeldstärke E würden die Ladungsträger dem Feld mehr Energie entziehen, als sie an ihre Umgebung abgeben. Sie könnten dann diese überschüssige Energie durch Stoßionisation an andere Moleküle weitergeben und dadurch eine Lawine von Ladungsträgern auslösen, mit der Folge einer raschen Zunahme des Stromes, dem sogenannten Durchschlag. Dieser tritt jedoch nur bei extrem hohen Feldstärken bzw. Potentialgradienten auf.
Darüber hinaus ist ein Film oder eine Folie im Gegensatz zu einem Gewebe völlig frei von Durchbrechungen, so dass bspw. auch eine hohe Luftfeuchtigkeit hier nicht zu einem Durchschlag führen kann. Eine lückenlose Schicht mit einer Durchschlagfestigkeit von 100 kV/mm bis 500 kV/mm ist daher einem Gewebe aus einem Material mit einer vergleichbaren oder sogar besseren Durchschlagfestigkeit, bspw. von 500 kV/mm bis 700 kV/mm, vorzuziehen.
Ferner wird empfohlen, dass wenigstens eine Schicht aus einem Gewebe, Gestricke, Gewirke, Geflecht, Gelege oder Vlies von Kunststofffasern oder -filamenten besteht, vorzugsweise aus einem Polyalkylenterephthalat, insbesondere aus Polyethylenterephthalat. Selbst wenn ein solches Gewebe nur eine leicht erhöhte Durchschlagfestigkeit in der Größenordnung von 30 kV/mm bis 50 kV/mm aufweist, so steht hierbei vielmehr die erhöhte mechanische Festigkeit im Vordergrund, die ggf. auch andere Schichten der inneren Lage stabilisieren kann.
Diese vorteilhaften Eigenschaften lassen sich miteinander kombinieren, indem eine mittlere Schicht aus einer biaxial orientierten Kunststofffolie an beiden Seiten von je einer Schicht aus einem Gewebe, Gestricke, Gewirke, Geflecht, Gelege oder Vlies von Kunststofffasern oder -filamenten bedeckt ist. Die mittlere Schicht bringt dann ihre extrem gute Durchschlagsfestigkeit ein und wird andererseits von den beiden äußeren Schichten gestützt und sozusagen mechanisch in Form gehalten.
Wenigstens zwei Schichten der inneren Lage können durch Verkleben oder Verschmelzen miteinander verbunden sein. Eine derartige, innige Verbindung sorgt für eine untrennbare Vereinigung der betreffenden Schichten. Vorzugsweise werden alle drei Schichten der inneren Lage miteinander verbunden, insbesondere verschmolzen.
Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass die äußere Lage aus einem anorganischen Material besteht, vorzugsweise aus Glas. Im Allgemeinen übertreffen anorganische Materialen organische Substanzen hinsichtlich des Brandschutzes bei weitem. Anorganische Substanzen unterliegen kaum einer Gefahr des Oxidierens, sondern erst im Bereich des Schmelzpunktes gerät das Gefüge aus der Form, jedoch ohne Entflammung.
Glas nimmt hier eine Sonderstellung ein, denn Glas ist eigentlich kein Festkörper und hat daher auch keinen eigentlichen Schmelzpunkt, sondern befindet sich vielmehr in einem Zustand vergleichbar mit einer erstarrten Flüssigkeit, die oberhalb einer Erweichungstemperatur T_G allmählich formbar und schließlich flüssig wird. Solche „amorphen” Feststoffe bestehen hauptsächlich aus Siliziumdioxid. Da die Glasübergangs- oder Erweichungstemperatur T_G bei vielen Glassorten bei oder oberhalb von etwa 600°C liegt, kann Glas im Allgemeinen Temperaturen bis zu 500°C ohne Schaden ertragen und eignet sich daher optimal für einen Schutz einer darunter liegenden Isolationsschicht.
Im Übrigen hat Glas auch eine sehr gute Durchschlagfestigkeit, welche sich durchaus in einer Größenordnung von bis zu 700 kV/mm bewegen kann.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die äußere Lage aus miteinander verbundenen Fasern oder Filamenten besteht, vorzugsweise aus einem Gewebe. Ein Gewebe, wobei es sich beispielsweise um eine Leinwandbindung handeln kann, lässt sich aus flexiblen Glasfasern weben, und hat dann eine optimale Flexibilität, ist also äußerst biegsam, obwohl die Grundsubstanz eigentlich Glas ist, also ein amorpher Festkörper.
Um isotrope Eigenschaften des Gewebes zu erzeugen, kann ein Gewebe verwendet werden, das ein würfelartiges Warenbild aufweist, beispielsweise nach Art einer echten Leinwandbindung oder einer Panamabindung. Ferner ist sowohl die Verwendung von Mono- als auch insbesondere Multifilamentgarnen denkbar. Im Allgemeinen dürften Multifilamentgarne den Monofilamentgarnen vorzuziehen sein, weil Multifilamentgarne dank der dünnen Filamente eine bsonders gute Biegefähigkeit aufweisen. Damit lassen sich auch scharfkantige Objekte straff umwickeln, ohne dass dabei die Filamente brechen könnten.
Bewährt haben sich Gewebe aus Filamentgarnen, Rovings oder Zwirnen. Als bindung kommen neben einer Leinwandbindung auch Längsrips, Kreuzkörper, Karobindung, Atlas oder Panama, Körper oder Doppelgewebe in Betracht. Dis Stärke liegt bevorzugt zwischen 0,15 mm und 1,50 mm. Das Flächengewicht liegt bevorzugt zwischen 150 g/m² und 1.500 g/m².
Um ihre Aufgaben optimal zu erfüllen, sollte der Zuschnitt für die innere Lage entweder deckungsgleich mit dem Zuschnitt für die äußere Lage sein oder kleiner als jener, so dass die innere Lage an ihren Seitenrändern von der äußeren Lage schützend umgriffen werden kann.
Eien vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die innere Lage und die äußere Lage untrennbar miteinander verbunden sind, insbesondere mittels vorzugsweise an einem oder mehreren Rändern entlang laufenden Nähten. Hierbei handelt es sich um eine einfache, aber wirksame Methode, die sich für die Verbindung der unterschiedlichsten Materialien eignet.
Besondere Vorzüge ergeben sich dadurch, dass die Isolationsmatte an einem oder mehreren Rändern entlang laufende Kanäle aufweist. Dies erlaubt eine Weiterbildung dahingehend, dass in einem oder mehreren Kanälen je ein langgestrecktes, ringförmig zusammenschließbares Element eingezogen ist. Damit lässt sich eine Isolationsmatte straff und fest um eine zu schützendes Objekt spannen, wodurch die Ausbildung von Zwischenräumen in der Isolation vermieden wird.
Die Erfindung erfährt eine weitere Optimierung dadurch, dass ein Ende eines langgestreckten, ringförmig zusammenschließbaren Elements in eine Öse an seinem anderen Ende formschlüssig einsteckbar ist. Ein Formschluss lässt sich mit einfachen Mitteln herstellen und hat eine optimale Festigkeit.
Ein langgestrecktes, ringförmig zusammenschließbares Element kann formschlüssig ineinander einrastende Elemente aufweisen, welche bei einem Zusammenstecken seiner Enden ineinandergreifen und ein selbsttätiges Lösen verhindern. Dies kann beispielsweise einerseits eine Reihe von quer verlaufenden Rippen oder sonstigen Erhebungen an einer Flachseite eines bandförmigen Abschnitts eines langgestreckten Elements sein, sowie eine zwischen diesen Erhebungen einrastende Zugen oder andere Erhebung andererseits.
Ferner sollte darauf geachtet werden, dass derartige Spannelemente eine möglichst große Temperaturfestigkeit aufweisen von wenigstens 100°C, besser 120°C oder darüber. Für besonders kritische Anwendungen lassen sich sogar Metalldrähte verwenden, welche in die betreffenden Kanäle eingezogen und ebenfalls ringförmig miteinander verbunden werden können.
Die Erfindung zeichnet sich weiterhin aus durch Klettelemente zur lösbaren Verbindung eines Randabschnitts der Isolationsmatte mit einem anderen Randabschnitt derselben Isolationsmatte oder mit einer anderen Isolationsmatte. Diese Klettelemente lassen sich ebenfalls ohne Werkzeug betätigen und sind obendrein auch mit wenigen handgriffen wieder voneinander lösbar. Sie können langgestreckte Spannelemente unterstützen oder gar unabhängig von jenen verwendet werden.
Zum Hindurchführen von Teilen einer Niederspannungsschaltanlage können ein oder mehrere fensterartige Ausschnitte vorgesehen sein. Diese sollten allerdings nur dann angebracht werden, wenn dort tatsächlich Teile hindurchzuführen sind; ansonsten würde ein derartiges Fenster nämlich eine überflüssige Unterbrechung der Isolation darstellen.
Die Erfindung empfiehlt, dass an einen von einer Isolationsmatte angrenzende Oberflächenbereiche eines spannungsführenden Teils einer Niederspannungsschaltanlage mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen sind, insbesondere mit einem elektrisch isolierenden Lack. Beispielhaft kann hierfür ein kalthärtendes Epoxidharz-Kohlenwasserstoffharzgemisch verwendet werden, vorzugsweise in Zweikomponenten-Epoxid-Qualität. Derartige Dickschichtmassen werden als Stammlack und Härter getrennt geliefert und erst kurz vor der Verarbeitung im jeweiligen Mischungsverhältnis – beispielsweise etwa 95:5 Gew.-% – homogen miteinander vermischt. Eine solche Beschichtung sollte eine Stärke von wenigstens 400 μm haben, besser 450 μm oder darüber.
Die Erfindung bietet ferner die Möglichkeit, dass in oder nahe dem von einer Isolationsmatte abgedeckten Oberflächenbereich eines spannungsführenden Teils einer Niederspannungsschaltanlage Schraubenköpfe oder dergleichen Vorsprünge mittels Kappen isolierend abgedeckt sind. Diese können beispielsweise eine an ihrer Kappenöffnung nach innen vorspringende Fortsätze aufweisen, womit sie sich hinter einem Schraubenkopf festsetzen können.
Schließlich entspricht es der Lehre der Erfindung, dass in oder nahe dem von einer Isolationsmatte abgedeckten Oberflächenbereich eines spannungsführenden Teils einer Niederspannungsschaltanlage wenigstens ein Temperaturfühler angeordnet ist. Damit lassen sich Informationen über den Zustand der stromführenden Elemente ermitteln, sammeln und an eine zentrale Auswertestelle weiterleiten, die ggf. Rückschlüsse auf Überlastungen derselben ziehen kann und ggf. frühzeitig Gegenmaßnahmen einleiten kann, bspw. das Abschalten von Teilen einer Anlage, oder das Absetzen einer Wartungsanforderung.
Weitere Merkmale, Einzelheiten, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht auf das Innenleben einer Niederspannungsschaltanlage mit spannungsführenden Teilen, welche durch die erfindungsgemäße Einrichtung vor Störlichtbögen geschützt sind;
2 eine Ansicht auf die Außenseite einer erfindungsgemäßen Isolationsmatte, wie sie bei der Anordnung nach 1 zum Einsatz kommt, in ausgebreitetem Zustand;
3 eine Ansicht auf die Innenseite der ausgebreiteten Isolationsmatte nach 2;
4 einen Schnitt durch die 2 entlang der Linie IV-IV;
5 eine der 2 entsprechende Ansicht auf die Außenseite einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung;
6 eine Ansicht auf die Innenseite der Anordnung nach 5;
7 einen Schnitt durch die 5 entlang der Linie VII-VII;
8 eine der 2 entsprechende Ansicht auf die Außenseite einer wiederum abgewandelten Ausführungsform der Erfindung;
9 eine Ansicht auf die Innenseite der Anordnung nach 8;
10 einen Schnitt durch die 8 entlang der Linie X-X;
11 eine nochmals abgewandelte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Isolationsmatte in einer Ansicht auf die Außenseite; sowie
12 eine Ansicht auf die Innenseite der Anordnung nach 11.
1 zeigt beispielhaft die Ansicht eines dreipoligen Sammelschienensystems für eine Niederspannungsschaltanlage 1 mit einander benachbarten Teile 2 derselben in Form von Stromschienen 3, welche unterschiedliche Potentiale führen, beispielsweise unterschiedliche Phasen L₁, L₂, L₃ eines Drehstromsystems.
Diese Stromschienen 3 sind befestigt an tragenden Elementen aus einem isolierenden Material, beispielsweise Sammelschienenhalter 4. Im dargestellten Beispiel verlaufen die Stromschienen 3 in horizontaler Richtung, die Sammelschienenhalter 4 in vertikaler Richtung. An den Kreuzungsstellen sind diese Elemente durch Schrauben 5 miteinander verbunden, von denen in der 1 nur die Köpfe 6 zu sehen sind.
Darüber hinaus zeigt die 1 jedoch außerdem einen sogenannten Stoß 7, wo also in 1 von links kommende Stromschienen 3a mit nach rechts weiter laufenden Stromschienen 3b elektrisch leitend verbunden sind.
Wie man der Zeichnung entnehmen kann, besteht jede der drei Stromschienen-Paare 3a, 3b aus jeweils drei zueinander parallelen Kupferschienen 8 in Form von querschnittlich rechteckigen Flachstangen, deren Flachseiten einander zugewandt, jedoch voneinander beabstandet sind. In den Zwischenräumen zwischen zwei benachbarten Kupferschienen 8 finden einerseits jeweils einzelne Distanzelemente 9 der Sammelschienenhalter 4 Platz, andererseits auch Kontaktplatten 10 zur Überbrückung der Stoßstellen 7 zwischen den linken und rechten Stromschienenschar 3a, 3b. Diese Kontaktplatten 10 liegen flächig an den Stromschienen 3a, 3b an. Im dargestellten Beispiel verbinden jeweils zwei Schrauben 11 eine Kontaktplatte 10 mit einer Kupferschiene 3a, 3b bzw. mit den Kupferschienen 8, woraus jene bestehen. Durch festes Anziehen dieser Schrauben 11 werden die Kontaktplatten 10 und Kupferschienen 3a, 3b bzw. Kupferschienen 8 fest aneinandergepresst, um einen guten, niederohmigen elektrischen Kontakt sicherzustellen.
Zur Verbesserung des Isolationsvermögens zwischen Stromschienen 3a, 3b unterschiedlicher Phasen L₁, L₂, L₃ sind die die Stromschienen 3 bildenden Kupferschienen 8 einzeln mit einer Isolationsschicht überzogen, beispielsweise einem Lack mit guten Isolationseigenschaften. Die Köpfe 6 der Schrauben 5 sind mit aufgesteckten Isolationskappen 12 aus Kunststoff isoliert. Ferner können an den Stromschienen 3 Temperaturfühler 13 angeordnet sein, welche über Kabel 14 mit einer schaltschrankinternen Überwachungseinrichtung verbunden sind, um diese ständig mit Informationen über die Erwärmung der Stromschienen 3 zu versorgen.
Diese Isolations- und Vorkehrungsmaßnahmen erfahren jedoch eine Unterbrechung beispielsweise im Bereich eines Stoßes 7 zwischen Stromschienen 3a, 3b. Solche Stöße 7 treten in Schaltschränken sehr häufig auf, z. B. an der Übergangsstelle zweier Schaltschränke; neben der Verlängerung von geraden Stromschienen 3 finden sich derartige Verbindungsstellen auch bei Abzweigestellen eines Verteilers, wo von einer Hauptsammelschiene Verbindungsschienen abzweigen. Im Bereich solcher Stöße 7 oder Abzweigstellen dürfen die Kupferschienen 8 wie auch die Kupferplatten 10 nicht überzogen sein, um einen guten, d. h. niederohmigen Kontakt zu gewährleisten. Mangels einer dortigen Isolation sind diese Stoßbereiche 7 besonders anfällig für die Ausbildung und/oder Aufrechterhaltung von Störlichtbögen.
Um auch diese Stoßbereiche 7 in 1 optimal gegeneinander zu isolieren, werden Isolationsmatten 15 verwendet, wie sie auch in den 2 bis 4 dargestellt sind.
Eine Isolationsmatte 15 ist ein flexibles Flächengebilde, das im Wesentlichen aus zwei miteinander verbundenen Lagen besteht, nämlich einer inneren Lage 16, welche den zu bedeckenden Teilen 2 zugewandt ist, und eine äußere Lage 17, die den zu bedeckenden Teilen 2 abgewandt ist.
Die innere Lage 16 sollte eine hohes elektrisches Isolationsvermögen aufweisen, d. h., eine hohe elektrische Durchschlagfestigkeit E. Bewährt hat sich eine elektrische Durchschlagsfestigkeit E der inneren Lage 16 insgesamt von wenigstens 25 kV/mm, beispielsweise von 30 kV/mm oder darüber, vorzugsweise von 40 kV/mm oder darüber, insbesondere von 50 kV oder darüber.
Bei der äußeren Lage 17 steht vor allem deren Temperaturbeständigkeit im Vordergrund, also eine hohe obere Gebrauchstemperatur T_o. Empfohlen wird eine hohe obere Gebrauchstemperatur T_o der äußeren Lage 17 von wenigstens 250°C, beispielsweise von 300°C oder darüber, vorzugsweise von 400°C oder darüber, insbesondere von 500°C oder darüber.
Die Verbindung der beiden Lagen 16, 17 erfolgt bevorzugt durch Vernähen.
Wie aus den 2 und 3 erkennbar ist, hat die fertige Isolationsmatte 15 eine rechteckige, langgestreckte Gestalt mit zwei Längskanten 18 und zwei Stirnkanten 19.
Gemäß 4 entspricht bei dieser Ausführungform jedoch die Gestalt der fertigen Isolationsmatte 15 nicht der Gestalt des ursprünglichen Zuschnitts der beiden Lagen 16, 17.
Im dargestellten Beispiel ist die äußere Lage 17 der Isolationsmatte 15 im Bereich ihrer Längsränder 20 um die innere Lage 16 umgeschlagen, so dass letztere auch im Randbereich vor thermischen Beeinträchtigungen schützend umgeben ist. Die beiden Längskanten 18 sind demzufolge nur durch eine Faltung der äußeren Lage 17 gebildet
Die innere Lage 16 kann dagegen aus einem schmäleren Zuschnitt bestehen als die äußere Lage 17, so dass sie entweder gar nicht umgeschlagen ist oder nur um ein kürzeres Stück als die äußere Lage 17. Um die Falte in der äußeren Lage 17 zu fixieren, kann diese bspw. gebügelt werden.
Sodann wird der umgeschlagene Bereich 21 der äußeren Folie 17 mit deren nicht umgeschlagenem Bereich 22 vernäht. Die beiden Nähte 23 verlaufen jedoch in einem Abstand von der Längskante 18 von 5 mm oder mehr, insbesondere in einem Abstand von 8 mm oder mehr, insbesondere in einem Abstand von 10 mm oder mehr. Demzufolge verbleibt zwischen einer Naht 23 und der betreffenden Längskante 18 ein parallel zu letzterer verlaufender Kanal 24, worin je ein langgestrecktes Fixierungsmittel eingezogen werden kann.
Bei einem derartigen Fixierungsmittel handelt es sich vorzugsweise um ein langgestrecktes, ringförmig zusammenschließbares Element 25. Dieses hat bevorzugt einen flachen Querschnitt und demzufolge etwa die Form eines Bandes 26. Allerdings kann es beispielsweise aus einem begrenzt flexiblen Kunststoff bestehen und an einem Ende eine angeformte Öse 27 aufweisen, deren Auge 28 einen etwas größeren Querschnitt aufweist als das Band 26 selbst, so dass das gegenüber liegende Ende 29 des Bandes 26 durch die Öse 27 gefädelt werden kann, um das Element 25 ringförmig zusammenzuschließen.
Indem das Band 26 an wenigstens einer Flachseite quer zu seiner Längrichtung verlaufende, rippenförmige Erhebungen aufweist und die Öse 27 an ihrer Innenseite mit einer zwischen zwei derartige Erhebungen einrastbaren Zunge versehen ist, sollte sich ein durch Ineinanderstecken beider Enden 27, 29 eines derartigen, langgestreckten Elements 25 hergestellter Ring von selbst nicht mehr öffnen.
Ist dennoch eine Öffnungsmöglichkeit gewünscht, kann einer an der Innenseite der Öse 27 angeformten Zunge gegenüber liegend ein Federelement angeordnet sein, welches in von äußeren Kräften freiem Zustand das Band 26 mit dessen Rippen fest gegen die Zunge in der Öse 27 presst und damit den Ring fixiert; wird ein solches Federelement dagegen zusammengedrückt – beispielsweise manuell – so liegt das Band nur noch locker in der solchenfalls reichlich bemessenen Öffnung 28 und kann sich aus seiner Verrastung lösen und schließlich herausgezogen werden.
Ferner können im Bereich der beiden Stirnkanten 19 je ein oder mehrere, vorzugsweise ineinander einhakbare Klettelemente 30, 31 vorgesehen, insbesondere aufgenäht sein. Bei der Ausführungsform einer Informationsmatte 15 nach den 2 bis 4 gibt es nur ein Paar von Klettelementen 30, 31. Die Isolationsmatte 15' nach den 5 bis 7 ist dagegen breiter und weist daher zwei Paare von Klettelementen 30, 31 auf. Andererseits ist die Isolationsmatte 15'' nach den 8 bis 10 noch schmäler als die Isolationsmatte 15 und verfügt daher über gar kein Paar von Klettelementen 30, 31. Ansonsten haben die Isolationsmatten 15, 15', 15'' aber eine völlig identische Struktur. Die jeweilige Breite B richtet sich nach dem betreffenden Anwendungsfall.
Wie die 1 zeigt, dient die Isolationsmatte 15, 15', 15'' dazu, in ihrer Längsrichtung um den kritischen Bereich eines Stoßes 7 gewickelt zu werden, so dass ihre Endbereiche nahe den beiden Stirnkanten 19 einander überlappen. Die überlappenden Bereiche werden straffgezogen und mit den Klettelementen 30, 31 aneinander fixiert, sofern wenigtens ein Paar von Klettelementen 30, 31 vorhanden ist. Da im Bereich der Überlappung die äußere Lage 17 auf der inneren Lage 16 zu liegen kommt, ist jeweils ein Klettelement 30 eines Paares auf der dem zu isolierenden Teil 2 zugewandten Innenseite der inneren Lage 16 appliziert, insbesondere angenäht, während das andere Klettelement 31 dieser Paarung auf der äußeren Lage 17 außen appliziert, insbesondere angenäht wird.
Um eine Überlappung zu ermöglichen, ist die Länge L_I einer Isolationsmatte 15, 15', 15'' größer als der Umfang U des zu umwickelnden (Stoß-)Bereichs wenigtens eines zu schützenden, spannungsführenden Teils 2. Dadurch ergibt sich ein Überlappungbereich mit einer Länge Ü_I gemäß folgender Formel: L_I = U + Ü_I, wobei gilt L_I > U bzw. Ü_I > 0.
Vor dem Umwickeln wenigstens eines zu schützenden Teils 2 werden zwei langgestreckte, ringförmig zusammenschließbare Elemente 25 in je einen von zwei Kanälen 24 eingeschoben. Der jeweils bandförmige Abschnitt 26 dieser Elemente 25 hat jeweils eine Länge L_E, die um ein Maß Ü_E größer ist als der Umfang U des zu umwickelnden (Stoß-)Bereichs wenigtens eines zu schützenden, spannungsführenden Teils 2. Es gilt daher auch: L_E = U + Ü_E, wobei gilt L_E > U bzw. Ü_E > 0.
Der „Überstand” Ü_E erlaubt das Ineinanderstecken der beiden Enden 27, 29 eines derartigen Elements 25 und befindet sich daher im zusammengesteckten Zustand innerhalb oder jenseits der Öse 27. Der Umfang U_R des durch das Zusammenstecken entstandenen Ringes selbst ist etwa identisch mit dem Umfang U des zu bedeckenden Teils 2. Da jedoch die Länge L_I der Isolationsmatte 15, 15', 15'' um ein Maß Ü_I größer ist als dieser Umfang U, gilt: L_I > U_R.
Die Isolationsmatte 15, 15', 15'' würde sich also ohne weitere Vorkehrungen in ihrer Längsrichtung stauchen bzw. zusammenknautschen. Um dies zu vermeiden, ist an jedem Kanal 24 zusätzlich ein Schnitt 32 vorgesehen, welcher von einer Stirnkante 19 der Isolationsmatte 15 einen Abstand von U, von ihrer anderen Stirnkante 19 einen Abstand von Ü_I = L_I – U aufweist. An diesem Schnitt verlässt das langgestreckte Element 25 – vorzugsweise dessen die Öse 27 aufweisende Ende – den betreffenden Kanal 24 „vorzeitig”.
Diese langgestreckten Elemente 25 bestehen aus einem zwar flexiblen, aber dennoch sehr festen bzw. zähen, d. h. reißfesten Kunststoff und erlauben daher ein äußerst straffes Anspannen, um die Längskanten 18 der Isolationsmatte 15, 15', 15'' allseitig in unmittelbare Anlage mit dem abzudeckenden Teil 2 zu bringen, so dass dazwischen keinerlei Spalt in der Isolation verbleibt.
Im Rahmen einer anderen, in der Zeichnung nicht dargestellten Ausführungform könnten auch an allen vier Kanten einer dann weniger langgestreckten als eher quadratischen Isolationsmatte Kanäle für langgestreckte Zugmittel entlanglaufen, worin entweder jeweils einzelne oder ein einziges, umlaufendes Zugmittel eingezogen werden könnte.
Mit einer derartigen Isolationsmatte könnten auch anders gestaltete Teile 2 abgedeckt werden, beispielsweise ließen sich einseitig über eine Stromschiene 3 od. dgl. überstehende Teile 2 mit einer zu einer Kappe zusammengzogenen Isolationsmatte umgeben.
Eine wiederum andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Isolationsmatte 15 ⁽³⁾ weist bspw. ein an ihrem Rand rundum laufendes. Klettband 33 auf. Sofern zwei solche Isolationsmatten 15 ⁽³⁾ mit gleichem Umfang, aber unterschiedlichen Klettelementen 33 ausgerüstet sind, lassen sie sich randseitig miteinander verbinden. Dadurch ist es möglich, größere Teile 2, welche sich nicht ohne weiteres von einer einzigen Isolationsmatte 15, 15', 15'' umschließen bzw. einwickeln lassen, zwischen zwei zueinander komplementären Isolationsmatten 15 ⁽³⁾ einzuschließen und dadurch zu isolieren.
Eine solche Isolationsmatte 15 ⁽³⁾ ist in den 11 und 12 wiedergegeben. Man erkennt zusätzlich zu dem an der Innenseite entlang des Umfangs aufgenähten Klettelement 33 noch mehrere, fensterartige Ausnehmungen 34, bspw. von jeweils rechteckigem Querschnitt. Diese fensterartigen Ausnehmungen 34 dienen zum Hindurchführen von Stromschienen 3 od. dgl., sollten aber in jedem Falle auch tatsächlich benützt werden, da sie ansonsten eine Unterbrechung in der Isolation zur Folge haben. Die dort jeweils austretenden Stromschienen 3 od. dgl. können mit einem Isolationslack überzogen oder von einer anderen Isolationsmatte 15, 15', 15'' bedeckt sein.
Bezugszeichenliste

1: Niederspannungsschaltanlage
2: Teil
3: Stromschiene
4: Sammelschienenhalter
5: Schraube
6: Kopf
7: Stoß
8: Kupferschiene
9: Distanzelement
10: Kontaktplatte
11: Schraube
12: Isolationskappe
13: Temperaturfühler
14: Kabel
15: Isolationsmatte
16: innere Lage
17: äußere Lage
18: Längskante
19: Stirnkante
20: Längsrand
21: umgeschlagener Bereich
22: nicht umgeschlagener Bereich
23: Naht
24: Kanal
25: Element
26: Band
27: Öse
28: Auge
29: Ende
30: Klettelement
31: Klettelement
32: Schnitt
33: Klettelement
34: Ausnehmung

Claims

Einrichtung zur Vermeidung von Störlichtbögen in Niederspannungsschaltanlagen (1), umfassend wenigstens eine flexible Isolationsmatte (15, 15', 15'', 15 ⁽³⁾) zur Bedeckung blanker Oberflächen von spannungsführenden Teilen (2), die Mittel aufweist zwecks Befestigung der Isolationsmatte (15, 15', 15'', 15 ⁽³⁾) an Teilen (2) einer Niederspannungsschaltanlage (1), und die aus wenigstens zwei Lagen besteht: a) aus einer inneren, der zu bedeckenden Oberfläche zugewandten Lage (16) mit einem hohen elektrischen Isolationsvermögen, nämlich mit einer elektrischen Durchschlagsfestigkeit E von wenigstens 25 kV/mm, beispielsweise von 30 kV/mm oder darüber, vorzugsweise von 40 kV/mm oder darüber, insbesondere von 50 kV oder darüber; sowie b) aus einer äußeren, der zu bedeckenden Oberfläche abgewandten Lage (17) mit einer hohen Temperaturbeständigkeit, nämlich mit einer oberen Gebrauchstemperatur T_o von wenigstens 250°C, beispielsweise von 300°C oder darüber, vorzugsweise von 400°C oder darüber, insbesondere von 500°C oder darüber.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Lage (17) aus einem anorganischen Material besteht, vorzugsweise aus Glas.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Lage (17) aus miteinander verbundenen Fasern oder Filamenten besteht, vorzugsweise aus einem Gewebe, insbesondere mit Leinwandbindung.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Lage (16) aus einem oder mehreren organischen Materialien besteht, beispielsweise aus Polyester, vorzugsweise aus Polyalkylenterephthalat, insbesondere aus Polyethylenterephthalat.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Lage (16) aus mehreren, miteinander verbundenen Schichten besteht, insbesondere aus miteinander verklebten oder verschmolzenen Schichten.
Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schicht der inneren Lage (16) aus einer biaxial orientierten Kunststofffolie besteht, vorzugsweise aus einem Polyalkylenterephthalat, insbesondere aus Polyethylenterephthalat.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schicht der inneren Lage (16) aus einem Gewebe, Gestricke, Gewirke, Geflecht, Gelege oder Vlies von Kunststofffasern oder -filamenten besteht, vorzugsweise aus einem Polyalkylenterephthalat, insbesondere aus Polyethylenterephthalat.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine mittlere Schicht der inneren Lage (16) aus einer biaxial orientierten Kunststofffolie an beiden Seiten von je einer Schicht aus einem Gewebe, Gestricke, Gewirke, Geflecht, Gelege oder Vlies von Kunststofffasern oder -filamenten bedeckt ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Schichten der inneren Lage (16) durch Verkleben oder Verschmelzen miteinander verbunden sind.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Lage (16) einen zu der äußeren Lage (17) deckungsgleichen oder kleineren Zuschnitt aufweist.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Lage (16) und die äußere Lage (17) untrennbar miteinander verbunden sind, insbesondere mittels vorzugsweise an einem oder mehreren Rändern (18, 20) entlang laufenden Nähten (23).
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsmatte (15, 15', 15'', 15 ⁽³⁾) an einem oder mehreren Rändern (18, 20) entlang laufende Kanäle (24) aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in einem oder mehreren Kanälen (24) je ein langgestrecktes, ringförmig zusammenschließbares Element (25) eingezogen ist.
Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende (29) eines langgestreckten, ringförmig zusammenschließbaren Elements (25) in eine Öse (27) an seinem anderen Ende formschlüssig einsteckbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein langgestrecktes, ringförmig zusammenschließbares Element (25) formschlüssig ineinander einrastende Elemente aufweist, welche bei einem Zusammenstecken seiner Enden (27, 29) ineinandergreifen und ein selbsttätiges Lösen verhindern.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Klettelemente (30, 31, 33) zur lösbaren Verbindung eines Randabschnitts (19) der Isolationsmatte (15, 15', 15'', 15 ⁽³⁾) mit einem anderen Randabschnitt (19) derselben Isolationsmatte (15, 15', 15'', 15 ⁽³⁾) oder mit einer anderen Isolationsmatte (15, 15', 15'', 15 ⁽³⁾).
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen oder mehrere fensterartige Ausschnitte (34) zum Hindurchführen von Teilen (2) einer Niederspannungsschaltanlage (1).
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einen von einer Isolationsmatte (15, 15', 15'', 15 ⁽³⁾) abgedeckten Oberflächenbereich eines spannungsführenden Teils (2) einer Niederspannungsschaltanlage (1) angrenzende Oberflächenbereiche mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen sind, insbesondere mit einem elektrisch isolierenden Lack.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in oder nahe dem von einer Isolationsmatte (15, 15', 15'', 15 ⁽³⁾) abgedeckten Oberflächenbereich eines spannungsführenden Teils (2) einer Niederspannungsschaltanlage (1) Schraubenköpfe (6) oder dergleichen Vorsprünge mittels Kappen (12) isolierend abgedeckt sind.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in oder nahe dem von einer Isolationsmatte (15, 15', 15'', 15 ⁽³⁾) abgedeckten Oberflächenbereich eines spannungsführenden Teils (2) einer Niederspannungsschaltanlage (1) wenigstens ein Temperaturfühler (13) angeordnet ist.