DE202020102982U1

DE202020102982U1 - Arrangement for cooling a busbar

Info

Publication number: DE202020102982U1
Application number: DE202020102982.7U
Authority: DE
Original assignee: ABB Schweiz AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2019-06-24
Filing date: 2020-05-26
Publication date: 2020-06-10
Anticipated expiration: 2030-05-27
Also published as: CN213782822U; FI12454U1

Abstract

Anordnung zum Kühlen mindestens einer Sammelschiene, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung mindestens ein mit der mindestens einen Sammelschiene (102, 104) in Berührung gebrachtes und Wärme an ein Kühlmedium übertragendes Kühlelement (300, 302, 304, 306) aufweist.

Arrangement for cooling at least one busbar, characterized in that the arrangement has at least one cooling element (300, 302, 304, 306) which is brought into contact with the at least one busbar (102, 104) and transfers heat to a cooling medium.

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention

Die Erfindung bezieht sich auf das Kühlen von Sammelschienen.The invention relates to the cooling of busbars.

Lösungen, die hohe Leistung benötigen, machen herkömmlicherweise Gebrauch von Leitern, die als Sammelschienen bezeichnet werden, um elektrische Energie zu transportieren. Sammelschienen sind Metallaufbauten, wie beispielsweise Platten oder Schienen. Sammelschienen werden zum Beispiel bei Vorrichtungsschränken verwendet. Schränke können abhängig vom Energiebedarf mehrere Sammelschienen haben.High power solutions traditionally make use of conductors called bus bars to carry electrical energy. Busbars are metal structures, such as plates or rails. Busbars are used in device cabinets, for example. Cabinets can have several busbars depending on the energy requirement.

Im Betrieb erzeugen Sammelschienen Wärme, die aus Sicht der energieverwendenden Vorrichtungen schädlich ist. Es ist bekannt, Zwangsluftzirkulation zum Kühlen von Sammelschienen zu verwenden, die oft durch Verwenden eines Gebläses verwirklicht wird, das Luft auf die Sammelschienen bläst. Jedoch ist dies eher ein ineffizientes Verfahren.During operation, busbars generate heat that is harmful from the point of view of the energy-using devices. It is known to use forced air circulation to cool busbars, which is often accomplished by using a fan that blows air onto the busbars. However, this is more of an inefficient process.

Kurzbeschreibung der ErfindungBrief description of the invention

Der Zweck der Erfindung ist es, eine Kühllösung in Verbindung mit Sammelschienen zu verwirklichen, die ein Kühlen verbessert. Das Ziel der Erfindung wird durch eine Anordnung zum Kühlen einer Sammelschiene erreicht, die durch das in dem unabhängigen Anspruch offenbarte gekennzeichnet ist. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.The purpose of the invention is to realize a cooling solution in connection with busbars which improves cooling. The object of the invention is achieved by an arrangement for cooling a busbar, which is characterized by what is disclosed in the independent claim. Preferred embodiments of the invention are disclosed in the dependent claims.

Die Erfindung stützt sich darauf, dass mindestens ein in Berührung mit Sammelschienen gebrachtes Kühlelement Sammelschienen durch Übertragen von Wärme von Sammelschienen an ein Kühlmedium, wie beispielsweise Luft oder Flüssigkeit, effizient kühlen kann.The invention is based on the fact that at least one cooling element brought into contact with busbars can efficiently cool busbars by transferring heat from busbars to a cooling medium, such as air or liquid.

Ein Vorteil der Lösung gemäß der Erfindung ist, dass durch Verbessern des Kühlens die Verwendung von teurem Kupfer bei Sammelschienen reduziert werden kann und Vorrichtungsschränke wirtschaftlicher zusammengebaut werden können. Die Lösung stützt auch den mechanischen Aufbau von Sammelschienen.An advantage of the solution according to the invention is that by improving the cooling, the use of expensive copper on busbars can be reduced and device cabinets can be assembled more economically. The solution also supports the mechanical structure of busbars.

FigurenlisteFigure list

Die Erfindung wird nun ausführlich in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, bei denen:

1 ein Beispiel eines Vorrichtungsschranks oder eines Baugruppenträgers zeigt;
2A und 2B Beispiele eines Kühlelements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigen;
3A und 3B Beispiele von Positionierung der Kühlelemente darstellen;
4 ein Beispiel eines Kühlelements gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
5A und 5B Beispiele von Positionierung der Kühlelemente darstellen.

The invention will now be described in detail in connection with preferred embodiments and with reference to the accompanying drawings, in which:

1 shows an example of a device cabinet or a rack;
2A and 2 B Show examples of a cooling element according to an embodiment of the invention;
3A and 3B Represent examples of positioning of the cooling elements;
4th shows an example of a cooling element according to a second embodiment of the invention; and
5A and 5B Show examples of positioning the cooling elements.

Ausführliche Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

1 zeigt ein Beispiel eines Vorrichtungsschranks oder eines Baugruppenträgers 100. Der Schrank in der Figur ist ohne Außenwände gezeigt, aber in der Praxis kann ein Schrank oder Baugruppenträger mindestens eine Außenwand aufweisen, die die Vorrichtungen in dem Baugruppenträger schützt. 1 shows an example of a device cabinet or a subrack 100 . The cabinet in the figure is shown without outer walls, but in practice a cabinet or rack can have at least one outer wall that protects the devices in the rack.

Baugruppenträger sind für gewöhnlich mit Gleichstrom- und/oder Wechselstromsammelschienen 102, 104 vorgesehen. Es gibt typischerweise mindestens zwei Gleichstromsammelschienen. Es gibt mindestens drei Wechselstromsammelschienen. Die Schienen bestehen aus einem elektrisch gut leitenden Material, typischerweise aus Metall, wie beispielweise Aluminium, Kupfer oder Stahl.Subracks are usually with DC and / or AC busbars 102 , 104 intended. There are typically at least two DC busbars. There are at least three AC busbars. The rails consist of an electrically highly conductive material, typically metal, such as aluminum, copper or steel.

Bei Lösungen des Stands der Technik werden Sammelschienen mit Zwangsluftzirkulation gekühlt, das heißt, Luft wird zum Beispiel mittels eines Gebläses auf die Schienen gerichtet. Es ist für gewöhnlich aufgrund von Unsicherheitsfaktoren, die sich auf Stromdurchfluss und die Erwärmung der Sammelschienen beziehen, nicht möglich, die mechanische Ausführung von Sammelschienen, wie beispielsweise die Menge und Qualität des verwendeten Materials, zu optimieren. Wenn diese Probleme besser gesteuert werden könnten, könnten erhebliche Kosteneinsparungen beim Verwirklichen von Sammelschienen erreicht werden.In prior art solutions, busbars are cooled with forced air circulation, that is to say air is directed onto the bars by means of a fan, for example. It is usually not possible to optimize the mechanical design of busbars, such as the quantity and quality of the material used, due to uncertainty factors relating to current flow and the heating of the busbars. If these problems could be better controlled, significant cost savings could be made in realizing busbars.

Um ein besseres Kühlen von Sammelschienen zu verwirklichen, wird eine Anordnung verwirklicht, um mindestens eine Sammelschiene zu kühlen, wobei die Anordnung mindestens ein mit der mindestens einen Sammelschiene in Berührung gebrachtes und Wärme an ein Kühlmedium übertragendes Kühlelement aufweist.In order to achieve better cooling of busbars, an arrangement is implemented to cool at least one busbar, the arrangement having at least one cooling element which is brought into contact with the at least one busbar and transfers heat to a cooling medium.

2A und 2B zeigen Beispiele eines Kühlelements 200 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 2A zeigt das Element schräg von einer Seite und 2B von unten (oder von oben). Bei diesem Kühlelement ist das Kühlmedium Luft. Innerhalb des Elements weist das Kühlelement einen Satz Rippen 202 mit Luft darin auf, die Wärme von der Oberfläche des Elements aufnimmt und bei Verlassen des Satzes Rippen Wärme wegnimmt. Der Satz Rippen 202 bildet vorteilhafterweise in der vertikalen Richtung Kanäle innerhalb des Kühlelements 200, wodurch die Luft in den Kanälen beim Aufwärmen aufsteigt und kühle Luft von unten in das Element eintritt. 2A and 2 B show examples of a cooling element 200 according to an embodiment of the invention. 2A shows the element diagonally from one side and 2 B from below (or from above). The cooling medium in this cooling element is air. The cooling element has a set of ribs within the element 202 with air in it, absorbing heat from the surface of the element and taking heat away from the set of fins. The set of ribs 202 advantageously forms channels within the cooling element in the vertical direction 200 , causing the air in the channels to rise as it warms up and cool air to enter the element from below.

Bei dem in der Figur gezeigten Beispiel befindet sich der Satz Rippen oder der Rippenaufbau zwischen zwei Wänden. Das Element kann auch so verwirklicht sein, dass es eine etwas dicke Wand hat, die an ihrer einen Seite einen Rippenaufbau hat, der an der entgegengesetzten Seite offen ist.In the example shown in the figure, the set of ribs or the rib structure is between two walls. The element can also be implemented in such a way that it has a somewhat thick wall which has a rib structure on one side and is open on the opposite side.

Bezüglich seines Aufbaus kann das Kühlelement aus Aluminium oder einem anderen Metall bestehen. Das Kühlen kann durch Setzen eines Gebläses, um Luft von unten zu dem Kühlelement zu blasen, weiter verstärkt werden, was eine Luftzirkulation in dem Satz Rippen und die Kühlleistung weiter verbessert. Die Lösung ist sehr kosteneffizient und einfach einzurichten.With regard to its construction, the cooling element can consist of aluminum or another metal. Cooling can be further enhanced by setting a fan to blow air from below to the cooling element, which further improves air circulation in the set of fins and cooling performance. The solution is very cost effective and easy to set up.

3A und 3B stellen Beispiele von Positionierung der Kühlelemente dar. 3A zeigt einen Gleichstromsammelschienenaufbau 102, 104, der weiter oben drei parallele Sammelschienen 102 zweifach untereinander und entsprechend weiter unten drei parallele Sammelschienen 104 zweifach untereinander hat. Die oberen und unteren Schienen haben ein unterschiedliches Potential. Bei der Lösung der Figur gibt es in die Lücken zwischen den oberen Sammelschienen gesetzte Kühlelemente 300, 302 und in die Lücken zwischen den unteren Sammelschienen gesetzte Kühlelemente 304, 306. Wenn die Sammelschienen im Verhältnis zu den Kühlelementen lang sind, kann jede Lücke zwei oder mehr Kühlelemente hintereinander haben. 3A and 3B represent examples of positioning of the cooling elements. 3A shows a DC busbar assembly 102 , 104 , the three parallel busbars above 102 twice below each other and three parallel busbars accordingly below 104 two times with each other. The upper and lower rails have different potential. In the solution of the figure, there are cooling elements placed in the gaps between the upper busbars 300 , 302 and cooling elements set in the gaps between the lower bus bars 304 , 306 . If the busbars are long in relation to the cooling elements, each gap can have two or more cooling elements in a row.

3B zeigt einen Gleichstromsammelschienenaufbau, der weiter oben, eine unter der anderen, zwei Sammelschienen 102 und entsprechend weiter unten, eine unter der anderen, zwei Sammelschienen 104 hat. Bei der Lösung der Figur ist ein Kühlelement 308 an der Hinterwand der oberen Sammelschienen befestigt und ein Kühlelement 310 ist an der Hinterwand der unteren Sammelschienen befestigt. Hier kann auch ein an einer Seite offenes Kühlelement verwendet werden. 3B shows a DC busbar assembly, the one above the other, two busbars 102 and accordingly below, one below the other, two busbars 104 Has. In the solution of the figure is a cooling element 308 attached to the rear wall of the upper busbars and a cooling element 310 is attached to the rear wall of the lower busbars. A cooling element open on one side can also be used here.

4 zeigt ein Beispiel eines Kühlelements 400 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Bei diesem Kühlelement ist das Kühlmedium eine Flüssigkeit. An der Unterkante des Elements weist das Kühlelement Kupplungen 402, 404 auf, die verwendet werden können, um Flüssigkeit in das Element einzuleiten und aus dem Element auszuleiten. Beide Kupplungen 402, 404 können als die Eingangskupplung oder Ausgangskupplung für Flüssigkeit wirken. Die Flüssigkeit kann zum Beispiel Wasser, Öl oder eine Mischung aus Wasser und Glykol sein. Die in dem Element zirkulierende Flüssigkeit kühlt die Elemente und gleichzeitig die Sammelschienen effektiv. Die Anordnung kann eine Pumpe aufweisen, die Flüssigkeit in den Elementen zirkuliert. Die Flüssigkeit nimmt Wärme von der Elementoberfläche auf und nimmt bei Verlassen des Elements Wärme weg. Seinem Aufbau nach kann das Element zum Beispiel aus Metall bestehen, das mit elektrisch isolierendem Material, wie beispielsweise Kunststoff, beschichtet ist. Das Element kann auch ganz aus Kunststoff bestehen. 4th shows an example of a cooling element 400 according to an embodiment of the invention. In this cooling element, the cooling medium is a liquid. The cooling element has couplings on the lower edge of the element 402 , 404 that can be used to introduce liquid into and out of the element. Both clutches 402 , 404 can act as the input coupling or output coupling for liquid. The liquid can be, for example, water, oil or a mixture of water and glycol. The liquid circulating in the element effectively cools the elements and at the same time the busbars. The arrangement may include a pump that circulates fluid in the elements. The liquid absorbs heat from the element surface and removes heat when it leaves the element. According to its structure, the element can consist, for example, of metal which is coated with an electrically insulating material, such as plastic. The element can also consist entirely of plastic.

5A und 5B stellen Beispiele von Positionierung von flüssigkeitsgefüllten Kühlelementen dar. 5A zeigt einen Gleichstromsammelschienenaufbau 102, 104, der weiter oben drei parallele Sammelschienen 102 zweifach untereinander und entsprechend weiter unten drei parallele Sammelschienen 104 zweifach untereinander hat. Die oberen und unteren Sammelschienen haben ein unterschiedliches Potential. Bei der Lösung der Figur gibt es in die Lücken zwischen den oberen Sammelschienen 102 gesetzte Kühlelemente 500, 502 und in die Lücken zwischen den unteren Sammelschienen 104 gesetzte Kühlelemente 504, 506. Wenn die Sammelschienen im Verhältnis zu den Kühlelementen lang sind, kann jede Lücke zwei oder mehr Kühlelemente hintereinander haben. 5A and 5B represent examples of positioning of liquid-filled cooling elements. 5A shows a DC busbar assembly 102 , 104 , the three parallel busbars above 102 twice below each other and three parallel busbars accordingly below 104 two times with each other. The upper and lower busbars have different potential. When solving the figure, there are gaps between the upper busbars 102 placed cooling elements 500 , 502 and in the gaps between the lower busbars 104 placed cooling elements 504 , 506 . If the busbars are long in relation to the cooling elements, each gap can have two or more cooling elements in a row.

5B zeigt einen Gleichstromsammelschienenaufbau, der weiter oben, eine unter der anderen, zwei Sammelschienen 102 und entsprechend weiter unten, eine unter der anderen, zwei Sammelschienen 104 hat. Bei der Lösung der Figur ist ein Kühlelement 508 an der Hinterwand der oberen Sammelschienen 102 befestigt und ein Kühlelement 510 ist an der Hinterwand der unteren Sammelschienen 104 befestigt. 5B shows a DC busbar assembly, the one above the other, two busbars 102 and accordingly below, one below the other, two busbars 104 Has. In the solution of the figure is a cooling element 508 on the rear wall of the upper busbars 102 attached and a cooling element 510 is on the rear wall of the lower busbars 104 attached.

Die Kühllösung kann ein Rohrsystem (in den Figuren nicht gezeigt) aufweisen, mittels dessen Flüssigkeit zu den Eingangskupplungen der Kühlelemente geleitet wird und mittels dessen Flüssigkeit von den Elementen durch die Ausgangskupplungen entfernt wird. Die Flüssigkeitsströmung kann durch eine mit dem Rohrsystem verbundene Pumpe (in den Figuren nicht gezeigt) gesteuert werden.The cooling solution can have a pipe system (not shown in the figures), by means of which liquid is led to the inlet couplings of the cooling elements and by means of which liquid is removed from the elements by the outlet couplings. The liquid flow can be controlled by a pump connected to the pipe system (not shown in the figures).

Sowohl Luft- als auch Flüssigkeitskühlelemente können an den Sammelschienen auf verschiedene Arten befestigt werden. Eine der Möglichkeiten ist, Klammern zu verwenden, mit denen die Elemente in enge Berührung mit den Sammelschienen gebracht werden. Eine andere Möglichkeit ist, Befestiger zu verwenden, die die Elemente an den Schienen befestigen. 4 zeigt ein Beispiel von Befestigern 406, 408 und 5A stellt dar, wie sie verwendet werden, um das Element an der Sammelschiene zu befestigen.Both air and liquid cooling elements can be attached to the busbars in different ways. One of the ways is to use clamps that bring the elements into close contact with the busbars. Another option is to use fasteners that attach the elements to the rails. 4th shows an example of fasteners 406 , 408 and 5A shows how they are used to attach the element to the busbar.

Die Lösung erhöht die Anzahl Komponenten in dem Vorrichtungsschrank nicht, da aufgrund des Anordnens der Kühlelemente nicht länger der Bedarf besteht, zusätzliche Stützaufbauten zwischen die Sammelschienen zu setzen.The solution does not increase the number of components in the device cabinet because, due to the arrangement of the cooling elements, there is no longer a need to place additional support structures between the busbars.

Es wird einem Fachmann offensichtlich sein, dass die Grundidee der Erfindung auf viele verschiedene Arten verwirklicht werden kann. Die Erfindung und ihre Ausführungsformen sind somit nicht auf die vorstehend beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern können innerhalb des Umfangs der Ansprüche variieren.It will be apparent to a person skilled in the art that the basic idea of the invention can be implemented in many different ways. The invention and its embodiments are thus not limited to the examples described above, but can vary within the scope of the claims.

Eine Anordnung zum Kühlen mindestens einer Sammelschiene ist offenbart. Die Anordnung weist mindestens ein Kühlelement auf, das dazu angeordnet ist, in Berührung mit mindestens einer Sammelschiene zu sein. Die Kühlelemente sind dazu gestaltet, Wärme an eine Kühlsubstanz zu übertragen.An arrangement for cooling at least one busbar is disclosed. The arrangement has at least one cooling element which is arranged to be in contact with at least one busbar. The cooling elements are designed to transfer heat to a cooling substance.

Claims

Arrangement for cooling at least one busbar, characterized in that the arrangement has at least one cooling element (300, 302, 304, 306) which is brought into contact with the at least one busbar (102, 104) and transfers heat to a cooling medium.

Arrangement according to Claim 1 , characterized in that the cooling medium is air.

Arrangement according to Claim 1 , characterized in that the cooling medium is a liquid.

Arrangement according to Claim 3 , characterized in that the cooling element has input and output couplings (402, 404) for the liquid, by means of which liquid in the element can be exchanged.

Arrangement according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the cooling element consists of metal which is coated with an electrically insulating material.

Arrangement according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the cooling element is made of plastic.

Arrangement according to one of the Claims 1 to 6 , characterized in that the arrangement has at least one cooling element between two parallel busbars.