DE29601769U1

DE29601769U1 - Schaltgerät mit wärmeabgebenden Bauteilen

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Publication number: DE29601769U1
Application number: DE29601769U
Authority: DE
Original assignee: Sachsenwerk AG; AEG Sachsenwerk GmbH
Current assignee: Schneider Electric Sachsenwerk GmbH
Priority date: 1996-02-02
Filing date: 1996-02-02
Publication date: 1997-06-12
Anticipated expiration: 2006-02-03

Description

AEG Sachsenwerk GmbH ' PT-N/Bt/rß

SW 95/08 D-93 055 Regensburg

Beschreibung Schaltqerät mit wärmeabqebenden Bauteilen

Die Erfindung betrifft ein Schaltgerät gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs. '

Bei einem bekannten Schaltgerät dieser Art (DE 43 08 475 Al) sitzt auf dem Deckenblech des Gehäuses eines Schaltfeldes für Mittelspannungsschaltanlagen wenigstens ein Lüfter, von dem eine von oben nach unten gerichtete Luftleitanordnung in das Gehäuse hinein gerichtet ist. Der durch das Gehäuse geforderte Luftstrom dient der Abfuhr der von stromführenden Bauteilen erzeugten Wärme, insbesondere wenn diese Einbauten mit sehr höhen Strömen belastet sind- Zwar kann dabei die Luftleitanordnung insbesondere zu Stellen großer Erwärmung an spezifischen Einbauten geführt werden, jedoch wird dadurch nur eine allgemeine Beblasung von Einbauten angestrebt. Es ist daher ein Lüfter mit hoher Förderleistung notwendig, um die ausreichende Kühlung der Bauteile zu erzielen. Der in das Gehäuse hineingeführte Luftkanal begrenzt zudem den nutzbaren Raum innerhalb des Gehäuses.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Schaltgerät gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs Maßnahmen zu treffen, durch welche bei einfachem, raumsparendem Aufbau eine verbesserte Kühlwirkung erreicht wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs.

Bei einer· Ausgestaltung eines Schaltgeräts gemäß der Erfindung wird der Kühlluftstrom unmittelbar dem/den die größte Verlustleistung der eingebauten Bauteile aufweisenden Leistungsschalter/n zugeführt, wobei jeder dieser Schalter innerhalb eines die Luftdurchströmung zulassenden Rohrkörpers eingebaut ist. Dabei befördert ein zugeordneter Lüfter direkt durch diesen Rohrkörper Kühlluft, so daß eine gezielte Kühlung eintritt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Schalter um einen Vakuumschalter, der aufgrund seiner ausgezeichneten Schalteigenschaften auch Kurzschlußströme sicher schalten kann. Durch die gezielte Kühlung wird die Stromtragfähigkeit wesentlich erhöht, die durch die maximal zulässigen Kontakt- und Verbindungstemperatüren entsprechend den einschlägigen Vorschriften für Schaltgeräte und Schaltfelder begrenzt ist.

Der den Kühlluftstrom führende Rohrkörper besteht insbesondere aus elektrischem Isolierstoff, so daß durch die Kühlungluftführung keine Verminderung der Isolierfähigkeit im Bereich des Schalters eintritt. Die Anordnung des Lüfters in unmittelbarer Zuordnung zum Rohrkörper vermeidet zudem auch aufwendige raumbeanspruchende Einbauten. Die Zuordnung des Lüfters zum Rohrkörper erfolgt daher in möglichst enger räumlicher Nähe. Wenn dabei ein zwischengefügter Luftleitkanal vorgesehen werden 5 muß, ist derselbe insbesondere als Adapter zur Querschnittsanpassung der Strömungsöffnung des Lüfters an das zugehörige Ende des Rohrkörpers ausgebildet. Dabei kann ein entsprechend abgewinkelter Luftleitkanal dann zur Anwendung gelangen, wenn die Ebenen der Strömungsöffnung des Lüfters und 0 des zugehörigen Endes des Rohrkörpers unter einem Winkel zueinanderstehen. Die Anordnung des Rohrkörpers erfolgt vorzugsweise mit senkrechter Rohrachse, so daß auch ohne eingeschalteten Lüfter durch die Wärmekonvektion bei ausreichend niedrigem Strom eine Konvektionskühlung eintritt. 5 Auch ist die Förderrichtung des Lüfters insbesondere so gewählt, daß sie den Konvektionsluftstrom unterstützt. Dabei kann der Lüfter am oberen Ende oder am unteren Ende des Rohrkörpers vorgesehen sein. Wenn jedoch im Bereich unterhalb

des Schalters noch elektrische, stromführende Einbauten vorgesehen sind, die bei höherer Strombelastung einer Kühlung bedürften, dann ist es zweckmäßig, die Förderrichtung des Lüfters gegen die Konvektionsluftstromung laufen zu lassen, so daß ein erzwungener Kühlluftstrom nach unten zu den zu kühlenden Bauteilen erreicht wird. Geeignete Luftleiteinrichtungen können dem Lüfter vorgeordnet oder dem Schalter nachgeordnet sein, die den erzwungenen Kühlluftstrom gezielt zu anderen stromführenden Bauteilen leiten. Dabei ist es zweckmäßig, die Einschaltung des Lüfters abhängig von dem über den Schalter fließenden Strom zu steuern und die Einschaltung mittels eines entsprechenden Stromsensors dann zu bewirken, wenn ein vorgegebener Stromwert überschritten wird. Daneben oder zusätzlich kann auch ein Temperatursensor je einem oder mehreren Bauteilen, insbesondere dem Schalter zugeordnet werden, der bei Überschreiten eines charakteristischen Temperaturwertes die Einschaltung des Lüfters steuert.

Der Schalter kann vorzugsweise mit einem Antriebsgehäuse verbunden sein. Dann ist es zweckmäßig, den Lüfter über entsprechende Halterungen an diesem Antriebsgehäuse festzusetzen. Dabei kann die Anordnung so getroffen werden, daß der Lüfter abhängig von den vorgeschilderten Einbaubedingungen oberhalb oder unterhalb des Rohrkörpers sitzt. Beim Einbau 5 einer solchen Anordnung in ein Feld einer Mittelspannungs-Schaltanlage kann dann durch Herausnehmen des Schalters der daran angebaute Lüfter für Wartungs- oder Reparaturarbeiten frei gehandhabt werden.

0 Bei Verwendung der Baueinheit aus Schalter und Antrieb in Einschubtechnik kann es auch zweckmäßig sein, den Lüfter im Schaltanlagengehäuse so festzusetzen, daß eine direkte lufttechnische Kopplung "zum Rohrkörper hin dann gegeben ist, wenn sich die Baueinheit in eingefahrener, also in funktionsrichtiger Stellung befindet. Im übrigen kann es zweckmäßig sein, zwischen die Strömungsöffnung des Lüfters und das lufttechnisch damit zu koppelnde Ende des Rohrkörpers einen Luftleitkanal einzufügen, wenn die baulich vorgegebenen

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Bedingungen eine unmittelbare Ankopplung nicht erlauben. Insbesondere kann der Luftleitkanal als Adapter zur Querschnittsanpassung, der Strömungsöffnung des Lüfters an das zugehörige Ende des Rohrkörpers ausgebildet werden. Auch kann es notwendig sein, den Lüfter so anzubringen, daß seine Strömungsöffnung nicht mit dem offenen Ende des Rohrkörpers korrespondiert. Wenn in diesem Falle die Ebenen der Strömungsöffnung und des Endes des Rohrkörpers unter einem Winkel zueinander stehen, dann wird auch der Luftleitkanal so ausgebildet, daß in ihm eine Umlenkung in der geforderten Weise eintritt.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Prinzipskizzen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. «

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Es zeigen:

FIG.l Ein Schaltgerät für freie Aufstellung mit fest gegenüber einem Polteil montiertem Lüfter,

FIG.2 Ein Schaltgerät mit einem Lüfter und einem Polteil

mit zwischengefügtem Luftleitkanal als Querschnittsadapter,

FIG.3 Ein Schaltgerät mit einem winklig geführten Luft leitkanal zwischen einem Polteil und einem Lüfter, und

FIG.4 Ein Schaltgerät in Einschubtechnik und zugeordnetem Lüfter innerhalb eines luftisolierten Schaltfeldes.

0 Ein luftisoliertes Schaltgerät vorzugsweise für Mittel-oder Niederspannungsanwendung ist mit einem in einPolteil eingbauten Leistungsschalter 1, vorzugsweise mit einer Vakuumschaltkammer ausgestattet. Insbesondere bei einer Ausbildung als Hochstromschaltgerät, das in einen Schaltschrank oder eine Schaltanlage 5 integriert ist, entsteht bei elektrischem Stromdurchfluß nicht nur in den elektrischen Leitungen sondern insbesondere auch im elektrisch geschlossenen Schalter eine beachtliche Wärmemenge, die die Strombelastbarkeit gemäß den einschlägigen Vorschriften

begrenzt, wo festgelegt ist, welche Kontakt-und Verbindungstemperaturen an den Bauteilen maximal zulässig sind. Um die Stromtragfähigkeit zu erhöhen, wird ein Lüfter 2 verwendet, der stromführende Bauteile mit Kühlluft beaufschlagt. 5

Die intensivste Wärmequelle innerhalb eines Schaltgeräts ist erfahrungsgemäß der den Hochstrompreis beherrschende Schalter 1, der vorzugsweise als Vakuumschaltkammer ausgebildet ist. Um insbesondere dessen Stromtragfähigkeit zu erhöhen, ist er mit radialem Spiel innerhalb eines beidendig bzw. endseitig offenen Rohrkörpers 3 angeordnet, wobei die Schalterachse und die Rohrachse parallel zueinander verlaufen. Einem der offenen Enden 3.1 bzw. 3.2 des Rohrkörpers 3 ist der Lüfter 2 so zugeordnet, daß der von ihm erzeugte Luftstrom insbesondere in den den Schalter einschließenden Rohrkörper 3 eintritt. Dabei kann der Lüfter 2 bei senkrechter Achse des Rohrkörpers 3 am unteren Ende 3.1 angeordnet sein, so daß sein nach oben gerichteter Luftstrom die vom warmen Schalter 1 ohnehin erzeugte Konvektionsströmung verstärkt. Wenn es bauliche Gegebenheiten erfordern, kann anstatt des unten angeordneten Lüfters 2 auch ein oberhalb des oberen Endes 3.2 des Rohrkörpers 3 montierter Lüfter 2.1 vorgesehen werden. Sein Luftstrom ist dann zwar der natürlichen Wärmekonvektionsströmung entgegengerichtet, jedoch kann der am unteren Ende 5 austretende Kühlluftstrom noch unterhalb oder seitlich angeordnete elektrische Bauteile beblasen und dadurch zur erhöhten Wärmeabfuhr von denselben beitragen. Hierfür können angepasste Luftleiteinrichtungen verwendet werden. Die Förderrichtung eines oben angeordneten Lüfters 2.1 kann jedoch auch nach oben gerichtet sein, so daß in diesem Anbaufall die Konvektionsluftstromung des Schalters 1 unterstützt wird. In gleicher Weise kann auch bei einem Anbau des Lüfters 2 am unteren Ende 3.1 des Rohrkörpers 3 ein Sauglüfter verwendet werden, wenn eine ausreichend dichte Luftankopplung geschaffen wird und eine Ausblasung nach unten erfolgen soll.

Für die lufttechnische Kopplung zwischen Lüfter 2 und Rohrkörper 3 wird zweckmäßig eine Luftleiteinrichtung &Lgr;

vorgesehen, die sicherstellt, daß ein ausreichender Kühlluftstrom in oder durch den Rohrkörper 3 gefördert wird. Diese Luftleiteinrichtung 4 kann auch zusätzliche Strömungsöffnungen aufweisen, durch die benachbarte Bauteile mit Kühlluft versorgt werden. Das kann insbesondere dann der Fall sein, wenn mehrere Baueinheiten aus Schalter 1 und Rohrkörper 3 nebeneinander in einer Schaltanlage angeordnet sind und nur ein Lüfter zur Anwendung gelangen soll.

Der Rohrkörper 3 besteht vorzugsweise aus elektrischem Isolierstoff und ist als Strangpreßprofilteil ausgebildet, das von einer entsprechenden Profilstange abgeschnitten ist und zudem als Träger für den Schalter dient. Der Rohrkörper 3 ist demgemäß mit Befestigungsstegen 3.3 versehen, die am Gehäuse 5 eines Antriebs für den Schalter 1 festgesetzt sind. Am Antriebsgehäuse 5 sitzt auch ein Halter 6 bzw. 6.1 für das Gebläse 2 bzw.. 2.1, wobei über den Halter 6 elektrische Versorgungsleitungen zum Gebläse 2 geführt werden können.

Der Luftleitkanal 4 kann gemäß FIG. 4 als Adapter zur Anpassung der Querschnitte der Strömungsöffnung des Lüfters 2 und der Rohrkörpers 3 ausgebildet sein. Bei unterschiedlichen Querschnittsflächen kann dabei der Luftleitkanal in Strömungsrichtung trichterförmig oder nach Art einer Pyramide gestaltet sein.

Sind die Ebenen der Strömungsöffnung des Lüfters 2 und des benachbarten Endes 3.1 oder 3.2 des Rohrkörpers 3 winklig zueinander angeordnet, wobei der Winkel vorzugsweise 90 Grad beträgt, dann wird auch der Luftleitkanal 4 gemäß FIG. 3 mit entsprechend winklig versetzten Strömungsöffnungen ausgebildet.

Gemäß FIG. 4 ist der Schalter 1,3,5 auf einem Schaltwagen 7 montiert und mit in Einschubrichtung des Schaltwagens 7 abstehenden Kontaktschienen 8 versehen. Der Schaltwagen 7 ist dabei innerhalb eines Schaltschranks 9 in waagerechter Richtung verschiebbar gelagert, wobei im rückwärtigen Teil des Schaltschranks 9 Steckkontakte 10 für die einzuschiebenden

Kontaktschienen 8 festgesetzt sind. Die Steckkontakte 10 sind einerseits mit einer dreipahsigen Sammelschienenanordnung 11 und andererseits über_ je einen Stromwandler 12 mit Spannungswandlern 13 und Kabelanschlüssen 14 verbunden. Der Schalter 1 ist damit lösbar im Gehäuse des Schaltschranks 9 gehalten. Dabei ist der Lüfter 2 aus baulichen Gründen nicht mit dem Antriebsgehäuse 5 verbunden sondern im Schaltschrank 9 festgesetzt. Dabei kann die Luftführung innerhalb des Gehäuses des Schaltschranks 9 so ausgebildet sein, daß auch die Seckverbindungsstellen zwischen den Kontaktschienen 8 und den Steckkontakten 10 mit in den Kühlluftstrom einbezogen sind.

Aus wirtschaftlichen Gründen ist es zweckmäßig, dem Schalter selbst oder einem zu ihm führenden Stromleiter einen Stromsensor zuzuordnen, der über ein Steuergerät den Lüfter 2 erst einschaltet, wenn ein vorgegebener Stromgrenzwert überschritten wird. Dieser Stromgrenzwert entspricht etwa dem Betriebsstrom des jeweiligen Leistungsschalters der ohne zusätzliche Kühlung zulässig ist.Dieser Sensor kann der 0 Stromwandler 12 sein, dessen Ausgangssignal auch für die Steuerung des Lüfters 2 genutzt werden kann.

Durch die gezielte Kühlung des größten Verlustbringers, der durch einen Leistungsschalter vorgegeben ist und von sonstigen Kontakten, die nach den einschlägigen Vorschriften nur eine vorgegebene Übertemperatur aufweisen dürften, kann ein leistungsschwacher Lüfter zur Anwendung gelangen, der im Vergleich zu der Wirkung zu Lüftern, die ein gesamtes Schaltfeld kühlen, mit der Hälfte bis zu einem Zehntel der Antriebsleistung auskommt. Zudem ergibt sich beim erfindungsgemäßen Aufbau eine gute Zugänglichkeit zum Lüfter beim evtl. erforderlichen Wartungsarbeiter, nachdem entweder am ausgebauten Schalter der betreffende Lüfter frei zugänglich ist, wenn der Lüfter entweder unmittelbar an diesen Schalter 5 1,3,5 gehalten ist, oder es ist ein Zugriff auf den Lüfter durch den Raum leicht möglich , aus dem der Schalter entfernt wurde.

Claims

SW-95/08 AEG Sachsenwerk GmbH D-93055 Regensburg

1. Schaltgerät mit bei elektrischem Stromdurchfluß Wärme abgebenden Bauteilen einschließlich wenigstens eines Schalters, insbesondere Hochstromschaltgerät, Schaltschrank oder Schaltanlage mit Vakuumschaltkammer/&eegr;, vorzugsweise für Mittelspannung, und mit einem Lüfter zur Erzeugung eines Kühlluftstroms zur Beaufschlagung von Bauteilen, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (1) mit radialem Spiel innerhalb eines endseitig offenen Rohrkörpers(3) angeordnet ist, und daß zumindest einem Ende (3.1, 3.2) des Rohrkörpers (3) eine Strömungsöffnung eines Lüfters (2) beigeordnet ist.

2. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem aus elektrischem Isolierstoff bestehenden Rohrkörper (3) ein Leistungsschalter (1) angeordnet ist.

3. Schaltgerät nach Anspruch 1.oder 2, dadurch, gekennzeichnet, daß die Förderrichtung des Lüfters (2) mit der vom erwärmten Schalter (1) ausgehenden Konvektionsluftströmung gleich ist.

4.' Schaltgerät nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Strömungsöffnung des Lüfters (2, 2.1) und das zugehörige Ende (3.3, 3.2) &ldquor;des Rohrkörpers (3) ein Luftleitkanal (4) eingefügt ist.

5. Schaltgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftleitkanal (4) als Adapter zur Querschnittsanpassung der Strömungsöffnung an das zugehörige Ende (3.1, 3.2) des Röhrkörpers (3) ausgebildet ist.

6. Schaltgerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebenen der Strömungsöffnung des Gebläses (2) und des benachbarten Endes (3.1, 3.2) des Rohrkörpers (3) unter einem Winkel, vorzugsweise von 90 Winkelgraden, zueinanderstehen.

7. Schaltgerät nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Schalter (1) ein Antriebsgehäuse (5) verbunden ist, an welchem der Lüfter (2) gehalten ist.

8. Schaltgerät nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (1) lösbar an einem Gehäuse gehalten ist, an welchem der Lüfter (2) festgesetzt ist.

9. Schaltgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (1) an einem im Gehäuse (9) verschiebbar gelagerten Schaltwagen (7) festgesetzt ist.

10. Schaltgerät nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß einem Stromleiter des Schalters oder einem zum Schalter führenden Stromleiter ein Strommeßsensor zugeordnet ist, der bei Überschreiten eines Stromgrenzwertes die Einschaltung des Lüfters steuert.

11. Schaltgerät nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß durch geeignete Luftströmungs-führung auch die Kontaktschienen (8) des Schalters (1) durch den vom Lüfter (2) erzeugten Luftstrom gekühlt werden.

12. Schaltgerät nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einem der Stromleiter und / oder Schalter (1) ein Stromsensor zugeordnet ist, der bei überschreiten eines vorgegebenen, charakteristischen Stromwertes die Einschaltung des Lüfters (2) steuert.