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Sammelschienen-System mit Stromschienen für Hoch- und Mittelspannungsschaltanlagen
Die Frfindung bezieht sich auf ein Sammelschienen-System mit Stromschienen vorzugsweise
rechteckigen Querschnitts für Hoch-und Mittelspannungsschaltanlagen.
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Bekannt sind Sammelschienen-Systeme, deren Stromschienen aus kupfernen
Rechteckrohren, Vieleckschienen oder Flachkupferschienen mit einem rechteckigen
Querschnitt bestehen. Weiterhin bekannt sind auch Stromschienen für den genannten
Bedarf so fall aus Verbundwerkstoffen wie bspw. Kupfer und Aluminium, die im Strangpreß-Plattierverfahren
hergestellt werden. Nachteilig bei den konventionellen Sanrnelschienen-Systemen
ist deren sehr hoher Kupferbedarf, welcher durch ständig steigende Kurferpreise
auf dem Weltmarkt zu einer nicht unerheblichen Verteuerung der Anlagen führt. Außerdem
haben die genannten Stromschienen häufig eine ungünstige dielektrische Formgebung,
was sich insbesondere bei zu erwartenden hohen Strömen in der Größenordnung von
# 1600 Ampere insoweit ungünstig auswirkt, als die Abstandsstrecken dementsprechend
vergrößert werden müssen. Außerdem weisen derart hoch
belastete
Stromschienen hohe Temperdturen auf, Welche besondere Maßnahrnen hinsichtlich der
zu erwartenden Längenausdehnungen bedingen. Die angesprochenen ungünstigen dielektrischen
Konfigurationen sind besonders augenfällig ir Bereich der Halterungen für die einzelnen
Stromschienen, d.r'. also im Bereich von Halterungsschellen, Klemmverbindungen und
dergleichen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die geschiluerten Nachteile
wenigstens zu mindern und insbesondere Maßnahmen zu treffen, die bei unverändertem
Stromleitvermögen eine Einsparung an Kupfermaterial gestatten.
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Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß
jede der Stromschienen des Sammelschienen-Systems im stromführenden Bereich von
wenigstens einem Kühlkörper aus wärmeleitendem Material weitgehend umgeben wird,
welcher sich längs der Stromschienen erstreckt und mittels Befestigungsmitteln wärmeleitend
mit der Stromschiene verbunden wird.
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Ein derartiger Kühlkörper braucht keinesfalls aus Kupfer zu bestehen,
wohl aber sollte er, wie es ja allgemein charakteristisch für Kühlkörper bzw. Wärmetauscher
oder der Wärmeabfuhr dienende Teile ist, eine große Oberfläche aufweisen. Durch
die Verwendung von geeigneten Kühlkörpern ist es möglich, den Querschnitt der kupfernen
Stromschienen zu verringern, ohne das Stromleitvermögen einschränken zu müssen;
außerdem kann durch geeignete Formgebung des Kühlkörpers (also bspw. durch Vermeidung
von scharfkantigen Ecken und dergleichen) eine Verbesserung des dieelektrischen
Bildes erzielt werden, weiche trotz des Umgebens der Stromschienen mit Nühlkörpern
nicht nur zu einer Beibehaltung sondern darüberhinaus sogar zu einer Verringeruny
des Abstandes zwischen den einzelnen parallel lafenden Stromschienen eines mehrphasigen
Sammelschienen-S-ystelns führen kann.
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Einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens zufolge wirä vorgeschlagen,
den Kühlkörper aus elektrisch stromleltendem Material herzustellen und ihn sowohl
wärmeleitend als auch kontaktierend mit der zugeordneten Stromschiene zu verbinden.
Auf diese Weise kann eine weitere Stromentlastung der Stromschieneri erzielt werden.
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Besonders zwecksmäßig für die Realisierung des Erfindungsgedankens
ist ein Ausgestaltungsvorschlag, demzufolge der Kühlkörper aus Aluminium oder einer
Aluminiumlegierung I L-gestellt werden soll, und zwar in Form eines Strangpreßteiles,
von welchem die einzelnen Kühlkörper nach Bedarf abgelängt werden können. Aluminium
ist nicht nur ein guter Wärmeleiter, sondern durchaus auch zur Stromleitung geeignet
und zudem wesentlich preiswerter und preisstabiler als dieses bei Kupfer der Fall
ist.
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Ein weiterer Vorschlag zielt auf eine besonders günstige dieelektriscne
Form, und zwar wird vorgeschlagen, dem Kühlkörper einen C-förmigen, vorzugsweise
kreisbogenförmigen Querschnitt zu geben. Ergänzend hierzu'wird vorgeschlagen, die
wärmeleitende und gegebenenfalls stromleitende Verbindung zwischen der Stromschiene
und dem Kühlkörper derart zu vollziehen, daß eie Seite bzw. Schmalseite der Stromschiene
an der Innenfläche des Kühlkörpers, vorzugsweise im Bereich der Symmetrieachse des
vorhin genannten C--Profiles, formschlüssig anliegt. Hiermit wird eine besonders
gleichmäßige Wärmeabfuhr auf den gesamten Kühlkörper und zudem auch eine hinreichende
Zugänglichkeit zur Stromschiene selbst erzielt.
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Gemäß einem anderen Ausgestaltungsvorschlag ist es vorgesehen, das
C-Profil des Kühlkörpers an der Anlagefläche der Stromschiene mit einer nutförmigen
Profilausnerlmung zu versehen.
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Hierdurch wird eine verbesserte Wärmeabfuhr von der Stromschiene auf
den Kühlkörper erreicht und zudern eine exakte
Fixierung der Lage
der jeweils montierten Stromschienc.
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Als besonders vorteilhaft erweist sich auch eine nutförmige Profilausnehmung
an der Außenkontur des Kühlkörpcrs, und zwar vorzugsweise auch im Bereich der Symmetrieachse.
In dieser nutförmigen Profilausnehmung lassen sich Ansätzc von Befest:-gungsmitteln,
bspw. Schraubenköpfe, in gewisser Weise versenkt aufnehmen, so daß hierdurch eine
besonders günstige dieelektrische Konfiguration erreicht werden kann.
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Eine zweckmäßige Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist in einem
Vorschlag zu seheii, wonach die an den Längsenden des Sanmelschienen-Systems angeordneten
Kühlkörper mit zur freien Ende der Sammelschienen weisenden, metallischen oder aus
Isolierstoff bestehenden, kugelig gewölbten Abschlußkappen versehen werden. Auch
derartige Maßnahmen vermögen die bereits wiederholt genannte dielektrische Konfiguration
- und zwar im Bereich der Längsenden des Sammelschienen-Systems - vorteilhaft zu
verbessern.
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Eine zweckmäßige Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist schließlich
darin zu sehen, die Kühlkörper in denjenigen Bereichen, in welchen Abzweigschienen,
Uberführungskabel oder Einspeiseleitungen anzuordnen sind, mit Ausbrüchen zu versehen,
und zwar vorzugsweise auch im Bereich der Symmetrieachse des Kühlkörpers. Hierdurch
ist eine hinsichtlich der Montageanforderungen vorteilhafter Verbindung zwischen
den eigentlichen Stromschienen und den besagten Abzweigschienen, Überführungskabeln
bzw. Einspeiseleitungen oder dergleichen erreichbar, und zwar von der dem durchgehenden
Schlitz des C-Profiles entgeccigesetzte Seite des Kühlkörpers her.
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Anhand figürlicher Darstellungen und der nachfolgenden Besctreibung
hierzu sollen ein Ausführungsbeispiel für erfindungsgemäße Kühlkörper und deren
Eingliederun in ein Sammelschlenen-System
veranschaulicht und der
Erfindungsgedanke noch einmal näher erläutert werden.
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Es zeigt: Fig. 1 in perspektivischer und teilweise vereinfachter S
Sicht das Aneinanderfügen einzelner Anlagen schränke einer Mittelspannungsschaltanlage
und die angedeutete Lage des Sanmelschienen-Systems, Fig. 2 eine Seitensicht in
einen seitlich geöffneten Anlage@ schrank, worin ebenfalls die Lage des Sammelschienen-Systens
angedeutet ist, Fig. 3 in gegenüber den vorher genannten Darstellungen stark vergrößertem
Maßstab einen Querschnitt durch eine Stromschiene mit einem daran montierten Kühlkörper,
Fig. 4 das Längsende einer Sammelschiene mit ihrer IIalterung, einem Kühlkörper
und einer Abschlußkappe, Fiq. D eie Teilansicht auf zwei aneinader gekoppelte Stromschienen,
sowie je einen Kühlkörper und die Kühlkörperstoßstelle in der Durchführung des Feldes,
Fig. 6 einen Schnitt durch eine der zuvor genannten Stromschienen, dessen Verlauf
in Fig. 5 angedeutet ist, und der auch einen Flachkontakt für Schaltgeräte zeigt,
Fig. 7 das Längsende eines Sammelschienen-Systems mit daran angeordneten isolierten
Überführungsleitungen und Fig. 8 eine Seitensicht der in Fig. 7 gezeigten Darstellung.
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Fig. 1 veranschaulicht das Aneinanderfügen von Anlagensch@@@@-ken
einer Mittelspannungsschaltanlage, und zwar ist @@ @ kennbar, daß zu bereits aufgestellten
Anlagenschränken 10 11 nun ein weiterer Anlagenschrank 12 hinzugefügt wird, war
durch Absetzten des Anlagenschrankes 12 in Richtung des Pfenles 13 und anschließendes
Anschieben dieses Anlagenschranke in Richtung des Pfeiles 14 geschieht. @eweils
drei untereine liegende Ausbrüche 15 in Anlagenschrank 11 bzw. 16 im Anlagenschrank
12 veranschaulichen die Lage des Sammelschienen-Sys @@@@s, welches durch alle einem
bestimmten Netzzweig zugeordneten Anlageschränke (10,11,12 usw) hindurchführt. Hierbei
ist es - die im Anspruch 10 zum Ausdruck gebracht - vorteilnaft, wenn bereits bei
der fabrikseitigen Montage der einzelnen Anlagenschränke (10,11,12) sowohl die Stromschienen
als auch zuzuordnende Kühlkörper montiert sind, so daß bei der Aneinanderreihurg
der zur zelnen Anlagenschränke lediglich die erforderlichen Verbindungen - insbesondere
also der in Längsrichtung einander benachbarter St schienenabschnitte - herzustellen
sind. Wie nachiolgend noch (im Zusammenhang mit den Erläuterungen zu Fig. 5) ausgeführt
werden soll, ist es zweckmäßig, die Teilung der Kühlkörper innerhalb von Durchführungsisolatoren
und die Teilung der einzalnen Stromschienenabschnitte nahe dieser Durchführungsiso?atoren
rrzusehen.
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Eine (gegenüber der vorhergehenden Darstellung vergrößerte) Seitensicht
in einem aus Anschauungsgründen seitlich offenen Anlagenschrank 17 zeigt die Fig.
2. Im unteren, frontseieigen Bereich dieses Anlagenschrankes 17 bC.indet sich ein
Schalterraum 18 mit einem darin angeordneten Leistungsschalter 19.
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Im unteren rückseitigen Bereich ist ein Kabelanschlußraum 20 vorgesehen,
in welchem außer den Kabelanschlßssen 21 auch noc andere, nicht näher bezeichnete
Teile wie bspw. Stron- zur Spannungswandler, Schnellerder usw. untergebracht werden
kW Oberhalb dieser bezeichneten Räume 19, 20 sind nun das Sammelschienen-System,
bestehend aus den vorderseitigen Stromschien 22, 23, 24 sowie aus den rückseitige
. omschienen 25, 26, 27
und diesen Stromschienen-Paaren 22/25,
23/26, 24/7 zugeordncte, als Umschalter ausgebildete Trennschalter 2, 2, 30 untergebracht.
Auf dieses Sammelschienen-System, oder genauer gesagt: auf dessen Stromschienen
22 bis 27, konzentriert sich die vorliegende Erfindung, und zwar sind jeder Stromschiene
ein oder mehrere, längs hintereinander angeordnete Kühlkörper zugeordnet, was aus
der gegenüber der Fig. 2 stark vergößerten Darstellung in Fig. 3 zu entnehmen ist.
In dieser Fig. 3 sind eine der Stromschienen, nämlich diejenige mit der Ziffer 26,
sowie ein mit dieser wärmeleitend und kontaktierend verbunde:erKühlkörper 31 im
Querschnitt gezeigt. Der Querschnitt
dieses Kühlkörpers 31 weist
eine im wesentlichen kreisbegenformige C-Form auf, welche - aus Gründen einer günstlgez
Felebildung - an ihren einander gegenüberliegenden, Flankenenden 32 und 33 abgerundet
und geringfügig nach innen gezogen ist. In seiner Symmetrieachse weist das Profil
des Kühlkörpers 31 sowohl eine ins Profilinnere gerichtete Aufnahm für nut 34 die
etwa formschlüssige Aufnahme der Stromschiene 26 als auch eine nach außen hin gerichtete
Nut 35 auf, welche dazu dient, Ansätze von Befestigungsmitteln, im vorliegenden
Falle den Kopf einer erkennbaren Schraube 36, so aufzunehmen, daß diese Ansätze
bzw. Schraubenköpfe nicht über die Kreisbogenform vorstehen. Zu erwähnen ist noch,
daß es sich bei diesem Kühlkörper 31 um ein Strangpressprofil aus Aluminium oder
einer Aluminiumlegierung handelt, welches als sogenanntes Endlosprofil herzustellen
ist, von welchem die jeweils benötigten Lanzen abgetrennt werden können.
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In der Ausführungspraxis wird man häufig so verfahren, daß jedem einzelnen
Anlagenschrank 10, 11, 12 usw. (siehe Fig. 1) für jede Stromschiene ein gesonderter
Kühlkörper 31 zugeordnet wird, wie hier auch häufig jeder Anlagenschrank eigene,
nur ihm zugeordnete Stromschienen aufweist, welche bein Zusammenfügen der einzelnen
Anlagenschränke über Laschen oder dergleichen gekoppelt werden. Einer besonderen
Ausgestaltung bedürfen allerdings die jeweiligen Längsenden des Sammelschienen-Systems,
wofür die Fig. 4 ein Beispiel gibt. Hierin ist gezeigt, daß an einem Träger 37,
welcher sich nahe einer Seitenwandung des letzten bzw. ersten einem bestimmten Netzzweig
zugeordnebefindet, ten Anlangeschrank ein Isolator 38 angeordnet ist, welcher seinerseits
das Längsende eines Stromschienenstranges 39 aufnimmt.
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Bemerkenswert ist, daß kurz vor der Befestigung des genannten Stromschienenstranges
39 am Isolator 38 ein dieser Stromschiene 39 zugeordneter Kühlkörper 40 endet und
an seiner Isolator 38 zugewandten Ende eine Abschlußkappe 41 trag
Diese
Abschlußkappe 41 umgibt das kreisbogenförmige Profil des Kühlkörpers 40 vollständig
und weist im Bereich seines Kappenbodens 42 eine kugelige Wölbung auf, welche in
eine Öffnung 43 mündet. Die Randung dieser öffnung 43 ist hierbei bewußt ein wenig
ins Kappeninnere eingezogen. Auf diese Weise werden auch an zwei stehenden Enden
von Kühlkörpern der atenannten und dargestellten Art dielektrisch ungünstige Konfigurationen
vermieden.
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Fig. 5 veranschaulicht - im gleicher Sichtrichtung wie die Darstellung
von Fig. 4 - den Längsausschnitt eines Stromschienenstranges und die Durchführung
dieses Stromsehienenstranges durch die Seitenwandungen benachbarter Anlagenschränke.
Für diese Durchführung findet ein Durchführungsisolator 44 Verwendung, welcher in
(aus der Figur nicht entnehmbaren) Seitenwandungen einander benachbarter Anlagenschränke
auf nicht näher erkennbare Art verankerbar ist. Innerhalb dieses Durchführungsisolators
44 stoßen die Längsenden zweier benachbarter Kühlkörper 45 und 46 nahezu aneinander;
die Beibehaltung eines kleinen Luftspaltes zwischen diesen beiden Kühlkörpern 45
und 46 empfiehlt sich allerdinys aus Gründen der Wärmedehnung. Entnehmbar aus dieser
Darstellung ist weiterhin eine Trennstelle zwischen zwei benachbarten Stromschienen
47 und 48, mittel, deren elektrische und mechanische Koppelung in bekannter Weise@
einer cder mehrerer Laschen (erkennbar ist die Verbindungslasche 49) und nicht näher
bezifferter Schraubelemente erfolgt.
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Im dargestellten Bereich der Stromschiene 47 ist nun auch ein Kontaktapparat
50 zur Aufnahme des Kontaktmessers eines Trennschalters erkennbar. Der Schnitt VI/VI,
dessen Verlauf in der 5 5 angedeutet ist, wird in Fig. 6 gezeigt. Hicrin sind nun
die bereits angesprochenen Teile und deren funktionelles Zusammenwirken besonders
gut erkennbar. Innerhalb des besagten Durchführungsisolators 44 befindet sich also
der Kühlkörper 45; dieser wiederum ist mit der Stromschiche 47 in bereits vorhin
geschilderter
Weise verbunden und diesen Stromschiene 47 t ihrerseits den bereits genannten Kontaktapparat
50. In di's Kontaktapparat 50 ist das ebenfalls bereits erwähnte Kon tmesser 51
eines nur andeutungsweise gezeigten Trennschalters 52 in bekannter Weise einfahrbar.
Beachtenswert ist es, daß die durch Flankenenden 53 und 54 begrenzte Längsöffnung
dieses ;i1 -körpers 45 mittig zum einzufahrenden Kontaktmesser 51 angeord@ net und
auch so breit ist, da die zugeordnete Stromschiene samt montiertem Kontaktapparat
50 und gegebenenfalls bereit@ montierten Verbindungslaschen 49 durch diese besagte
Längsoffnung einfügbar sind.
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Die Figuren 7 und 8 schließlich zeigen - in einer Frontansicht und
einer Seitensicht hierzu - noch einmal das Längsende eines dreiphasigen Sammelschienen-Systems,
und zwar im Zusammenhang mit von den einzelnen Stromschienen 55, 56, 57 abgehenden
überführungskabeln 58, 59, 60. Erkennbar sind die den genannten Stromschienen 55,
56, 57 zugeordneten Kühlkörper 61, 62, 63 sowie deren Abschlußkappen 64, 65, 66.
Da sich, wie aus der Darstellung in Figur 8 besonders gut zu entnehmen ist, die
in den Kühlkörpern 61, 62, 63 befindlichen Längsöffnungen auf der von den Überführungskabeln
58, 59, 60 abgewandten Seite befinden, sind diese Kühlkörper im Bereich ihrer Symmetrieachse
in der in Fig. 7 dem Betrachter zugewandten Wandungsseite mit (im einzelnen nicht
genau erkennbaren) Ausbrüchen versehen, welche der Durchführung von einerseits mit
den Stromschienen 55 bzw. SE. bzw. 57 und andererseits mit den Überführungskabeln
58 Szw. 59 bzw. 60 verbundenen Abzweigschienen 67, 68, 69 dienen.
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Die mit den genannten und auch im einzelnen dargestellten Kühlkörpern
erzielbaren Vorteile sind bereits eingangs er darf indungsbeschreibung eingehend
geschildert wurden, so daß sich weitere hierzu Ausführungen erübrigen. Nicht unerwähnt
bleibe aber, daß sich die Ausführungsgestaltung für derartige Kühlkörper keinesfalls
auf die dargestellte Querschnittsform beschränkt, sondern statt
dessen
hiervon in manigfacherweise abweichen kann, ohne den Erfindungsgedanken zu vcrlassen.
Bspw. können sic einen ovalen, vierkantigen (mit stark abgerundeten Eckbereichen)
oder mehrkantigen Querschnitt aufweisen, außerdem können zusätzliche, vorzugs ise
ins Profilinnere weisende Kühlrippen mit anq.eformt werden, ebenso kann aber auch
die Befestigungsfläche zwischen Kühlkörper und anzugliedernder Stromschiene weitaus
mehr als gezeigt ins Profilinnere eingezogen werden.
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Bezugszuffern
| 10 |
| 11 # Anlagenschränke einer Mittelspannungs-Schaltanlage |
| 12 |
| 13 Absetzrichtung |
| Pfeile in |
| 14 # Anschuhrichtung |
| 15 11 |
| # Öffnungen in |
| 16 12 |
17 Anlagenschrank Fig. 2 18 Schalterraum 19 Leistungsschalter 20 Kabelanschlußraum
21 Kabelanschlüsse
| 22 |
| 23 # vorderseitige Stromschienen |
| 24 |
| 25 |
| rückseitige Stromschienen |
| 26 # |
| 27 |
| 28 |
| 29 # als Umschalter ausgebildete Trennschalter |
| 30 |
31 Kühlkörper Fig. 3
| 32 |
| # offene Flankenenden v. 31 |
| 33 |
34 Aufnahmenut
35 nach außen gerichtete Nut 36 Schraube 37 Träger
38 Isolator 39 Stromschienenscrang 40 Kühlkörper 41 Abschlußkappe 42 Kappenboden
43 Öffnung in 41/42 44 Durchführungsisolator (Fig.5)
| 45 |
| # Künlkörper |
| 46 |
| 47 |
| # Stromschiene |
| 48 |
49 Verbindungslasche 50 Kontaktapparat 51 Kontaktmesser 52 Trennschalter
| 53 |
| Flankenden. v. 45 |
| 54 # |
| 55 |
| 56 # Stromschienen, Fig. 7 u. 8 |
| 57 |
| 58 |
| Überführungskabel |
| 59 # |
| 60 |
| 61 |
| 62 # Kühlkörper |
| 63 |
| 63 |
| 64 # Abschlußkappen |
| 65 |
| 67 |
| 68 # Ab@@@@ l @ @@@@@@ |
| 69 |
L e e r s e i t e