DE4012845A1 - Stromschienensystem fuer stromrichter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Stromschienensystem mit mindestens zwei mit unterschiedlichen elektrischen Potentialen zu beaufschlagenden elektrischen Leitern zur Verschienung vom Stromrichtern.

Derartige Stromschienensysteme für Stromrichter sind allgemein bekannt und dienen zum internen Anschluß ein­ zelner Komponenten des Stromrichters (Leistungshalblei­ ter, Drosseln, Dioden, Kondensatoren usw.) sowie zum externen Anschluß des Stromrichters an ein Gleich- oder Wechselspannungsnetz und zum Lastanschluß. Insbesondere nach Einführung von GTO-Stromrichterventilen (Gate­ turn-off-Thyristoren) in die Leistungselektronik ist zur Sicherstellung einer optimalen Funktionsweise von Strom­ richtern eine induktionsarme Verschienung von großer Wichtigkeit. Eine derartig induktionsarme Verschienung ist beispielsweise realisierbar, indem flache Strom­ schienen parallel mit sehr geringem Abstand geführt wer­ den.

Aufgrund des vorstehend erwähnten geringen Abstandes zwischen den Stromschienen treten insbesondere bei hohem Stromfluß und hohen Stromanstiegs- bzw. Stromabfallge­ schwindigkeiten relativ große Anziehungs- bzw. Absto­ ßungskräfte zwischen den Stromschienen auf, die unter Einsatz geeigneter, teilweise aufwendiger Konstruktionen abgefangen werden müssen. Diese zusätzlichen Maßnahmen sind oft störend und beeinflussen die thermische Ausla­ stung der Stromschienen negativ, da sie beispielsweise die zur Kühlung notwendige Konvektion zwischen Strom­ schienen behindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Strom­ schienensystem für Stromrichter der eingangs genannten Art anzugeben, das sehr induktionsarm aufgebaut ist und keine aufwendigen Maßnahmen zur Beherrschung der während des Betriebes auftretenden Anziehungs- bzw. Abstoßungs­ kräfte erfordert.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Leiter koaxial ineinander angeordnet und durch Isolier­ material voneinander distanziert sind.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das vorgeschlagene Stromschie­ nensystem einfach aufgebaut und infolgedessen auch ein­ fach und preiswert herstellbar ist, wobei eine äußerst induktionsarme Verschienung gewährleistet ist. Das Iso­ liermaterial zwischen den Leitern stellt sowohl die elektrische Isolation als auch eine vorgeschriebene Di­ stanzierung - auch beim Auftreten hoher Anziehungs- oder Abstoßungskräfte - sicher. Durch entsprechende Öffnungen im Isoliermaterial und im Außenleiter kann der Innenlei­ ter elektrisch kontaktiert werden. Die notwendige Isola­ tionsstrecke zwischen der so gebildeten elektrischen Durchführung und dem Außenleiter kann je nach Spannungs­ höhe mittels eines Isolators hergestellt werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Stromschienensystem mit massivem Innenlei­ ter,

Fig. 2 ein Stromschienensystem mit hohlem Innenlei­ ter.

In Fig. 1 ist ein Stromschienensystem mit massivem In­ nenleiter dargestellt. Dieses Stromschienensystem 1 be­ sitzt einen rohrförmigen Außenleiter 2 und einen koaxial innerhalb des Außenleiters 2 angeordneten, stabförmigen massiven Imnenleiter 3. Zwischen Außenleiter 2 und In­ nenleiter 3 befindet sich Isoliermaterial 4 von eben­ falls rohrförmiger Ausgestaltung.

Zur elektrischen Kontaktierung des Innenleiters 3 ist eine Innenleiter-Anschlußbuchse 6 vorgesehen, die durch Öffnungen im Außenleiter 2 und im Isoliermaterial 4 zu­ gänglich und stoffschlüssig oder formschlüssig mit dem Innenleiter 3 selbst verbunden ist. Der massive Innen­ leiter 3 kann am Ort der Innenleiter-Anschlußbuchse 6 mit einer Innenleiter-Bohrung 5 mit Gewinde versehen sein, in die beispielsweise eine Anschlußschraube ge­ dreht werden kann, um eine elektrische Verbindung zwi­ schen Innenleiter 3 und einem externen Anschlußkabel oder einer Anschlußschiene zu erzielen. Die Anschluß­ buchse 6 ist von einem ringförmigen Isolator 8 umgeben, der zur Verlängerung der elektrischen Kriechwege zusätz­ lich mit Isolierrippen 7 versehen ist. Der Isolator 8 durchdringt dabei den Außenleiter 2 und zumindest teil­ weise das Isoliermaterial 4.

Zur elektrischen Kontaktierung des Außenleiters 2 mit einem externen Anschlußkabel oder einer Anschlußschiene ist ein laschenförmiger Außenleiter-Anschluß 9 stoff­ schlüssig mit dem Außenleiter 2 verbunden. Eine im Au­ ßenleiter-Anschluß 9 befindliche Anschlußbohrung 10 dient dabei vorteilhaft zur Verschraubung einer externen Anschlußschiene mit dem Außenleiter 2 mittels üblicher Befestigungsmittel.

In Fig. 2 ist ein Stromschienensystem mit hohlem Innen­ leiter dargestellt. Dieses Stromschienensystem 11 weist ebenfalls einen rohrförmigen Außenleiter 12 auf. Inner­ halb des Außenleiters ist koaxial ein ebenfalls rohrför­ miger Innenleiter 13 angeordnet. Zwischen Außenleiter 12 und Innenleiter 13 befindet sich wiederum relativ hartes Isoliermaterial 14 von rohrförmiger Ausgestaltung, vor­ zugsweise Gießharz. Durch die hohle Ausbildung des In­ nenleiters 13 wird ein Kanal 15 im Stromschienensystem 11 gebildet, der zweckmäßig zur Kühlung herangezogen werden kann. Es ist alternativ eine Flüssigkeitskühlung (z. B. mit Isolieröl oder Wasser) oder eine Gaskühlung (z. B. mit Luft) einsetzbar.

Die beim Stromschienensystem gemäß Fig. 2 mögliche zu­ sätzliche innere Kühlung hat den Vorteil, daß bei glei­ cher Stromstärke ein kleinerer Querschnitt der Leiter verwendet werden kann, was zu einer Material- und Ge­ wichtsersparnis führt.

Für den elektrischen Anschluß des Innenleiters 13 ist eine durch Öffnungen im Außenleiter 12 und im Isolierma­ terial 14 zugängliche Innenleiter-Anschlußbuchse 16 stoffschlüssig mit dem Innenleiter 13 verbunden. Zur elektrischen Kontaktierung ist die Anschlußbuchse 16 mit einem Gewinde versehen, in das beispielsweise eine An­ schlußschraube gedreht werden kann, um eine elektrische Verbindung zwischen Innenleiter 13 und einem externen Anschlußkabel oder einer Anschlußschiene zu ermöglichen. Die Innenleiter-Anschlußbuchse 16 ist von einem ringför­ migen Isolator 18 umgeben, der mit Isolierrippen 17 ver­ sehen ist, um die notwendige Isolationsstrecke zwischen der elektrischen Durchführung und dem Außenleiter herzu­ stellen. Der Isolator 18 durchdringt dabei den Außen­ leiter 12 und zumindest teilweise das Isoliermaterial 14.

Zur elektrischen Kontaktierung des Außenleiters 12 mit einem externen Anschlußkabel oder einer Anschlußschiene ist ein laschenförmiger Außenleiter-Anschluß 19 stoff­ schlüssig mit dem Außenleiter 12 verbunden, wobei wie­ derum eine Anschlußbohrung 20 im Außenleiter-Anschluß 19 vorgesehen ist, um eine Verschraubung einer externen Anschlußschiene mit dem Anschlußleiter 12 mittels weite­ rer Befestigungsmittel, wie Schrauben und Muttern zu ermöglichen.

Allgemein für beide Ausführungsvarianten gemäß Fig. 1 und 2 gilt, daß die die elektrische Isolationsstrecken zwischen Innenleiter-Anschlüssen und Außenleiter-An­ schlüssen herstellenden Isolatoren 8, 18 mit Isolator- Rippen 7, 17 entsprechend der Spannungsdifferenz zwi­ schen Außen- und Innenleiter zu bemessen ist. Das Iso­ liermaterial 4, 14 zwischen Außen- und Innenleiter kann beispielsweise durch Vergießen mit Gießharz eingebracht werden. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn bereits vor dem Vergießen die Innenleiter-Anschlußbuchsen 6, 16 stoffschlüssig oder formschlüssig mit dem Innenleiter 3, 13 verbunden und die Isolatoren 8, 18 auf die Innenlei­ ter-Anschlußbuchsen 6, 16 gesteckt sind. Dann werden die Isolatoren 8, 18 im gleichen Arbeitsgang - d. h. dem Ein­ gießen der Isoliermaterialien 4, 14 - mit angegossen.

Gleichermaßen vorteilhaft ist es, wenn bereits vor dem Vergießen die Innenleiter-Anschlußbuchse 6, 16 stoff­ schlüssig oder formschlüssig mit dem Innenleiter 3, 13 verbunden ist und über eine äußere Form (Gießform, Hilfsform) zum einen die Zentrierung Innenleiter 3, 13 zum Außenleiter 2, 12 vorgenommen wird und zum anderen die Isolatoren direkt mit gegossen werden. Bei dieser Variante werden während des Vergießens mit Gießharz so­ wohl die Isoliermaterialien 4, 14 eingebracht, als auch die Isolatoren 8, 18 hergestellt.

Alternativ hierzu ist es jedoch auch möglich, die Isola­ toren 8, 18 in einem weiteren Arbeitsgang nach dem Ver­ gießen zu montieren, beispielsweise durch Einkleben in entsprechend ausgesparte oder nachträglich eingebrachte Öffnungen in den Isoliermaterialien 4, 14 und Außenlei­ tern 2, 12.

Als Material für die Außenleiter 2, 12, Innenleiter 3, 13, Innenleiter-Anschlußbuchsen 6, 16 und Außenleiter- Anschlüsse 9, 19 wird vorzugsweise Kupfer eingesetzt. Alternativ hierzu ist es jedoch auch möglich, den Innen­ leiter 3, 13 oder den Außenleiter 2, 12 oder Innenleiter und Außenleiter zur Dämpfung elektrischer Schwingungen aus einem Material mit einer im Vergleich zu Kupfer schlechteren Leitfähigkeit auszubilden, beispielsweise aus Aluminium.

Bei der Ausführungsvariante gemäß Fig. 1 kann der In­ nenleiter 3 wahlweise auch als Litze und nicht als mas­ siver Rundleiter ausgebildet werden, zumindest im nicht mit einer Innenleiter-Anschlußbuchse 6 zu verbindenden Bereich.

Die vorstehend am Beispiel von zwei Leitern beschriebe­ nen Stromschienensysteme können selbstverständlich be­ darfsweise auch auf drei, vier und mehr Leiter erweitert werden, wobei der Grundaufbau mit einzelnen rohrförmi­ gen, koaxial ineinanderliegenden, jeweils durch Isolier­ material elektrisch voneinander getrennten und mecha­ nisch hierdurch fixierten Leitern erhalten bleibt. Ein aus drei Leitern bestehendes Stromschienensystem kann beispielsweise einen massiven oder rohrförmigen Innen­ leiter, einen rohrförmigen Mittelleiter und einen rohr­ förmigen Außenleiter aufweisen. Die elektrische Kontak­ tierung von Innen- und Mittelleiter erfolgt wie vorste­ hend beschrieben durch jeweils getrennte Isolatoren und Anschlußbuchsen. Der Mittelleiter eines solchen Strom­ schienensystems kann zwecks Kühlung auch doppelt rohr­ förmig z. B. als Strangpreßprofil ausgestaltet sein.

Claims (14)

1. Stromschienensystem mit mindestens zwei mit un­ terschiedlichen elektrischen Potentialen zu beaufschla­ genden elektrischen Leitern zur Verschienung von Strom­ richtern, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (2, 3, 12, 13) koaxial ineinander angeordnet und durch Iso­ liermaterial (4, 14) voneinander distanziert sind.

2. Stromschienensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenleiter (3) als massiver Stab ausgebildet ist.

3. Stromschienensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenleiter (13) rohrförmig aus­ gebildet ist.

4. Stromschienensystem nach Anspruch 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Innenleiter als Litze aus­ gebildet ist.

5. Stromschienensystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der In­ nenleiter (3, 13) mit einer durch Öffnungen im Außenlei­ ter (2, 12) und im Isoliermaterial (4, 14) zugänglichen Anschlußbuchse (6, 16) stoffschlüssig verbunden ist.

6. Stromschienensystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der In­ nenleiter (3, 13) mit einer durch Öffnungen im Außenlei­ ter (2, 12) und im Isoliermaterial (4, 14) zugänglichen Anschlußbuchse (6) formschlüssig verbunden ist.

7. Stromschienensystem nach Anspruch 5 und/oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußbuchse (6, 16) von einem den Außenleiter (2, 12) und zumindest teilweise das Isoliermaterial (4, 14) durchdringenden Isolator (8, 18) ringförmig umgeben ist.

8. Stromschienensystem nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Außenleiter (2, 12) stoffschlüssig mit einem laschenförmigen Anschluß (9, 19) verbunden ist.

9. Stromschienensystem nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß min­ destens einer der Leiter (2, 3, 12, 13) aus einem Material mit im Vergleich zu Kupfer schlechterer Leitfähigkeit besteht.

10. Stromschienensystem nach Anspruch 3 oder 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kanal (15) im Innern des Innenleiters (13) gasgekühlt ist.

11. Stromschienensystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (15) im Innern des Innenleiters (13) flüssigkeitsgekühlt ist.

12. Verfahren zur Herstellung eines Stromschienen­ systems nach den Ansprüchen 1, 5 oder 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die koaxial innerhalb des Außenlei­ ters (2, 12) angeordneten Leiter (3, 13) mit elektrischen Anschlußbuchsen (6, 16) und bedarfsweise mit Isolatoren (8, 18) versehen werden und daß anschließend das Isolier­ material (4, 14) eingegossen wird.

13. Verfahren zur Herstellung eines Stromschienen­ systems nach den Ansprüchen 1, 5 oder 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die koaxial innerhalb des Außenlei­ ters (2, 12) angeordneten Leiter (3, 13) mit elektrischen Anschlußbuchsen (6, 16) versehen und mittels einer Hilfs­ form zentriert werden und daß während des anschließenden Eingießens des Isoliermaterials (4, 14) gleichzeitig die Isolatoren (8, 18) hergestellt werden, wozu die Hilfsform entsprechend ausgebildet ist.

14. Verfahren zur Herstellung eines Stromschienen­ systems nach den Ansprüchen 1, 5 oder 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die koaxial innerhalb des Außenlei­ ters (2, 12) angeordneten Leiter (3, 13) mit elektrischen Anschlußbuchsen (6, 16) versehen werden, daß nachfolgend das Isoliermaterial (4, 14) eingegossen wird und daß ab­ schließend die Isolatoren (8, 18) in entsprechende Aus­ sparungen um die Anschlußbuchsen (6, 16) eingeklebt wer­ den.