DE4126831C2 - Stromschienensystem für Stromrichter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Stromschienensystem für Stromrichter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Stromschienensystem für Stromrichter ist aus der DE-OS 20 45 011 bekannt. Im bekannten Fall handelt es sich um einen Schienenverteiler zur Stromversorgung, dessen elektrische Leiter durch zusammenhängende, in einem Arbeitsgang hergestellte Kunststoffisolation gegeneinander und gegen Berührung isoliert sind, wobei die Leiter mit dem sie trennenden und umschließenden Kunststoff eine sich selbst tragende Schiene bilden.

Aus dem DE-GM 73 14 435 ist eine Stromsammelschiene bekannt, deren elektrische Leiter durch Isolierfolien voneinander getrennt sind und die mit Ausnahme der Anschlüsse von einer Vergußmasse umhüllt ist.

Aus der US-PS 3 662 088 ist ein Sammelschienensystem bekannt, bei dem elektrisch isolierende Schichten, z. B. Gießharzschichten, sowohl zwischen den einzelnen elektrischen Leitern angeordnet sind, als auch das gesamte Sammelschienensystem umhüllen.

Aus der US-PS 3 769 553 ist ein Schaltbrett mit zwei Stromschienen bekannt, die nebeneinander angeordnet und mittels eines Isolierkörpers elektrisch voneinander getrennt sind. Die Kanten der Stromschienen weisen teilweise Einbuchtungen auf, um die Anordnung von auf einer Fläche befindlichen elektrischen Kontaktanschlüssen der Stromschienen zu ermöglichen.

Aus der US-PS 3 995 103 ist ein Stromschienensystem bekannt, bei dem die einzelnen elektrischen Leiterplatten übereinander angeordnet und durch Isolierfolie voneinander isoliert sind. Um eine Kontaktierung der elektrischen Anschlüsse von einer Seite aus zu ermöglichen, weisen die einzelnen elektrischen Leiterplatten Fenster auf, durch die die elektrischen Anschlüsse der unterhalb angeordneten weiteren Leiterplatte geführt sind. Eine Schraubverbindung hält das Stromschienensystem zusammen.

Bei der DE 40 20 026 A1 wird im Zusammenhang mit einem Stromschienensystem für Stromrichter vorgeschlagen, die elektrischen Modulanschlüsse von Stromrichtermodulen mit einem ersten induktivitätsarmen Verbindungsschienensystem zu kontaktieren, während die elektrischen Anschlüsse von Kondensatorbatterien an einem zweiten, senkrecht zum ersten Verbindungsschienensystem angeordneten induktivitätsarmen Verbindungsschienensystem liegen, das mit dem ersten Verbindungsschienensystem elektrisch in Verbindung steht. Durch die spezielle L-förmige Verschienung wird ein induktivitätsarmer "Einheits-Stromrichter" geschaffen, der sich ohne Veränderung in unterschiedlichen Stromrichteranlagen einsetzen läßt.

Um die Forderung nach einer induktivitätsarmen Verschienung zu erfüllen, ist es notwendig, die Abstände zwischen den einzelnen Stromschienensystemen zu minimieren. Das hat jedoch zur Folge, daß die bei einem stark erhöhten Stromfluß durch das Stromschienensystem - insbesondere bei Auftreten eines Kurzschlusses - auftretenden magnetischen Abstoßungskräfte zwischen den einzelnen Stromschienen stark ansteigen. In der konventionellen Stromrichtertechnik werden die einzelnen Stromschienen oft mittels Glimmer voneinander isoliert und in vorgegebenen Abständen punktweise miteinander verschraubt. Dies ist eine montageaufwendige Technik, mit den Nachteilen, daß die auftretenden Kräfte nur punktweise abgefangen werden und daß die Außenkanten der Stromschiene infolge der Feldstärkeüberhöhung zum Glimmen neigen.

Der Erfindung liegt davon ausgehend die Aufgabe zugrunde, ein Stromschienensystem für Stromrichter zu schaffen, das einerseits induktivitätsarm ausgeführt ist und bei dem andererseits die magnetischen Abstoßungskräfte zuverlässig abgefangen werden.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das vorgeschlagene, in einem Block vergossene Stromschienensystem kompakt aufgebaut, glimmfest, kriechstromfest und absolut kurzschlußfest ist. Des weiteren ist das System platzsparend, leichtgewichtig und gut wärmeableitend. Alle Isolier- und Außenschichten sind fest miteinander verankert, so daß Kurzschlußkräfte mit beträchtlichen Größenordnungen (ca. 20 t) keine Spalten (Glimmen!), Ablösungen etc. verursachen. Dabei liegt die Dicke der Zwischenisolationen im Bereich der Dicke der Verbindungsschienen. Durch den Kantenschutz aus elektrisch leitfahigem Material wird ein Glimmen bei Feldstärkeüberhöhung zuverlässig verhindert. Das System ist zudem preisgünstig herstellbar und schnell montierbar.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen aus mehreren Stromrichtermodulen aufgebauten Stromrichter,

Fig. 2, 3, 4, 5 Schnitte durch eine Verbindungsschiene.

In Fig. 1 ist ein aus mehreren Stromrichtermodulen aufgebauter Stromrichter dargestellt. Es sind vier nebeneinander in einer Reihe angeordnete Stromrichtermodule 1 zu erkennen, deren vertikal angeordnete elektrische Modulanschlüsse 2 jeweils mit vertikalen Verbindungsschienen 3 kontaktiert sind. Die vertikalen Verbindungsschienen 3 sind mit horizontalen Verbindungsschienen 4 zusammenge­ setzt, wobei die einzelnen horizontalen Verbindungsschie­ nen 4 über elektrische Kupplungen 7 miteinander in Ver­ bindung stehen. An die horizontalen Verbindungsschienen 4 sind jeweils Kondensatorbatterien 5 für den Gleichspan­ nungszwischenkreis des Stromrichters über elektrische Kondensatoranschlüsse 6 angeschlossen. Die Erfindung be­ faßt sich mit dem Aufbau der vertikalen und horizontalen Verbindungsschienen 3, 4.

In Fig. 2 ist ein Schnitt durch eine Verbindungsschiene dargestellt, und zwar durch eine vertikale Verbindungs­ schiene 3. Es sind drei im Querschnitt rechteckförmige Stromschienen, nämlich eine positive Gleichspannungslei­ tung 8, eine negative Gleichspannungsleitung 9 und eine Mittelpunktleitung 10 zu erkennen, wobei die Mittelpunkt­ leitung 10 zwischen positiver und negativer Gleichspan­ nungsleitung angeordnet ist. Die Stromschienen 8, 9, 10 bestehen vorzugsweise aus Kupfer und sind allseitig in Gießharz 11 oder Kunststoff eingebettet, d. h. zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen der einzelnen Strom­ schienen und auch an allen weiteren Flächen und Kanten der Stromschienen befindet sich Gießharz oder Kunststoff zur elektrischen Isolation und zum mechanisch robusten Aufbau des Stromschienensystems. Das Gießharz 11 bzw. der Kunststoff gewährleistet den elektrischen Berührungs­ schutz und garantiert die Einhaltung des berechneten, vorgegebenen Isolationsabstandes zwischen den potential­ behafteten Stromschienen.

Da auch die Außenkanten der Schienen mit Gießharz oder Kunststoff bedeckt sind, werden Glimm- und Kriechstroman­ fälligkeit vermieden. Die Kanten der einzelnen Strom­ schienen 8, 9, 10 sind jeweils mit einem Kantenschutz 12 - vorzugsweise aus einem elektrisch leitfähigen Gummi - versehen. Diese Maßnahme verhindert eine zu starke elek­ trische Feldstärkenerhöhung an den Kanten der Strom­ schiene mit daraus resultierendem elektrischen Glimmen. Die gesamten Flächen der Stromschienen 8, 9, 10 sind von einem Wickelband 13 (Entkopplungsband) - vorzugsweise ei­ nem Glasband - umhüllt, was die Rißanfälligkeit des Gieß­ harzes unter erhöhter Spannungsbeanspruchung verhindert bzw. vermindert. Anstelle des Wickelbandes kann auch eine elastische Kunststoffschicht eingesetzt werden. Wichtig ist dabei lediglich, daß eine Entkopplung der Schienen von mechanischen Spannungen und Gießspannungen erfolgt.

Wie vorstehend ausgeführt, ist der Isolationsabstand zwi­ schen den Stromschienen entsprechend der Potentialdiffe­ renz bzw. Spannungsdurchschlagsbeanspruchung so gering wie möglich vorgegeben, um ein induktivitätsarmes Strom­ schienensystem zu schaffen. Aufgrund des geringen Isola­ tionsabstandes treten jedoch hohe magnetische Absto­ ßungskräfte zwischen den einzelnen Stromschienen auf, wenn ein relativ hoher Kurzschlußstrom fließt. Diese ho­ hen Abstoßungskräfte stellen eine große Belastung für die schmalen Gießharzschichten bzw. Kunststoffschichten zwischen den einzelnen Stromschienen dar.

Um das Stromschienensystem kurzschlußfest auszubilden, sind deshalb die Stromschienen abschnittsweise mit Strom­ schienenfenstern (siehe Stromschienenfenster 19 gemäß Fig. 4) oder mit Stromschienenverengungen (siehe Strom­ schienenverengungen 21 gemäß Fig. 5) versehen. Hierdurch werden Gießharzstege oder Kunststoffstege (siehe Gieß­ harzstege 14 in Fig. 3) bzw. Gießharzerweiterungen oder Kunststofferweiterungen gebildet, in denen das Gießharz 11 bzw. der Kunststoff einstückig durchgängig - d. h. ohne Unterbrechung durch Stromschienen - von einer Außenfläche zur anderen Außenfläche des Stromschienensystems ver­ läuft. Aufgrund dieser durchgängigen Gießharzabschnitte bzw. Kunststoffabschnitte werden die beim Auftreten eines Kurzschlußstromes entstehenden hohen magnetischen Absto­ ßungskräfte zwischen den einzelnen Stromschienen be­ herrscht. Die Verklebung Gießharz-Stromschiene 8 - Gieß­ harz-Stromschiene 9 - Gießharz allein könnte den auftre­ tenden Abstoßungskräften bei den geringen Isolationsab­ ständen nicht widerstehen.

In Fig. 3 ist ein Schnitt durch eine Verbindungsschiene dargestellt, bei dem insbesondere der Gießharzsteg 14 zu erkennen ist, der durch Stromschienenfenster (siehe Stromschienenfenster 19 gemäß Fig. 4) in den Stromschie­ nen 8, 9, 10 gebildet wird. Es ist zu erkennen, daß die Innenkanten des Stromschienenfensters ebenfalls mit dem Kantenschutz 12 versehen sind.

In Fig. 3 ist desweiteren eine Anschlußvorrichtung zur Kontaktierung einer Stromschiene, hier der Mittelpunkt­ leitung 10, dargestellt. Derartige Anschlußvorrichtungen können auch für die weiteren Stromschienen 8, 9 vorgese­ hen sein. Im einzelnen besteht die Anschlußvorrichtung aus einer an der Kante des Stromschienensystems angeord­ neten, nach außen hin geöffneten Anschlußarmatur 16 aus einem elektrisch leitfähigen Metall (vorzugsweise Kup­ fer), die über eine Schlaufe 15 mit der Mittelpunktlei­ tung 10 verbunden ist. Die ebenfalls von Wickelband 13 umhüllte Schlaufe 15 hat die Funktion des Toleranzaus­ gleiches bezüglich mechanischer Spannungen während des Vergießens von Gießharz bzw. Kunststoff und im späteren Betrieb. Die Anschlußarmatur 16 weist eine nach außen hin gerichtete Bohrung 17 zur Aufnahme externer Steck- oder Schraubverbinder auf. Um einen Berührungsschutz der An­ schlußvorrichtung zu ermöglichen, ist die Anschlußarmatur 16 am Boden einer aus Gießharz bzw. Kunststoff geformten Tasche 18 angeordnet.

In Fig. 4 ist ein Schnitt durch eine Verbindungsschiene dargestellt, bei dem insbesondere die Stromschienenfen­ ster zu erkennen sind. Es ist beispielhaft die positive Gleichspannungsleitung 8 gezeigt, die in gleichmäßigen Abständen mit Stromschienenfenstern 19 versehen ist. Die Stromschienenfenster 19 sind mit Gießharz 11 gefüllt, wo­ durch die Gießharzstege 13 gebildet werden. Die Kanten und Flächen der Stromschienen sind ebenfalls mit Gießharz 11 umgeben. Der Kantenschutz 12 und das Wickelband 13 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt. Die Stromschienenfenster 19 können allgemein rechteckig oder quadratisch oder kreisrund oder oval oder schlitzförmig ausgebildet sein.

Der Verbindungsschienen-Verbund zieht sich bei der Her­ stellung noch während des Aushärtvorgangs zusammen, wo­ durch Spaltfreiheit (Glimmfestigkeit) und mechanische Stabilität sichergestellt werden (Abstossungskräfte ca. 20 t). Für die externen elektrischen Anschlüsse können bedarfsweise Eingußarmaturen oder Anschlußfahnen vorgese­ hen werden (siehe Fig. 4), um z. B. Kondensatoren etc. anschließen zu können. Ein derartiges Stromschienensystem weist ungefähr lediglich die halbe Dicke gegenüber kon­ ventionell geschraubten Schienen auf, was platz- und ge­ wichtssparend ist.

In Fig. 5 ist ein Schnitt durch eine Verbindungsschiene dargestellt, bei dem insbesondere Stromschienenverengun­ gen zu erkennen sind. Es ist beispielhaft die positive Gleichspannungsleitung 8 gezeigt, die in gleichmäßigen Abständen mit Stromschienenverengungen 20 versehen ist. Durch die Stromschienenverengungen 20 werden Gießharzer­ weiterungen 21 geschaffen, d. h. es werden hierdurch rela­ tiv breite Randstege aus Gießharz gebildet. Die Ausfüh­ rungen zur Fig. 4 gelten sinngemäß ebenfalls für die Variante gemäß Fig. 5.

Die vorstehenden Ausführungen zu einem aus drei Strom­ schienen bestehenden System gelten sinngemäß auch für ein System aus zwei, vier, fünf etc. Stromschienen.

Claims (4)

1. Stromschienensystem für Stromrichter mit mindestens zwei im Querschnitt rechteckigen Stromschienen (8, 9, 10), wobei die elektrische Isolierung zwischen den einzelnen Stromschienen mittels Gießharz (11) oder einem gießfähigen Kunststoff besteht und die Stromschienen insgesamt in Gießharz oder Kunststoff eingegossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß Fenster (19) in den Stromschienen oder Verengungen (20) an den Rändern der Stromschienen vorgesehen sind, wodurch einstückig durchgängige Gießharzstege (14) oder Gießharzerweiterungen (21) bzw. Kunststoffstege oder Kunststofferweiterungen von einer Außenfläche des Stromschienensystems zu allen weiteren Isolierflächen und zur anderen Außenfläche gebildet werden, und daß zur Vermeidung von Glimmentladungen die Kanten der Stromschienen (8, 9, 10) mit einem Kantenschutz (12) aus elektrisch leitfähigem Material versehen sind.

2. Stromschienensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kantenschutz (12) elektrisch leitfähiger Gummi verwendet wird.

3. Stromschienensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromschienen (8, 9, 10) mit einem Band (13) umwickelt sind.

4. Stromschienensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromschienen (8, 9, 10) mit einer elastischen Kunststoffschicht versehen sind.