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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Verbinden und Trennen der Module einer luftisolierten
Schaltanlage und ein Sammelschienensystem, damit hohe Spannungen
und/oder hohe Stromstärken
in einer luftisolierten Schaltanlage mit einem hohen Grad an Sicherheit
verwendet werden können
(als Beispiel).
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BESCHREIBUNG
DES STANDS DER TECHNIK
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Luftisolierte Schaltanlagen, die
für hohe Spannungen ≥ 1 kV und
hohe Stromstärken
bestimmt sind, sind oftmals. mit flachen Sammelschienen ausgestattet,
die einen hohen Kupfergehalt und bevorzugt einen rechteckigen Querschnitt
aufweisen. Die Querschnittsfläche
einer Sammelschiene und ihr Abstand von einem anderen leitenden
Material müssen
entsprechend der Höhe
der Spannung/Stromstärke
dimensioniert werden, so daß Verluste
gering sind und das Risiko eines Überschlags reduziert ist. Somit
erfordert bei Hochspannungseinrichtungen vom Schaltanlagentyp ein
Sammelschienensystem mit einem rechteckigen Querschnitt möglicherweise viel
Platz, um das Auftreten eines Überschlags
zu verhindern. Die Sammelschienen werden mit Hilfe von Schraube-/Mutter-Verbindungen
verbunden, wodurch Kontaktflächen
zwischen den Sammelschienen und jeweiligen Verbindungsmitteln hergestellt werden.
Herkömmliche
Sammelschienensysteme werden meist durch Mechaniker oder ähnliche
Handwerker zusammengebaut und angebracht, und die damit verbundene
Arbeit ist relativ mühsam
und zeitraubend. Dadurch ist die zum Verbinden und Trennen von Schaltanlagenmodulen
erforderliche Arbeit kompliziert, zeitraubend und hängt von
den Diensten eines Handwerkers oder Mechanikers ab.
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KURZE DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird unter einem ersten Aspekt ein Verfahren zum Errichten einer luftisolierten
Schaltanlage bereitgestellt, die aus n (wobei n eine ganze Zahl
ist und n ≥ 2)
mehreren Modulen besteht, wobei jedes Modul i (1 ≤ i ≤ n) aus Schaltanlagengeräten und
mehreren Sammelschienen besteht, die Seite an Seite durch das Modul i
vorragen, um mit einem folgenden Modul i + 1 verbunden zu werden,
wobei zwischen benachbarten Sammelschienen jeweils ein Sicherheitsabstand
definiert wird, wobei jede Sammelschiene röhrenförmig ist und ein steckerförmiges Einführende und
ein hülsenförmiges Aufnahmeende
aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
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- – Verbinden
eines Moduls i und eines folgenden Moduls i + 1 durch Einführen der
steckerförmigen
Einführenden
des folgenden Moduls i + 1 in die hülsenförmigen Aufnahmeenden des Moduls
i; und
- – Wiederholen
des obenerwähnten
Schritts für
1 ≤ i ≤ n, bis alle
n Module verbunden sind.
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Ein weiterer Vorteil wird in diesem
Zusammenhang erzielt, wenn das Verfahren auch den folgenden Schritt
umfaßt:
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- – Bereitstellen
eines elektrisch leitenden Kontaktelements zwischen jedem Einführende und
jedem Aufnahmeende der Sammelschienen.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung
besteht in der Bereitstellung eines Sammelschienensystems einer
luftisolierten Schaltanlage, die aus n (wobei n eine ganze Zahl
ist und n ≥ 2)
mehreren Modulen besteht, wobei jedes Modul i (1 ≤ i ≤ n) aus Schaltanlagengeräten und
mehreren Sammelschienen besteht, die Seite an Seite durch das Modul
i vorragen, um mit einem folgenden Modul i + 1 verbunden zu werden, wobei
zwischen benachbarten Sammelschienen jeweils ein Sicherheitsabstand
definiert wird, wobei jede Sammelschiene röhrenförmig ist, wodurch ein stetiges
elektrisches Feld erzeugt wird, das zwischen benachbarten Sammelschienen
einen schmaleren Sicherheitsabstand gestattet, wobei jede Sammelschiene
ein steckerförmiges
Einführende
und ein hülsenförmiges Aufnahmeende
aufweist, wobei ein Modul i und ein folgendes Modul i + 1 durch
Einführen der
steckerförmigen.
Einführenden
des folgenden Moduls i + 1 in die hülenförmigen Aufnahmeenden des Moduls
i verbunden werden, wobei dies für
alle n Module vorgenommen wird.
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Ein weiterer Vorteil wird in diesem
Zusammenhang erzielt, wenn ein elektrisch leitendes Kontaktelement
zwischen jedem Einführende
und jedem Aufnahmeende der Sammelschienen angeordnet ist.
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Weiterhin ist es in diesem Zusammenhang von
Vorteil, wenn ein äußeres Schutz-
und/oder Abdichtelement, wie etwa eine Schrumpfhülse über dem Verbindungsbereich
der jeweiligen Aufnahme- und Einführenden miteinander verbundener
röhrenförmiger Sammelschienen
montiert ist.
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Ein weiterer Vorteil wird in diesem
Zusammenhang erzielt, wenn ein Abdichtelement zwischen dem Aufnahmeende
und dem Einführende
sitzt und eine Abdichtung zwischen miteinander verbundenen röhrenförmigen Sammelschienen
bewirkt.
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Weiterhin besteht ein Vorteil in
diesem Zusammenhang, wenn das Kontaktelement eine runde und geschlossene
Spiralfeder ist.
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Ein weiterer Vorteil wird in diesem
Zusammenhang erzielt, wenn das Sammelschieneneinführende mit
einer sich über
den Umfang erstreckenden Nut 8 versehen ist, in der das
Kontaktelement befeszigt ist.
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Weiterhin besteht in diesem Zusammenhang ein
Vorteil, wenn das Sammelschieneneinführende mit einer oder mehreren
Nuten zum Befestigen des Abdichtelements versehen ist.
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Ein weiterer Vorteil wird in diesem
Zusammenhang erzielt, wenn die Innenatmosphäre eines Sammelschienenrohrs
oder mehrerer miteinander verbundener Sammelschienenrohre gegenüber der das
Rohr oder die Rohre umgebenden Außenatmosphäre isoliert ist.
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Weiterhin ist es in diesem Zusammenhang ein
Vorteil, wenn zum Kühlen
des Sammelschienensystems Gas durch ein Sammelschienenrohr oder mehrere
miteinander verbundene Sammelschienenrohre tritt.
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Ein weiterer Vorteil wird in diesem
Zusammenhang erzielt, wenn zum Kühlen
des Sammelschienensystems ein Sammelschienenrohr oder mehrere miteinander
verbundene Sammelschienenrohre so angeordnet sind, daß ein natürlicher
Luftstrom durch sie hindurchtritt.
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In der Absicht, die Platzanforderungen
einer luftisolierten Schaltanlage mit einem Sammelschienensystem
für hohe
Spannungen/hohe Stromstärken zu
reduzieren und das Zusammenfügen
und Verbinden des Sammelschienensystems zu vereinfachen und dadurch
die Herstellung und Anbringung des Systems zu vereinfachen, haben
die Sammelschienen des Sammelschienensystems die Form von Röhren erhalten,
an die gegebenenfalls röhrenförmige Verbindungsstücke geschweißt/gelötet sind,
um das System an Stromunterbrecheranschlüse anzuschließen. An
dem Einführende
einer Sammelschienenröhre
ist ein elektrisch leitendes Kontaktelement in Form einer ringförmigen Spiralfeder
befestigt, die im Aufnahmeende einer weiteren dazu konfigurierten Sammelschienenröhre aufgenommen
und befestigt wird, wodurch die Sammelschienenröhre leicht verbunden werden
kann. Da das die Feder tragende Einführende der Saelschienenröhre in das
Aufnahmeende der anderen Röhre
eingeführt
wird, wird die Feder zusammengedrückt und übt dadurch eine Druck- und
Haltekraft zwischen den Röhren
aus, während
sie in einem komprimierten Zustand bleibt. Die zwischen dem Einführende der
einen Röhre
und dem Aufnahmeende der anderen Röhre ausgeübte Kopplungs- und Haltekraft
kann verbessert werden durch Bereitstellen einer Nut in der Innenfläche des Aufnahmeendes
der anderen Röhre,
so daß sich
die Feder etwas ausdehnen kann. Die Feder liefert eine große Anzahl
von Kontaktpunkten mit jedem Röhrenende,
wodurch man eine wirksame Röhrenkopplung
und einen im wesentlichen verlustfreien Kontakt für Stromübertragungszwecke
erhält.
Einen Kontakt, der über
einen langen Zeitraum hinweg stabil ist und bei dem es zu einem
Minimum an Oxidation kommt, kann man erhalten, indem man die Kontaktpunkte
mit Hilfe von Abdichtungen auf beiden Seiten und durch das wahlweise
Fetten des eingeschlossenen Volumens gegenüber der umgebenden Atmosphäre schützt. Die
Verwendung von Röhren
in einer luftisolierten Schaltanlage ermöglicht es, die Sammelschienen
schrankmäßig/einheitsmäßig zu trennen
und auch Koppelmittel im Hauptstromweg zu entfernen, ohne daß feste
Verbindungen im Sammelschienensystem gelöst oder entfernt werden müssen. Beim Zusammenbau
einer Schaltanlage können
verschiedene Schaltanlagenmodule ohne weiteres miteinander verbunden
werden, indem die Einführenden
jeweiliger Sammelschienenröhren
in die entsprechenden Aufnahmeenden gegenüberliegender Sammelschienenröhren geschoben
werden.
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Die gemäß der vorliegenden Erfindung
hergestellten Verbindungsstellen weisen einen größeren Zuverlässigkeitsgrad
als herkömmliche
Schraubverbindungen auf, da bei ihnen das Risiko eines menschlichen
Fehlers entfällt,
das bei früher
verwendeten Schraubverbindungen existierte.
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Im Fall eines Sammelschienenröhrensystems
in einer luftisolierten Schaltanlage, die für hohe Spannungen und hohe
Stromstärken
bestimmt ist, kann der Abstand zwischen jeweiligen Sammelschienen
gegenüber
den rechteckigen Sammelschienen herkömmlicher Sammelschienensysteme
mit einem rechteckigen Querschnitt bei der gleichen Materialmenge
pro Längeneinheit
reduziert werden, wodurch man eine Schaltanlage mit kleineren Außenabmessungen
erhält.
Als Ergebnis unter anderem des Skineffekts, das heißt des Phänomens,
durch das hochfrequente Ströme
im allgemeinen auf die dünne
Haut von Leitern beschränkt
sind, können
Sammelschienenröhren
mehr Strom leiten als eine homogene Sammelschiene mit der gleichen
Querschnittsfläche, und
gleichzeitig wird das Feld des elektrischen Stroms um die Sammelschiene
herum schwächer. Den „Elektroden”-Effekt, den man üblicherwesise
mit herkömmlichen
Sammelschienen erhält
und der zu einem Überschlag
führt,
erhält
man mit einer runden Sammelschiene nicht. Wenn die erfindungsgemäße Verbindungstechnik
praktiziert wird, wird die runde Form auch in den Verbindungsstücken beibehalten. Auch
das Löten
und Schweißen
von Kupferröhren
mit Hilfe moderner Techniken führt
nicht zu Schwachstellen oder beeinflußt die elektrische Leitfähigkeit
nicht negativ im Gegenteil kann der elektrische Widestand im Gebiet
der Verbindung durch die Lötung/Schweißung reduziert
werden.
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Kühlluft
kann durch die Saammelschienenröhren
des beschriebenen Sammelschienensystems zirkuliert werden, entweder
durch eine erzwungene Zirkulation mit Hilfe eines Gebläses oder
durch natürliche
Zirkulation mit Hilfe von nach oben oder nach unten abgewinkelten
Anschlußmitteln
an beiden Enden des Sammelschienensystems.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine luftisolierte Schaltanlage mit einem Sammelschienensystem,
das aus Röhren
gemäß der Erfindung
besteht.
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2 zeigt
verschiedene Ansichten einer erfindungsgemäßen Sammelschienenröhre, die
Teil eines Sammelschienensystems bildet und an die ein röhrenförmiges Verbindungsteil
geschweißt
ist.
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3 veranschaulicht
ausführlich
das Verbinden oder Zusammenfügen
von Sammelschienenröhren,
die mit Kontaktelementen versehen sind und Teil eines Sammelschienensystems
bilden.
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4 veranschaulicht
ausführlich
verbundene oder zusammengefügte
Sammelschienenröhren, die
mit Kontaktelementen und Abdichtelementen versehen sind und Teil
eines Sammelschienensystems gemäß der Erfindung
bilden.
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5 veranschaulicht
das Kontaktelement der Ausführungsform
von 3.
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6 veranschaulicht
alternative Ausführungsformen
eines Kontaktelements.
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7 veranschaulicht
eine mit einem röhrenförmigen Sammelschienensystem
gemäß des Erfindung
ausgestattete Schaltanlage und zeigt auch mit den Sammelschienen
verbundene flexible Kühlschläuche.
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BESCHREIBUNG EINES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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In 1 ist
eine luftisolierte Schaltanlage 1 gezeigt, die ein Sammelschienensystem
enthält,
das aus zylindrischen Röhren 2,
bevorzugt mit einem hohen Kupfergehalt, besteht, wobei die obersten
Sammelschienenröhren
bei 3 zwischen den verschiedenen Schaltanlageneinheiten
verbunden sind, wobei einige der Schutzplatten der Schaltanlage
zur Veranschaulichung in 1 weggelassen
worden sind. Röhrenförmige Querträger 4 zur
Verbindung beispielsweise mit Leistungsschalteranschlüssen erstrecken
sieh von den Sammelschienenröhren
weg. 2 zeigt ausführlich eine Sammelschienenröhre, an
die eine Querröhre
zur Verbindung beispielsweise mit einem Leistungsschalteranschluß geschweißt ist. Ein
Ende der Sammel schienenröhre,
das sogenannte Einführende 7,
ist mit Nuten 5 für
ein Kontaktelement bzw. ein Abdichtelement versehen. Das andere Ende
der Sammelschiene, das sogenannte Aufnahmeende 6, kann
in dem veranschaulichten Fall eine glatte Innenfläche aufweisen.
Die 3a und b veranschaulichen ausführlich ein Aufnahmeende 6 bzw. ein
Einführende 7 einer
Sammelschienenröhre,
wobei das Einführende 7 mit
einer sich über
den Umfang erstreckender Nut 8 und einem darin befestigten elektrisch
leitenden Kontaktelement versehen ist. 3c zeigt das das Kontaktelement tragende
Einführende 7,
das teilweise in das Aufnahmeende 6 eingeführt ist,
wobei das Kontaktelement 9' zusammengedrückt ist. 3d ist eine schematische
Querschnittsansicht des Kontaktelements in der Nut 8 vor der
Einführung 9 und
nach der Einführung 9' eines Einführendes 6 und
veranschaulicht auch die elektrischen Kontaktpunkte 10 in
der Nut am Einführende und
in der Innenwand des Aufnahmeendes.
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Sammelschienensysteme, die aus Sammelschienenröhren aufgebaut
sind, können
durch Schicken von Luft, wahlweise gekühlter Luft, durch die Röhren gekühlt/belüftet werden,
wobei ein oder mehrere Abdichtelemente 11 an dem Einführende in
dafür vorgesehenen
Nuten angebracht sein können,
oder ein Abdichtelement 11 kann am Einführende angebracht sein und
ein äußeres Abdichtelement 13 kann über dem
Verbindungs- oder Zusammenfügungsbereich
angebracht sein. Durch wirksames Abdichten der Verbindungsstellen
kann der Raum in dem Röhrensystem
vollständig
gegenüber
der umgebenden Atmosphäre
abgeschirmt werden, und die Röhren können wahlweise
evakuiert oder mit einer gasförmigen
Substanz gefüllt
werden, die für
das verwendete Gebiet besonders ausgelegt ist. Durch eine Abdichtung
der Verbindungsstellen erhält
man auch einen Schutz vor Oxidation.
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4a ist
eine schematische Schnittansicht des Einführendes und des Aufnahmeendes
zweier miteinander verbundener Sammelschienenröhren mit einem Kontaktelement 9 in
der Nut 8 und zwei Abdichtelementen, wie etwa O-Ringen 11,
von denen jeweils eines auf jeder Seite der Nut 8 vorgesehen
ist. 4b ist eine schematische
Schnittansicht zweier miteinander verbundener Sammelschienenröhren, wobei
ein Kontaktelement 9 in der Nut 8 vorgesehen ist,
ein Abdichtelement, wie etwa ein O-Ring 12, in einer Nut
angebracht ist und ein äußeres Schutz-
und Abdichtelement, wie etwa eine Schrumpfhülse 13, über den
Aufnahmeenden und den Einführenden
der Röhren
angebracht ist.
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5 veranschaulicht
ein elektrisches Kontaktelement in Form einer kreisförmigen und
geschlossenen, spiralförmig
gewickelten Feder, die zur Verwendung in einem Sammelschienensystem
vorgesehen ist. Die Feder kann aus einer Kupferlegierung, beispielsweise
Berylliumkupfer, hergestellt sein und wahlweise versilbert sein.
Um die radiale Komprimierung des Kontaktelements zu verstärken, können die
Windungen der Schraube eine größere oder kleinere
Steigung aufweisen. 6a veranschaulicht ein
weiteres Beispiel für
ein Kontaktelement, dessen schraubenartige Windungen eine alternative
Steigung mit einer größeren Abweichung
von der radialen Ebene aufweisen. Das Kontaktelement kann für verschiedene
Verwendungsgebiete angepaßt
werden, indem die Steigung und Anzahl der Windungen des Kontaktelements
geändert
wird, wobei die Windungen bevorzugt einen elliptischen Querschnitt
aufweisen. 6b zeigt
ein Kontaktelement mit im wesentlichen geraden Windungen.
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7 zeigt,
wie eine Schaltanlage 1 mit einem Sammelschienensystem,
das Röhren 2 umfaßt, mit
jeder Röhre
verbunden ist, um eine flexible Röhre oder einen Schlauch 14 zu
kühlen,
der den Sammelschienenröhren
Gas, wahlweise gekühltes
Gas, liefern soll. Je nach dem Verwendungsgebiet kann das kühlende Gas
mit Hilfe eines Gebläses
zugeführt werden,
oder es kann durch einen natürlichen
Luftstrom durch die Röhren
hindurchtreten. Das Kühlen durch
einen natürlichen
Luftstrom kann mit einem „Schornsteineffekt"
prinzipiell gemäß 7 erzielt werden.