FI122254B - Sähkönjakelurakenne - Google Patents

Description

SÄHKÖNJAKELURAKENNE KEKSINNÖN ALA

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-5 osassa määritetty sähkönjakelurakenne.

KEKSINNÖN TAUSTA

Perinteisesti pienjännitemuuntaja eli muuntaja, jolla 20kV:n tai 10kV:n jännite muunnetaan 380/220 V:n jän-10 nitteeksi, sijaitsee omassa tilassaan ja siitä on johdettu kiskostot pienjännitekeskukseen, jossa on joukko katkaisijoita ja muita komponentteja, joilla tehdään haaroitukset ja kaapeloinnit eri käyttökohteisiin.

15 Rakenne on sinänsä toimiva ja yksinkertainen, mutta tilaa vaativa, koska muuntaja, kiskosto ja pienjänni-tekeskus vaativat kaikki oman tilansa ja lisäksi näitä on päästävä huoltamaan.

20 Ongelmia tunnetuille rakenteille muodostavat myös uu det EMC-suojausta koskevat määräykset. Sähkölaitteelta edellytetään sen turvallisuuden, luotettavuuden ja huollettavuuden lisäksi moitteetonta toimintaa muiden laitteiden kanssa sille tarkoitetussa toimintaympäris- 25 tössä. Häiriöttömän toiminnan takaa samaan käyttöympä->- ristöön tarkoitettujen laitteiden sähkömagneettinen ^ yhteensopivuus (EMC).

N· o o Jotta laitteet voisivat toimia normaalisti keskenään,

(M

x 30 on asunto- ja teollisuusympäristöön määritelty erilai- cn set häiriötasot. Kaikki laitteet saadaan kussakin käyttöympäristössä keskenään yhteensopiviksi, kun huo- m LO lehditaan kahdesta asiasta: o 1) mikään laitteista ei aiheuta sovittua tasoa suu-

(M

35 rempia häiriöitä, 2 2) kaikkien laitteiden tulee sietää sovitun tasoiset häiriöt.

Usein sekä asuinkiinteistöissä että teollisuuskiin-5 teistöissä jakelumuuntajat sijaitsevat rakennusten kellaritiloissa tai pohjakerroksissa, mutta kuitenkin lähellä asuin- tai toimistotiloja. Muuntajissa ja niistä lähtevissä kolmivaihekiskoissa kulkee jopa tuhansien ampeerien virtoja, jotka aiheuttavat muuntajan 10 välittömässä läheisyydessä voimakkaita magneettikent tiä, jotka uusien määräysten mukaan eivät ole sallittuja. Tämän vuoksi sekä muuntaja, kiskostot että pien-jännitekeskukset pitäisi suojata riittävällä metalli-vaipalla. Jos nämä komponentit koteloidaan erikseen, 15 on se hankala ja monimutkainen tehtävä. Jos taas koko sähkötila suojataan yhdellä ympäröivällä metallivaipalla, kuluu kallista metallilevyä, yleensä paksu alu-miinilevy, paljon ja lisäksi itse huoltotila pysyy suojaamattomana, mikä aiheuttaa huoltohenkilökunnalle 20 terveysriskin.

KEKSINNÖN TARKOITUS

Keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä esitetyt tunnetun tekniikan epäkohdat. Erityisesti keksinnön 25 tarkoituksena on tuoda esiin uudenlainen sähkönjakelu- rakenne, jossa yksinkertaisin toimenpitein päästään täysin suojattuun ja vähän tilaa vaativaan ratkaisuun.

δ

CM

^ KEKSINNÖN YHTEENVETO

o i o 30 Keksinnön mukaiseen sähkönjakelurakenteeseen kuuluu

CM

pienjännitemuuntaja ja siihen liitetyt korkeajännite-cn puolen syöttöyhteys ja matalaj ännitepuolen jakokiskos-2) to. Keksinnön mukaisesti pienjännitemuuntajan ympäril-

LO

LO le kuuluu EMC-suojauksen toteuttava olennaisesti yhte- o 35 näinen metallivaippa. Metallivaippa ympäröi muuntajaa

CM

päältä ja sivuilta ja mahdollisesti myös alapuolelta.

3

Edelleen keksinnön mukaisesti jakokiskosto on tuettu metallivaipan sisäpintaan sopivilla tuilla ja samoin metallivaippaan on tuettu joukko katkaisijakoteloita, joiden sisältämät katkaisijat on kytketty jakokiskos-5 toon. Katkaisijakotelot ovat avoimia muuntajaan päin niin, että katkaisijat ovat samassa muuntajan ja metallivaipan välisessä ilmatilassa. Edelleen katkaisi-jakotelot on ulospäin varustettu avattavilla ja suljettavilla metalliluukuilla niin, että metallivaippa, 10 katkaisijakotelot ja niiden metalliluukut muodostavat yhdessä tiiviin ja aukottoman EMC-suojavaipan. Lisäksi metallivaipan sisälle on järjestetty jäähdytysilma-kierto muuntajan ja katkaisijoiden jäähdyttämiseksi.

15 Metallivaippa sijoitetaan mahdollisimman lähelle muuntajaa eli esimerkiksi noin 10-20cm etäisyydelle. Etäisyyden määrittävät vain metallivaippaan kiinnitettävien kiskostojen ja katkaisijoiden tarvitsemat tilat ja sähköturvallisuusmääräysten mukaiset riittävät turva-20 etäisyydet.

Edullisesti metallivaippaan tuettu jakokiskosto on yhdistetty muuntajaan joustavasti eikä kiinteillä kiskoilla. Näin muuntajan tärinät eivät pääse siirtymään 25 jakokiskostoon ja sen kautta metallivaippaan, mikä sekä rasittaisi rakenteita että kuuluisi epämiellyttävänä äänenä.

δ ^ Edullisesti katkaisijakotelot ovat yhtenäistä metalli ni o 30 rakennetta metallivaipan kanssa. Esimerkiksi metallien vaippaan on tehty aukot katkaisijakoteloille ja ne on x sitten hitsattu reunoistaan kiinni. Metallivaippa teh- Q_ dään sopivasti noin 5mm paksusta alumiinilevystä, joka 05 muodostaa hyvän EMC-suojauksen, tukevan rungon siihen S 35 kiinnitettäville komponenteille sekä mahdollistaa hel- ^ pon komponenttien kiinnityksen hitsaamalla. Tietenkin myös muut metallilevyt voivat tulla kyseeseen.

4

Katkaisijakotelo voidaan sijoittaa kokonaan metalli-vaipan määräämän tason ulkopuolelle. Samalla tavoin katkaisijakotelo voi olla osittain upotettu metalli-vaipan määräämän tason sisäpuolelle tai sitten katkai-5 sijakotelo voi olla sijoitettu kokonaan metallivaipan määräämän tason sisäpuolelle, jolloin sen avattava kansi on metallivaipan tasalla. Olennaista on, että katkaisijakotelossa ei ole avoimia aukkoja, jotka heikentäisivät metallivaipan muodostamaa EMC-suojausta.

10

Vaikka molemmilta puolilta paljas metallivaippa on suhteellisen hyvä johtamaan lämpöä pois muuntajasta, ei se kuitenkaan yleensä riitä, koska ihanteellinen lämpötila muuntajalla ja katkaisijoilla on noin 20°C. 15 Toisaalta täysin vapaan ilmavirtaukset ja puhallukset muuntajan ja katkaisijoiden ympärillä eivät ole mahdollisia ilman epäpuhtauksia vuoksi. Tämän vuoksi edullisesti jäähdytysilmakiertoon kuuluu metallivaipan sisäinen suljettu ilmakierto sekä lämmönvaihdin lämmön 20 siirtämiseksi metallivaipan ulkopuolelle.

Edelleen sopivasti rakenteeseen kuuluu ilmansuodatti-mella varustettu ilmansyöttö ylipaineen ylläpitämiseksi metallivaipan sisällä. Näin metallivaipan sisälle 25 puhalletaan vain puhdasta uutta ilmaa ja kun siellä pidetään pieni ylipaine koko ajan, ei sinne pääse virtaamaan pienistä raoistakaan tai luukkuja avattaessa ^ epäpuhtauksia.

o

(M

rl cp 30 Keksinnön mukaisessa rakenteessa voidaan lisäksi käyt- ^ tää valokaarivartijalla varustettua halonisammutusjär- g jestelmää tai jotain muuta vastaavaa järjestelmää,

CL

jolla mahdollisesta valokaaresta johtuva tulipalo saa-cn daan nopeasti sammutetuksi. Samoin metallivaippaan,

LO

g 35 edullisesti sen yläosaan eli kattoon, voidaan järjes- ° tää metallivaipan kanssa olennaisesti yhtenäisen EMC- suo javaipan muodostava paineenpurkausluukku. Luukku on 5 vakio-olosuhteissa kiinni ja kontaktissa metallivaippaan, mutta sisäisestä äkillisestä paineennoususta se pääsee avautumaan helposti päästäen metallivaipan sisälle syntyvään paineen ulos.

5

Keksinnön mukaisella sähkönjakelurakenteella saavutetaan merkittäviä etuja tunnettuun tekniikkaan verrattuna. Keksinnöllä saavutetaan merkittävä tilansäästö tunnettuun tekniikkaan verrattuna. Edelleen EMC-10 suojaus on helppoa ja yksinkertaista toteuttaa tehokkaasti ja turvallisesti myös muuntajan huoltoa ajatellen. Kaikki sähköiset komponentit saadaan suljettuun ja puhtaaseen tilaan, jossa lämpötila saadaan optimiksi. Näiden ansiosta laitteiden käyttöikä lisääntyy ja 15 laitteita voidaan kuormittaa jopa nimellisarvoja huomattavasti suuremmilla virroilla hetkellisesti. Tästä on merkittävä taloudellinen hyöty erilaisissa vika- ja huoltotilanteissa, koska mitoituksia voidaan pienentää. Esimerkiksi käytettäessä useampaa kuin yhtä muun-20 tajaa voidaan yleensä nykytekniikan mukaiset kolme saman tehoista muuntajaa korvata kahdella vastaavalla muuntaj alla.

Rakenne on myös erittäin joustava kulutuksen ja kulu- 25 tuskohteiden kasvaessa, koska katkaisijoita voidaan helposti myös jälkiasentaa metallivaippaan tarvittava määrä. Myös kiskostojen lisääminen vaipan sisäpintaan ^ on yhtä helppoa ja kummassakaan tapauksessa tilantarve ^ ei kasva. Katkaisijoihin voidaan myös helposti yhdis ti o 30 tää arna vaatimusten mukaisesti joko EMC-suojattu ja- ^ kelukisko tai sopiva kaapeli.

x en

CL

Keksintö mahdollistaa myös pelkän erittäin pienen ja σ> kompaktin pienjännitekeskuksen valmistamisen jättämällä g 35 lä muuntaja metallivaipan ulkopuolelle ja muuten teke- ^ mällä vastaava rakenne, jonka jakokiskoihin syöttö 6 muuntajasta tehdään sopivasti kaapeleilla tai kiskoilla .

KUVALUETTELO

5 Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheiseen piirustukseen, jossa on kaaviol-lisesti esitetty eräs keksinnön mukainen rakenne.

KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN SELOSTUS

10 Kuvan kaaviomaisesti päältä esittämään rakenteeseen kuuluu pienjännitemuuntaja 1, joka on ympäröity ainakin päältä ja kaikilta neljältä sivulta metallivaipalla 4 eli esimerkiksi 5mm paksulla alumiinilevyllä. Näin muuntajan ja metallivaipan väliin muodostuu sul-15 jettu ilmatila. Tähän ilmatilaan kiinnitettynä alumii-nilevyn sisäpintaan on sijoitettu jakokiskosto 3 eli riittävällä etäisyydellä toisistaan olevat kolme vaihetta ja nollakisko. Tämä kiskosto on yhdistetty muuntajan pienjännitepuoleen joustavalla liitoksella 15 20 eli liitoksella, joka ei siirrä muuntajan tärinöitä kiskostoon ja sitä kautta metallivaippaan 3. Suurjän-nitesyöttöyhteys 2 on kytketty muuntajan suurjännite-puoleen sen jännitteen ollessa esimerkiksi 20 tai 10 kV.

25 Tässä sovelluksessa metallivaippaan 4 on kiinnitetty o viisi katkaisijakoteloa 5, jotka on hitsattu vaippaan lv. tehtyihin aukkoihin siten, että vaippa ja kotelot muo- o ^ dostavat yhtenäisen ja aukottoman rakenteen. Katkaisi- ^ 30 jakoteloiden sisällä on katkaisijat 6, edullisesti x £ ulosvedettävät katkaisijat, jotka on kytketty jakokis- cn kostoon 3. Katkaisijakotelot 5 on siten upotettu me- LT5 tallivaippaan 4, että vain niiden avattava ja suljet- 05 o tava metalliluukku 7 jää vaipan 4 pinnan tason ulko- ^ 35 puolelle. Luukut ovat tiiviisti ja varmasti suljetta via niin, että myöskään niiden kautta EMC-suojaus ei 7 pääse vuotamaan. Katkaisijakotelot 5 ovat kuitenkin avonaisia sisäänpäin eli niillä on yhteinen ilmatila muuntajan 1 ja metallivaipan 4 välisen ilmatilan kanssa. Näin ilmankierto 8 ja muuntajan jäähdytys samalla 5 jäähdyttää ja pitää katkaisijat samassa alhaisessa lämpötilassa. Ilmakierron 8 yhteydessä on myös lämmön-vaihdin 9, jonka avulla ilmaa kierrätetään suljettuna kiertona muuntajan 1 ja vaipan 4 välissä ja samalla lämmönvaihdin 9 siirtää ylimääräisen lämmön ulkopuoli-10 seen ilmatilaan.

Tällaisella suljetulla rakenteella on monia hyviä ominaisuuksia. Muuntaja 1 ja katkaisijat 6 pysyvät aina puhtaina, koska ne ovat puhtaassa, suljetussa ilma-15 kierrossa, johon ei pääse ulkoilman epäpuhtaudet.

Edelleen jäähdytyksen ja tasaisen käyttölämpötilan ansiosta sähköisten komponenttien käyttöikä pitenee, mikä tuo merkittäviä säästöjä. Myös osien käyttövarmuuden ja kestävyyden kasvaessa niitä voidaan turvalli-20 sesti ylikuormittaa hetkellisten tarpeiden mukaan, esimerkiksi huoltotoimenpiteiden aikana.

Jotta varmistetaan jäähdyttävän ilmakierron puhtaus ja estetään epäpuhtauksien pääsy siihen, on vaippaan 4 25 yhdistetty ilmansuodattimella 10 varustettu puhallin 11, jonka avulla vaipan ja muuntajan välisessä tilassa pidetään aina pieni ylipaine. Näin estetään kaikki ^ mahdolliset epäpuhtausvirtaukset sähkölaitteisiin, o Tällä tavoin vähennetään myös merkittävästi sähkölait- o 30 teiden huollon tarvetta, o

CM

x Edelleen rakenteeseen on liitetty turvallisuutta li- Q_ säävinä komponentteina valokaarivartija 12 ja siihen 05 yhdistetty halonisammutusjärjestemä 13, jolloin valo-g 35 kaaren sattuessa järjestelmä 13 täyttää metallivaipan ^ sisäpuolisen tilan liekit tukahduttavalla kaasulla.

Samoin turvallisuutta on lisätty vaippaan kiinnitetyl- 8 lä paineenpurkausluukulla 14, jonka muodostaa heikosti paikalleen kiinnitetty levy niin, että paineen kasvaessa metallivaipan sisällä se helposti avautuu. Vaakasuora luukku voi olla paikallaan vain omalla painol-5 laan ja pystysuora luukku voi olla esimerkiksi kevyesti jousikuormitettu. Olennaista tässäkin luukussa on, että se normaalissa asennossaan muodostaa vaipan kanssa aukottoman EMC-suojauksen. Täten sopivasti luukku 14 on samaa materiaalia, alumiinilevyä, vaipan 4 kansio sa.

Keksintöä ei rajata pelkästään edellä esitettyjä esimerkkejä koskevaksi, vaan monet muunnokset ovat mahdollisia pysyttäessä patenttivaatimusten määrittelemän 15 keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

20 δ C\1 hl o o

(M

X

cc

CL

CD

in in in

CD

o o

Ovi

Claims (10)

1. Sähkönjakelurakenne, johon kuuluu pienjännitemuun-taja (1) ja siihen liitetyt korkeajännitepuolen syöt- 5 töyhteys (2) ja matalajännitepuolen jakokiskosto (3), tunnettu siitä, että pienjännitemuuntajan (1) ympärille kuuluu EMC-suojauksen toteuttava olennaisesti yhtenäinen metallivaippa (4); jakokiskosto (3) on tuettu metallivaipan sisäpintaan; metallivaippaan on tulo ettu joukko katkaisijakoteloita (5), joiden katkaisijat (6) on kytketty jakokiskostoon, jotka ovat avoimia muuntajaan päin ja jotka on ulospäin varustettu avattavilla ja suljettavilla metalliluukuilla (7); ja että metallivaipan sisälle kuuluu jäähdytysilmakierto (8) 15 muuntajan ja katkaisijoiden jäähdyttämiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sähkönjakelurakenne, tunnettu siitä, että katkaisi j akotelot (5) ovat yhtenäistä metallirakennetta metallivaipan (4) kanssa. 20

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen sähkönjakelu-rakenne, tunnettu siitä, että metallivaippa (4) on noin 5mm paksua alumiinilevyä.

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen sähkön- j akelurakenne, tunnettu siitä, että katkaisi j ako-telo (5) on sijoitettu metallivaipan (4) määräämän ta- ^ son ulkopuolelle. 0 CM cp 30 5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen sähkön- cm jakelurakenne, tunnettu siitä, että katkaisijako- 1 telo (5) on osittain upotettu metallivaipan (4) mää- Q_ räämän tason sisäpuolelle. 05 LO LO LO g 35 6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen sähkön- jakelurakenne, tunnettu siitä, että katkaisijako- telo (5) on sijoitettu olennaisesti metallivaipan (4) määräämän tason sisäpuolelle.

7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukainen sähkön-5 jakelurakenne, tunnettu siitä, että jäähdytysilma-kiertoon (8) kuuluu metallivaipan (4) sisäinen suljettu ilmakierto sekä lämmönvaihdin (9) lämmön siirtämiseksi metallivaipan ulkopuolelle.

8. Jonkin patenttivaatimuksista 1-7 mukainen sähkön- j akelurakenne, tunnettu siitä, että rakenteeseen kuuluu ilmansuodattimella (10) varustettu ilmansyöttö (11) ylipaineen ylläpitämiseksi metallivaipan (4) sisällä. 15

9. Jonkin patenttivaatimuksista 1-8 mukainen sähkön-j akelurakenne, tunnettu siitä, että rakenteeseen kuuluu valokaarivartijalla (12) varustettu halonisam-mutusjärjestelmä (13). 20

10. Jonkin patenttivaatimuksista 1-9 mukainen säh-könj akelurakenne, tunnettu siitä, että metalli-vaippaan (4), edullisesti sen yläosaan eli kattoon, kuuluu metallivaipan kanssa olennaisesti yhtenäisen

25 EMC-suojavaipan muodostava paineenpurkausluukku (14). δ CVJ o o CM X cc Q_ CD LO LO LO 05 O O CM