WO2012025304A2 - Schaltschrank mit einem schalter, insbesondere einem leistungsschalter - Google Patents

Schaltschrank mit einem schalter, insbesondere einem leistungsschalter Download PDF

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Mario Schmidt
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    • H02B—BOARDS, SUBSTATIONS OR SWITCHING ARRANGEMENTS FOR THE SUPPLY OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H05K7/20536—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for racks or cabinets of standardised dimensions, e.g. electronic racks for aircraft or telecommunication equipment
    • H05K7/20554—Forced ventilation of a gaseous coolant
    • H05K7/20572—Forced ventilation of a gaseous coolant within cabinets for removing heat from sub-racks, e.g. plenum

Definitions

  • the invention relates to a control cabinet with a switch, in particular a circuit breaker, according to the preamble of claim 1.
  • Control cabinets are well known and serve e.g. to,
  • circuit breaker To include circuit breaker and at their switch terminals mounted busbars of a switchgear to protect operators from touching live metal parts. Often the front (operating side) of the circuit breaker is accessible from the outside, while the rear of the switch protrudes into the cabinet.
  • the circuit breakers themselves serve to be connected to the switchgear
  • the current flowing through the switch is interrupted manually or automatically in the event of danger, the latter in particular when exceeding a predetermined current limit value, ie in the event of a short circuit and overload triggered by a tripping unit.
  • the current flowing through the switch leads to a heating of the switch and the busbars, so that must be cooled accordingly. This is done in the simplest case by convection, outside air entering through below the scarf ⁇ ters arranged ventilation openings in the cabinet. The moving upwards outside air flows around the switch, cools it and leaves the cabinet above the circuit breaker again by appropriate ventilation ⁇ openings.
  • the cabinets are usually equipped with a door and the ventilation ⁇ openings are at the bottom of the door and top of the door or in the roof panel.
  • the heat generated during operation of the circuit breaker heat loss can be dissipated by the convection to a considerable extent. Nevertheless, there is still considerable warming, so that the performance of Switches can often only be operated with 70-90% of the nominal current.
  • the object of the invention is to provide an operation of in
  • the solution provides that in each case a heat sink is arranged in the region of the access side and in the region of the outlet-side switch connection, that a guide conducts the cooling gas to the heat sinks, that the connection of the guide to the heat sink takes place via a distributor, which controls the flow of Cooling gas directs to the heat sink.
  • the efficiency of cooling can be increased at low cost if the heatsinks are spaced apart
  • Cooling plates formed, except for a base plate on all sides of ⁇ fen and the spaces between the cooling plates on one side of the heat sink in addition solveschlos ⁇ sen with a bulkhead.
  • the guide opens at its free end in at least one tube.
  • the expense is low when the cooling gas is forced into the guide with the aid of a fan.
  • the heat dissipation improves when the heat sinks are each arranged directly on the switch connection.
  • the safety of cooling can be increased if each heat sink is powered by its own fan. It is expedient if the fans are regulated as a function of the temperature at the switch terminals.
  • the assembly is simplified if the pipes are flexible ⁇ forms.
  • the maintenance of the cabinet can be simplified if the fans are accessible from the outside with respect to the assembly.
  • the cooling can be further improved by encapsulating the interior of the cabinet.
  • the targeted guidance of cooling gas, in particular of Au ⁇ Hzluft, to the power terminals of the circuit breaker via guide devices, in particular pipes, and to the current connections and bus bars arranged cooling body can significantly improve the cooling.
  • the cooling gas is thereby advantageously pressed by means of one or more fans in flexible tubes and passed with the help of the pipes directly to the power connections and heatsink.
  • the two fans allow a double-sided supply of cooling gas, so that even if one fan fails, sufficient cooling is ensured (redundancy).
  • the speed of the fans can be adapted to the cooling requirements.
  • a defective fan By arranging the fans in or just behind the door, a defective fan can be replaced quickly and without endangering a fitter, even when the switchgear is under voltage.
  • the use of rigid tubes for the supply of cooling gas requires a high variance with vie ⁇ len bends that can slow down the cooling gas flow.
  • the use of flexible pipes or hoses can achieve large bending radii and keep the paths of the cooling gas short so that the flow resistances kept relatively low ⁇ to. Due to the improved cooling, the circuit-breakers can be operated at significantly higher current or nominal current without the permissible temperatures at Circuit breaker or the busbars are exceeded.
  • FIG. 1 is a front view of a cabinet
  • FIG. 2 is a side view of the cabinet of FIG. 1 with removed side wall
  • Fig. 3 is a view of the cabinet according to FIG. 1 from the rear with removed walls and Fig. 4 shows the view of FIG. 3 in an exploded view.
  • Fig. 1 shows a front view of a cabinet 1, which is closed by a door 2, wherein a circuit breaker 3 is arranged in the door 2.
  • the circuit breaker hereinafter referred to as switch 3 for short - is shown in Fig. 1 only schematically as a rectangle; its front (Bediensei ⁇ te) is accessible from the outside, while the rear part, the switch rear side 4 (see Fig .. 2), projects into the cabinet 1.
  • control cabinet 1 can be seen from the side with the side wall (side wall panel) removed. It can be seen protruding into the interior 7 switch 3, at the rear of switch terminals 8o, 8u are located above and below, to which bus bars 9o, 9u are connected. Immediately at the busbars 9o, 9u, a respective heat sink 10, 11 is arranged on a base plate, in the region of
  • Switch terminal 8u and in the area of the switch terminal 8o From the ventilation openings 5 guide devices 12 in the form of flexible tubes 12 a to the heat sinks 10, 11th Here, the tubes 12a, 12b open in distribution devices 13, 14, which are the cooling bodies 10, 11 respectively upstream.
  • the distribution devices 13, 14 direct the flow of outside air directly onto or into the heat sinks. For reinforcement of the outer air flow is arranged directly on the voltages ⁇ any ventilation fan 5 15 which suck the outside air and then into the pipes 12a, 12b.
  • Fig. 3 and Fig. 4 show the cabinet in a view laterally from behind, wherein the cabinet 1 is shown in Fig. 4 in an exploded view.
  • the switch 3 is a three-pole circuit breaker and that two heatsinks 10, 11 are used for each pole.
  • the heat sinks 10, 11 are closed off on the rear side with a bulkhead plate 16 (partition plate) (sealed off).
  • the distribution 13, 14 provides, depending ⁇ wells all three heat sink 8o, 8u.
  • the tubes 12a, 12b on both sides of ⁇ closed; Accordingly, two fans 15 are provided at the bottom of the ventilation openings 5.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schaltschrank (1) mit einem Schalter (3), insbesondere einem Leistungsschalter, dessen Schalterrückseite (4) in den Schaltschrank (1) ragt und zugangs- und abgangsseitige Schalteranschlüsse (8o, 8u) aufweist, an die jeweils Stromschienen (9o, 9u) angeschlossen sind, wobei die Kühlung des Schalters (3) mit Hilfe eines in den Schaltschrank (1) strömenden Kühlgases erfolgt, das den Schalter (3) passiert und den Schaltschrank (1) wieder verlässt. Um einen Betrieb bis 100% des Nennstroms sicherzustellen, wird vorgeschlagen, dass im Bereich des zugangsseitigen und im Bereich des abgangsseitigen Schalteranschlusses (8o, 8u) je ein Kühlkörper (10, 11) angeordnet ist, dass eine Leiteinrichtung (12) das Kühlgas zu den Kühlkörpern (10, 11) leitet, dass der Anschluss der Leiteinrichtung (12) an die Kühlkörper (10, 11) jeweils über eine Verteileinrichtung (13, 14) erfolgt, welche die Strömung des Kühlgases auf den Kühlkörper (10, 11) lenkt.

Description

Beschreibung
Schaltschrank mit einem Schalter, insbesondere einem Leistungsschalter
Die Erfindung betrifft einen Schaltschrank mit einem Schalter, insbesondere einem Leistungsschalter, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Schaltschränke sind allgemein bekannt und dienen z.B. dazu,
Leistungsschalter und an deren Schalteranschlüssen befestigte Stromschienen einer Schaltanlage aufzunehmen, um Bedienpersonen vor dem Berühren von unter Spannung stehenden Metallteilen zu schützen. Oft ist die Vorderseite (Bedienseite) der Leistungsschalter von außen zugänglich, während die Schalterrückseite in den Schaltschrank ragt. Die Leistungsschalter selbst dienen dazu, an der Schaltanlage angeschlossene
Verbraucher bzw. diese selbst abzusichern. Der durch den Schalter fließende Strom wird im Gefahrenfall manuell oder automatisch unterbrochen, letzteres insbesondere bei Überschreitung eines vorgegebenen Stromgrenzwerts, also bei Kurz- schluss und Überlast, ausgelöst durch eine Auslöseeinheit. Der durch den Schalter fließende Strom führt zu einer Erwärmung des Schalters und der Stromschienen, so dass entspre- chend gekühlt werden muss. Dies erfolgt im einfachsten Falle durch Konvektion, wobei Außenluft durch unterhalb des Schal¬ ters angeordnete Lüftungsöffnungen in den Schaltschrank eintritt. Die sich nach oben bewegende Außenluft umströmt den Schalter, kühlt ihn und verlässt den Schaltschrank oberhalb des Leistungsschalters wieder durch entsprechende Lüftungs¬ öffnungen. Für Wartungs- und Montagearbeiten sind die Schaltschränke meist mit einer Tür ausgestattet und die Lüftungs¬ öffnungen befinden sich unten in der Tür und oben in der Tür oder im Dachblech. Die beim Betrieb des Leistungsschalters entstehende Verlustwärme kann durch die Konvektion zu einem erheblichen Teil abgeführt werden. Trotzdem kommt es immer noch zu einer erheblichen Erwärmung, so dass die Leistungs- Schalter oft nur mit 70-90% des Nennstroms betrieben werden können .
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Betrieb von in
Schaltschränken eingebauten Leistungsschaltern bis 100% des Nennstroms sicherzustellen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst; die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen dar.
Die Lösung sieht vor, dass im Bereich des zugangsseitigen und im Bereich des abgangsseitigen Schalteranschlusses je ein Kühlkörper angeordnet ist, dass eine Leiteinrichtung das Kühlgas zu den Kühlkörpern leitet, dass der Anschluss der Leiteinrichtung an die Kühlkörper jeweils über eine Verteileinrichtung erfolgt, welche die Strömung des Kühlgases auf den Kühlkörper lenkt.
Die Wirksamkeit der Kühlung lässt sich bei geringen Kosten erhöhen, wenn die Kühlkörper aus voneinander beabstandeten
Kühlplatten gebildet, bis auf eine Grundplatte allseitig of¬ fen und die Räume zwischen den Kühlplatten auf einer Seite des Kühlkörpers zusätzlich mit einer Schottplatte abgeschlos¬ sen sind.
Im einfachsten Falle mündet die Leiteinrichtung an ihrem freien Ende in mindestens einem Rohr.
Der Aufwand ist gering, wenn das Kühlgas mit Hilfe eines Lüf- ters in die Leiteinrichtung gedrückt wird.
Die Wärmeableitung verbessert sich, wenn die Kühlkörper jeweils unmittelbar am Schalteranschluss angeordnet sind. Die Sicherheit der Kühlung lässt sich erhöhen, wenn jeder Kühlkörper von einem eigenen Lüfter versorgt wird. Zweckmäßig ist es, wenn die Lüfter in Abhängigkeit von der Temperatur an den Schalteranschlüssen geregelt sind.
Die Montage vereinfacht sich, wenn die Rohre flexibel ausge¬ bildet sind.
Die Wartung des Schaltschranks lässt sich vereinfachen, wenn die Lüfter von außen in Bezug auf die Montage zugänglich sind .
Die Kühlung kann durch eine Kapselung des Innenraumes des Schaltschranks weiter verbessert werden.
Durch die gezielte Leitung von Kühlgas, insbesondere von Au¬ ßenluft, an die Stromanschlüsse des Leistungsschalters über Leiteinrichtungen, insbesondere Rohre, und an den Stromanschlüssen und Stromschienen angeordnete Kühlkörper lässt sich die Kühlung deutlich verbessern. Das Kühlgas wird dabei vorteilhafterweise mit Hilfe von einem oder mehreren Lüftern in flexible Rohre gedrückt und mit Hilfe der Rohre direkt an die Stromanschlüssen und Kühlkörper geleitet. Die beiden Lüfter ermöglichen eine beidseitige Zuführung des Kühlgases, so dass auch bei Ausfall eines Lüfters noch eine ausreichende Kühlung gewährleistet ist (Redundanz) . Mit Hilfe einer Temperaturerfassung an den Stromanschlüssen und einer Steuerung kann die Drehzahl der Lüfter dem Kühlbedarf angepasst werden. Durch die Anordnung der Lüfter in oder gleich hinter der Tür kann ein defekter Lüfter schnell und ohne Gefährdung eines Monteurs auch bei einer unter Spannung stehenden Schaltanlage getauscht werden. Die Verwendung von starren Rohren für die Zuführung des Kühlgases erfordert eine hohe Varianz mit vie¬ len Biegungen, die den Kühlgasstrom bremsen können. Beim Einsatz von flexiblen Rohren oder Schläuchen kann man große Verlegeradien erzielen und die Wege des Kühlgases kurz halten, so dass die Strömungswiderstände relativ gering gehalten wer¬ den. Aufgrund der verbesserten Kühlung können die Leistungsschalter mit deutlich höherem Strom bzw. mit Nennstrom betrieben werden, ohne dass die zulässigen Temperaturen am Leistungsschalter oder an den Stromschienen überschritten werden .
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Vorderansicht eines Schaltschranks ,
Fig. 2 eine Seitenansicht des Schaltschranks gemäß Fig. 1 mit abgenommener Seitenwand,
Fig. 3 eine Ansicht des Schaltschranks gemäß Fig. 1 von hinten mit abgenommenen Wänden und Fig. 4 die Ansicht gemäß Fig. 3 in einer Explosionsdarstellung .
Fig. 1 zeigt eine Vorderansicht eines Schaltschranks 1, der von einer Tür 2 verschlossen ist, wobei ein Leistungsschalter 3 in der Tür 2 angeordnet ist. Der Leistungsschalter, im Folgenden kurz Schalter 3 genannt - ist in Fig. 1 nur schematisch als Rechteck dargestellt; seine Vorderseite (Bediensei¬ te) ist von außen zugänglich, während der hintere Teil, die Schalterrückseite 4 (s. Fig. 2), in den Schaltschrank 1 ragt. Unten befinden sich in der Tür 2 Lüftungsöffnungen 5 zum Eintritt von Außenluft, welche den Schaltschrank durch Lüftungs¬ öffnungen 6 im Dachblech wieder verlässt.
In Fig. 2 ist der Schaltschrank 1 von der Seite mit abgenom- mener Seitenwand ( Seitenwandblech) zu sehen. Man erkennt den in den Innenraum 7 ragenden Schalter 3, an dessen Rückseite sich Schalteranschlüsse 8o, 8u oben und unten befinden, an welche Stromschienen 9o, 9u angeschlossen sind. Unmittelbar an den Stromschienen 9o, 9u ist jeweils ein Kühlkörper 10, 11 auf einer Grundplatte angeordnet, und zwar im Bereich des
Schalteranschlusses 8u und im Bereich des Schalteranschlusses 8o. Von den Lüftungsöffnungen 5 führen Leiteinrichtungen 12 in Form von flexiblen Rohren 12a zu den Kühlkörpern 10, 11. Dabei münden die Rohre 12a, 12b in Verteileinrichtungen 13, 14, die den Kühlkörpern 10, 11 jeweils vorgeschaltet sind. Die Verteileinrichtungen 13, 14 lenken die Strömung der Außenluft unmittelbar auf bzw. in die Kühlkörper. Zur Verstär- kung des Außenluftstroms sind unmittelbar an den Lüftungsöff¬ nungen 5 Lüfter 15 angeordnet, welche die Außenluft ansaugen und in die Rohre 12a, 12b drücken.
Fig. 3 und Fig. 4 zeigen den Schaltschrank in einer Ansicht seitlich von hinten, wobei der Schaltschrank 1 in Fig. 4 in einer Explosionsdarstellung gezeigt ist. Man erkennt, dass es sich bei dem Schalter 3 um einen dreipoligen Leistungsschalter handelt und dass für jeden Pol jeweils zwei Kühlkörper 10, 11 verwendet werden. Die Kühlkörper 10, 11 sind rücksei- tig mit einer Schottplatte 16 (Schottblech) abgeschlossen (abgeschottet) . Die Verteileinrichtung 13, 14 versorgt je¬ weils alle drei Kühlkörper 8o, 8u. Zum Anschluss an die Ver¬ teileinrichtung 13, 14 sind die Rohre 12a, 12b beidseitig an¬ geschlossen; entsprechend sind unten an den Lüftungsöffnungen 5 zwei Lüfter 15 vorgesehen.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltschrank (1) mit einem Schalter (3), insbesondere einem Leistungsschalter, dessen Schalterrückseite (4) in den Schaltschrank (1) ragt und Zugangs- und abgangsseitige Schal¬ teranschlüsse (8o, 8u) aufweist, an die jeweils Stromschienen (9o, 9u) angeschlossen sind, wobei die Kühlung des Schalters (3) mit Hilfe eines in den Schaltschrank (1) strömenden Kühlgases erfolgt, das den Schalter (3) passiert und den Schalt- schrank (1) wieder verlässt,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass im Bereich des zugangsseitigen und im Bereich des ab- gangsseitigen Schalteranschlusses (8o, 8u) je ein Kühlkörper (10, 11) angeordnet ist,
dass eine Leiteinrichtung (12) das Kühlgas zu den Kühlkörpern (10, 11) leitet und
dass der Anschluss der Leiteinrichtung (12) an die Kühlkörper (10, 11) jeweils über eine Verteileinrichtung (13, 14) erfolgt, welche die Strömung des Kühlgases auf den Kühlkörper (10, 11) lenkt.
2. Schaltschrank nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass das Kühlgas unterhalb des Schalters (3) in den Schalt- schrank (1) strömt, den Schalter (3) passiert und den Schaltschrank (1) oberhalb des Schalters (3) wieder verlässt.
3. Schaltschrank nach 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Kühlkörper (10, 11) aus voneinander beabstandeten
Kühlplatten gebildet, bis auf eine Grundplatte allseitig of¬ fen und dass die Räume zwischen den Kühlplatten auf einer Seite des Kühlkörpers (10, 11) zusätzlich mit einer Schott¬ platte (16) abgeschlossen sind.
4. Schaltschrank nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Leiteinrichtung (12) an ihrem freien Ende in mindestens einem Rohr (12a, 12b) mündet.
5. Schaltschrank nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass das Kühlgas mit Hilfe eines Lüfters (15) in die Leitein¬ richtung (12) gedrückt wird.
6. Schaltschrank nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Kühlkörper (10, 11) jeweils unmittelbar am Schalter- anschluss (8o, 8u) angeordnet sind.
7. Schaltschrank nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass zur Sicherheit zwei Lüfter (15) vorgesehen sind.
8. Schaltschrank nach Anspruch 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die beiden Lüfter (15) entsprechend der Temperatur an den Schalteranschlüssen (8o, 8u) geregelt sind.
9. Schaltschrank nach Anspruch 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Rohre (12a, 12b) flexible ausgebildet sind.
10. Schaltschrank nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Lüfter (15) von außen zugänglich und austauschbar sind.
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