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DE102015121235A1 - Schaltanlagenkühlanordnung - Google Patents

Schaltanlagenkühlanordnung Download PDF

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DE102015121235A1
DE102015121235A1 DE102015121235.8A DE102015121235A DE102015121235A1 DE 102015121235 A1 DE102015121235 A1 DE 102015121235A1 DE 102015121235 A DE102015121235 A DE 102015121235A DE 102015121235 A1 DE102015121235 A1 DE 102015121235A1
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DE
Germany
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busbar
switchgear
thermally conductive
cooling
arrangement according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102015121235.8A
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English (en)
Inventor
Patrick Kaufmann
Oleksandr Sologubenko
Tilo Bühler
Klaus Kraft
Francoise Molitor
Hans-Peter Merkel
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ABB Schweiz AG
Original Assignee
ABB Schweiz AG
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02BBOARDS, SUBSTATIONS OR SWITCHING ARRANGEMENTS FOR THE SUPPLY OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B1/00Frameworks, boards, panels, desks, casings; Details of substations or switching arrangements
    • H02B1/56Cooling; Ventilation
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02GINSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G5/00Installations of bus-bars
    • H02G5/10Cooling
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/52Cooling of switch parts
    • H01H2009/523Cooling of switch parts by using heat pipes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • Gas-Insulated Switchgears (AREA)

Abstract

Eine Anordnung zur Kühlung einer Schaltanlage, umfassend einen Leistungsschalter (1) und mindestens eine hohle stromführende Stromschiene (2), wobei innerhalb der Stromschiene (2) ein Kanal (2a) zur Führung eines Kühlmediums ausgebildet ist und wobei die Stromschiene (2) durch ein Leitungselement (3) elektrisch leitend mit dem Leistungsschalter (1) verbunden ist, ist im Hinblick auf die Aufgabe, eine Anordnung anzugeben, bei welcher eine effektive Kühlung von Heißstellen ermöglicht ist, welche abgeschirmt sind, dadurch gekennzeichnet, dass dem Leitungselement (3) und der Stromschiene (2) eine thermisch leitende Einrichtung (4) zugeordnet ist, durch welche Wärme mittels des Kühlmediums durch den Kanal (2a) in der Stromschiene (2) abführbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schaltanlagenkühlanordnung zur Kühlung einer Schaltanlage und insbesondere einer Heißstelle einer Schaltanlage mit einem Leistungselement, insbesondere einer Niederspannungsschaltanlage mit einem Leistungschalter, umfassend mindestens eine hohle stromführende Stromschiene beziehungsweise eine stromführende Hohlschiene, wobei innerhalb der Stromschiene ein Kanal zur Führung eines Kühlmediums ausgebildet ist und wobei die Stromschiene durch ein Leitungselement elektrisch leitend mit dem jeweiligen Leistungselement, insbesondere einem Leistungsschalter, verbunden ist.
  • Eine Anordnung, welche röhrenförmige Stromschienen aufweist, ist bereits aus der EP 0 811 265 B1 bekannt.
  • Schaltanlagen umfassen üblicherweise im Wesentlichen abgeschlossene Einfassungen, die elektrische Geräte, innere Anschlussleitungen und Schnittstellen für Installationen aufnehmen. Alle stromführenden Elemente erzeugen Wärme, welche letztlich nach außen, nämlich nach außerhalb der Einfassung, geführt werden muss.
  • Die Wärme wird zwischen verschiedenen Elementen der Schaltanlage ausgetauscht, insbesondere mit der Luft im Inneren und deren Wänden durch Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung. All diese Phänomene der Wärmeerzeugung und Wärmeübertragung führen zu einer komplexen Temperaturverteilung innerhalb einer Einfassung einer Schaltanlage.
  • Die maximale Stromrate eines Leistungsschalters wird durch die maximal zulässige Temperaturbelastung verschiedener Elemente begrenzt. Die maximal zulässige Temperaturbelastung wird durch Standards festgelegt.
  • Ein Anstieg der Stromrate eines Leistungsschalters ohne eine Neuauslegung des Gesamtsystems würde zu einer Erwärmung von Elementen des Leistungsschalters über zulässige Grenzen hinaus führen, wobei diese Grenzen wiederum durch Standards definiert werden.
  • Ein besonders hoher Temperaturanstieg wird in Elementen erwartet, welche einem hohen Wärmefluss unterworfen sind. Ein solches Element in einer Schaltanlage für Niederspannungen ist das Leitungselement, welches die elektrische Verbindung zwischen Stromschienen und einem Leistungsschalter herstellt. Der Standard IEC 61439-1 begrenzt den Temperaturanstieg von Verbindungsanschlüssen an einem Leistungsschalter auf 85 K.
  • Vor diesem Hintergrund wird das Kühlen eines Leistungsschalters typischerweise durch natürliche Konvektion und Strahlung realisiert, wobei diese Arten der Kühlung nicht effektiv genug sein können, um eine ausreichende Kühlung zu bewirken.
  • Insbesondere Stellen, die hinter einer elektrischen Isolierung verborgen sind, beispielsweise Durchführungen, werden von natürlicher Luftkonvektion nicht erreicht und neigen zur Überhitzung. Diese lokalen Heißstellen beschränken ein ganzes Gesamtsystem.
  • Bei einer Anwendung mit erhöhtem Stromratenbedarf und damit einhergehender höherer Wärmeabfuhr wird versucht, das Gesamtsystem dadurch zu kräftigen, dass Luft aktiv aus der Umgebung durch alle Räume gepumpt wird. Diese sogenannte lufterzwungene Lösung hat allerdings verschiedene Nachteile. Es muss nämlich auf eine Staubabdichtung des Gesamtsystems verzichtet werden. Hiermit geht ein Bedarf nach einem Filter einher. Des Weiteren ist der Energieverbrauch starker Gebläse relativ hoch. Vor allem aber erreicht der Luftstrom nicht effizient all jene lokalen Heißstellen, die in irgendeiner Weise hinter einer elektrischen Isolierung abgeschirmt sind.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung anzugeben, bei welcher eine effektive Kühlung von Heißstellen ermöglicht ist, welche abgeschirmt sind.
  • Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Danach ist dem Leitungselement und der Stromschiene eine thermisch leitende Einrichtung zugeordnet, durch welche Wärme mittels eines Kühlmediums durch einen Kanal in der Stromschiene abführbar ist.
  • Erfindungsgemäß wird eine Schaltanlagenkühlanordnung vorgeschlagen, welche eine Stromschiene als Leitung für ein Kühlmedium, insbesondere Luft, nutzt. Weiter wird erfindungsgemäß eine Stromschiene genutzt, um Wärme von einer thermisch leitenden Einrichtung abzuführen. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass hierdurch die Kühlung der Verbindung zwischen einem Leistungselement, insbesondere einem Leistungsschalter, und Stromschienen innerhalb der Schaltanlage verbessert werden kann. Konkret ist erkannt worden, dass so effektiv Wärme von einer kritischen Heißstelle, insbesondere in Niederspannungsräumen, abgeführt werden kann. Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem der thermische Widerstand einer Wärmeleitung zwischen einer Stromschiene und einem Leistungselement wie einem Leistungsschalter reduziert wird. Die Anordnung ist dabei kostengünstig und problemlos beziehungsweise vergleichsweise einfach, insbesondere modular, montierbar.
  • Es wird eine erhebliche Reduzierung des Wärmeanstiegs in Schaltanlagen erreicht, wodurch wiederum die Kapazität stromführender Elemente der Schaltanlage effektiv gesteigert wird. Es kann sogar die Menge des Materials reduziert werden, welches für die Stromschienen benötigt wird. Die Anordnung erlaubt die Abfuhr eines großen Teils einer Wärmemenge von einem Leistungsschalter durch eine thermisch leitende Einrichtung mit großer Wärmeleitfähigkeit. So erzeugt die Anordnung einen effektiven Wärmepfad, der direkt mit einer Heißstelle verbunden ist.
  • Alle diese Faktoren führen zu einer Reduzierung des Temperaturanstiegs innerhalb des Leitungselements oder an diesem verglichen mit bestehenden Kühlungsverfahren, welche natürliche Konvektion und Strahlungskühlung nutzen. Des Weiteren ist eine einstellbare und anpassbare Kühlung ermöglicht.
  • Vorteilhaft weist die thermisch leitende Einrichtung mindestens ein Verdunsterelement oder mehrere Verdunsterelemente auf, welches bzw. welche in das Leitungselement ganz oder teilweise eingebettet ist bzw. sind. Hierdurch wird ein direkter thermischer Zugang zu einer kritischen Heißstelle durch eine modular aufgebaute thermisch leitende Einrichtung geschaffen. Durch das Verwenden mehrerer Verdunsterelemente wird eine Wärmespreizung erzielt.
  • Weiter vorteilhaft ist mindestens ein Verdunsterelement länglich und/ oder als Stift, Stab oder Rohr ausgebildet, von welchem Lamellen abragen, die innerhalb des Kanals zur Führung des Kühlmediums angeordnet sind. Die Lamellen können von Luft umströmt werden und die Wärme abführen, die durch die Verdunsterelemente in die Lamellen geführt wird. Die Lamellen bieten daher eine große effektive Wärmeaustauschfläche zwischen der Luft und dem Leitungselement. So kann Wärme zwischen einer Hauptwärmequelle und dem Luftstrom als Wärmesenke ausgetauscht werden. Vor diesem Hintergrund ist denkbar, dass die thermisch leitende Einrichtung ein Wärmerohr ist.
  • Die thermisch leitende Einrichtung, die als Wärmerohr ausgebildet sein kann, bewirkt eine Aufspreizung der Wärmemenge und ist durch die Zahl der Verdunsterelemente und Lamellen leicht skalierbar. Diese Technologie ist ausgereift, kostengünstig und problemlos erhältlich.
  • Vorteilhaft ist mindestens ein Gebläse vorgesehen, welches einen Luftstrom erzeugt, um die thermisch leitende Einrichtung durch das Kühlmedium Luft zu kühlen. Die Luft kann hierdurch von einem Raum, insbesondere einer Wärmesenke, direkt in die Nähe der Hauptwärmequelle, nämlich der Kontaktstelle zwischen Leistungselement, insbesondere Leistungsschalter, und Stromschiene, geführt werden. So kann das Verdunsterelement effektiv gekühlt werden, indem die Lamellen von Luft aus dem Gebläse umströmt werden. Des Weiteren ist das Maß der Kühlung durch ein Gebläse einstellbar. Die Kühlung kann gemäß der Wärmebelastung des Leistungselementes und insbesondere des Leistungsschalters eingestellt werden. Die Luftstromrate ist vorteilhaft um Größenordnungen geringer als bei bestehenden Konzepten, die eine lufterzwungene Kühlung nutzen.
  • Weiter vorteilhaft ist die Stromschiene als Rohr oder röhrenartig ausgebildet. Hierdurch wird in der Stromschiene ein ringsum abgeschlossener Kanal mit rundem Querschnitt bereit gestellt, durch den Luft eines Gebläses strömen kann. Die Verwendung solcher Stromschienen erlaubt die Realisierung eines vollständig abgedichteten Systems. Des Weiteren erfolgt eine Kühlung längs des gesamten Stromleitungssystems durch die Luft, wobei ebenso angrenzende Elemente gekühlt werden. Die Stromschiene wird als Luftleitung verwendet, um Wärme von einem Kondensatorabschnitt eines Wärmerohrs, nämlich von den oben genannten Lamellen, abzuführen.
  • Vorteilhaft umfasst das Leitungselement eine Klemme und einen Klemmenhalter, welche die Stromschiene zwischen sich aufnehmen. Die Klemme und der Klemmenhalter sind bevorzugt aus Kupfer gefertigt. Das Innere des Leitungselements ist durch dessen zweiteilige Ausgestaltung leicht zugänglich.
  • Weiter vorteilhaft ist im Leitungselement mindestens eine Ausnehmung ausgebildet, um die thermisch leitende Einrichtung aufzunehmen. Hierdurch kann das Verdunsterelement problemlos im Leitungselement angeordnet werden und mit diesem einen guten thermischen Kontakt halten.
  • Vorteilhaft ist die Ausnehmung hierzu länglich und/ oder konkav ausgebildet. So kann ein Stab, Stift oder Rohr gut aufgenommen werden.
  • Weiter vorteilhaft sind zwei koaxial angeordnete Stromschienen über eine elektrisch isolierte Strömungsführung miteinander strömungsverbunden. So kann Kühlmedium von einer Stromschiene in deren gegenüberliegende Stromschiene geführt werden.
  • Die hier beschriebene Anordnung wird bevorzugt in Niederspannungs- und Mittelspannungs-Schaltanlagen verwendet, kann aber in jeglicher Vorrichtung genutzt werden, bei welcher Stromschienen durch hohle Stromschienen ersetzt werden können.
  • Die Anordnung ist insbesondere dann vorteilhaft verwendbar, wenn eine konventionelle Kühlung einer Niederspannungs-Schaltanlage durch Rücken-an-Rücken-Aufbauten oder Duplex-Aufbauten von Schaltanlagengehäusen behindert würde. Die Verwendung der hier beschriebenen Anordnung würde dann keine Herabsetzung der Parameter des Leistungsschalters erfordern.
  • Da die Wärme der Leitungselemente durch eine erzwungene Luftströmung bzw. Konvektion innerhalb einer hierfür bestimmten Leitung nach außerhalb der Einfassung der Schaltanlage verbracht wird, ist die Durchschnittstemperatur innerhalb der Einfassung niedriger als in konventionellen Schaltanlagen. Dies ist insbesondere vorteilhaft für alle Elemente der Schaltanlage.
  • In der Zeichnung zeigen
  • 1 eine Anordnung mit sechs röhrenförmigen oder tubusartigen Stromschienen, die über sechs Klemmen und Klemmenhalter aus Kupfer elektrisch und thermisch leitend mit einem Leistungsschalter verbunden sind, wobei Luft von unten durch ein nicht gezeigtes Gebläse durch das Innere der Stromschienen geblasen wird, wobei das Gebläse bevorzugt auf einer Einfassung einer nicht weiter dargestellten Schaltanlage angeordnet ist, wobei zwischen den drei unteren und den drei oberen koaxial angeordneten Stromschienen drei elektrisch isolierte röhrenförmige oder tubusartige Strömungsführungen angeordnet sind, um den Luftstrom von einer Stromschiene zu deren vertikal gegenüberliegendem Gegenstück zu führen und hierdurch die Wärme, die im Leistungsschalter, in den Klemmen, Klemmenhaltern und Stromschienen erzeugt wird, effektiv aus der Einfassung der Schaltanlage herauszuführen, wobei der Luftstrom aufgrund des Gebläses verschiedene Geschwindigkeiten aufweisen kann,
  • 2 eine thermisch leitende Einrichtung, die im Wesentlichen als Wärmerohr ausgebildet ist und drei Verdunsterelemente aufweist, die teilweise in einer Klemme eingebettet sind, wobei der Klemmenhalter nicht dargestellt ist, wobei die drei Verdunsterelemente thermisch leitend mit Lamellen verbunden sind, die innerhalb einer Stromschiene angeordnet sind, und wobei die drei Verdunsterelemente eine Aufspreizung der Wärmeleitung und dadurch einen Wärmepfad mit geringem thermischem Widerstand ausbilden,
  • 3 die thermisch leitende Einrichtung gemäß 2 in isolierter Darstellung, wobei links eine Ansicht auf die Lamellen in Längserstreckungsrichtung der drei Verdunsterelemente gezeigt ist, wobei rechts eine hierzu orthogonale Ansicht in Längserstreckungsrichtung der Lamellen gezeigt ist, wobei eine Vielzahl von Lamellen vorgesehen ist, welche alle in thermisch leitendem Kontakt mit den drei Verdunsterelementen stehen, wobei die Lamellen aus einem thermisch hochleitenden Material gefertigt sind und wobei die Breiten der Lamellen so gewählt sind, dass sie in den Kanal innerhalb der Stromschienen passen, und
  • 4 ein Diagramm, in welchem Temperaturanstiege mit und ohne thermisch leitender Einrichtung in einer Anordnung dargestellt sind, wobei der maximale Temperaturanstieg gegen die Wärmebelastung aufgetragen ist, die durch die heiße linke, leistungsschalterseitige Seite der Klemme gemäß 2 eingetragen wird und wobei die Geschwindigkeit des Luftstroms am Einlass einer Stromschiene als Parameter variiert ist.
  • 1 zeigt eine Anordnung zur Kühlung einer nicht weiter dargestellten Schaltanlage, umfassend einen Leistungsschalter 1 und mindestens eine hohle stromführende Stromschiene 2, wobei innerhalb der Stromschiene 2 ein Kanal 2a zur Führung eines Kühlmediums ausgebildet ist und wobei die Stromschiene 2 durch ein Leitungselement 3 elektrisch leitend mit dem Leistungsschalter 1 verbunden ist.
  • Dem Leitungselement 3 und der Stromschiene 2 ist eine thermisch leitende Einrichtung 4 zugeordnet, durch welche Wärme mittels des Kühlmediums durch den Kanal 2a in der Stromschiene 2 abführbar ist. Die thermisch leitende Einrichtung 4 ist in 3 dargestellt.
  • Konkret sind drei untere Stromschienen 2 und drei obere Stromschienen 2 nebeneinander und koaxial angeordnet, so dass sich je zwei Stromschienen 2 vertikal gegenüberliegen. Die einander vertikal gegenüberliegenden zwei Stromschienen 2 sind jeweils von einem Leitungselement 3 thermisch und elektrisch leitend mit dem Leistungsschalter 1 verbunden. Es sind sechs Leitungselemente 3 aus Kupfer vorgesehen. Die Stromschienen 2 sind ebenfalls sämtlich aus Kupfer gefertigt.
  • Jede Stromschiene 2 ist als Rohr oder röhrenartig ausgebildet. Zwei koaxial angeordnete Stromschienen 2 sind über eine elektrisch isolierte Strömungsführung 5 miteinander strömungsverbunden. Es sind drei Strömungsführungen 5 vorgesehen.
  • Durch ein nicht gezeigtes Gebläse wird ein Luftstrom durch die hohlen Stromschienen 2, nämlich durch deren Kanal 2a im Inneren, geblasen. Der Luftstrom durchströmt zuerst eine untere Stromschiene 2, durchläuft dann die Strömungsführung 5 und gelangt dann in die obere Stromschiene 2, welche der unteren Stromschiene 2 vertikal und koaxial gegenüberliegt.
  • Jedes Leitungselement 3 umfasst eine Klemme 3a und einen Klemmenhalter 3b, welche eine Stromschiene 2 zwischen sich aufnehmen.
  • 2 zeigt, dass die thermisch leitende Einrichtung 4 mindestens ein Verdunsterelement 6 oder mehrere Verdunsterelemente 6 aufweist, welches bzw. welche in das Leitungselement 3 ganz oder teilweise eingebettet ist bzw. sind. Konkret sind drei Verdunsterelemente 6 teilweise in die Klemme 3a eingebettet, welche um einen Klemmenhalter 3b ergänzt wird, um die Verdunsterelemente 6 vollständig in das Leitungselement 3 einzubetten.
  • Dann ist ein Ende der thermisch leitenden Einrichtung 4 zwischen der Klemme 3a und dem Klemmenhalter 3b verpresst, wogegen das andere Ende, nämlich ein Kondensator, welches mit Lamellen 7 versehen ist, im Kanal 2a der Stromschiene 2 positioniert ist.
  • 2 zeigt, dass mindestens ein Verdunsterelement 6 länglich und/ oder als Stift, Stab oder Rohr ausgebildet ist, von welchem Lamellen 7 abragen, die innerhalb des Kanals 2a zur Führung des Kühlmediums angeordnet sind. Im Leitungselement 3 ist mindestens eine Ausnehmung 8 ausgebildet, um die thermisch leitende Einrichtung 4 aufzunehmen. Die Ausnehmung 8 ist länglich und konkav ausgebildet, um ein Verdunsterelement 6 aufzunehmen.
  • Konkret sind in der Klemme 3a und im Klemmenhalter 3b je drei im Querschnitt halbkreisförmige Ausnehmungen 8 ausgebildet, um jeweils ein Verdunsterelement 6 aufzunehmen.
  • 3 zeigt die thermisch leitende Einrichtung 4 in isolierter Darstellung. Um diese in das Leitungselement 3 gemäß 1 und 2 einzubetten, muss man zunächst den Klemmenhalter 3b entfernen und dann die thermisch leitende Einrichtung 4 derart einfügen, dass deren Verdunsterelemente 6 in den Ausnehmungen 8 sitzen, wobei die Lamellen 7 innerhalb der Stromschiene 2 zentriert werden. Darauf wird der Klemmenhalter 3b mit der Klemme 3a verschraubt oder anderweitig verbunden.
  • Es ist mindestens ein nicht gezeigtes Gebläse vorgesehen, welches einen Luftstrom erzeugt, um die thermisch leitende Einrichtung 4 durch das Kühlmedium Luft zu kühlen. Die Pfeile in 2, welche der Stromschiene 2 zugeordnet sind, geben die Richtung des Luftstroms an. Der untere Pfeil ist einer kalten Seite zugeordnet.
  • Der linke Pfeil zeigt den Wärmestrom, der von der leistungsschalterseitigen Heißstelle in das Leitungselement 3 eingetragen wird. Die Heißstelle wird durch den Kontakt des Leistungsschalters 1 mit einer Stromschiene 2 erzeugt.
  • Der thermische Widerstand des Wärmepfads zwischen diesem Kontakt, nämlich der Hauptwärmequelle, und der Raumluft, nämlich der Wärmesenke, wird durch die hier beschriebenen konstruktiven Maßnahmen reduziert.
  • In Experimenten wurde eine Stromschiene 2 aus Kupfer verwendet, welche einen Außendurchmesser von 80 mm und einen Innendurchmesser von 50 mm aufwies. Die Länge der Stromschiene betrug 600 mm. An einer Seite der Stromschiene 2 wurde ein Schnitt vorgesehen, um die thermisch leitende Einrichtung 4 gemäß 3 anzuordnen. Die Klemme 3a und der Klemmenhalter 3b waren aus Kupfer gefertigt. In der Klemme 3a und dem Klemmenhalter 3b waren je drei Ausnehmungen 8 ausgebildet, die sich zu drei Zylindern von je 6 mm Durchmesser ergänzten, um die drei Verdunsterelemente 6 aufzunehmen, von denen jedes einen Durchmesser von 6 mm aufwies. Die Lamellen 7 waren aus Aluminium gefertigt.
  • Die einen Enden der 115 mm langen thermisch leitenden Einrichtung 4, nämlich die Enden der drei Verdunsterelemente 6, waren in thermischem Kontakt mit der Wärmequelle, nämlich mit dem Leitungselement 3. Das andere Ende der thermisch leitenden Einrichtung 4 war mit 16 Lamellen 7 aus Aluminium versehen. Die Lamellen 7 hatten eine Dicke von 0,4 mm, eine Länge von 106 mm und einen Abstand untereinander von 2,5 mm. Die Breiten der Lamellen 7 variierten zwischen 23 und 44 mm, nämlich derart, dass der Satz aus Lamellen 7 in eine Stromschiene 2 mit einem Innendurchmesser von 48 mm passt.
  • 4 zeigt Daten zu den oben genannten Experimenten, wobei Experimente mit und ohne thermisch leitende Einrichtung 4 durchgeführt wurden. Im Diagramm gemäß 4 sind Temperaturanstiege mit und ohne thermisch leitende Einrichtung 4 in einer Anordnung dargestellt, wobei der maximale Temperaturanstieg in Kelvin gegen die Wärmebelastung in Watt aufgetragen ist. Die Wärmebelastung wird durch die linke, leistungsschalterseitige Heißstelle der Klemme 3a gemäß 2 eingetragen. Die Geschwindigkeit des Luftstroms am Einlass der Stromschiene 2 wurde variiert.
  • Aus den Experimenten geht hervor, dass die thermisch leitende Einrichtung 4, welche in das Leitungselement 3 eingebettet ist, eine starke Reduzierung des maximalen Temperaturanstiegs bewirkt. Konkret ist die Reduzierung etwa zweimal besser verglichen mit einer erzwungenen Konvektion ohne thermisch leitende Einrichtung und viel besser verglichen mit einer rein natürlichen Konvektion.
  • Das Diagramm zeigt einen Vergleich des Temperaturanstiegs an der heißesten Stelle bei Verwendung röhrenförmiger Stromschienen 2 mit einer thermisch leitenden Einrichtung 4 (gefüllte Symbole) und ohne thermisch leitende Einrichtung 4 (ungefüllte Symbole) bei verschiedenen Geschwindigkeiten des Luftstroms am Einlass der Stromschiene 2 und bei verschiedenen Wärmebelastungen durch den Leistungsschalter 1.
  • Die gefüllten und ungefüllten Dreiecke repräsentieren eine natürliche Konvektion, die gefüllten und ungefüllten Quadrate eine erzwungene Konvektion bei einer Geschwindigkeit von 3,2 m/s und die gefüllten und ungefüllten Kreise eine erzwungene Konvektion bei einer Geschwindigkeit von 5,9 m/s.
  • In den Experimenten wurden drei horizontal orientierte Verdunsterelemente 6 mit rechteckigen Lamellen 7 verwendet. Es ist jedoch auch denkbar, die Zahl der Verdunsterelemente 6, ihre Orientierung, die Zahl und Geometrie der Lamellen 7 und andere Parameter zu modifizieren und unterschiedlichen Wärmebelastungen, Stromraten und verschiedenen Anforderungen an einen Druckabfall anzupassen.
  • In den Experimenten zeigten die Stromschienen 2 eine im Querschnitt kreisförmige oder besser kreisringförmige Querschnittsfläche. Es ist jedoch auch denkbar, die Stromschienen 2 im Querschnitt rechteckig oder anders geeignet zu formen.
  • In den Experimenten fand der Luftstrom innerhalb der zylindrischen Stromschienen 2 statt. Es ist jedoch auch denkbar, dieses Prinzip auf flache Stromschienen anzuwenden, wobei dann eine luftführende Leitung, beispielsweise eine Kunststoffröhre, vorgesehen sein sollte, um den Luftstrom von außerhalb einer Einfassung der Schaltanlage zu den Lamellen 7 zu führen.
  • In den Experimenten wurde von außerhalb der Einfassung der Schaltanlage Luft durch ein Gebläse oder eine Vielzahl von Gebläsen eingebracht. Es ist jedoch auch denkbar, ein anderes Fluid, entweder als Gas oder als Flüssigkeit, zu verwenden, um Wärme von den Lamellen 7 abzuführen, wobei das Fluid durch ein geeignetes Verfahren bewegt werden kann.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Leistungsschalter
    2
    Stromschiene
    2a
    Kanal
    3
    Leitungselement
    3a
    Klemme
    3b
    Klemmenhalter
    4
    therm. leitende Einrichtung
    5
    Strömungsführung
    6
    Verdunsterelement
    7
    Lamellen
    8
    Ausnehmung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 0811265 B1 [0002]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Standard IEC 61439-1 [0007]

Claims (10)

  1. Schaltanlagenkühlanordnung zur Kühlung einer Schaltanlage, insbesondere einer Niederspannungsschaltanlage, und insbesondere zur Kühlung einer Heißstelle einer Schaltanlage, mit einem Leistungselement, insbesondere mit einem Leistungsschalter (1), wobei mindestens eine hohle stromführende Stromschiene (2) vorgesehen ist und innerhalb der Stromschiene (2) ein Kanal (2a) zur Führung eines Kühlmediums ausgebildet ist und wobei die Stromschiene (2) durch ein Leitungselement (3) elektrisch leitend mit der Heißstelle und/oder dem jeweiligen Leistungselement, insbesondere dem Leistungsschalter (1), verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Leitungselement (3) und der Stromschiene (2) eine thermisch leitende Einrichtung (4) zugeordnet ist, durch welche Wärme mittels des Kühlmediums durch den Kanal (2a) in der Stromschiene (2) abführbar ist.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch leitende Einrichtung (4) mindestens ein Verdunsterelement (6) oder mehrere Verdunsterelemente (6) aufweist, welches bzw. welche in das Leitungselement (3) ganz oder teilweise eingebettet ist bzw. sind.
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Verdunsterelement (6) der thermisch leitenden Einrichtung (4) länglich und/ oder als Stift, Stab oder Rohr ausgebildet ist, von welchem Lamellen (7) abragen, die innerhalb des Kanals (2a) zur Führung des Kühlmediums angeordnet sind.
  4. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Gebläse vorgesehen ist, welches einen Luftstrom erzeugt, um die thermisch leitende Einrichtung (4) durch das Kühlmedium Luft zu kühlen.
  5. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene (2) als Rohr oder röhrenartig ausgebildet ist.
  6. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungselement (3) eine Klemme (3a) und einen Klemmenhalter (3b) umfasst, welche die Stromschiene (2) zwischen sich aufnehmen.
  7. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Leitungselement (3) mindestens eine Ausnehmung (8) ausgebildet ist, um die thermisch leitende Einrichtung (4) aufzunehmen.
  8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (8) länglich und/ oder konkav ausgebildet ist.
  9. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei koaxial angeordnete Stromschienen (2) über eine elektrisch isolierte Strömungsführung (5) miteinander strömungsverbunden sind.
  10. Schaltanlage, insbesondere eine Niederspannungsschaltanlage, umfassend ein Leistungselement, insbesondere einen Leistungsschalter (1), und wenigstens eine Schaltanlagenkühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
DE102015121235.8A 2015-12-07 2015-12-07 Schaltanlagenkühlanordnung Withdrawn DE102015121235A1 (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115911764A (zh) * 2022-12-28 2023-04-04 蜂巢能源科技股份有限公司 一种汇流排与冷却管的集成结构、储能单元及动力装置
DE102022108335A1 (de) 2022-04-06 2023-10-12 Lisa Dräxlmaier GmbH Stromschiene mit aktiver kühlung

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0811265B1 (de) 1995-01-26 2003-04-02 Abb Ab Verfahren zum anordnen von einem stromsammelschienensystem und ein stromsammelschienensystem

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0811265B1 (de) 1995-01-26 2003-04-02 Abb Ab Verfahren zum anordnen von einem stromsammelschienensystem und ein stromsammelschienensystem

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Standard IEC 61439-1

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022108335A1 (de) 2022-04-06 2023-10-12 Lisa Dräxlmaier GmbH Stromschiene mit aktiver kühlung
CN115911764A (zh) * 2022-12-28 2023-04-04 蜂巢能源科技股份有限公司 一种汇流排与冷却管的集成结构、储能单元及动力装置

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