DE3838761C2 - Mehrphasen-Stromschienen-Anordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Mehrphasen-Stromschienen- Anordnung gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartige Anordnung ist der US-PS 3,956,574 entnehmbar.

Die US-PS 3,384,856 zeigt eine Mehrphasen-Stromschienen- Anordnung mit einem Paar einander gegenüberstehender und mit Öffnungen versehener Seitenplatten, durch welche Befestigungs­ bolzen geführt sind.

Das DE-GM 71 02 682 beschreibt einen Stromführungskanal für Steigleitungen, der als Kunststoff-Hohlprofil aus zwei im Querschnitt gleichen, an den Rändern mit Verbindungsmitteln versehenen Einzelprofilen mit jeweils 2 Schenkeln zusammengesetzt ist. Die Verbindungsmittel bestehen aus jeweils einer Rastfeder am Rande eines der Schenkel und einer Innennut am Rande des jeweils anderen Schenkels, die ineinandergreifen sowie aus einer Rastnase an dem Schenkel, an dem sich die Innennut befindet und einer Einkerbung an dem jeweils anderen Schenkel, die ebenfalls ineinandergreifen.

Die US-PS 3,584,138 zeigt eine Mehrphasen-Stromschienen- Anordnung mit einem stranggepreßten Trägergehäuse aus Aluminium.

Die US-PS 3,398,327 beschreibt eine laminierte Stromschienen-Anordnung aus abwechselnden Schichten von Isolations- und Leitermaterial, welche durch isoliert geführte Bolzen zusammengehalten werden.

Die US-PS 3,345,455 beschreibt eine Stromschiene mit einem Binderüberzug einer Farbe, die mit der der nicht überzogenen Bereiche der Stromschiene kontrastiert und mit einer durchscheinenden Isolierschicht auf dem Binderüberzug.

Stromschienen, wie sie in mehrphasigen Verteilungssystemen für elektrische Leistung benutzt werden, bestehen im allgemeinen aus langen rechteckigen Stäben aus Kupfer- oder Aluminiummaterial, wobei jeder einzelne Stab elektrisch isoliert ist, um sowohl die elektrische Isolation zwischen den einzelnen Phasen als auch den Phasen und den Standpunktleitern aufrecht zu erhalten. Gemäß staatlichen und lokalen elektrischen Vorschriften muß mit dem Stromschienen-Verteilungssystem ein geerdeter Leiter verbunden sein. In der US-PS 46 73 229 ist ein Stromschienensystem beschrieben, das eine geerdete Stromschiene innerhalb des Stromschienengehäuses aufweist. Andere bekannte Stromschienensysteme benutzen die Leitfähigkeit der Stromschienenhülle aus Stahl, um den erforderlichen geerdeten Leiter zu schaffen.

Um die elektrische Integrität zwischen den separaten Schienenleitern innerhalb des Stromschienensystems, das sogenannte "Zuführungs"- und "Einschub"-Systeme einschließt, aufrecht zu erhalten, während ein inniger thermischer Übergang zwischen den Stromschienenleitern und der Wärme abgebenden Trägerstruktur geschaffen wird, benutzt man ein oder mehrere Bolzen, um die Stromschienenleiter fest innerhalb des Gehäuses abzustützen. Der isolierende Überzug auf den einzelnen Stromschienenleitern hält die elektrische Integrität aufrecht, während der mittels der Verbindungsbolzen ausgeübte Druck eine gute Wärmeleitfähigkeit zwischen den Stromschienen sowie zwischen den Stromschienen und der metallischen Trägerstruktur sicherstellt. In der US-PS 35 55 293 ist der Gebrauch eines Paares von Seitenplatten beschrieben, die auf den gegenüberliegenden Seiten der eingeschlossenen Stromschienenleiter durch Bolzen miteinander verbunden sind.

Der Einsatz eines Epoxyharzes als isolierendem Überzug für die Stromschienenleiter hat vorteilhafterweise zu Stromschienensystemen geführt, die einen guten thermischen Transport von den Stromschienenleitern zu dem Stromschienengehäuse aufwiesen, während die erforderliche elektrische Isolation dazwischen aufrechterhalten wurde.

Der Einsatz eines Gehäuses aus einem Eisenmetall, wie z. B. kalt gewalztem Stahl, hat sowohl thermische Nachteile als auch Nachteile hinsichtlich des Gewichtes. Die elektromagnetischen Eigenschaften führen zu einer Induktion von Wirbelströmen innerhalb des Stromschienengehäuses, wenn die Stromschienenleiter Ströme von mehr als einigen hundert Ampere leiten. Die geringe elektrische Leitfähigkeit des Eisenmetalles erhöht darüber hinaus die thermische Belastung des Stromschienensystems, wenn das Stromschienengehäuse Erdungsströme trägt. Die relativ geringe thermische Leitfähigkeit des Gehäuses aus Eisenmetall vermindert die Geschwindigkeit, mit der die innerhalb des Gehäuses erzeugte Wärmemenge an die umgebende Atmosphäre abgegeben wird.

Aluminium-Magnesium-Legierungen weisen in stranggepreßter Form eine ausreichende Festigkeit auf, um Stromschienenleiter aus Kupfer oder Aluminium zu tragen, wenn die Stromschienenleiter mit ihrem Trägergehäuse durch Bolzen direkt verbunden werden. Die Anwendung eines isolierenden Überzuges direkt auf der Oberfläche der Stromschienenleiter sorgt für eine ausreichende elektrische Isolation gegenüber durch die Stromschienenleiter hindurchgeführte Löcher, ohne daß dadurch eine elektrische Leitung zwischen den einzelnen Stromschienenleitern möglich wird.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist eine Mehrphasen-Stromschienen-Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der eine einfache und stabile Anordnung der Stromschienen im Gehäuse gegeben ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Draufsicht in isometrischer Projektion auf eine Mehrphasen-Stromschienen-Anordnung vor dem Verbinden mit strichpunktiert angedeuteten Stromschienenleitern;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Stromschienen-Anordnung der Fig. 1, bei der das Gehäuse an den Stromschienenleitern befestigt ist und

Fig. 3 eine Querschnittsansicht der zusammengebauten Stromschienen-Anordnung der Fig. 2.

Das in den Fig. 1 und 2 gezeigte Stromschienen-Gehäuse 10 besteht aus einem stranggepreßten Seitenstück 11, das einem komplementär stranggepreßten Seitenstück 12 gegenüber angeordnet ist. Die Seitenstücke bestehen aus einer Aluminiumlegierung, die gegenüber Aluminium eine stark verbesserte Zugfestigkeit aufweist, ohne daß die guten elektrischen und thermischen Eigenschaften des Aluminiums wesentlich beeinträchtigt sind. Beide Seitenstücke sind jeweils mit einem oberen Flansch 13 und einem Bodenflansch 15 versehen, die sich senkrecht zu einer flachen Platte 8 beim Seitenstück 11 bzw. einer flachen Platte 9 beim Seitenstück 12 erstrecken. Entsprechende Schienen 14 und 16 erstrecken sich senkrecht von den jeweiligen oberen und Bodenflanschen 13 und 15, wie ersichtlich. Die Flansche und Schienen ergeben eine zusätzliche strukturelle Abstützung für das Stromschienen-Gehäuse sowie eine größere Oberfläche für die Seitenstücke, um die Wärme besser an die umgebende Luft abzustrahlen. Drei oder vier Stromschienenleiter 27, die im folgenden als "Stromschienen" bezeichnet werden, wobei jeder eine separate Phase eines dreiphasigen Leistungsverteilungs-Systems repräsentiert, sind an dem Stromschienen-Gehäuse 10 befestigt, indem man die durchgehenden Löcher 19, die in den Seitenstücken 11 und 12 ausgebildet sind, mit durchgehenden Löchern 28 ausrichtet, die längs den Stromschienen ausgebildet sind. Eine isolierende Hülse aus einem biegsamen elastomeren Material, wie Silikonkautschuk, wird dann in die durchgehenden Löcher 19 und 28 eingeführt, woraufhin man einen massiven Bolzen 20 aus einer Aluminium-Legierung zusammen mit einer Unterlagscheibe durch die isolierende Hülse führt. Der Bolzen aus Aluminium-Legierung wird mit dem Stromschienen-Gehäuse mittels einer Unterlegscheibe 22 und einer Mutter 23 verbunden. Der Bolzen 20 aus Aluminium-Legierung leitet die innerhalb der Stromschienen erzeugte Wärme zu den Seitenplatten 11 und 12 aufgrund der guten thermischen Leitfähigkeit der Aluminium-Legierung. Statt der isolierenden Hülsen 24 könnte auch ein vorisolierter Bolzen benutzt werden. Es liegt auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, einen hohlen Stahlbolzen 25 zu benutzen, der einen Durchgang 26 aufweist. Die innerhalb des Stromschienen-Gehäuses aufgrund der I²R-Verluste innerhalb der Stromschienen 27 erzeugte Heißluft wird aufgrund des Druckunterschiedes, der durch die das Stromschienen-Gehäuse umgebende kältere Luft verursacht wird, rasch durch die gegenüberliegenden Enden des Durchganges ausgestoßen.

Ein eckiger Schlitz 17 erstreckt sich längs einer Kante des oberen Flansches 13 auf dem Seitenstück 11, um einen komplementär eckigen Vorsprung 18 aufzunehmen, der sich linear längs des oberen Flansches auf dem gegenüberliegenden Seitenstück 12 erstreckt. Ein in ähnlicher Weise eckiger Schlitz 17′ ist auf dem Bodenflansch des Seitenstückes 12 ausgebildet, um einen in ähnlicher Weise eckigen Vorsprung 18′ aufzunehmen, der auf dem Bodenflansch des Seitenstückes 11 ausgebildet ist. Die Schnappverbindung zwischen den eckigen Schlitzen und eckigen Vorsprüngen gibt dem Stromschienen-Gehäuse in Kombination mit dem verwendeten Bolzen 20 aus Aluminium-Legierung und der Unterlagscheibe 21 eine erhöhte Festigkeit. Die Stromschienen 27 sind strichpunktiert dargestellt, um die Verbindung zwischen den eckigen Schlitzen und Vorsprüngen am Ober- und Bodenteil des Gehäuses 10 zu zeigen.

Die durch den hohlen Stahlbolzen 25 ermöglichte Konvektionskühlung ist am besten unter Bezugnahme auf Fig. 3 ersichtlich, wo das Stromschienen-Gehäuse 10 in seiner Betriebsstellung, gehalten durch ein Paar strichpunktiert dargestellter Aufhänger 29 und geerdet mittels einem Paar von Schellen 30, die mit Leitern 31 geerdet sind, ebenfalls strichpunktiert dargestellt, veranschaulicht ist. Beim Betrieb sind die Stromschienen 27 mit ihren isolierenden Überzügen 32 durch den hohlen Stahlbolzen 25, die Unterlagscheiben 21 und 22 sowie die Mutter 23 fest zusammengehalten. Die oberen und unteren Enden der Stromschienen sind durch den Schnappverschluß zwischen den oberen eckigen Teilen Schlitz und Vorsprung 17 und 18 sowie den unteren Teilen Schlitz und Vorsprung 17′ und 18′ fest gehalten. Die isolierenden Überzüge 32 isolieren die Stromschienen 27 vollkommen voneinander sowie von den flachen Platten 8 und 9 auf den Seitenstücken 11 und 12.

Die isolierende Hülse 24 dient zur Isolierung der Stromschienen 27 von dem hohlen Stahlbolzen 25, während letzterer einer thermischen und elektrischen Verbindung zwischen den gegenüberliegenden Seitenstücken 11 und 12 dient. Die Pfeile in Fig. 3 deuten den Konvektionspfad durch den Durchgang 26 innerhalb des hohlen Stahlbolzens 25 an, auf dem die schwerere und kühlere Umgebungsluft die heißere Luft innerhalb des hohlen Bolzens ersetzt. Die Aluminium-Legierung, aus der die stranggepreßten Seitenstücke 11 und 12 bestehen, hat nur etwa 40% des Gewichtes des Stahls, der bisher für die Seitenstücke verwendet wurde, während die Aluminium-Legierung das Vierfache der thermischen Leitfähigkeit und das Fünffache der elektrischen Leitfähigkeit von Stahl aufweist. Außer der leichteren Installation und des geringeren Preises, verglichen mit den üblichen Gehäusen, werden die Gehäuse gemäß der vorliegenden Erfindung aufgrund der thermischen und elektrischen Eigenschaften den Spannungsabfall, der über große lineare Ausdehnungen der üblichen Stahlgehäuse auftritt, beträchtlich vermindern, da der spezifische elektrische Widerstand der Stromschiene zu einem großen Ausmaß vom spezifischen elektrischen Widerstand der Stromschienenleiter abhängt. Die spezifischen elektrischen Widerstände wiederum sind eine lineare Funktion der Temperatur der Stromschiene, die im Falle der vorliegenden Erfindung beträchtlich geringer ist als bei solchen, die gemäß dem Stande der Technik in Stahlgehäusen montiert sind. Der isolierende Epoxyharz-Überzug kann auf die Stromschienen mittels elektrostatischer oder Fließbett-Techniken wie beim Drahtüberziehen aufgebracht werden, wobei man dem Epoxyharz Polyvinylacetal- und Phenolaldehyd-Harze hinzugeben kann, wie in der US-PS 43 79 916 beschrieben.

Insgesamt wurde ein thermisch und elektrisch leitendes Stromschienen-Gehäuse geringen Gewichtes beschrieben. Die einzigartige Befestigung zwischen den Stromschienen und dem Gehäuse fördert in nützlicher Weise den hohen Stromtransport durch die Stromschienen ohne beträchtlichen Spannungsabfall.

Claims (6)

1. Mehrphasen-Stromschienen-Anordnung mit einem Gehäuse aus Nichteisenmetall, das mehrere isolierte Stromschienen aufnimmt, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gehäuse aus zwei Seitenstücken (10, 11) besteht welche jeweils eine flache Platte (8, 9) mit zwei rechtwinklig davon anstehenden Flanschen (13, 15) aufweisen,
daß die Seitenstücke durch Bolzen (20) zusammengehalten werden, welche durch miteinander fluchtende Öffnungen (19, 28) in den Platten (8,9) und den Stromschienen (27) verlaufen und gegen die Stromschienen (27) isoliert sind, und
daß die Seitenstücke (10, 11) außerdem mittels längs der Flansche (13, 15) verlaufenden, ineinandergreifenden Vorsprüngen (18, 18′) und Schlitzen (17, 17′) rastend miteinander verbunden sind.

2. Mehrphasen-Stromschienen-Anordnung nach Anspruch 1, mit einer Isolierhülse (24) zwischen jedem Bolzen (20) und den Stromschienen (27).

3. Mehrphasen-Stromschienen-Anordnung nach Anspruch 2, worin die Isolierhülse (24) aus einem Elastomer besteht.

4. Mehrphasen-Stromschienen-Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin der Bolzen ein massiver Bolzen (20) ist.

5. Mehrphasen-Stromschienen-Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin der Bolzen ein Hohlbolzen (25) ist.

6. Mehrphasen-Stromschienen-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin die Stromschienen voneinander und von den Seitenplatten durch einen Epoxy-Überzug isoliert sind.