Title:
Stromschiene, Mittelspannungsanlage und Mittelspannungsnetz
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Die Erfindung betrifft eine Stromschiene für eine Mittelspannungsschaltanlage, welche im Wesentlichen aus einem metallischen Leiter, insbesondere Kupfer, gefertigt ist und eine Grundfläche und eine zu der Grundfläche orthogonale Profilquerschnittsfläche aufweist, wobei die Stromschiene einen Steg aufweist, sodass die Profilquerschnittsfläche zwei zueinander durch Steg getrennte metallische Leiter-freie Bereiche aufweist, sodass die Stromschiene in einer Längsausrichtung eine durch den Steg gebildete Kühlrippe ausbildet. embedded image





Inventors:
Scharnbeck, Eckhard (06333, Hettstedt, DE)
Brandt, Max (47051, Duisburg, DE)
Schulz, Rick Hilmar (06317, Seegebiet Mansfelder Land, DE)
Application Number:
DE102017102099A
Publication Date:
08/09/2018
Filing Date:
02/03/2017
Assignee:
MKM Mansfelder Kupfer und Messing GmbH, 06333 (DE)
International Classes:
H02B1/20; H01B5/02
Domestic Patent References:
DE1960957AN/A
Foreign References:
CN104810077A
Attorney, Agent or Firm:
WEIDNER STERN JESCHKE Patentanwälte Partnerschaft, 99096, Erfurt, DE
Claims:
Stromschiene (101) für eine Mittelspannungsschaltanlage, welche im Wesentlichen aus einem metallischen Leiter, insbesondere Kupfer, gefertigt ist und eine Grundfläche (103) und eine zu der Grundfläche orthogonale Profilquerschnittsfläche (105) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene einen Steg (107) aufweist, sodass die Profilquerschnittsfläche zwei zueinander durch Steg getrennte metallische Leiter-freie Bereiche (109) aufweist, sodass die Stromschiene in einer Längsausrichtung (119) eine durch den Steg gebildete Kühlrippe (117) ausbildet.

Stromschiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene drei, vier, fünf, sechs oder mehr Stege aufweist, sodass die Profilquerschnittsfläche zueinander durch die Stege getrennte metallische Leiterfreie Bereiche aufweist, sodass die Stromschiene in der Längsausrichtung zwei, drei, vier, fünf oder mehr durch die Stege gebildete Kühlrippen ausbildet.

Stromschiene nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Stege oder mehrere Stege zueinander parallel ausgerichtet sind.

Stromschiene nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die parallelen Stege zueinander äquidistant angeordnet sind.

Stromschiene nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Stege oder mehrere Stege fächerartig ausgerichtet sind.

Stromschiene nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einhüllende (104) der Profilquerschnittsfläche eine Quadratform, eine Rechteckform, eine Kreisform, eine Ovalform oder eine D-Form aufweist.

Stromschiene nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flächenverhältnis einer Leiterquerschnittsfläche (121) der Stromschiene zu der Profilquerschnittsfläche einen Wert zwischen 0,42 und 0,68, insbesondere zwischen 0,5 und 0,6, beträgt.

Stromschiene nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene ein Stranggussbauteil ist.

Mittelspannungsschaltanlage, welche eine Stromschiene nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.

Mittelspannungsnetz, welches eine Mittelspannungsanlage nach Anspruch 9 oder eine Stromschiene nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.

Description:

Die Erfindung betrifft eine Stromschiene für eine Mittelspannungsschaltanlage, welche im Wesentlichen aus einem metallischen Leiter, insbesondere Kupfer, gefertigt ist und eine Grundfläche und eine zu der Grundfläche orthogonale Profilquerschnittsfläche aufweist, eine Mittelspannungsanlage und ein Mittelspannungsnetz.

In elektrischen Schaltanlagen wie beispielweise Spannungsschaltanlagen werden Spannungen zwischen 20kV und 40kV geschaltet. Schaltelemente wie Leistungsthyristoren sind dabei kontaktierend mit einer Stromschiene verbunden.

Derartige Stromschienen (auch Stromleitschiene genannt) werden aus einem guten elektrischen Leiter wie beispielsweise Aluminium oder Kupfer gefertigt. Aufgrund der beim Schalten fließenden hohen Ströme von beispielsweise 2.500 A werden an derartige Stromschienen hohe Anforderungen gestellt. So sollte sich beispielsweise auch im Lastfall die Stromschiene nicht in ihrer Form verändern und zudem soll das Schalten von hohen Strömen bei hohen Spannungen verlässlich realisierbar sein.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.

Gelöst wird die Aufgabe durch eine Stromschiene mit den Merkmalen des Hauptanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen.

Zudem wird die Aufgabe gelöst durch eine Mittelspannungsschaltanlage gemäß Anspruch 9 und ein Mittelspannungsnetz gemäß Anspruch 10.

Der Kern der Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, dass die Erwärmung der Stromschiene einer der begrenzenden Faktoren ist. So ist auf der einen Seite eine große Leiterquerschnittsfläche gefordert, um einen möglichst geringen Widerstand bereitzustellen, zum anderen führt aber das Erwärmen zu einem Erhöhen des Widerstandes.

Mithin hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass die Leiterquerschnittsfläche reduziert werden kann, wenn andererseits die beim Schalten entstehende Wärme ausreichend schnell abgeführt wird. Dies ist vor dem Hintergrund zu betrachten, dass die Dimensionen bestehender Stromschienen in Schaltanlagen vorgegebene sind und eine grundsätzlich andere Ausgestaltungen zumindest bei bestehenden Mittelspannungsschaltanlagen nicht möglich sind.

Mit den vorliegenden erfindungsgemäßen Stromschienen können bestehende Schaltanlagen nachgerüstet werden, ohne dass es einer baulichen Änderung bedarf.

Weiterhin ist es sehr vorteilhaft, dass vorliegende Stromschiene durch ein Stranggussverfahren hergestellt werden kann. Somit können qualitativ hochwertige Materialien bereitgestellt werden und ein Zerspanungsvorgang, mit welchem die Kühlrippen hergestellt werden, unterbleibt.

Zudem hat sich eine Anzahl von Kühlrippen zwischen 8 und 15 als optimal erwiesen. Dabei kann eine Kühlrippe eine Breite zwischen 0,5cm und 1,5cm aufweisen. Analoge Werte gelten für den Abstand zwischen zwei Kühlrippen.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

  • 1 eine schematische Darstellung einer Stromschiene mit Kühlrippen.

Eine aus Kupfer bestehende und mittels Strangguss hergestellte Stromschiene 101 weist eine Grundkante 102, eine ebene Grundfläche 103, Stege 107 und leiterfreie Bereiche 109 auf. Durch die Stege 107 werden die Kühlrippen 117 gebildet. Die für den Stromfluss und somit für den Widerstand der Stromschiene 101 maßgebliche Leiterquerschnittsfläche 121 wird durch die leiterfreien Bereiche 109 teilweise unterbrochen.

Durch die Einhüllende 104 weist die Stromschiene 101 eine D-Form auf. Diese Form ist für die Stromschiene 101 sehr geeignet, da dadurch Klemmverbindungen an den Seiten realisiert werden können. Die Stromschiene 101 erstreckt sich in Längsrichtung 119.

Vorliegende Stromschiene 101 wird in einer Mittelspannungsschaltanlage eingesetzt. An die Grundfläche 103 ist ein Leistungsthyristor angeordnet. Über diesen Leistungsthyristor (nicht dargestellt) wird die Stromschiene 101 beschaltet.

Vorliegend sei der Thyristor geschaltet und es liegt eine Spannung von 36kV an und es fließt ein Strom von 2.500A.

Aufgrund dessen, dass der Strom fließt, erwärmt sich die Stromschiene 101. Aufgrund der freiliegenden Kühlrippen 117 und den dazwischen befindlichen leiterfreien Bereichen 109 erfolgt ein Wärmeaustausch mit der Luft und die Stromschiene 101 erwärmt sich im Vergleich zu einem Vollmaterial weniger.

Dadurch, dass die Stromschiene 101 bei geringerer Temperatur betrieben werden kann, kann vorliegend die Leiterquerschnittsfläche 121 gegenüber einer Leiterquerschnittsfläche eines Vollmaterials geringer ausgestaltet werden. Somit kann bei gleicher Geometrie und weniger Materialeinsatz (Kupfer) eine funktionsfähige Stromschiene bereitgestellt werden.

Bezugszeichenliste

101
Stromschiene
102
Grundkante
103
Grundfläche
104
Einhüllende
105
Querschnittsfläche
107
Steg
109
Leiterfreie Bereiche
117
Kühlrippe
119
Längsausrichten
121
Leiterquerschnittsfläche