DE102011004421A1

DE102011004421A1 - Kühlvorrichtung für eine elektrische Schaltanlage insbesondere der Mittel- oder Hochspannungstechnik

Info

Publication number: DE102011004421A1
Application number: DE102011004421A
Authority: DE
Inventors: Holger Fräde
Original assignee: Schneider Electric Sachsenwerk GmbH
Current assignee: Schneider Electric Sachsenwerk GmbH
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2011-02-18
Publication date: 2012-08-23
Also published as: DE202011110166U1; DE202011110166U8

Abstract

Es wird eine Kühlvorrichtung (10) für eine elektrische Schaltanlage insbesondere der Mittel- oder Host mit mindestens einem Bereich versehen ist, in dem eine erhöhte Temperatur vorhanden sein kann. Die Kühlvorrichtung (10) ist zur Kühlung dieses Bereichs vorgesehen. Die Kühlvorrichtung (10) weist mindestens ein Zuführrohr (19) für Luft oder ein Gas auf, mit dem die Luft oder das Gas zielgerichtet zu dem Bereich zuführbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für eine elektrische Schaltanlage insbesondere der Mittel- oder Hochspannungstechnik, wobei die Schaltanlage mit mindestens einem Bereich versehen ist, in dem eine erhöhte Temperatur vorhanden sein kann, und wobei die Kühlvorrichtung zur Kühlung dieses Bereichs vorgesehen ist. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine entsprechende elektrische Schaltanlage.
Beispielsweise bei einer luftisolierten Schaltanlage sind in einem Gehäuse ein oder mehrere elektrische Schalter untergebracht, die zur Unterbrechung eines hohen Stroms ausgebildet sind. Insbesondere im Bereich der Kontaktflächen der beiden Kontakte eines derartigen Schalters kann es im eingeschalteten Zustand des Schalters zu erhöhten Temperaturen kommen.. Ein derartiger Bereich mit einer gegebenenfalls vorhandenen erhöhten Temperaturen wird auch als „hot spot” bezeichnet.
Zur Kühlung einer elektrischen Schaltanlage ist es bekannt, beispielsweise im unteren Bereich des Gehäuses kalte Luft zuzuführen, die dann innerhalb des Gehäuses aufsteigt und im oberen Bereich das Gehäuse wieder verlässt. Während dieser Bewegung kann von der Luft diejenige Wärme aufgenommen werden, die innerhalb des Gehäuses der elektrischen Schaltanlage entsteht. Unter anderem können durch die Luft somit auch die vorgenannten „hot spots” gekühlt werden.
Auch wenn die Bewegung der Luft durch das Gehäuse der elektrischen Schaltanlage zumindest teilweise durch die natürliche Konvektion unterstützt wird, so ist der Aufwand für die Zuführung von ausreichend viel gekühlter Luft relativ hoch.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kühlvorrichtung zu schaffen, die einen geringeren Aufwand erfordert.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Kühlvorrichtung nach dem Anspruch 1 und durch eine elektrische Schaltanlage nach dem Anspruch 2.
Erfindungsgemäß weist die Kühlvorrichtung entweder mindestens ein Zuführrohr für Luft oder ein Gas auf, mit dem die Luft oder das Gas zielgerichtet zu dem Bereich zuführbar ist, oder mindestens einen Zuführkanal für eine Flüssigkeit, mit dem die Flüssigkeit zielgerichtet zu dem Bereich zuführbar ist.
Bei der Erfindung wird also die zur Kühlung vorgesehene Luft oder das Gas oder die Flüssigkeit zielgerichtet genau dorthin zugeführt, wo sich die „hot spots” befinden. Die „hot spots” werden also gezielt gekühlt. Damit ist es möglich, mit weniger Aufwand eine größere Kühlwirkung zu erreichen als beim Stand der Technik.
Ist als Kühlmedium Luft oder Gas vorgesehen, so ist es vorteilhaft, wenn das Zuführrohr einseitig offen und auf den Bereich mit der erhöhten Temperatur ausgerichtet ist. Damit kann die Luft oder das Gas zielgerichtet zu dem jeweiligen „hot spot” zugeführt werden.
Ist als Kühlmedium eine Flüssigkeit vorgesehen, so ist es vorteilhaft, wenn der Zuführkanal als Ausnehmung in einem Bauteil der Schaltanlage ausgebildet ist. Damit kann die Flüssigkeit durch die Ausnehmung hindurch zielgerichtet zu dem jeweiligen „hot spot” zugeführt werden.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Zuführrohr oder der Zuführkanal mit einer Versorgungseinrichtung verbunden, mit der die Luft oder das Gas oder die Flüssigkeit zuführbar ist. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die elektrische Energie für den Antrieb der Versorgungseinrichtung insbesondere über eine induktive Kopplung von der Schaltanlage abzweigbar ist.
Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Temperatur des Bereichs, in dem eine erhöhte Temperatur vorhanden sein kann, ermitteltbar, insbesondere messbar, und das Volumen der/des pro Zeiteinheit durch das Zuführrohr oder durch den Zuführkanal hindurch gepumpten Luft oder Gases oder Flüssigkeit ist in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur steuerbar und/oder regelbar.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
1 zeigt eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung, und 2 zeigt eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung.
In der 1 ist eine Kühlvorrichtung 10 dargestellt, die zur Verwendung bei luft- oder gasisolierten elektrischen Schaltanlagen insbesondere der Mittel- oder Hochspannungstechnik eingesetzt werden kann.
Beispielsweise bei einer luftisolierten Schaltanlage sind in einem Gehäuse ein oder mehrere elektrische Schalter untergebracht, die zur Unterbrechung eines hohen Stroms ausgebildet sind. In der 1 ist beispielhaft ein Trennschalter 11 in schematischer Weise dargestellt. Dieser Trennschalter 11 ist aus einem Festkontakt 12 und einem beweglichen Kontakt 13 aufgebaut. Der Festkontakt 12 weist einen Leiter 14 mit einer beispielsweise etwa halbkugelförmigen Kontaktfläche 15 auf und der bewegliche Kontakt 13 weist einen Leiter 16 mit einer etwa U-förmigen Kontaktfläche 17 auf. Die U-förmige Kontaktfläche 17 ist dabei in ihren Abmessungen an die halbkugelförmige Kontaktfläche 15 angepasst. Der bewegliche Kontakt 13 ist in Richtung des Pfeils 18 hin- und her bewegbar.
Im eingeschalteten Zustand des Trennschalters 11, der in der 1 dargestellt ist, ist die U-förmige Kontaktfläche 17 des beweglichen Kontakts 13 über die halbkugelförmige Kontaktfläche 15 des Festkontakts 12 hinweg geschoben, so dass sich die beiden Bauteile berühren. In diesem Zustand können insbesondere in Berührungsbereichen der beiden Kontaktflächen 15, 17 erhöhte Temperaturen entstehen. Dies kann sich unter anderem daraus ergeben, dass in diesen Berührungsbereichen erhöhte ohmsche Übergangswiderstände vorhanden sind, so dass der fließende Strom zu der erhöhten Temperatur führt. Ein derartiger Bereich mit einer erhöhten Temperatur wird auch als „hot spot” bezeichnet.
Bei der Kühlvorrichtung 10 der 1 ist oder sind dem Trennschalter 11 ein oder mehrere Zuführrohre 19 zugeordnet. In der 1 sind beispielhaft zwei derartige Zuführrohre 19 dargestellt.
Bei diesen Zuführrohren 19 handelt es sich um rohrförmige Leitungen, die aus einem elektrisch nicht-leitenden und hitzebeständigen Material hergestellt sein können, beispielsweise aus einem Kunststoff. Die Zuführrohre 19 können biegbar oder flexibel ausgebildet sein, beispielsweise mit Hilfe von eingearbeiteten Sicken oder dergleichen. Die Zuführrohre 19 sind in nicht-dargestellter Weise innerhalb der elektrischen Schaltanlage befestigt.
Die Zuführrohre 19 sind jeweils mit einem offenen Ende versehen. Das andere Ende der Zuführrohre 19 ist mit einer nicht-dargestellten Versorgungseinrichtung verbunden, von der Luft in die Zuführrohre 19 eingebracht, insbesondere hinein gepumpt werden kann. Die Zuführrohre 19 können an ihrem offenen Ende mit einer Düse oder dergleichen versehen sein, mit der die aus dem offenen Ende austretende Luft in eine erwünschte Richtung ausgerichtet werden kann.
Jedes der Zuführrohre 19 ist auf ein bestimmtes Ziel ausgerichtet. Bei diesen Zielen handelt es sich im Wesentlichen um diejenigen Berührungsbereiche des Trennschalters 11, die im eingeschalteten Zustand eine erhöhte Temperatur aufweisen können. Die Zuführrohre 19 sind also auf die „hot spots” ausgerichtet. Dies ist in der 1 durch die Pfeile 20 dargestellt.
Im Betrieb wird Luft durch die Zuführrohre 19 hindurch gepumpt. Die Luft tritt an den offenen Enden der Zuführrohre 19 aus und gelangt dann zu den jeweils zugehörigen „hot spots” der Schaltanlage. Die „hot spots” werden damit im Betrieb der Schaltanlage mittels der zugeführten Luft gekühlt.
Die Anzahl der Zuführrohre 19, deren jeweiliger Durchmesser und/oder das Volumen der pro Zeiteinheit durch die jeweiligen Zuführrohre 19 hindurch gepumpten Luft kann in Abhängigkeit von dem jeweils zugehörigen Ziel der einzelnen Zuführrohre 19 bestimmt und gegebenenfalls entsprechend eingestellt werden.
Gegebenenfalls kann die Temperatur an einem oder an mehreren der „hot spot/s” mit Hilfe von Sensoren gemessen werden. Beispielsweise kann ein Sensor an einem der Leiter 14, 16 angeordnet sein. In diesem Fall kann das Volumen der pro Zeiteinheit durch die jeweiligen Zuführrohre 19 hindurch gepumpten Luft in Abhängigkeit von der/den gemessenen/en Temperatur/en gesteuert und/oder geregelt werden.
Mit Hilfe der Zuführrohre 19 werden somit die „hot spots” des Trennschalters 11 gezielt gekühlt.
Die Versorgungseinrichtung, an die die Zuführrohre 19 angeschlossen sind, kann außerhalb der elektrischen Schaltanlage angeordnet sein. Gegebenenfalls kann die Versorgungseinrichtung mit einem Kühler oder dergleichen versehen sein, mit der die für die Kühlung vorgesehene und von der Versorgungseinrichtung angesaugte Luft abgekühlt werden kann.
Bei einer luftisolierten Schaltanlage kann die für die Kühlung vorgesehene Luft von der Versorgungseinrichtung außerhalb der Schaltanlage angesaugt werden. Gegebenenfalls kann Luft aus einem Bereich angesaugt werden, der sich außerhalb des Gebäudes befindet, in dem die elektrische Schaltanlage untergebracht ist. In diesem Fall kann gegebenenfalls auf den erwähnten Kühler verzichtet werden.
Die vorstehend erläuterte Kühlvorrichtung 10 kann in entsprechender Weise auch bei einer gasisolierten Schaltanlage zum Einsatz kommen. In diesem Fall ist das Gehäuse der elektrischen Schaltanlage gasdicht verschlossen und mit einem Isoliergas befüllt. Das für die Kühlung vorgesehene Isoliergas muss dann von der Versorgungseinrichtung innerhalb des Gehäuses angesaugt werden. Die Versorgungseinrichtung mit dem gegebenenfalls vorhandenen Kühler kann zu diesem Zweck gegebenenfalls innerhalb des Gehäuses der elektrischen Schaltanlage untergebracht sein. In diesem Fall kann die elektrische Energie für den Antrieb der Versorgungseinrichtung und gegebenenfalls auch für den Kühler über eine induktive Kopplung von einem der beiden Leiter 14, 16 abgezweigt werden.
In der 2 ist eine Kühlvorrichtung 30 dargestellt, die zur Verwendung bei luft- oder gasisolierten elektrischen Schaltanlagen insbesondere der Mittel- oder Hochspannungstechnik eingesetzt werden kann.
In der 2 ist ein Trennschalter 31 vorhanden, der in gleicher Weise aufgebaut ist wie der Trennschalter 11 der 1. Die Merkmale des Trennschalters 31 der 2 sind deshalb mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet wie bei dem Trennschalter 11 der 1. Weiterhin wird im Hinblick auf die Merkmale und die Funktionsweise des Trennschalters 31 der 2 auf die Erläuterungen zu dem Trennschalter 11 der 1 verwiesen.
Wie in der 2 schematisch dargestellt ist, sind der Festkontakt 12 und der bewegliche Kontakt 13 zumindest teilweise mit Ausnehmungen versehen, denen eine Flüssigkeit zuführbar ist. Es versteht sich, dass auch nur entweder der Festkontakt 12 oder der bewegliche Kontakt 13 mit derartigen Ausnehmungen versehen sein kann.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel der 2 ist derjenige Bereich des Festkontakts 12, der die halbkugelförmige Kontaktfläche 15 bildet, mit einem schleifenförmigen Zuführkanal 33 versehen, dem über nicht-dargestellte Verbindungsrohre 34 die Flüssigkeit zugeführt bzw. abgeführt werden kann. Die Bewegungsrichtung der Flüssigkeit ist in der 2 mit einem Pfeil 35 gekennzeichnet.
In entsprechender Weise ist in der 2 derjenige Bereich des beweglichen Kontakts 13, der den Leiter 16 bildet, mit einem schleifenförmigen Zuführkanal 37 versehen, dem ebenfalls über nicht-dargestellte Verbindungsrohre 38 die Flüssigkeit zugeführt bzw. abgeführt werden kann. Die Bewegungsrichtung der Flüssigkeit ist in der 2 mit einem Pfeil 39 gekennzeichnet.
Die Zuführkanäle 33, 37 sind über die Verbindungsrohre 34, 38 mit einer Versorgungseinrichtung 41 verbunden, von der die Flüssigkeit in die Zuführkanäle 33, 37 eingebracht, insbesondere hinein gepumpt werden kann. Die Zuführkanäle 33, 37 und die Verbindungsrohre 34, 38 bilden einzelne Kühlkreisläufe für die Flüssigkeit.
Jeder der Zuführkanäle 33, 37 ist einem bestimmten Ziel zugeordnet. Bei diesen Zielen handelt es sich im Wesentlichen um diejenigen Berührungsbereiche des Trennschalters 31, die im eingeschalteten Zustand eine erhöhte Temperatur aufweisen können. Die Zuführkanäle 33, 37 sind also den „hot spots” zugeordnet.
Im Betrieb wird die Flüssigkeit durch die Zuführkanäle 33, 37 hindurch gepumpt. Die Flüssigkeit durchströmt die schleifenarteigen Zuführkanäle 33, 37 und gelangt auf diese Weise zu den jeweils zugehörigen „hot spots” der Schaltanlage. Die „hot spots” werden damit im Betrieb der Schaltanlage mittels der zugeführten Flüssigkeit gekühlt.
Die Anzahl der Zuführkanäle 33, 37, deren jeweiliger Durchmesser und/oder das Volumen der pro Zeiteinheit durch die jeweiligen Zuführkanäle 33, 37 hindurch gepumpten Flüssigkeit kann in Abhängigkeit von dem jeweils zugehörigen Ziel der einzelnen Zuführkanäle 33, 37 bestimmt und gegebenenfalls entsprechend eingestellt werden.
Gegebenenfalls kann die Temperatur an einem oder an mehreren der „hot spot/s” mit Hilfe von Sensoren gemessen werden. Beispielsweise kann ein Sensor an einem der Leiter 14, 16 angeordnet sein. In diesem Fall kann das Volumen der pro Zeiteinheit durch die jeweiligen Zuführkanäle 33, 37 hindurch gepumpten Flüssigkeit in Abhängigkeit von der/den gemessenen/en Temperatur/en gesteuert und/oder geregelt werden.
Mit Hilfe der Zuführkanäle 33, 37 werden somit die „hot spots” des Trennschalters 31 gezielt gekühlt.
Die Versorgungseinrichtung 41, an die die Zuführkanäle 33, 37 über die Verbindungsrohre 34, 38 angeschlossen sind, kann außerhalb der elektrischen Schaltanlage angeordnet sein. Gegebenenfalls kann die Versorgungseinrichtung 41 mit einem Kühler oder dergleichen versehen sein, mit der die für die Kühlung vorgesehene und von der Versorgungseinrichtung angesaugte Flüssigkeit gekühlt werden kann. Als Flüssigkeit kann jedes flüssige Medium verwendet werden, das möglichst viel Wärme pro Volumeneinheit aufnehmen kann.
Die Versorgungseinrichtung 41 mit dem gegebenenfalls vorhandenen Kühler kann gegebenenfalls auch innerhalb des Gehäuses der elektrischen Schaltanlage untergebracht sein. In diesem Fall kann die elektrische Energie für den Antrieb der Versorgungseinrichtung 41 und gegebenenfalls auch für den Kühler über eine induktive Kopplung von einem der beiden Leiter 14, 16 abgezweigt werden.

Claims

Kühlvorrichtung (10, 30) für eine elektrische Schaltanlage insbesondere der Mittel- oder Hochspannungstechnik, wobei die Schaltanlage mit mindestens einem Bereich versehen ist, in dem eine erhöhte Temperatur vorhanden sein kann, und wobei die Kühlvorrichtung (10, 30) zur Kühlung dieses Bereichs vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (10, 30) entweder mindestens ein Zuführrohr (19) für Luft oder ein Gas aufweist, mit dem die Luft oder das Gas zielgerichtet zu dem Bereich zuführbar ist, oder mindestens einen Zuführkanal (34, 38) für eine Flüssigkeit, mit dem die Flüssigkeit zielgerichtet zu dem Bereich zuführbar ist.
Elektrische Schaltanlage insbesondere der Mittel- oder Hochspannungstechnik, mit mindestens einem Bereich, in dem eine erhöhte Temperatur vorhanden sein kann, und mit einer Kühlvorrichtung (10, 30) zur Kühlung dieses Bereichs, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (10, 30) entweder mindestens ein Zuführrohr (19) für Luft oder ein Gas aufweist, mit dem die Luft oder das Gas zielgerichtet zu dem Bereich zuführbar ist, oder mindestens einen Zuführkanal (34, 38) für eine Flüssigkeit, mit dem die Flüssigkeit zielgerichtet zu dem Bereich zuführbar ist.
Kühlvorrichtung (10) oder Schaltanlage nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Zuführrohr (19) einseitig offen und auf den Bereich mit der erhöhten Temperatur ausgerichtet ist.
Kühlvorrichtung (10) oder Schaltanlage nach Anspruch 3, wobei das offene Ende des Zuführrohrs (19) mit einer Düse versehen ist.
Kühlvorrichtung (10) oder Schaltanlage nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Zuführrohr (19) flexibel ausgebildet und innerhalb der Schaltanlage befestigt ist.
Kühlvorrichtung (30) oder Schaltanlage nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Zuführkanal (33, 37) als Ausnehmung in einem Bauteil der Schaltanlage ausgebildet ist.
Kühlvorrichtung (30) oder Schaltanlage nach Anspruch 6, wobei die Schaltanlage einen Trennschalter (31) aufweist, und wobei der Zuführkanal (33, 37) innerhalb eines Leiters (16) des Trennschalters (31) und/oder innerhalb eines eine Kontaktfläche (15) bildenden Bereichs des Trennschalters (31) vorhanden ist.
Kühlvorrichtung (10, 30) oder Schaltanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Zuführrohr (19) oder der Zuführkanal (33, 37) mit einer Versorgungseinrichtung (41) verbunden ist, mit der die Luft oder das Gas oder die Flüssigkeit zuführbar ist.
Kühlvorrichtung (10, 30) oder Schaltanlage nach Anspruch 8, wobei der Versorgungseinrichtung (41) ein Kühler zugeordnet ist.
Kühlvorrichtung (10, 30) oder Schaltanlage nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Versorgungseinrichtung (41) innerhalb eines Gehäuses der Schaltanlage angeordnet ist.
Kühlvorrichtung (10, 30) oder Schaltanlage nach Anspruch 10, wobei die elektrische Energie für den Antrieb der Versorgungseinrichtung (41) insbesondere über eine induktive Kopplung von der Schaltanlage abzweigbar ist.
Kühlvorrichtung (10, 30) oder Schaltanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Temperatur des Bereichs, in dem eine erhöhte Temperatur vorhanden sein kann, ermitteltbar ist, insbesondere messbar ist, und wobei das Volumen der/des pro Zeiteinheit durch das Zuführrohr (19) oder durch den Zuführkanal (33, 37) hindurch gepumpten Luft oder Gases oder Flüssigkeit in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur steuerbar und/oder regelbar ist.