DE1640150A1

DE1640150A1 - Vorgefertige elektrische Schaltanlage

Info

Publication number: DE1640150A1
Application number: DE19661640150
Authority: DE
Inventors: Olashaw William Francis
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1965-04-12
Filing date: 1966-04-07
Publication date: 1970-05-27
Also published as: ES325257A1; GB1121446A; US3349291A

Description

4437-66/Kö/E . .

(Convention date: April 12, 1965)

General Electric Company Schenectady M.Y., V.St.A.

Vorgefertigte elektrische Schaltanlage

Die Erfindung betrifft elektrische Schaltanlagen, insbesondere Leistungsschaltanlagen mit einer oder mehreren metallverkleideten Zellen, deren jede in ihrem vorderen Teil elektrische Schalt- und Steuergeräte sowie eine Sammelschienenanordnung, die auf der Hinterseite der Geräte die dortigen Anschlußklemmen untereinander und mit den sonstigen Außenanschlußleitern verschaltet, enthält.

Die derzeit gebräuchlichen Schaltanlagen lassen sich in zwei allgemeine Klassen einteilen. Die erste Klasse umfaßt Schaltanlagen vom sogenannten Kommando- oder steuerxentralentyp ("control center" type) mit einer oder mehreren metallverkleideten Zellen, deren jede drei vertikal angeordnete, parallele Hauptnetz-'Sammelschienen sowie meh-

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rere an der Vorderseite der Zelle eingebaute elektrische Schalt- und Steuergeräte enthält, deren jedes mit einem Satz von drei Phasenklemmen an die entsprechenden Hauptnetz-Sammelschienen und mit drei Lastklemmen entweder auf der. Rückseite oder seitwärts an die abgehenden Netzleiter angeschlossen ist. Die zweite Klasse umfaßt Anlagen mit einer oder mehreren metallverkleideten Zellen, in deren jeder mehrere elektrische Schalt- und.Steuergeräte an der Vorderseite eingebaut und Sammelschienenanordnungen vorgesehen sind, welche die Phasen- und Lastklemmen der Geräte im hintere^n Teil der Zelle in verschiedenen Kombinationen untereinander sowie mit den ankommenden und abgehenden Leitern verschalten.

Schaltanlagen der ersten Klasse haben in ihrem hinteren Teil verhältnismäßig einfache, Sammelschienenanordnungen. Im wesentlichen bestehen diese Anordnung aus Einrichtungen zum Haltern dreier vertikaler Hauptnetz-Sammelschienen in jeder Zelle, wobei jedes der vorhandenen Schaltgeräte aus den drei Hauptnetz-Sämmelschiennn gespeist wird und mit Lastklemmen an die abgehenden Leiter angeschaltet ist. Anlagender zweiten Klasse haben dagegen sehr viel kompliziertere Sammelschienenanordnungen, weil in derartigen Anlagen, die Hauptnetzklemmen und die Lastklemmen der Schalt- und Steuergeräte in einer praktisch unbegrenzten Anzahl unterschiedlicher Kombinationen verschaltbar sein müssen.

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BAD ORIGfNAl

In vorbekannten Schaltanlagen der zweiten Klasse ist eine metallverkleidete Zelle vorgesehen, in deren vorderem Teil eine Anzahl von Schalt- und Steuergeräten angeordnet sind, wobei die erforderlichen Verschaltungen durch Sammelsehlenen hergestellt werden, die in spezieller Weise so ausgebildet sind, daß sie die jeweils gewünschten Verbindungen herstellen* Bei einer derartigen Konstruktion müssen die für eine gegebene Anlage erforderlichen speziellen Sammelschienen jeweils besonders konstruiert, zugebogen, gebohrt usw. werden. Jede einzelne Schaltanlage muß daher speziell auf Bestellung angefertigt werden. Dies erfordert einen erheblichen Aufwand an Zeit und Kosten. Da die erforderliche Sammelschienenanordnung von Anlage zu Anlage verschieden ist, muß man außerdem die elektrischen und mechanischen Eigenschaften wie Festigkeit, Kurzschlußwiderstand, Wärmeableitung usw.für jede einzelne Anlage individuell errechnen und bemessen. Dadurch erhöhen sich die Konstruktionskosten derartiger Anlagen erheblich; außerdem erhöhen sich die FehlermcElichkeit und die Wahrscheinlichkeit eines möglichen Versagens odor Ausfallens der Anlage.

Zv:e'ck der Erfindung ist es, eine elektrische Schaltanlage der genannten Art zu schaffen, die sich unter Verv.-endung weitgehend genormter, vorgefertigter Teile herstellen l«3t. ■ ' - ' ■

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BAD ORIGlNAt.

Die Anlage soll ohne weiteres voraussagbare elektrische und mechanische Eigenschaften unabhängig von weitgehenden Unterschieden in den herzustellenden Verschaltungen haben.

Ferner soll die Anlage mit einer stark verringerten Anzahl unterschiedlicher Teile auskommen.

Schließlich soll die Anlage eine große mechanische Festigkeit der die Verschaltungen herstellenden Sammelschienen-anordnung aufweisen.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Es zeigen: ..·...

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten elektrischen Schaltanlage;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der in der Ausfühuungsform der Erfindung nach Fig. J verwendeten Sammelsehienenanordnung;

Fig. 3 eine Seitenansicht eines Schaltanlagenabschnitts gemäß einer AuEführungsform der Erfindung, wobei die dem Betrachter zunächst befindliche Seite der Zelle entfernt ist; Fig. 4 eine Draufsicht der SchaItanlage nach Fig. J5;

Fig. 5 eine Seitenahsicht einer v/eiteren Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 6 eine Draufsicht der Schaltanlage nach Fig. 5.

Fig. .1 zeigt eine elektrische Schaltanlage mit zwei Zellen 10 und ICA.

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BAD

Pig. 2 zeigt die Sammelschienenanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, während weitere Einzelheiten dieser Anordnung in Pig. 3 und 4 gezeigt sind»

Pig. 3 veranschaulicht die Anwendung der Erfindung auf eine Schaltanlagenzelle⁷ 10 mit einem ersten Schaltgerät 13, beispielsweise einem Stromumformer, und einem zweiten Schaltgerät l4, beispielsweise einem Hauptleistungsschalter; die beiden Geräte sind an der vorderen Seite der Schaltzelle angeordnet. Der Stromumformer I3 hat an seiner Hinterseite einen Satz von drei Eingangskiemmen 15 und einen tfj Satz von drei Ausgangsklemmen l6. Der Hauptleistungsschäl-. ter 14 hat an seiner Hinterseite einen Satz von drei Eingangsklemmen 17 und einen Satz von drei Ausgangsklemmen 18.. Erfindungsgemäß sind ferner mehrere Gruppen oder Sätze von vertikalen Sammelschienen 19 und 20 vorgesehen. Jeder der Gruppen 19 und 20 besteht aus drei Paaren von Sammelschienen mit rechtwinkligem Profil, wie man besonders in Fig. 4 sieht. Außerdem ist im rückwärtigen Teil der Zelle 10 ein Satz von drei horizontal angeordneten Sammelschienen 21 ■ ' vorgesehen.

Erfindungsgemäß ist die erste Gruppe von vertikal angeordneten Sammelschienen 19 in einem vorbestimmten Abstand D von der Rückwand der Zelle angeordnet. Ebenso ist die zweite Gruppe von vertikalen Sammelschienen 20 in einem anderen vorbestimmten Abstand D, von der Rückwand der Zelle hinter der ersten Sammelschienengruppe angeordnet.

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Zum. Verbinden der Klemmen 16 und 17 der Geräte IjJ und l4 mit der ersten Sammelschienengruppe 19 dienen einer Anzahl von Zwischenbügeln 22, während die Klemmen l8 über andere solche Zwischenbügel 22A an die zweite Gruppe 20 von vertikalen Sammelschienen angeschlossen sind.

Im Betrieb der Anlage sind die ankommenden Metzleiter (nicht gezeigt) an die Klemmen I5 des Stromumformers 13 angeschlossen. Der Stromweg verläuft von den Klemmen 15 durch den Umformer 13 zu den Klemmen l6, von dort durch die Zwischenbügel 22 zu den vertikalen Sammelschienen 19 und zu· den Klemmen 17 des°Hauptleistungsschalters 14, sodann über dessen Ausgangsklemmen 18, die Zwischenbügel 22A und die vertikalen Sammelschienen 20 zu den horizontalen Sammelschienen 21, die durch geeignete Isoliereinrichtungen wie Abstandsisolatoren 2IA. (Fig. 4) starr in der Zelle 10 gehaltert sind.

Die vertikalen Sammelschienen 19 sind durch die Klemmen 16 und 17 sowie ferner durch eine querverlaufende Isqlierstütze 25 von allgemein U-förmigem Profil mechanisch gegeneinander abgestützt und verspannt. Die vertikalen Sammelschienen 20 sind durch ihre Verbindungen mit den horizontalen Sammelschienen 21 und den Zwischenbügeln 22A abgestützt sowie ferner durch eine querverlaufende Isolierstützt 25 von allgemein U-förmigem Profil gegen Querverschiebung verankert.

Da die vertikalen Sammelschienen der ersten Gruppe 19 sowie die vertikalen Sammelschienen 20 sich-jeweils in

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vorbestimmtem Abstand von der Rückwand der Zelle 10 befinden und da ihr gegenseitiger Abstand konstant gehalten ist, lassen sich die mechanischen und elektrischen Eigenschaften der Sammelschienenanordnung ohne weiteres vorausbestimmen.

In der Ausführungsform nach Fig. 5 und 6 sind drei Sätze oder Gruppen von vertikalen Sammelschienen 2ÖA, 2OB, und 2OC vorgesehen. Hier wird die Energie an den unteren linden der vertikalen Sammelschienen 2OB eingespeist, um über den Hauptleistungsschalter 14, die vertikalen Sammelschienen 2OA zum Stromumformer. IjS und von dessen Klemmen in die vertikalen Sammelschienen 2OC und von dort in die ;-,uvor erwähnten horizontalen Sammelschienen 21 zu fleißen. ■ Die Sammelschienen 2OA, 2OB, 2OC sind durch eine rsolierstutzt 2S von allgemein U-förmigem Profil mechanisch' untereinander verbunden und verspannt. "■'■"-.-

In diesen Aus führungs formen sind die Zwischenbügel 22¹, welche die Klemmen Io und lS mit-den vertikalen Sam-' melschienen 2OA verbinden, gleich ausgebildet wie fie Zwi- ^r sche'nbügel 22 in Pig. j5. Die Zwischenbügel 22A¹ in Fig. 5, v/elche die IQemmen I5 des Stromumformers I3 mit den vertikalen Sammelseliienen 2OC verbinden, sind ebenfalls gleich · ■ ausgebildet v.-ie die Ζν,-ischenbügel 22A in Fig. J>. Die Klemmen IT des' Hauptschalters I²J- sind mit' der zweiten"Gruppe von Sammelschienen 2OB über einen dritten Satz -von-Zwischenbügeln 22B verbunden.

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Wie man besonders in Fig. 2 sieht, haben die vertikalen Sammelschienen 19, 20 in der Ausführungsform nach Fig. 5 und die vertikalen Sammelschienen 2OA, 20B, 2OC in der Ausführungsform nach⁼Fig. 5 ein rechtwinkliges Profil. Jede dieser Sammelschienen besteht daher aus zwei Längsteilen, z.B. I9¹* 19" (Fig. 2), in deren jedem eine L^ngsreihe von gleich beabstandeten Löchern 50 eingestanzt ist.

~Das rechtwinklige Profil dieser Sammelschienen .in der erfindungsgemäßen Ausbildung der Sammelschienenanordnung bietet viele Vorteile. So erleichtert diese Schienenform die Herstellung von Verbindungen, indem man die Wahl hat zwischen zwei zueinander "rechtwinkligen Anschlußflächen. Auerdem wird es dadurch leichter, zwei Anschlüsse an eine gegebene Schiene im' gleichen vertikalen Niveau ohne gegenseitige Behinderung •herzustellen. . .

Ferner ergibt diese Schierienform eine bessere Wärmeableitung-, so daß die Anlage bei gleichen Abmessungen stärkere Ströme zu führen vermag. Dies gilt besonders dann, wenn so-lohe Schienen paarweise Rücken an Rücken zusammengefaßt sind wie im Falle der Schienenanordnungen 19 und 20 in Fig. 2 und ²K

Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, daß die erfindungsgemäßen Winke !schienen eine erheblich größere mechanische Festigkeit eowie einen erheblich größeren Widerstand gegen Verwerfungen infolge von durch hochamperige Ströme erzeugten Magnetkräften aufweisen, so daß man mit einfacheren oder weniger VerSpannungsmitteln auskommt.

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Die winkelförmige Sammelschiene ist außerdem kompakter, indem für eine gegebene Strombelastbarkeit kleinere ' Gesamtabmessungen erforderlich sind als im Falle einer herkömmlichen flachen Sammelschiene.

Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt der Erfindung besteht darin, daß die Winkelschienenausbildung eine Variierung der Größe und folglich der Belastbarkeit der vertikalen Sammelschienen ermöglicht, ohne daß man die ebene Lage der Anschlußflächen sowie die Lage der darin vorgesehenen Anschlußlöeher zu verändern braucht. So kann man, um die Belastbarkeit zu erhöhen, jeden Flansch oder Steg der rechtwinkligen Sammelschiene erweitern. Ebenso kann man die Dicke der Sammelschiene verändern, ohne daß die Lage der Anschlußfläche verändert wird.

Zusätzlich dazu, daß die Errechnung der mechanischen und elektrischen Eigenschaften erleichtert, der Zusammenbau der Anordnung sehr vereinfacht und die hierfür erforderliche Zeit verkürzt und ferner die Stabilität der Anordnung verbessert, wird, bietet die erfindungsgemäße Schaltanlagenkonstruktlon den weiteren sehr wesentlichen Vorteil einer großen Vielseitigkeit, indem sich ohne weiteres beliebige Verschaltungen von elektrischen Geräten herstellen lassen.

Dies wird am besten verständlich, wenn man sich folgendes vor Augen hält. Erstens benötigt man derartige Schaltanlagen, gewöhnlich, um zwei oder mehr von 15 verschie-

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denen Geräten wie Stromumformer, Hauptleistungsschalter., Zweigleistungsschalter verschiedener Größen sowie Umschalter und andere Schalter der verschiedensten Typen anzubringen. Ferner ist jedes dieser Geräte in Ausführungen von mindestens vier verschiedenen Nennleistungen vorgesehen. Diese verschiedenen Geräteausführungen haben nicht nur unterschiedliche Gesamtabmessungen sondern auch Eingangs- und Ausgangsklemmen an verschiedenen Stellen und in unterschiedlichen Abständen.

Die genannten Geräte müssen außerdem in ungefähr 50 verschiedenen Anordnungen verschaltet werden.

Für die vorbekannte Schaltanlagenkonstruktion mußten daher, um den genannten Erfordernissen zu genügen, ungefähr 90 000 verschiedene Teile wie Sammelschienenstücke, Verbindungsteile, Verspannungselemente usw. vorgesehen werden.'Die erfindungsgemäße Schaltanlagenausführung kommt dagegen mit nur etwa 4000 Teilen aus, was einer Verringerung um mehr als 90 % entspricht.

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Claims

Patentansprüche

f 1. Vorgefertigte elektrische Schaltanlage mit einer allgemein rechteckigen metallischen Zelle mit airgemein ebener Vorder- und Rückwand, zwei Seitenwänden sowie Dach- und Bodenwand und mit mehreren in der Zelle an deren Vorderwand montierten elektrischen Geräten, deren jedes an seiner Hintersei£fe innerhalb der Zelle einen Satz von drei"Eingangsklemmen ·

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sowie einen Satz von drei Ausgangsklemmen hat, g e k e η η - ■ζ ei c h η e t durch einen ersten Sfetz von.drei

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ν ertikal in der Zelle angeordneten elektrischen Sammelschienen, die im wesentlichen senkrecht zur Bodenwand im Raum zwischen den "elektrischen Geräten und der Rückwand in einer parallel zur Vorderwand verlaufenden Ebene angeordnet sind; einen zweiten Satz von drei in der Zelle angeordneten vertikalen Sammelschienen, ciie im wesentlichen senkrecht zur Bodenwand verlaufen und in einer zur Vorderwand im wesentlichen parallelen Ebene zwischen dem ersten Satz von vertikalen Sammelschienen und -der Rückwand angeordnet sind; drei erste Zwischenbügel aus leitendem Werkstoff, die jeweils einerseits an einer der Klemmen und andererseits an einer der vertikalen Sammelschienen des ersten Satzes befestigt sind, und drei zweite Zwischenbügel aus leitendem Werkstoff, die jeweils einerseits an einer der Kiemen und andererseits an einer der vertikalen Sammelschienen des zweiten Satzes befestigt sind, derart, da.? mindestens einer der Sätze von Geräteklemmen durch die Zv:ischenbügel mit jedem der beiden Sätze von vertikalen Sam-

melschienen verbunden ist. -

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2. Schaltanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet d u r' ch einen Satz von drei horizontal in der Zelle gehalterten Sammelschienen, die im wesentlichen senkrecht zu den Seitenwänden in einer im wesentlichen parallel zur Vorderwand verlaufenden Ebene angeordnet sind, und eine Verbindungsanordnung, welche die Sammelschienen mindestens eines der Sätze von vertikalen Sammelschienen mit den Sammelschienen des horizontalen Satzes entsprechend verbindet. -■:.-"
j5. Schaltanlage nach Anspruch 1 und 2, ge k e η η _r zeichnet durch einen dritten Satz von im Gehäuse angeordneten vertikalen Sammelschienen., die im we- .-sentlichen senkrecht zur Bodenwand verlaufen und in einer zur Vorderwand im wesentlichen parallelen Ebene zwischen dem zweiten Satz von vertikalen Sammelschienen und= der Rückwand angeordnet sind.
4. Schaltanlage nach Anspruch 3, da durch gekennze lehne t, daß jede der vertikalen .-Sara-" melschienen ein rechtwinkliges Profil hat, dessen -beide Längsschenkel im wesentlichen rechtwinklig aufeinander stehen., wobei der eine Längsschenkel im wesentlichen parallel zur Vorderwand verläuft.

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