DE1640248A1

DE1640248A1 - Elektrischer Sammelschienenkanal

Info

Publication number: DE1640248A1
Application number: DE19671640248
Authority: DE
Inventors: Harton Lynn Macon
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1966-08-05
Filing date: 1967-08-04
Publication date: 1970-12-03
Also published as: US3360602A; GB1199442A

Description

Docket 41D-442 - Harten
Filing date: 5.8.66

General Electric Company, Schenectady, N.Y., USA

Elektrischer SammeIschienenkanal

Die Erfindung betrifft elektrische SammeIschienenkanale, insbesondere einen Sammelschienenkanal, bei dem eine Anzahl von Sammel- oder Leiterschienen Seite an Seite und isoliert voneinander in einem das Leiterschienenpaket dicht umhüllenden Metallgehäuse angeordnet sind.

In einer gleichzeitig eingereichten Anmeldung (AZ )

der Anmelderin ist ein elektrischer Sammelschienenkanal gezeigt und beschrieben, bei dem eine Anzahl von verhältnismäßig breiten, dünnen Flachleiterschienen mit jeweils einem verhältnismäßig dünnen Isolierbelag Seite an Seite in unmittelbarer Berührung miteinander innerhalb eines das Leiterschienenpaket dicht umhüllenden Metallgehäuses angeordnet sind. Die beiden Seitenwandungen des Gehäuses sind durch eine neuartige Spannplattenanordnung in Richtung der möglichen Ausweitung infolge von Kurzschlußkräften verstärkt und verspannt, so daß die Anordnung Kurzschlußströmen besser widerstehen kann und das Erfordernis, die Leiterschienen

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innerhalb des Gehäuses getrennt zu einem Paket zusammenzubinden, entfällt.

Während diese Anordnung starken Kurzschlußströmen standzuhalten vermag, wurde gefunden, daß bei Erreichen einer bestimmten, extrem großen Stromstärke die dabei erzeugten magnetischen Kräfte die Seitenwände des Gehäuses etwas auseinanderdrücken, so daß eine bleibende Ausbiegung der Gehäusewände entsteht.

Ferner sind, um den thermischen Kontakt zwischen dem Gehäuse und den Leiterschienen zu verbessern, die Gehäuseseitenwandteile vor dem Zusammenbau der Anordnung etwas vorgebogen. Daraus ergeben sich beim Zusammenbau des Gehäuses gewisse Schwierigkeiten, da die Spannplatten rechtwinklig zur Ebene der Seitenflächen des Leiterschienenpakets angeordnet sind, wählend die Seitenwandteile auf Grund ihrer vorgebogenen Ausbildung an den Stellen, wo sie mit ihren rippenfö'rmigen Ausbiegungen die Spannplatten aufnehmen, in einem Winkel zu dieser Ebene verlaufen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Sammelschienenkanal der genannten Art zu schaffen, der starken Kurzschlußströmen ohne permanente Verbiegung oder Verwerfung des umschließenden Gehäuses oder anderer Teile standzuhalten vermag.

Dabei soll das Gehäuse so ausgebildet sein, daß die Leiterschienen bei Kurzschlußstrom etwas auseinandergehen können, so daß der Blindwiderstand der Anordnung sich erhöht und .dadurch eine gewisse "Strombegrenzung" des Kurzschlußstromes erfolgt.

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Gemäß einer Ausfuhrungsform der Erfindung ist ein elektrischer Sammelschienenkanal vorgesehen, bei dem eine Anzahl von elektrischen Leiterschienen isoliert voneinander Seite an Seite angeordnet sind und in diesem Zustand durch ein Metallgehäuse festgehalten werden. Das Metallgehäuse hat eine obere und eine untere "Spannplatte", welche die beiden Seitenwandteile untereinander verbinden. Die beiden Spannplatten haben jeweils einen versetzten oder ausgebocenen Mittelteil, der eine elastische Dehnung ermöglicht, so daß die Seitenwandteile des Gehäuses sich durch elastische Deformation dieser Mittelteile der Spannplatten etwas auseinanderbewegen können. In dem Maße, wie die beiden Seitenwandteile auseinandergehen, erhöht sich der Blindwiderstand der Anordnung, wodurch der Kurzschlußstrom, der die Anordnung durchfließen kann, begrenzt wird. Nach Verschwinden des Kurzschlusses werden auf Grund der Elastizität der ausgebogenen Mittelteile der Spannplatten die Seitenwandteile in ihre ursprüngliche Lage, in der sie sich in innigem thermischen Kontakt mit den Seitenflächen des Leiterschienenpaketes befinden, zurückgezogen.

In Weiterbildung der Erfindung haben die Seitenwandteile rippenförmige Ausbiegungen mit U-Profil und sind die Spannplatten an ihren äußeren Rändern In einem Winkel abgebogen, der dem Winkel der Ü-Profilrippen der Seitenwandteile angepaßt ist, so daß beim Zusammenbau der Anordnung die Spannplatten mit ihren Rändern leichter in die durch die U-Profilrippen gebildeten Ausbiegungen eintreten können. Nach dem Zusammenbau werden die beiden Seiten-

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wandteile in gerader, ebener Lage gehalten, indem sie fest gegen die ebenen Seitenflächen der äußeren Leiterschienen gespannt werden, so daß die Ränder der Spannplatten und die U-Profilrippen der Seitenwandteile beide im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Seitenflächen des Leiterschienenpaketes gehalten werden.

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

•Fig. 1 in perspektivischer Darstellung einen Sammeischienenkanal gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt, der die Teile in demjenigen Zustand und derjenigen Lage zeigt, die sie unmittelbar vor dem endgültigen Zusammenbau einnehmen;

Fig. 5 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung, in der die Teile während des Zusammenbaus gezeigt und die Dach- und Bodenplattenteile im auseinandergezogenen Zustand dargestellt sind;

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 1;

Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Schnittdarstellung eines Sammelschienenkanalabschnitts bekannter Ausbildung nach Auftreten eines Kurzschlußstromes, der die Fähigkeit des Gehäusematerials, ohne permanente Deformation zu widerstehen, über- . steigt;

Fig. 6 ein Diagramm, das Kurzschlußstromwerte für eine Anordnung mit in ihrem Abstand unveränderlichen Leiterschienen einer-

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seits und unter den gleichen Testbedingungen für die erfindungsgemäße Anordnung andererseits wiedergibt;

Fig. 7 und 8 eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Seitenwandteile nicht anfänglich vorgebogen sind; und

Fig. 9 und 10 eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die einen leichten Zusammenbau ermöglicht, obwohl die Seltenwandteile anfänglich vorgebogen sind.

Der in Fig. 1 gezeigte Sammelschienenkanalabschnitt 10 enthält eine Anzahl von verhältnismäßig breiten, dünnen Flachleiterschienen HA, HB, HC und HN. Jede der Leiterschienen HA, HB, HC und HN ist mit einem verhältnismäßig dünnen Belag aus Isoliermaterial überzogen. (Dieser Isolierbelag ist in den Zeichnungen nicht eigens gezeigt.)

Die Leiterschienen HA, HB, HC und HN werden von einem langgestreckten Gehäuse aufgenommen, das aus verhältnismäßig dünnem Metallblech besteht und zwei Seitenwandteile 12 und 13 hat. Die Seitenwandteile 12 und IJ> haben nach rückwärts vorstehende Ausbiegungen 12A, 12B, I3A, I3B sowie Ansätze 12C, 12D und 13c, I5D, die in nach außen stehenden Flanschen 12C', 12D^f, ¹ und IjJD¹ enden, wie besonders in Fig. 2 gezeigt.

Die Seitenwandteile 12 und 13 sind durch eine Dachplatte und eine Bodenplatte 14 und 15, die beispielsweise durch Verschweißen an den Flanschen 12C¹, 13C¹ bzw. 12D¹, 13D¹ befestigt sind, untereinander verbunden. An ihren Ausbiegungen 12A, 13A

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und 12B, I3B sind die Seitenwandteile 12 und lj5 durch Spannplatten

16 bzw. 17 verbunden. Erfindungsgemäß sind die Spannplatten 16 und 17 in ihrem Mittelteil deformiert oder leicht abgewinkelt.

Anhand der Figuren 2 und 3 soll jetzt das Verfahren des Zusammenbaus der Anordnung beschrieben werden.

Die Seitenwandteile 12 und I3 sind, wie in Fig. 2 gezeigt, im unmontierten Zustand etwas vom Leiterschienenpaket weggebogen, so daß sie in der Mitte dichter beieinander sind als an ihren äußeren Rändern.

Beim Zusammenbau werden die Seitenwandteile gegen die Außenseiten des Leiterschienenpakets angestellt und, wie in Fig. 3 angedeutet, mit einer Kraft beaufschlagt, so daß sie gegen die Seitenflächen der beiden äußeren Leiterschienen gedrückt werden. Dadurch werden die Ränder der Spannplatten 16 und

17 in die im Schnitt U-förmigen Ausbiegungen der Seitenwandteile 12 und 15 eingeschoben, wo sie dann an den Seitenwandteilen z.B. durch Verschweißen befestigt werden.

Wegen der anfänglichen Verbiegung oder Abknickung der Seitenwandteile stehen diese im fertig montierten Zustand (Fig. 4), obwohl sie dann in ausgeflachter Lage gehalten werden, unter einer inneren Vorspannung, auf Grund deren sie in ihrem mittleren Teil fest gegen die äußeren Leiterschienen gedrückt werden, so daß sich eine gute Wärmeübertragung und eine "Vorspannkraft" ergibt, durch welche die Widerstandsfähigkeit der Anordnung unter Kurzschluß erhöht wird.

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Wie in Fig. 4 gezeigt, bleiben im zusammengebauten Zustand die Spannplatten 16 und 17 in ihrer Mitte etwas ausgebogen. Dadurch ergibt sich eine Elastizität, derzufolge sich die beiden Seitenwandteile 12 und 13 etwas auseinanderbewegen können, wenn starke Kurzschlußströme auftreten. Dadurch können sich wiederum die Leiters chi enen HA, 11B usw. etwas auseinanderbewegen, so dais der Blindwiderstand der Anordnung sich erheblich erhöht und der Kurzschluiistrom entsprechend begrenzt wird.

Das Diagramm nach Fig. 6 gibt die momentanen Kurzschluß-Spltzenstromwerte in Abhängigkeit von den verschiedenen "verfügbaren" KurzschlufH-Stromwerten wieder. (Der "verfügbare" Kurzschlußstrom hängt in seinem Wert von der Größe und Beschaffenheit der jeweiligen Energiequelle ab.) Es entspricht also ein bestimmter Punkt des Diagramms einem bestimmten Wert, welcher der zu erwartende Höchstwert ist, auf den der eine gegebene Testapparatur durohi'lieiende KurzschluSstrom ansteigt, wenn diese Apparatur an eine Energiequelle angeschaltet ist, die in der Lage ist, die effektive KurzschluSstromstärke bei vollständigem Kurzschluß, d.h. wenn die .-Ausgangsklemmen der Stromquelle direkt kurzgeschlossen sind, ^u liefern. Die Kurve A gibt diese momentanen Kurzsehlui-Spitzenstrcmwerte für den Fall wieder, daß die getestete Apparatur ein Saramelschienenkanal der hier gezeigten Art ist, bei dem jedoch die Leiterschienen während des Kurzschlußtestes sich nicht auseinanderbewegen können. Diese Kurve beruht auf Berechnungen, und die experimentell doppelt geprüften bzw.

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ermittelten Werte weichen von den Werten der berechneten Kurve nicht wesentlich ab.· ■'."■■

Wie man sieht, steigt der Kurzschluß-Spitzenstrom bei einer derartigen Anordnung weitgehend linear mit dem "verfügbaren" ■ Kurzschlußstrom an. -

Die Kurve B gibt die momentanen Kurzschluß-Spitzenstromwerte wieder, die durch Testen einer erfindungsgemäßen Sammelschienenkanalkonstruktion erhalten wurden. Man sieht, daß die Kurzschluß-Spitzenstromwerte in diesem Falle mit dem "verfügbaren" Kurzschlußstrom nicht so stark ansteigen. Und zwar sind für hohe Werte des verfügbaren Kurzschlußstromes die bei den Tests gemessenen Spitzenstromwerte erheblich niedriger, als es normalerweise zu erwarten wäre. Es wird angenommen, daß dies dem Umstand zuzuschreiben ist, daß die Leiterschienen sich etwas auseinanderbewegen können, wenn die bei derartigen Stromwerteri auftretenden magnetischen Kräfte stark genug werden. Dadurch wird der Blindwiderstand des Systems entsprechend dem bekannten Gesetz erhöht, wonach der Blindwiderstand zwischen parallelen Leitern dem Abstand zwischen den Leitern gemäß der Formel:

X₁. β K log„ D
^L ^¹ k

wobei D der mittlere geometrische Abstand zwischen den Leitern einer gegebenen Ausbildung ist, direkt proportional ist.

Zu beachten ist, daß der anfängliche Abstand der Leiter erfindungsgemäß absichtlich äußerst klein gehalten wird, damit

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der Blindwiderstand normalerweise einen Minimalwert hat. So beträgt bei der gezeigten Ausführungsform der Abstand zwischen den benachbarten Leiterschienen normalerweise nur ungefähr 0,127 cm (0,050 Zoll). Der Gesamtabstand zwischen den Phasenschienen HA und HB sowie HB und HC beträgt mithin ungefähr 0,254 cm (0,100 Zoll). (Die Schiene HN ist gewöhnlich eine Neutral- oder Nullschiene und führt keinen nennenswerten Strom.)

Man sieht also, daß bei dieser Anordnung der den Blindwiderstand beeinflussende Gesamtabstand durch Ausweitung der Gehäuseseitenwände um nur ungefähr 0,254 cm (0,100 Zoll) verdoppelt werden kann.

Wie in Fig. 5 angedeutet, verursachen bei vorbekannten Sammelschienenkanalkonstruktionen übermäßige Kurzschlußströme Verbiegungen und Verwerfungen, und zwar besonders bei den U-förmigen Ausbiegungen 12A, 12B, 13A und I3B. Wenn man dagegen die erfindungsgemäße Konstruktion den gleichen Testbedingungen· aussetzt, findet man keine Anzeichen einer solchen permanenten Verbiegung oder Verwerfung.

Die Elastizität in den Spannplatten l6, 1? kann erheblich variiert werden, indem man den Grad der Versetzung oder Abwinkelung, den Biegungsradius, die Blechstärke usw.' verändert. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, wie in Fig. 4 gezeigt, die Abwinkelung oder Ausbiegung nur gering. Ein Teil 4er durch Kurzschlußströme erzeugten Kräfte wird dazu benutzt, die Spannplatten 16 und 17 zu strecken oder auszuflachen*

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woraufhin die Seitenwandteile nicht weiter auseinandergehen können. Der Kurzschlußstrom ist jedoch dann infolge des Auseinandergehens der Leiterschienen HA usw. etwas verringert, so daß er keine permanente Deformation des Gehäuses mehr hervorrufen kann. Gewünsentenfalls kann jedoch die Elastizität der Spannplatten 16 und 17 auch so groß gemacht werden, daß die· Elastizitätsgrenze bei einem derartigen Kurzschlußstrom nicht erreicht wird.

Abgesehen davon, daß die in Fig. 2 gezeigte Formgebung der Spannplatten 16 und 17 die in Fig. 4- veranschaulichte, in der Mitte ausgebogene Anordnung ergibt, ist diese Formgebung auch beim Zusammenbau der Anordnung nützlich.

Und zwar bilden die Randteile der Spannplatten 16 und 17 mit der Ebene der Seitenflächen der Leiterschienen HA usw. einen Winkel, der etwas kleiner ist als 9°°· Dieser Winkel entspricht dem Winkel, den die Ausbiegungen l^A usw. der Seitenwandteile 12 und 13 in ihrem U-Profil mit der genannten Ebene bilden. Beim Zusammenbau werden daher, wenn die Seltenwandteile 12 und 1> durch die auf sie ausgeübte Kraft (Fig. J>) ausgeflacht werden, die Randteile der Spannplatten 16 und 17 ohne weiteres in die U-förmigen Ausbiegungen 1^A usw. eingeschoben, was den Zusammenbau der Anordnung sehr erleichtert. Beim Ausflachen der Seitenwandteile 12 und 13 durch die auf sie ausgeübte Kraft werden die Randteile der Spannplatten etwas abgebogen, so daß sie genau im Winkel von 90° zur Ebene der Seitenflächen des Leiterschienenpakets stehen.

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Im Rahmen der Erfindung kann gewünsGhtenfalls entweder die den Kurzschlußstrom begrenzende Maßnahme oder die den Zusammenbau erleichternde Maßnahme auch allein getroffen werden. So

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zeigen Fig. 7 und 8 eine Ausführungsform mit abgewandelter Ausbildung der Spannplatten l6', 17', die für Seitenwandteile 12^f, 13' geeignet ist, die ursprünglich eben, also nicht vorgebogen sind. Man sieht, daß In der fertig zusammengebauten Anordnung (Fig. 6) die Spannplatten 16', 17* immer noch in der Mitte etwas ausgebogen sind, so daß sie einen Teil der Kurzschlußkräfte In der beschriebenen Weise aufnehmen können.

Fig. 9 und 10 dagegen zeigen eine Ausführungsform, bei der die Spannplatten 16", X7^W in der Mitte flach oder eben und nur an ihren Rändern etwas abgebogen oder abgewinkelt sind. Diese Ausführungsform eignet sich besonders für vorgebogene Seitenwandteile 12* und 13", wobei die fertig zusammengebaute Anordnung die in Fig. 10 gezeigte Form hat. Dabei sind die Spannplatten 16¹V 1?" in Ihrem Mittelteil nicht ausgebogen. Die Anordnung hat jedoch immer noch den Vorteil, daß sie sich leichter zusammenbauen

läßt. , ;-..-■■■

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Claims

Patentansprüche

1./ Elektrischer Sammeischienenkanal mit einem langgestrecktem Gehäuse, bestehend aus zwei langgestreckten, untereinander verbundenen Seitenwandteilen und einer Anzahl von Seite an Seite in Form eines Paketes, isoliert voneinander zwischen diesen Seitenwandteile gegen die auseinanderdrückende Kraft von Kurzschlußströmen zusammengehalten werden, dadurch gekennz e'i c h η et , daß die die Seitenwandteile verbindenden Ein- ^ richtungen (16, 17) der Auseinanderbewegung der Seitenwandteile (12, 13) einen elastischen Widerstand entgegensetzen, derart, daß die Leiterschienen (HA....) bei Auftreten von Kurzschlußstrom sich etwas auseinanderbewegen können, wobei die Seitenwandteile bei starkem Kurzschlußstromfluß in den Leiterschienen sich gegen die elastische Spannung der Verbindungseinrichtungen auseinanderbewegen, so daß der Blindwiderstand der Leiterschienen sich erhöht und dadurch der Kurzschlußstrom begrenzt wird.

2.) Sammeischienenkanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Seitenwandteile verbin- * denden Einrichtungen oberhalb und unterhalb des Leiterschienenpaketes angeordnet sind.

3.) Sammeischienenkanal nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus zwei allgemein ebenen, beiderseits längs des Leiterschienenpaketes angeordneten Seitenwandteilen (12, Γ3) und zwei diese an von ihren

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Rändern entfernten Stellen verbindenden Spannplatten (16, 17)» die an den beiden Seitenwandteilen an einer Vielzahl von Stellen über deren Länge befestigt sind, besteht, wobei die Spannplatten jeweils in ihrem Mittelteil versetzt sind, derart, daß die Seitenwandteile der Auseinanderbewegung der Leiterschienen einen Widerstand entgegensetzen und die versetzten Teile der Spannplatten der Auseinanderbewegung der Seitenwandteile einen elastischen Widerstand entgegensetzen.

4.) Sammelschienenkanal nach einem der Ansprüche 1-J5, d a d u r ch gekennzeichnet, daß die Leiterschienen mit einem verhältnismäßig dünnen Isolierbelag versehen sind und die Seitenwandteile sich in direktem Kontakt mit dem Isolierbelag auf den äußeren Leiterschienen befinden, derart, daß die Seitenwandteile normalerweise die Leiterschienen Seite an Seite zusammenhalten.

5.) Sammelschienenkanal nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwandteile mit einem Mittelteil die isolierte Oberfläche der äußeren Leiterschienen direkt berühren und oberhalb und unterhalb des Leiterschienenpakets in Form einer längsverlaufenden Rippe mit U-Profil nach außen gebogen sind, wobei die Spannplatten jeweils mit einem Randteil in eine entsprechende dieser U-förmigen Ausbiegungen eingreifen und dort an den Seitenwandteilen befestigt sind, und wobei die Spannplatten in ihrem Mittelteil vom Leiterschienenpaket weg versetzt sind.

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6.) Sammelschienenkanal nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß die U-förmigen Ausbiegungen nach außen vorstehen und die Seitenwandteile vor dem Zusammenbau der Anordnung derart vorgebogen sind, daß sie in ihrer Mitte näher beieinander sind, als an ihren Außenrändern; und daß die U-förmigen Ausbiegungen mit der Ebene der Seitenwandflächen der Leiterschienen einen von 90° abweichenden Winkel bilden, wobei die Spannplatten mindestens an ihren Rändern in einem Winkel abgebogen sind> der dem Winkel der U-förmigen Ausbiegungen ungefähr entspricht, so daß beim Zusammenbau der Anordnung die Ränder der Spannplatten ohne weiteres in die U-förmigen Ausbiegungen der Seitenwandteile eintreten.

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