4000A gasisolierte Schaltanlage

4000A Schaltanlage wird in Bereichen wie der neuen Energiebranche weit verbreitet eingesetzt, unabhängig davon, ob es sich um eine gasisolierte oder luftisolierte Anlage handelt.

Da der Hauptstromkreis vollständig in der Edelstahl-Gasbox verschlossen ist, gibt es keinen Gasaustausch mit der Außenwelt. Daher ist der gasgefüllte Schrank darauf beschränkt, die Gasströmung innerhalb der Gasbox zu nutzen, um die Temperaturerhöhung durch Konvektion zu reduzieren. An der Oberseite der Gasbox ist ein Kühlkörper installiert, um die Temperatur des oberen Gases schnell zu senken, den Abfluss von kaltem Gas nach unten und den Aufstieg von heißem Gas nach oben zu fördern und die Erwärmung der Pole zu verringern.

Bei der Auswahl von Sammelschienen werden in der Regel rechteckige Sammelschienen verwendet, wie z. B. 4er-Pakete von 10 × 100 mm Kupferstäben, um die Eigenwärmeentwicklung zu verringern. Aufgrund der kompakten Größe des gasgefüllten Schrankes sind die Skineffekt und der Nachbareffekt der rechteckigen Sammelschiene deutlich, der Wechselstromwiderstand ist hoch und die Eigenwärmeentwicklung ist groß. Obwohl die Kühlfläche groß ist, behindert auch die horizontale Anordnung den Aufstieg von Heißluft. Daher ist die Lösung, die Anzahl der Kupferstäbe zu erhöhen und eine große Anzahl von Kühlkörpern für gasgefüllte Schränke mit hohem Strom zu installieren, nicht effektiv.

Ringförmige Sammelschienen werden weit verbreitet in umweltfreundlichen gasisolierten Schaltanlagen eingesetzt. Sie haben eine gleichmäßige elektrische Feldstärke und einen kleinen Phasenabstand und können auch die Isolationsanforderungen erfüllen. Bei Schaltanlagen für hohe Ströme ist die Wirkung ebenfalls ausgezeichnet. Der Vorteil von runden Rohrsammelschienen besteht darin, dass sie bei gleichem Stromfluss weniger Eigenwärme erzeugen, da der Einfluss von Wechselstromelektromagnetischen Wellen kleiner ist und die Leitfähigkeit besser genutzt wird. Gleichzeitig können sowohl das Innere als auch das Äußere der Rohrsammelschiene als Wärmeableitungskanäle dienen, was eine große Wärmeableitungsfläche ergibt. Die durch die Anordnung in unterschiedlicher Höhe gebildete Druckdifferenz kann effektiv die Zirkulation von Kälte und Wärme erreichen.

Rohrsammelschienen sind sicherer. Die Verwendung von Kupferrohren mit einem Durchmesser von 100mm und einer Wandstärke von 10mm kann die Temperaturerhöhungsanforderungen für einen Strom von 4000A in der Luft erfüllen. In geschlossenen Räumen ist es erforderlich, die Wandstärke zu erhöhen, um die Eigenwärme zu reduzieren.

Je größer der Durchmesser der rohrförmigen Sammelschiene ist, desto größer ist der erforderliche Biegeradius, was für die kompakte Anordnung der gasisolierten Schaltanlage nicht vorteilhaft ist. An diesem Punkt ist es notwendig, die ursprüngliche Verbindungsmethode der einzelnen Komponenten zu ändern. Durch die Systemdesignanordnung können die Positionen der Stützpunkte und funktionellen Verbindungspunkte geändert werden. In der gasisolierten Schaltanlage kann eine rohrförmige Sammelschiene mit einem Durchmesser von 100mm und einer Wandstärke von 15mm verwendet werden, mit einem Biegeradius von 180mm. Die parallele Verwendung von zwei rohrförmigen Sammelschienen ist auch eine gute Wahl. Wenn ein Strom von 4000A auf die beiden rohrförmigen Sammelschienen verteilt wird, kann eine Sammelschiene mit einem Durchmesser von 60mm und einer Wandstärke von 10mm verwendet werden, und der Biegeradius kann auf 100mm reduziert werden.

Ein weiteres Design, das die Nutzungsrate der rohrförmigen Sammelschienen verbessern muss, ist das integrierte Design, das die Anzahl der Verbindungsstellen reduziert. Bei Schaltanlagen erhöht jede Verbindung, ob es sich um eine feste Verbindung oder eine dynamische Verbindung durch bewegliche Kontakte handelt, den Widerstand erheblich und verursacht eine lokale Temperaturerhöhung.  

ABB's Mittelspannungsschaltanlagen verwenden ein rohrförmiges Sammelschienen-Design. Durch den integrierten Formgebungsprozess von rohrförmigen Sammelschienen und festen Kontakten wird der Kontaktwiderstand eliminiert, wodurch der Energieverbrauch um mehr als 25 % reduziert wird. Ein einzelnes Gerät kann im gesamten Lebenszyklus 28333 kWh Strom sparen. Die Wärmeabstrahlfläche seines hohlen Leiters ist 35 % größer als die einer massiven Sammelschiene, was die Vorteile von Energieeffizienz und Wärmeableitung vereint.

Bei gasisolierten Schaltanlagen können innerhalb mehr integrierte Verbindungen vorhanden sein, wie z. B. die Verbindung zwischen dem direkt wirkenden Dreistellungsschalter und den oberen und unteren Abzweigsammelschienen, die Verbindung zwischen der Sammelschiene und der Leistungsschalterpole etc. Der direkt wirkende Dreistellungsschalter verwendet Federkontaktfinger und dynamische Verbindungen auf der inneren und äußeren Oberfläche des Kreiszylinders.

Die Pole sind vertikal angeordnet, und das obere Ende der Löschkammer und der Dreistellungsschalter müssen ebenfalls in der Konstruktion integriert werden, um die Anzahl der Verbindungen zu reduzieren. Oberhalb und unterhalb der Pole wird ein Luftströmungskanal gebildet, um die Temperaturerhöhung zu verringern.

Die Verbesserung der Wärmeabfuhrleistung ist auch der Schlüssel zur Lösung des Temperaturanstiegs in Hochstromschaltanlagen. Wenn mehrere Wärmerohr-Expansionsplatten als Wärmeleitkomponenten verwendet werden, um den Wärmeleitpfad zu verlängern, ist die Wärmeübertragungsleistung des Wärmerohreffekts sehr hoch. Dadurch kann die Temperatur der Trennwand auf eine Differenz von 5 Grad zur Außentemperatur gesenkt werden, d. h. von 70 Grad auf 40 Grad. Zu diesem Zeitpunkt steigt die Temperaturdifferenz zwischen der Sammelschiene und der Trennwand von 30 Grad Celsius auf 60 Grad Celsius. Die Wärmeleitfähigkeit von Strahlung, Konvektion und Isolationsstützen ist proportional zur Temperaturdifferenz. Eine große Temperaturdifferenz verbessert die Wärmeeffizienz von Strahlung und anderen Faktoren erheblich, wodurch die Temperatur der Sammelschiene gesenkt wird.