Патент на изобретение №2328798
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ЗАКЛЮЧЕННЫЕ В КОРПУС КОММУТАЦИОННЫЕ АППАРАТЫ С ТЕПЛООТРАЖАЮЩИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области первичной техники для генераторных и распределительных установок. Как известно, излучательные пластины между генераторными выключателями разных фаз (R, S, Т) служат для конвективного отвода теплоты излучения соседних боковых стенок корпусов. Согласно изобретению излучательная пластина имеет вблизи крышки корпуса генераторного выключателя, по меньшей мере, один отгиб, который служит для направления, по меньшей мере, части восходящего воздушного потока к крышке и для обтекания крышки. Излучательные пластины электрически и термически изолированы от корпуса и имеют горизонтально отклоняющие воздухонаправляющие структуры на внутренней стороне. Технический результат – улучшение термической нагружаемости, повышение теплоотдачи и несущей способности по номинальному току и/или более компактная конструкция генераторного выключателя. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 8 ил. поглощения излучения должен быть выбран для инфракрасного теплового излучения (ИК-излучение) высоким, например >0, 9 или идеально Для блокирования вертикально восходящего внутреннего воздушного потока 9i между боковой стенкой 30b и соответствующей излучательной пластиной 5, 50 отгиб 50а может иметь с крышкой 3a корпуса или верхним участком 5е боковой стенки 30b соединение 500b с геометрическим замыканием (см. фазу Т на фиг.1). На фиг.1 между двумя соседними боковыми стенками 30b корпусов расположены точно две излучательные пластины 5, 50, 51, 52 с отгибами 50а. При этом каждый отгиб 50а может быть направлен к соответствующей боковой стенке 30B. Число излучательных пластин 5, 50, 51, 52 определяет теплоотдачу системы. По расчетам теплоотдачу можно повысить на 23%, если вместо одной излучательной пластины установить две. Можно также разместить между двумя корпусами 3, 3 более двух излучательных пластин 5, 50, 51, 52. Средние излучательные пластины могут быть выполнены без отгибов. Оптимизирующие расчеты показали, однако, что для теплоотдачи достаточно, если между двумя фазами R, S; S, T разместить точно две излучательные пластины 5, 50, 51, 52. За счет расположения двух излучательных пластин 5, 50, 51, 52 можно достичь того, чтобы более холодный воздух между излучательными пластинами 5, 50, 51, 52 не отклонялся к крышке 3a корпуса и чтобы более теплый воздух 10 между каждой излучательной пластиной 5, 50, 51, 52 и соответствующей боковой стенкой 30b корпуса не восходил, а стекал вдоль излучательной пластины 5, 50, 51, 52 вперед и/или назад. Для этого следует выбрать подходящее отношение высоты излучательных пластин 5, 50, 51, 52 к их ширине. Две излучательные пластины 5, 50, 51, 52 расположены обычно в основном параллельно друг другу. Каждая из них имеет обращенную к соответствующей боковой стенке 30b корпуса внутреннюю сторону 5 а и обращенную к другой излучательной пластине 5, 50, 51, 52 внешнюю сторону 5b. Для создания горизонтального внутреннего воздушного потока 10 между боковой стенкой 30b корпуса и, по меньшей мере, одной из излучательных пластин 5, 50, 51, 52 на внутренней стороне 5а излучательной пластины 5, 51, 52 могут быть предусмотрены воздухонаправляющие структуры 51 а для бокового отклонения внутреннего воздушного потока 10 в горизонтальном направлении. Для этого на фиг.2а изображены отогнутые вбок крыловидные отгибы 51а. Отгибы 51а способствуют стеканию вперед и/или назад даже при невыгодном отношении высоты излучательных пластин 5, 50, 51, 52 к их ширине. В качестве альтернативы или дополнительно для создания турбулентного вертикального внешнего воздушного потока 9 между обеими излучательными пластинами 5, 51, 52 на внешней стороне 5b, по меньшей мере, одной из излучательных пластин 5, 51, 52 могут быть предусмотрены завихряющие структуры 51b, 51с для перемешивания вертикального внешнего воздушного потока 9. Для этого на фиг.2b изображены короткие, преимущественно случайно ориентированные и случайно расположенные крылья 51b. На фиг.2с изображен горизонтально гофрированный гофролист 51с, который также служит для завихрения и перемешивания вертикального внешнего воздушного потока 9. Горизонтально гофрированные структуры 51с могут быть предусмотрены также на внутренней стороне 5а излучательных пластин 5, 52. 3a счет турбулентности улучшается конвективная теплоотдача. Крышка 3a корпуса имеет преимущественно в одной краевой зоне над боковой стенкой 30b уплощение 30а, причем отгиб 50а расположен, в основном, по одной линии с уплощением 30а. Предпочтительно уплощение ориентировано под углом 45°±10° между горизонтальной протяженностью крышки 3a или верхней частью крышки и вертикальной протяженностью боковой стенки 30b корпуса. Точно так же на крышке 3a корпуса, в частности на уплощении 30а, могут быть расположены пассивные охлаждающие элементы 6, обтекаемые восходящим, направляемым излучательной пластиной 5, 50, 51, 52 частичным воздушным потоком 9. На фиг.2d отгиб 50а может иметь на воздухонаправляющей внешней кромке вырезы 500с на тех участках, где на крышке 3a корпуса отсутствуют охлаждающие элементы 6, чтобы беспрепятственно пропускать вертикально восходящий там воздушный поток 9i. К тому же охлаждающими элементами являются предпочтительно охлаждающие ребра 6, расположенные в вертикальных плоскостях. T1 обозначает температуру более теплого внутреннего воздушного потока 10, 9i, а Т2 – температуру менее теплого внешнего воздушного потока 9. Как правило, между T1 и Т2 могут устанавливаться разности температур до 10°С. На фиг.3 и 4 схематично показан тепловой баланс при использовании одной или двух излучательных пластин 5. При этом d обозначает расстояние между соседними боковыми стенками 30b корпуса, D – полюсный шаг, Qk1 – конвективную теплоотдачу от боковой стенки 30b, Qk2 – конвективную теплоотдачу от внутренней стороны 5а излучательной пластины 5, Q12 – конвективную теплоотдачу от внешней стороны 5b излучательной пластины 5, Q12 – отдачу теплоты излучения от боковой стенки 30b излучательной пластине 5, QWL’ – отдачу теплопроводности от излучательной пластины 5 окружающему пространству или тепловой впадине 8, TSP – температуру излучательной пластины, ТU – температуру окружающего пространства, TW – температуру боковой стенки. Обычными допустимыми предельными температурными значениями являются 105°С в местах контакта внутреннего проводника 4, 90°С – на внутреннем проводнике 4 отвода и TW – 70°С. Теоретические расчеты показали, что излучательные пластины 5 приводят к снижению температуры на внутреннем проводнике 4 до 2°С. Экспериментально было подтверждено 1,5°С. 3a счет излучательных пластин 5, 50, 51, 52 согласно изобретению была не только снижена температура внутреннего проводника 4, но и также температура TW боковой стенки 30b корпуса. Таким образом, допустимый номинальный ток для рассматриваемого типа генераторного выключателя может быть повышен без активного охлаждения. На фиг.5 для устройства по фиг.4 с двумя излучательными пластинами 5 и без них показано результирующее отраженное количество тепла Q12 на единицу площади боковой стенки 30b как функция расстояния d между соседними боковыми стенками 30B. Для расстояний d<55 см, что соответствует полюсному шагу D<1620 мм, теплоизлучение значительно улучшено за счет излучательной пластины 5, 50, 51, 52. Излучательные пластины 5, 50, 51, 52 должны быть размещены только тогда, когда отсутствует достаточный пространственный угол, под которым от боковой стенки 30b корпуса между двумя фазами R, S, T видна поверхность с температурой окружающего пространства или, в целом, с температурой ниже температуры TW. Размещение излучательных пластин 5, 50, 51, 52 зависит, следовательно, от межфазного расстояния или полюсного шага D. Существует минимальный полюсный шаг D, начиная с которого можно отказаться от излучательных пластин. Если расстояние между двумя излучательными пластинами не мало по сравнению с габаритами, то за счет излучения фону может быть отдано достаточно тепла. Поскольку температура ТU окружающего пространства всегда ниже температуры TSP излучательных пластин, размещенные излучательные пластины также действовали бы в качестве экрана. С другой стороны, расстояние d1 между излучательной пластиной 5, 50, 51, 52 и боковой стенкой 30b корпуса или расстояние d2 между излучательными пластинами 5, 50, 51, 52 должно быть выбрано достаточно большим, чтобы мог образоваться поток 9, 9i, 10 в пограничном слое. Рассчитанное минимальное расстояние, включая припуск безопасности, составляет 40 мм. У расположенных слишком близко друг к другу излучательных пластин 5, 50, 51, 52 из-за ухудшенной конвекции не может возникнуть оптимального теплопереноса. К тому же излучательная пластина 5, 50, 51, 52 должна быть закреплена между боковыми стенками 30b так, чтобы конвективный воздушный поток 9, 9i, 10 оставался ненарушенным. Изобретение включает в себя также излучательную пластину 5, 50, 51, 52 для секции 1 установки и электрическую коммутационную установку, в частности коммутационную установку высокого или среднего напряжения с такой секцией 1, как это описано выше. Благодаря изобретению рабочие средства 20, 21, 22 могут эксплуатироваться с более высокими номинальными токами и/или секции 1 могут быть выполнены более компактными.
Формула изобретения
1. Секция (1) высоковольтной установки для пропускания и/или коммутации высоких токов и/или напряжений, содержащая рабочие средства (20, 21, 22), по меньшей мере, для трех фаз (R, S, Т), причем рабочие средства (20, 21, 22) расположены в корпусах (3) и закрыты крышками (3а), а соседние корпуса (3) находятся в теплообмене между собой через соответственно, по меньшей мере, одну боковую стенку (30b), причем между двумя боковыми стенками (30b) расположены, по меньшей мере, две промежуточные пластины, служащие для поглощения тепла, по меньшей мере, от одной боковой стенки (30b) и для отдачи тепла вертикально восходящему между боковыми стенками (30b) воздушному потоку (9), причем, по меньшей мере, одна из, по меньшей мере, двух промежуточных пластин представляет собой отклоняющую поток излучательную пластину (5, 50, 51, 52), которая в зоне (5е) выхода воздуха вблизи крышек (3а) корпусов имеет, по меньшей мере, один отгиб (50а) для направления, по меньшей мере, одной части восходящего воздушного потока (9), по меньшей мере, к одной из крышек (3а) корпусов и для обтекания крышки (3а). 2. Секция по п.1, отличающаяся тем, что излучательная пластина (5, 50, 51, 52) а) во избежание омических потерь электрически изолирована от корпуса (3) и имеется уравнивание потенциалов; б) изолирована от корпуса (3) в отношении теплопроводности и/или в) для дополнительной теплоотдачи за счет теплопроводности (QWL’) находится в термической проводимости с тепловой впадиной (8). 3. Секция по п.1, отличающаяся тем, что для блокирования вертикально восходящего внутреннего воздушного потока (9i) между боковой стенкой (30b) корпуса и соответствующей излучательной пластиной (5, 50, 51, 52) отгиб (50а) имеет с крышкой (3а) корпуса или верхним участком (5е) боковой стенки (30b) соединение (500b) с геометрическим замыканием. 4. Секция по п.2, отличающаяся тем, что для блокирования вертикально восходящего внутреннего воздушного потока (9i) между боковой стенкой (30b) корпуса и соответствующей излучательной пластиной (5, 50, 51, 52) отгиб (50а) имеет с крышкой (3а) корпуса или верхним участком (5е) боковой стенки (30b) соединение (500b) с геометрическим замыканием. 5. Секция по одному из пп.1-4, отличающаяся тем, что а) между двумя соседними боковыми стенками (30b) корпусов расположены две излучательные пластины (5, 50, 51, 52), каждая из которых имеет обращенную к соответствующей боковой стенке (30b) корпуса внутреннюю сторону (5а) и обращенную к другой излучательной пластине (5, 50, 51, 52) внешнюю сторону (5b), и б) каждая излучательная пластина (5, 50, 51, 52) имеет отогнутый к соответствующей боковой стенке (30b) корпуса отгиб (50а). 6. Секция по п.5, отличающаяся тем, что а) между боковой стенкой (30b) корпуса и, по меньшей мере, одной из излучательных пластин (5, 50, 51, 52) на внутренней стороне (5а) излучательной пластины (5, 51, 52) установлены воздухонаправляющие структуры (51а) с возможностью создавать внутренний воздушный поток (10), обеспечивая при этом боковое отклонение указанного потока и/или б) между обеими излучательными пластинами (5, 51, 52) на внешней стороне (5b), по меньшей мере, одной из излучательных пластин (5, 51, 52) установлены завихряющие структуры (51b, 51с) с возможностью создавать вертикальный внешний воздушный поток (9), обеспечивая при этом перемешивание указанного потока. 7. Секция по п.1, отличающаяся тем, что а) крышка (3а) корпуса имеет в краевой зоне над боковой стенкой (30b) уплощение (30а), а соответствующие отгибы (50а) расположены, в основном, по одной линии с уплощением (30а) и/или б) на крышках (3а) корпусов, в частности на уплощении (30а) крышек (3а), расположены пассивные охлаждающие элементы (6), обтекаемые восходящим, направляемым излучательными пластинами (5, 50, 51, 52) частичным воздушным потоком (9). 8. Секция по п.2, отличающаяся тем, что а) крышка (3а) корпуса имеет в краевой зоне над боковой стенкой (30b) уплощение (30а), а соответствующие отгибы (50а) расположены, в основном, по одной линии с уплощением (30а) и/или б) на крышках (3а) корпусов, в частности на уплощении (30а) крышек (3а), расположены пассивные охлаждающие элементы (6), обтекаемые восходящим, направляемым излучательными пластинами (5, 50, 51, 52) частичным воздушным потоком (9). 9. Секция по п.5, отличающаяся тем, что а) крышка (3а) корпуса имеет в краевой зоне над боковой стенкой (30b) уплощение (30а), а соответствующие отгибы (50а) расположены, в основном, по одной линии с уплощением (30а) и/или б) на крышках (3а) корпусов, в частности на уплощении (30а) крышек (3а), расположены пассивные охлаждающие элементы (б), обтекаемые восходящим, направляемым излучательными пластинами (5, 50, 51, 52) частичным воздушным потоком (9). 10. Секция по п.6, отличающаяся тем, что а) крышка (3а) корпуса имеет в краевой зоне над боковой стенкой (30b) уплощение (30а), а соответствующие отгибы (50а) расположены, в основном, по одной линии с уплощением (30а) и/или б) на крышках (3а) корпусов, в частности на уплощении (30а) крышек (3а), расположены пассивные охлаждающие элементы (6), обтекаемые восходящим, направляемым излучательными пластинами (5, 50, 51, 52) частичным воздушным потоком (9). 11. Секция по п.7, отличающаяся тем, что а) отгибы (50а) имеют на воздухонаправляющей внешней кромке вырезы (500с) на тех участках, где на крышках (3а) корпусов отсутствуют охлаждающие элементы (6), с возможностью беспрепятственно пропускать вертикально восходящий там воздушный поток (9i), и/или б) расположенные на крышках (3а) корпусов охлаждающие элементы имеют охлаждающие ребра (б), расположенные в вертикальных плоскостях. 12. Секция по п.9, отличающаяся тем, что а) отгибы (50а) имеют на воздухонаправляющей внешней кромке вырезы (500с) на тех участках, где на крышках (3а) корпусов отсутствуют охлаждающие элементы (6), с возможностью беспрепятственно пропускать вертикально восходящий там воздушный поток (9i), и/или б) расположенные на крышках (3а) корпусов охлаждающие элементы имеют охлаждающие ребра (6), расположенные в вертикальных плоскостях. 13. Секция по п.10, отличающаяся тем, что а) отгибы (50а) имеют на воздухонаправляющей внешней кромке вырезы (500с) на тех участках, где на крышках (3а) корпусов отсутствуют охлаждающие элементы (6), с возможностью беспрепятственно пропускать вертикально восходящий там воздушный поток (9i), и/или б) расположенные на крышках (3а) корпусов охлаждающие элементы имеют охлаждающие ребра (6), расположенные в вертикальных плоскостях. 14. Секция по одному из пп.1-3, 7, 11, отличающаяся тем, что а) между излучательными пластинами (5, 50, 51, 52) и соответствующими боковыми стенками (30b) корпусов и/или между излучательными пластинами (5, 50, 51, 52) выбрано достаточное расстояние (d1, d2) с возможностью образования свободного потока (9, 9i, 10) в пограничном слое и/или б) излучательные пластины (5, 50, 51, 52) закреплены между боковыми стенками (30b) корпусов так, что конвективный воздушный поток (9, 9i, 10) является в значительной степени ненарушенным. 15. Секция по п.5, отличающаяся тем, что а) между излучательными пластинами (5, 50, 51, 52) и соответствующими боковыми стенками (30b) корпусов и/или между излучательными пластинами (5, 50, 51, 52) выбрано достаточное расстояние (d1, d2) с возможностью образования свободного потока (9, 9i, 10) в пограничном слое и/или б) излучательные пластины (5, 50, 51, 52) закреплены между боковыми стенками (30b) корпусов так, что конвективный воздушный поток (9, 9i, 10) является в значительной степени ненарушенным. 16. Секция по п.6, отличающаяся тем, что а) между излучательными пластинами (5, 50, 51, 52) и соответствующими боковыми стенками (30b) корпусов и/или между излучательными пластинами (5, 50, 51, 52) выбрано достаточное расстояние (d1, d2) с возможностью образования свободного потока (9, 9i, 10) в пограничном слое и/или б) излучательные пластины (5, 50, 51, 52) закреплены между боковыми стенками (30b) корпусов так, что конвективный воздушный поток (9, 9i, 10) является в значительной степени ненарушенным. 17. Секция по п.1, отличающаяся тем, что а) излучательные пластины (5, 50, 51, 52) являются металлическими пластинами, в частности окрашенными белым цветом алюминиевыми листами, с электрически изолированной подвеской и/или пластиковыми пластинами и/или б) имеются три фазы (R, S, Т), и между средней (S) и обеими внешними (R, Т) фазами расположены по две излучательные пластины (5, 50, 51, 52) и/или в) рабочие средства (20, 21, 22) являются коммутационными аппаратами (20, 21, 22) высокого тока, в частности генераторными выключателями (20, 21, 22), или коммутационными аппаратами высокого напряжения. 18. Излучательная пластина для секции (1) установки по одному из пп.1-17. 19. Электрическая установка, в частности, коммутационная установка высокого или среднего напряжения, отличающаяся тем, что она содержит секцию (1) по одному из пп.1-18.
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
=0 для черного излучателя. Особенно пригодной является излучательная пластина 5, 50, 51, 52 из алюминиевого листа, поверхность которого обработана и который имеет за счет этого повышенный коэффициент поглощения ИК-излучения. Для применений на открытом воздухе поверхность должна быть белой, с тем чтобы минимизировать нагрев солнечным светом. Подвеска в случае металлической пластины должна быть электрически изолирующей. Для уравнивания потенциалов, однако, по меньшей мере, в одном месте, например посредством металлического винта, должно быть создано проводящее соединение с потенциалом корпуса. У излучательной пластины 5, 50, 51, 52 из пластика подвеска не должна оказывать ни изолирующее, ни уравнивающее потенциалы действие.