CN101120423B - 具有改进的断流容量的发电机开关 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电气配电设备(1)，尤其是一种发电机开关(1)以及一种用于改进灭弧气体冷却效果的方法。按照本发明，气体射流(12)由在排气区域(7)中的喷嘴本体(10)所形成，挡板(14、140)是配电室外壳(3)的组成部件，并且具有高的热容和/或导热能力，从而通过所述灭弧气体涡流(13)的涡流式对流在所述挡板(14、140)上实现高效的灭弧气体冷却。其中实施例涉及所述挡板(14、140)及喷嘴本体(10)的设计方案。其中优点是：防止所述配电室外壳(3)经受热气的影响，改进灭弧气体的冷却效果并且提高断流容量。
Description
技术领域
本发明涉及高压技术领域，尤其在电能分配网中的强电流开关技术领域。
背景技术
本发明以按EP 1 403 891 A1的现有技术为出发点。在该专利文件中公开了一种断路器，其中排气由一个电弧室通过一个空心触头导入一个同心布置的排气容积中并且从那里导入一个处于更外面的灭弧室容积中。为提高断路功率，在所述空心触头和排气容积之间同心布置了至少一个中间容积以及必要时一个附加容积，并且通过具有穿孔或通气口的间壁彼此分开。通过灭弧气体从内部的容积向外部的容积的径向流出使所述废气涡旋并且许多热能可以排出给所述容积的间壁。在所述空心触头容积、中间容积及必要时附加容积之间的通气口彼此在圆周上错位布置。在所述附加容积和排气容积之间的通气口彼此在圆周上和/或在轴向方向上错位布置。由此设置蜿蜒的以及也为螺旋状的废气路径，所述废气在排气区域中的停留时间得到提高并且由此改进废气的散热。此外，借助于孔板状的隔板可以封闭所述穿孔，用于产生大量径向定向的气体射束或气体射流，所述气体射束或气体射流冲击到对置的壁体上，在碰撞处产生涡流并且由此使热气强化冷却。所述对冷却效果进行改进的中间容积在排气区域中布置在所述驱动触点侧上。第二中间容积可以额外地布置在所述固定触点侧上。也就是在总体上人们在所述断路器中除了所述空心触头容积、排气容积及配电室容积还需要至少一个另外的中间容积，用于实现有效的废气冷却。
在DE 25 07 163 A1中展示了一种电气开关，该电气开关在配电室外壳的内侧上具有由导热性能良好的金属制成的内衬。所述内衬用作散热器、温度分配器、场分布环、用于防止绝缘表面出现腐蚀和扩散的保护层并且用作使灭弧气体流转向的元件。在此，以层流形式沿所述内衬导引所述灭弧气体流。这里没有用于使灭弧气体流涡旋的挡板。
在DE 101 56 535 C1中展示了一种电气开关，该电气开关具有一个气流导向装置，通过该气流导向装置使部分气流转向彼此并且由此产生涡流。所述气流的交叉及其涡旋代替吸收热量的挡板。为进行额外的涡旋，所述气流导向装置可以在流出口上具有小的涡旋体，这些涡旋体影响灭弧气体的导向。所述涡旋体不是用于从所述灭弧气体中抽走热量。
在实用新型DE 1 889 068 U中公开了一种具有得到改进的废气冷却装置的负荷隔离开关。所述冷却装置包括多个同心布置在气体流出通道中的管子，这些管子相应地具有径向对置的流出口，使得灭弧气体在层状流出时快速经过具有大量转向的迷宫式行程并且必须掠过所述冷却管的大的表面。因此利用这种布置方式，基本上延长所述流出路径并且扩大在排气中的冷却表面。选择宽的流出口，用于保持灭弧气体的很小的返回速滞压力。在所述冷却管之间选择狭窄的流动通道，用于向所述灭弧气体提供许多冷却表面。在总体上，流动保持在层流区域中并且所述灭弧气体的冷却通过到所述冷却管中的层流对流的热传导进行。
在EP 0 720 774 B1中公开了一种高压断路器，该高压断路器具有一个空心圆筒形的金属丝编织层或者金属体作为用于灭弧气体的冷却体。此外存在另一个内置的、灭弧气体无法透过的绝缘体，该绝缘体保护所述金属体免遭灭弧气体的影响，所述灭弧气体通过材料蒸发预冷却，并且由此反作用于所述金属丝编织层的过热。所述灭弧气体在从所述金属丝编织层中穿流时通过与该金属丝编织层的金属表面的相互作用进一步冷却。由于大量的穿流口，所述金属丝编织层的流动阻力很小，从而也保持了层流流动。
在DE 102 21 580 B3中公开了一种具有灭弧单元的高压断路器，在所述灭弧单元中所述排出气体两次进行180°的转向。为改进气体的冷却效果，在所述固定触点侧上有一块同心布置的、空心圆筒形的、被径向流过的孔板。该孔板也用作冷却体，该冷却体从灭弧气体中抽走热量，而没有提高对所述灭弧气体的流动阻力并且没有干扰所述灭弧气流的层流性。
发明内容
本发明的任务是为一种方法及具有对灭弧气体进行涡流对流式冷却的性能的配电设备说明一种简化的灭弧气体导向装置及具有得到改进的冷却功率及断流容量的结构形式。
本发明在于一种方法，该方法用于在用于电能供给网的电气配电设备中尤其在发电机开关中对灭弧气体进行冷却，其中所述配电设备包括一个配电室，该配电室被一个配电室外壳所包围，其中此外在开关过程中，所述灭弧气体从一个灭弧区流向一个排气区域，在这过程中经过一个具有大量流出口的本体并且分为大量定向的气体射流，其中此外所述气体射流涡旋成大量涡流并且通过在挡板的区域中的对流由该挡板从所述涡流中抽走热能，其中此外所述挡板由所述配电室外壳的至少一个区段构成或者固定在所述配电室外壳的一个区段上。因而由所述经灭弧气体穿流的本体在灭弧气体中建立足够大的返回速滞压力，从而可以产生由所述本体的流出口成束的气体射流。所述经灭弧气体流过的本体首先用于形成射流，并且本身不需要具有对所述灭弧气体的冷却作用。通过以下方法来改进废气冷却效果，即热能通过涡流的热传导从涡流排出到所述挡板中并且由所述挡板作为配电室外壳的组成部分或者作为在配电室外壳上的安装件实现高效散热。所述热能可以存储在所述挡板中或者可以传给一个与所述挡板进行热连接的散热器。此外，所述流出口的发射特征与到所述挡板的间距相匹配，从而在所述挡板上或该挡板的区域中形成涡流。
当挡板保持在配电室外壳的电位上时具有这样的优点，即在所述灭弧气体及挡板之间不会出现电飞弧，因为在由灭弧气体穿流的外部容积中不存在电位降或者不存在明显的电位降。还有强烈电离的、在电介质方面还没有凝固的灭弧气体也可以在处于电位上的挡板上得到冷却。
当挡板通过导热保持在配电室外壳的温度上时具有这样的优点，即所述配电室外壳在总体上或者至少在开关触点侧上作为大容积的散热器用于被所述挡板所吸收的热能。
在另一个实施例中，通过在到达挡板之前气体射流彼此间的相互作用来支持涡流的形成。尤其应该在本体内形成这样的气体射流，所述气体射流的轨迹在到达挡板之前彼此交叉。通过这种方式，涡流形成不是因分开的气体射流在挡板上的碰撞才引起，而是在射往挡板的行程中就已经通过所述气体射流彼此间的相互作用诱导出来。在极端情况下，交互性的涡流形成如此强烈，从而在所述挡板上不再存在单个的气体射流的真正的碰撞处，而是直接出现由至少两股气体射流形成的涡流，并且以涡流对流的方式在所述挡板上冷却下来。
本发明也涉及一种用于电能供给网的电气配电设备，尤其是发电机开关，该配电设备包括一个被配电室外壳所包围并且具有一根中心轴线以及一个第一触点及一个第二触点的配电室，其中在所述第一或第二触点的排气区域中有一个具有流出口的本体，所述流出口用于穿流灭弧气体，所述排气区域被所述本体划分为一个内部的容积和一个外部的容积并且在所述外部的容积中有一块挡板用于对灭弧气体进行冷却，其中此外所述本体的流出口用于产生大量定向的气体射流，所述气体射流朝向所述挡板并且形成大量涡流并且所述涡流引起从灭弧气体到所述挡板中的对流式热传导，其中所述挡板由所述配电室外壳的至少一个区段构成或者固定在所述配电室外壳的一个区段上。此外，所述本体的流出口是喷嘴，所述喷嘴由于其布置方式、形状和/或定向为所述气体射流预先规定了所期望的喷射特征和/或定向，其中所述气体射流在所述喷嘴中得到瞄准、扩径或聚焦，所述瞄准、扩径或聚焦与到所述挡板的间距相匹配，从而在所述挡板上或者在所述挡板的区域中形成涡流。此外所述挡板具有大的热容用于对涡流的灭弧气体进行冷却，并且/或者所述挡板为对所述涡流的灭弧气体进行冷却而具有大的导热能力并且与所述配电室外壳进行导热连接。
所述本体或者多喷嘴本体因此用于将所述灭弧气体在所述配电设备的至少一个排气区域中分为大量定向的气体射流，并且所述挡板用于射流涡旋和/或用于涡旋的射流沿挡板的流动，用于通过涡流对流式热传导从所述灭弧气体或者说灭弧气体涡流中抽取热能。所述挡板本身可以是散热器，或者与一个散热器进行热连接。尤其所述挡板由于其靠近所述配电室壁体的位置或者作为配电室外壳的组成部分可以构造为大面积的结构，并且用于对众多气体射流诱导的灭弧气体涡流进行涡流式冷却。利用按本发明构成的配电设备，由于对所述灭弧气体的冷却效果进行了改进，从而证明了突出的断流容量。
按本发明，所述本体作为多喷嘴本体的功能以及所述挡板作为散热件的功能是分开的。由此，所述本体在其在排气区域中的布置方面以及在其喷嘴的结构和布置方面可以得到优化，并且所述挡板可以不依赖于此在其在外部容积中的布置、其热性能及其与所述配电室外壳之间的热连接方面得到优化。由于所述挡板或配电室外壳区段的大的热质量和/或快速导热性能，在所述气体射流的碰撞位置上的局部加热可以很快地分配到整个挡板上，并且必要时由该挡板导散。
此外，通过所述喷嘴的优化的布置方式尤其间距、形状和/或定向来更加精确地确定并且尤其扩大特定的功率范围，自该功率范围起开始进行按本发明的涡流对流式冷却。尤其可以根据所述挡板的位置及必要时该挡板的形状来如此设计所述本体的喷嘴的发射特征，从而在靠近所述挡板的地方并且沿着所述挡板的大的表面实现强化的涡流形成以及涡流的很好的导向。
当挡板处于配电室外壳的电位上并且/或者当挡板是配电设备的电流路径的一部分时也具有这样的优点，即强烈电离的热的灭弧气体也可以由所述挡板进行冷却。所述挡板作为冷却体以及电流路径的这种双重功能能够实现所述配电设备特别简单而紧凑的结构形式。
在一种实施例中，喷嘴沿灭弧气体的径向流动方向漏斗状变细并且/或者存在着喷嘴，所述喷嘴朝向彼此，使得所属的气体射流的轨迹在到达所述挡板之前彼此交叉并且在到达所述挡板之前形成涡流。该实施例具有这样的优点，即通过相互交叉的气体射流来加强涡流形成。此外，可以更早地也就是说在较弱的功率范围内就已实现涡流形成。
在一种实施例中，灭弧气体沿挡板在圆形轨道、螺纹轨道或螺旋轨道上导引；在另一种实施例中，本体是套筒，该套筒所包围的容积V与流出口的总面积A形成一个比例，该比例处于0.5m＜V/A＜1.5m的范围内并且/或者流出口在本体上成堆地布置在两个径向对置的区域中，用于在灭弧气体中在外部的容积中诱导出在挡板上在圆形轨道、螺纹轨道和/或螺旋轨道上导引的气流；在另外一种实施例中，在内部的容积中存在至少一个另外的本体，该本体具有其它的用于产生其它的气体射流的流出口，并且所述内部的容积被所述另外一个本体划分为内部的和外部的子容积，并且在所述外部的子容积中布置至少一块另外的挡板，使得所述其它的气体射流朝向所述另一块挡板；在另外一种实施例中，在第一触点的第一排气区域中以及在第二触点的第二排气区域中存在至少各一个本体及至少各一块所属的挡板。上面所述的实施例涉及其它用于改进在配电设备中灭弧气体的冷却效率并且由此用于提高断流容量的措施。
本发明的其它实施方式、优点及应用由接下来的说明及附图获得。
附图说明
附图示意示出：
图1示出了发电机开关，该发电机开关具有金属套筒以及外壳侧的用于灭弧气体冷却的挡板；
图2a-2d示出了所述金属套筒的各种实施方式；
图3是关于涡流对流式冷却的作用原理的视图；
图4是按现有技术和按本发明的作为时间函数的排气压力；以及
图5是按本发明的作为时间函数的冷却效率。
在附图中，相同的部件用相同的附图标记来表示。
具体实施方式
图1示出了一个发电机开关1，该发电机开关1具有一根开关轴线1a和一个配电室2或灭弧单元2，所述配电室2或灭弧单元2包括灭弧室9和排气容积7、8。所述配电室2被一个配电室外壳3所包围。所述配电室外壳3由一个灭弧室外壳或灭弧室绝缘子3c以及一个第一排气外壳3a和一个第二排气外壳3b所组成。为有效电流路径以及为电弧断续设置了第一触点或导电杆4以及梅花触头5形式的第二触点，在这两个触点之间在所述开关1断开时燃烧一个电弧6a。所述配电设备1的原理功能在EP 0 982 748 B1中得到说明，该专利文件的全部公开内容在此通过引用纳入本说明书中。尤其在该专利文件中对所述配电设备1的功能进行了说明。附图标记表示以下部件：额定电流路径15，固定的第一额定电流触点16，固定的第二额定电流触点17，活动的额定电流触点18，第一隔板19，燃弧开关装置20，绝缘材料喷嘴21，滑动导向装置22，第二隔板23，加热容积24，吹弧缝隙25，壁体26，吹弧气缸27，吹弧活塞28，吹弧通道29，止回阀30。在EP 0 982 748 B1中对上述部件的功能及共同作用进行了更为详细的说明。
在所述电弧开关导电杆4断开时，用灭弧气体从加热容积24对所述灭弧区6进行吹气。而后该灭弧气体流入所述第一及第二排气区域7、8中并且在那里得到冷却。按本发明，现在比如在所述第一排气区域7中布置了一个本体10，该本体10具有用于通流灭弧气体的流出口11。所述气体通流本体10将所述排气区域7划分为内部的容积7a及外部的容积7b。在所述外部的容积7b中有一块挡板14、140用于对灭弧气体进行冷却。所述挡板14、140由所述配电室外壳3的至少一个区段14所构成，或者作为平板140固定在所述配电室外壳3的一个区段上，所述平板140可以构造为或多或少分离的结构。在这种布置方式中，实现了高效的涡流式灭弧气体冷却。另一个优点在于，所述配电室外壳3没有直接沾染最热的灭弧气体，而是通过所述喷嘴本体10得到一些保护。
下面借助于图1对所述气体通流本体或喷嘴本体10与所述挡板14、140的共同作用进行详细解释。热的灭弧气流100从所述灭弧区6流入所述第一排气区域7中，因流动转向件7c而转向为径向方向，沿这里示为套筒状的本体10的内壁回流，并且由此形成再循环气流101，通过该再循环气流101在所述内部的容积7a中建立速滞压力。所述灭弧气体以气体射流12的形式通过在本体10中的流出口11向外流入外部容积7b中。所述气体射流12朝向所述挡板14、140，并且形成涡流13。这典型地通过所述气体射流12在所述挡板14、140上的碰撞来进行，从而每个气体射流12或者说碰撞位置形成一个涡流13。
图3以更详细的方式示出，所述涡流13如何通过到所述挡板14、140中的涡流对流式热传导对所述灭弧气体进行强化冷却。在所述灭弧气体从开口11中流出时形成气体射流12。在离开所述流出口12后，所述气体射流12形成一层边界层12a、12b，其中在分离区域12a中产生小涡流13，所述小涡流13随着与所述喷嘴本体10的间距不断增大而增加了强度和大小并且在靠近所述挡板14、140时转向为基本上轴向的方向。在所述挡板14、140的附近也就是说在挡板区域14a中，形成一个涡流区域或者涡流区或者涡流边界层130，所述涡流13在该涡流边界层130中沿着所述挡板14、140掠过，在那里存放其一部分热能，在所述涡流13的流出区域131中流动离开所述挡板14、140，进行再循环并且在旁通区域132中继续吸入灭弧气体并且输送给所述挡板14、140以进行冷却。因而通过在所述挡板14、140的区域中重复的强化的气体交换，实现所述灭弧气体的强化冷却。其前提是，所述挡板14、140本身作为有效的散热器起作用。按本发明这一点通过以下方法来实现，即所述挡板14、140由所述配电室外壳3的一个区段构成或者作为平板140或一般的冷却体140固定在所述配电室外壳3上。为此目的，所述挡板14、140可以具有大的热容用于对涡流的灭弧气体进行冷却。作为替代方案或补充方案，所述挡板14、140为对涡流的灭弧气体进行冷却可以具有大的导热能力并且与所述配电室外壳3进行导热连接。
优选所述挡板14、140处于所述配电室外壳3的电位上，用于减少或消除电飞弧的危险。由此所述灭弧气体在与所述挡板14、140相互作用时不必预冷却。更确切地说它还可以是热的并且尤其已电离。通过以下方法实现一种特别紧凑的布置方案，即所述挡板14、140是所述配电设备1的电流路径15的一部分。所述电流路径15在图1中是额定电流路径，但在原则上也可以是有效电流路径15。
所述喷嘴本体10可以具有很小的热容和/或很小的导热能力。所述喷嘴本体10对散热的贡献因而是没有必要的。但是在所述喷嘴本体10中额外的冷却作用以及均匀的热量分布是有利的。所述本体10的流出口11应该作为喷嘴110、111、112起作用，所述喷嘴110、111、112由于其布置方式、形状和/或定向为所述气体射流12预先规定了所期望的喷射特征和/或定向。尤其所述气体射流12应该在所述喷嘴110、111、112中得到瞄准、扩径或聚焦，所述瞄准、扩径或聚焦因而如此与到所述挡板14、140的间距H相匹配，从而在所述挡板14、140上或者在所述挡板14、140的区域14a中形成涡流。
图2a示出一个实施例，在该实施例中所述喷嘴110沿所述灭弧气体的径向向外的流动方向漏斗状逐渐变细。按照图2b，优选存在这样的喷嘴111、112，所述喷嘴111、112如此朝向彼此，使得所属的气体射流12的轨迹121、122在到达所述挡板14、140之前彼此交叉并且在到达所述挡板14、140之前形成涡流。所述朝向彼此的喷嘴111、112尤其可以是彼此相邻的喷嘴111、112或者喷嘴组。隔板开口也可以为圆柱形或者沿喷射方向按圆锥形逐渐变宽，由此扩大所述气体射流12。所述流出口11的其它方案在EP 1 403 891 A1中得到说明，该专利文件的全部公开内容在此通过引用纳入本说明书中。在该专利文件中尤其公开如下内容：轴向和/或在圆周上彼此错位的流出口，具有不同直径、不同中心距的流出口，在形状、大小、布置方式(比如主要布置在排气区域的上面部分中)和数目方面得到优化的流出口。为获得高的冷却效率，为隔板开口到对置的壁体之间的间距H与其直径D之间的比例公开了一个优选的1.5＜H/D＜5的范围，并且尤其是H/D＝2。对于所述隔板开口的中心距S与其直径D优选使用S/H＝1.4的比例。如果没有低于这个间距，那就保证，围绕着碰撞点形成的涡流相互间没有产生消极影响并且所述气体得到有效冷却。
所述喷嘴本体10优选是一个尤其由金属制成的套筒10。该套筒10在原则上可以具有任意造型，并且比如为空心圆筒形状(图1)或者按截锥形状逐渐变细(图2c)或者按圆锥形状逐渐收缩(图2d)。在图1中，下部盖板由处于灭弧室9和第一排气区域7之间的第一隔板19所构成，并且上部盖板则由配电室壁体所构成。所述套筒10包围着一个容积V，其中除了所述流出口11，在原则上也允许有其它的开口或使用不完整的套筒形状，只要可以建立足够的速滞压力并且可以形成射流。优选所述流出口11是唯一的开口。所包围的容积V与所述流出口11的总面积A的比例应该优选处于0.5m＜V/A＜1.5m、优选1m＜V/A＜1.4m、尤其优选1.2m＜V/A＜1.3m的范围内。
图2c示出一个实施例，在该实施例中所述流出口11在所述本体10上成堆地布置在两个径向对置的区域11a、11b中。由此可以在灭弧气体中在外部的容积7b中诱导出在所述挡板14、140上导引的气流。得到导引的气流典型地在圆形轨道、螺纹轨道和/或螺旋轨道11ab上移动或者通常在基本上围绕着开关轴线1a的旋转对称的轨道11ab上移动。轨道的种类可以通过所述流出口11的布置、通过导引气流的元件和/或通过所述喷嘴本体11及挡板14、140的造型来选择或者影响。比如在使用轴向上相同分布的流出口11时，在使用空心圆筒形的挡板14、140时以及在所述喷嘴本体10具有空心圆筒造型时，主要诱导出圆形轨道或者螺纹轨道并且在所述喷嘴本体10具有逐渐变细的造型时主要诱导出螺旋轨道11ab。
已经对具有喷嘴本体或套筒10及挡板14、140的布置方案的效率η进行了理论分析。所述套筒10的效率或冷却效率η定义为所述借助于套筒10从所述灭弧气体中抽走的热能与所述热的灭弧气体的总热能之间的比例。在此可以示出，近似地适用以下公式：
η(t)＝(p2-p2’)/P2，
其中p2＝在没有套筒10的情况下在分开开关触点之后在第一排气区域7中的灭弧气体压力；并且p2’＝在有套筒10的情况下同样在分开开关触点之后在所述第一排气区域7中在所述内部及外部容积7a、7b范围内平均的灭弧气体压力。根据实验，测量出在没有套筒10时的压力p2并且通过以下方法测定在有套筒10时的压力p2’，即在所述外部容积7b中测量第一压力，并且通过模拟计算出在所述内部容积7a中的第二压力，并且用所属的容积7a、7b对所述第一压力及第二压力进行加权平均。图3作为时间的函数示出了用于无金属套筒10的排气7的压力变化曲线31以及用于具有金属套筒32的压力变化曲线32。在触点分开33之后，在斜率不变的情况下压力上升限制在早先普遍的数值的50％左右。在经过电流过零34时，现在压力再度下降，这在总体上导致在开关过程范围内压力显著下降。在图4中示出了冷却效率η(t)，该冷却效率在电流过零34之后超过45％并且短时间地达到最大值60％。
另外，用具有金属套筒10及配电外壳挡板14的断路器1进行实验。在实验中，所述金属套筒10的容积-面积比为1.05m。在该比例上已经考虑到，在现有情况下所述流出口11的几何面积A的大约80％在实际上是有效的。在实验室中，已经无故障地切断处于超过63kA的范围内的、具有高的非对称性、长的电弧时间以及由此产生的在所述断路器1中的大约1MJ的能量耦合的电流。由此通过实验及理论证实，通过本发明可以强有力地改进从灭弧气体中进行散热。所述配电室外壳3可以额外地通过所述金属套筒10防止热气体的影响。
在另一个这里未示出的实施例中，在内部容积7a中有至少一个另外的本体，该本体具有其它的用于产生其它的气体射流的流出口，并且所述内部容积7a被另外一个本体划分为一个内部的和一个外部的子容积，其中在所述外部的子容积中布置至少一块另外的挡板，使得所述其它的气体射流朝向所述另外的挡板。优选在所述第一触点4的第一排气区域7以及在所述第二触点5的第二排气区域8中设置至少各一个本体10及至少各一块所属的挡板14、140。所述配电室外壳3可以是一个气密的、用于所述灭弧气体、尤其用于灭弧气体和排出气体的封装外壳3。所述配电室外壳3可以被一个屏蔽磁场的外壳体所包围。所述外壳体可以同时设计为用于配电设备1的机械支架。本发明也可应用于每种型号的电气配电设备1，尤其可以应用在发电机开关1、具有旋转的电弧的开关、自吹弧开关、气体开关或SF6-开关以及具有用于从灭弧区中导散灭弧气体的空心的接触管的开关中。
一种用于对在用于电能供给网的配电设备1中、尤其是发电机开关1中的灭弧气体进行冷却的方法也是本发明的主题，其中所述配电设备1包括一个配电室2，该配电室2被一个配电室外壳3所包围，其中此外在开关过程中所述灭弧气体从一个灭弧区6流向一个排气区域7、8，在这过程中所述灭弧气体流经一个具有大量流出口11的本体10，并且所述灭弧气体分为大量定向的气体射流12，其中此外所述气体射流12涡旋成大量涡流13并且通过在挡板14、140的区域14a中的对流由所述挡板14、140从所述涡流13中抽走热能，其中所述挡板14、140由所述配电室外壳3的至少一个区段14构成或者固定在所述配电室外壳3的一个区段上。以下对几个实施例进行说明。
所述挡板14、140可以保持在所述配电室外壳3的电位上。所述挡板14、140也可以通过导热保持在所述配电室外壳3的温度上。灭弧气体涡流13的形成可以在到达所述挡板14、140之前通过所述气体射流12彼此间的相互作用得到支持。尤其可以在所述本体10中形成这样的气体射流12，所述气体射流12的轨迹121、122在到达所述挡板14、140之前彼此交叉。所述流出口11的发射特征也可以如此与到所述挡板14、140的间距H相匹配，从而在所述挡板14、140上或者在其区域14a中形成所述涡流13。优选所述灭弧气体以及尤其所述涡流13沿所述挡板14、140围绕着所述配电设备1的中心轴线1a在圆形轨道、螺纹轨道或螺旋轨道上导引。
此外，一种电气高压设备的一个区段是本发明的主题，所述高压设备如此前说明的一样并且具有一个电气配电设备1，尤其是发电机开关1。
附图标记列表
1 电气配电设备
1a 中心轴线，开关轴线
2 配电室
3 配电室外壳，配电室壁体
3a 第一排气外壳
3b 第二排气外壳
3c 灭弧室外壳，灭弧室绝缘子
4 第一触点，(电弧-)导电杆
5 第二触点，(电弧-)梅花触头
6 灭弧区
6a 电弧
7 第一排气区域
7a 内部容积
7b 外部容积
7c 流动转向件
8 第二排气区域
9 灭弧室
10 本体，喷嘴本体，套筒，金属套筒
100 来自灭弧区的灭弧气体流
101 在所述内部容积中的再循环气流
11 流出口
11a、11b 径向对置的区域
11ab 圆形轨道，螺纹轨道，螺旋轨道
110、111、112 喷嘴形状
12 气体射流
12a 分离区域
12b 涡流区域
121、122 轨迹
13 涡流
130 涡流区域，对流的涡流的热传导区
域，涡流边界层
131 流出区域
132 旁通区域，吸入区域
14 挡板，配电室外壳区段
140 挡板，平板，冷却体
14a 挡板区域
15 电流路径
16 固定的第一额定电流触点
17 固定的第二额定电流触点
18 活动的额定电流触点
19 第一隔板
20 燃弧开关装置
21 绝缘材料喷嘴
22 滑动导向装置
23 第二隔板
24 加热容积
25 吹弧缝隙
26 壁体
27 吹弧气缸
28 吹弧活塞
29 吹弧通道
30 止回阀
31 压力曲线(现有技术)
32 具有本体及挡板的压力曲线
33 触点分离
34 电流过零
D 流出口的直径
H 流出口到挡板的间距
S 在流出口之间的中心距
t 时间
η 效率
Claims (23)
1.用于在用于电能供给网的电气配电设备(1)中对灭弧气体进行冷却的方法，其中所述配电设备(1)包括配电室(2)，该配电室(2)被配电室外壳(3)所包围，其中此外在开关过程中，所述灭弧气体从灭弧区(6)流向排气区域(7、8)，在这过程中经过具有大量流出口(11)的本体(10)并且分为大量定向的气体射流(12)，其中此外所述气体射流(12)涡旋成大量涡流(13)并且通过在挡板(14、140)的区域中的对流由该挡板(14、140)从所述涡流(13)中抽走热能，其特征在于，
a)所述挡板(14、140)由所述配电室外壳(3)的至少一个区段(14)构成或者固定在所述配电室外壳(3)的一个区段上，
b)所述流出口(11)的发射特征与到所述挡板(14、140)的间距(H)相匹配，从而在所述挡板(14、140)上或其区域(14a)中形成所述涡流(13)，并且
c)热能存放在所述挡板(14、140)中或者传递给与所述挡板(14、140)热连接的散热器。
2.按权利要求1所述的用于对灭弧气体进行冷却的方法，其特征在于，
a)所述挡板(14、140)保持在所述配电室外壳(3)的电位上并且/或者
b)所述挡板(14、140)通过导热保持在所述配电室外壳(3)的温度上。
3.按权利要求1所述的用于对灭弧气体进行冷却的方法，其特征在于，
a)所述涡流(13)的形成在到达所述挡板(14、140)之前通过所述气体射流(12)彼此间的相互作用得到支持并且
b)在所述本体(10)中形成这样的气体射流(12)，所述气体射流(12)的轨迹(121、122)在到达所述挡板(14、140)之前彼此交叉。
4.按权利要求2所述的用于对灭弧气体进行冷却的方法，其特征在于，
a)所述涡流(13)的形成在到达所述挡板(14、140)之前通过所述气体射流(12)彼此间的相互作用得到支持并且
b)在所述本体(10)中形成这样的气体射流(12)，所述气体射流(12)的轨迹(121、122)在到达所述挡板(14、140)之前彼此交叉。
5.按前述权利要求中任一项所述的用于对灭弧气体进行冷却的方法，其特征在于，所述灭弧气体沿所述挡板(14、140)在圆形轨道、螺纹轨道或螺旋轨道上导引。
6.按权利要求1-4中任一项所述的用于对灭弧气体进行冷却的方法，其特征在于，热的灭弧气体流(100)从电弧区(6)流入所述排气区域(7)中，由气流导向件(7c)转向为径向方向，沿所述本体(10)的内壁回流并且由此形成再循环气流(101)，通过该再循环气流(101)在所述本体(10)的内部容积(7a)中建立速滞压力。
7.按权利要求5所述的用于对灭弧气体进行冷却的方法，其特征在于，热的灭弧气体流(100)从电弧区(6)流入所述排气区域(7)中，由气流导向件(7c)转向为径向方向，沿所述本体(10)的内壁回流并且由此形成再循环气流(101)，通过该再循环气流(101)在所述本体(10)的内部容积(7a)中建立速滞压力。
8.按权利要求1-4中任一项所述的用于对灭弧气体进行冷却的方法，其特征在于，在挡板区域(14a)中形成涡流边界层(130)，在该涡流边界层(130)中所述涡流(13)沿所述挡板(14、140)掠过，在那里存放其一部分热能，在所述涡流(13)的流出区域(131)中流动离开所述挡板(14、140)并且在旁通区域(132)中吸入其它的灭弧气体并且输送给所述挡板(14、140)进行冷却。
9.按权利要求5所述的用于对灭弧气体进行冷却的方法，其特征在于，在挡板区域(14a)中形成涡流边界层(130)，在该涡流边界层(130)中所述涡流(13)沿所述挡板(14、140)掠过，在那里存放其一部分热能，在所述涡流(13)的流出区域(131)中流动离开所述挡板(14、140)并且在旁通区域(132)中吸入其它的灭弧气体并且输送给所述挡板(14、140)进行冷却。
10.按权利要求6所述的用于对灭弧气体进行冷却的方法，其特征在于，在挡板区域(14a)中形成涡流边界层(130)，在该涡流边界层(130)中所述涡流(13)沿所述挡板(14、140)掠过，在那里存放其一部分热能，在所述涡流(13)的流出区域(131)中流动离开所述挡板(14、140)并且在旁通区域(132)中吸入其它的灭弧气体并且输送给所述挡板(14、140)进行冷却。
11.用于电能供给网的电气配电设备(1)，包括被配电室外壳(3)所包围的、具有中心轴线(1a)以及第一触点(4)和第二触点(5)的配电室(2)，其中在所述第一或第二触点(4、5)的排气区域(7、8)中存在具有流出口(11)的本体(10)，所述流出口(11)用于通流灭弧气体，所述排气区域(7、8)被所述本体(10)划分为内部的容积(7a)和外部的容积(7b)，并且在所述外部的容积(7b)中存在挡板(14、140)用于对灭弧气体进行冷却，其中此外所述本体(10)的流出口(11)用于产生大量定向的气体射流(12)，所述气体射流(12)朝向所述挡板(14、140)并且形成大量涡流(13)，并且所述涡流(13)引起从灭弧气体到所述挡板(14、140)中的对流式热传导，其特征在于，
a)所述挡板(14、140)由所述配电室外壳(3)的至少一个区段(14)构成或者固定在所述配电室外壳(3)的一个区段上，
b)所述本体(10)的流出口(11)是喷嘴(110、111、112)，所述喷嘴(110、111、112)由于其布置方式、形状和/或定向为所述气体射流(12)预先规定了所期望的喷射特征和/或定向，其中所述气体射流(12)在所述喷嘴(110、111、112)中得到瞄准、扩径或聚焦，所述瞄准、扩径或聚焦因而与到所述挡板(14、140)的间距(H)相匹配，从而在所述挡板(14、140)上或者在所述挡板(14、140)的区域(14a)中形成涡流，并且
c)所述挡板(14、140)具有为对涡流的灭弧气体进行冷却足够大的热容并且/或者所述挡板(14、140)具有为对涡流的灭弧气体进行冷却足够大的导热能力并且与所述配电室外壳(3)导热连接。
12.按权利要求11所述的电气配电设备(1)，其特征在于，
a)所述挡板(14、140)处于所述配电室外壳(3)的电位上并且/或者
b)所述挡板(14、140)是所述配电设备(1)的电流路径(15)的一部分。
13.按权利要求11所述的电气配电设备(1)，其特征在于，所述本体(10)具有如下的热容和/或导热能力，即所述本体不为散热作出贡献或者所述本体引起附加的冷却作用和所述本体(10)中均匀的热量分布。
14.按权利要求12所述的电气配电设备(1)，其特征在于，所述本体(10)具有如下的热容和/或导热能力，即所述本体不为散热作出贡献或者所述本体引起附加的冷却作用和所述本体(10)中均匀的热量分布。
15.按权利要求11所述的电气配电设备(1)，其特征在于，
a)所述喷嘴(110)沿所述灭弧气体的径向流动方向漏斗状变细并且/或者
b)存在着喷嘴(111、112)，所述喷嘴(111、112)朝向彼此，使得所属的气体射流(12)的轨迹(121、122)在到达所述挡板(14、140)之前彼此交叉并且在到达所述挡板(14、140)之前形成涡流。
16.按权利要求12所述的电气配电设备(1)，其特征在于，
a)所述喷嘴(110)沿所述灭弧气体的径向流动方向漏斗状变细并且/或者
b)存在着喷嘴(111、112)，所述喷嘴(111、112)朝向彼此，使得所属的气体射流(12)的轨迹(121、122)在到达所述挡板(14、140)之前彼此交叉并且在到达所述挡板(14、140)之前形成涡流。
17.按权利要求13所述的电气配电设备(1)，其特征在于，
a)所述喷嘴(110)沿所述灭弧气体的径向流动方向漏斗状变细并且/或者
b)存在着喷嘴(111、112)，所述喷嘴(111、112)朝向彼此，使得所属的气体射流(12)的轨迹(121、122)在到达所述挡板(14、140)之前彼此交叉并且在到达所述挡板(14、140)之前形成涡流。
18.按权利要求11-17中任一项所述的电气配电设备(1)，其特征在于，
a)所述本体(10)是套筒(10)，该套筒(10)所包围的容积V与所述流出口(11)的总面积A形成一个比例，该比例处于0.5m＜V/A＜1.5m的范围内并且/或者
b)所述流出口(11)在所述本体(10)上成堆地布置在两个径向对置的区域(11a、11b)中，用于在灭弧气体中在外部的容积(7b)中诱导出在所述挡板(14、140)上在圆形轨道、螺纹轨道和/或螺旋轨道上导引的气流。
19.按权利要求11-17中任一项所述的电气配电设备(1)，其特征在于，
a)所述本体(10)是套筒(10)，该套筒(10)所包围的容积V与所述流出口(11)的总面积A形成一个比例，该比例处于1m＜V/A＜1.4m的范围内并且/或者
b)所述流出口(11)在所述本体(10)上成堆地布置在两个径向对置的区域(11a、11b)中，用于在灭弧气体中在外部的容积(7b)中诱导出在所述挡板(14、140)上在圆形轨道、螺纹轨道和/或螺旋轨道上导引的气流。
20.按权利要求11-17中任一项所述的电气配电设备(1)，其特征在于，
a)所述本体(10)是套筒(10)，该套筒(10)所包围的容积V与所述流出口(11)的总面积A形成一个比例，该比例处于1.2m＜V/A＜1.3m的范围内并且/或者
b)所述流出口(11)在所述本体(10)上成堆地布置在两个径向对置的区域(11a、11b)中，用于在灭弧气体中在外部的容积(7b)中诱导出在所述挡板(14、140)上在圆形轨道、螺纹轨道和/或螺旋轨道上导引的气流。
21.按权利要求11-17中任一项所述的电气配电设备(1)，其特征在于，
a)在内部的容积(7a)中存在至少一个另外的本体，该本体具有其它的用于产生其它的气体射流的流出口，并且所述内部的容积(7a)被所述另外一个本体划分为内部的和外部的子容积，并且
b)在所述外部的子容积中布置至少一块另外的挡板，使得所述其它的气体射流朝向所述另一块挡板。
22.按权利要求11-17中任一项所述的电气配电设备(1)，其特征在于，在所述第一触点(4)的第一排气区域(7)中以及在所述第二触点(5)的第二排气区域(8)中存在至少各一个本体(10)及至少各一块所属的挡板(14、140)。
23.按权利要求11-17中任一项所述的电气配电设备(1)，其特征在于，
a)所述配电室外壳(3)是气密的、用于所述灭弧气体的封装外壳(3)，并且/或者
b)所述配电室外壳(3)被屏蔽磁场的外壳体所包围，并且/或者
c)所述配电设备(1)是发电机开关(1)。
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