CN102474082A - 电力开关装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的主题是一种电力开关装置、绝缘散热器以及用于将散热器安装到电力开关装置，且尤其是中等电压或高电压开关装置中的方法。这种电力开关装置包括放置在壳体(1)中并与母线(7a)和支线(7b，7c，7d)相连接的工作元件，电力开关装置借助以自然方式或强制方式从外部供给的空气进行冷却，其特征在于，其包含至少一个由具有增加的热导率λ＞2W/mK的热塑性材料制成的绝缘散热器(11)，绝缘散热器放置在该开关装置的电场中，并且其通过非永久的紧固而连接到至少一个母线(7a)或/和至少一个支线(7b，7c，7d)上。针对根据本发明的开关装置而设计的绝缘散热器是包括底板(12)的注射模制件，在该底板(12)的顶面(13)上附连有具有相同形状或不同形状的排热元件(14)的系统，并且在其侧表面上固定着弹性的装配卡子(15)。

Description

电力开关装置
本发明的主题是一种电力开关装置、绝缘散热器以及将散热器装配在电力开关装置，且尤其是装配在中等电压或高电压开关装置中的方法。
在高电压设备中，由于高的电流，电流路径的元件会发生过热，过热会对开关装置中的热状态产生负面影响。为了改善开关装置内部的排热并降低温度，在其外壳中制作了特殊的窗口，以迫使空气循环，从而提供开关装置的换气。
从专利描述EP0576457中已经知晓一种用于分离开关装置机壳中的冷却空气的方法和装置。该装置包括串联连接的隔室，它们彼此紧密地定位，并且对于周围空气是密闭的，设备的电流路径和用于分离空气或其它冷却气体的通道定位在该隔室中。冷却气体的流动方向与电流的流动方向是相同或相反的。
安装在开关装置外部以便降低容纳在开关装置机壳中的设备温度的金属散热器是普遍已知的。这些散热器通常由铝制成。例如，在由ABB制成的ZX2型中等电压气体绝缘的开关装置中所实现的一种已知的设计是位于开关装置壳体外部的铝制散热器系统。这种设计容许降低设备内部的气体温度，尤其是母线隔室中的空气温度。这还间接地容许降低电流路径元件的温度，但这种设计的效率是有限的。散热器直接安装在母线或开关装置的电流路径的其它元件上将容许极大地改善排热，并降低这些元件的温度。然而，由于散热器是由电传导材料，例如铝或铜制成的，它们不能直接放置在母线上。它们的存在将导致开关装置中的绝缘间隙的减少，并且将造成电场的干扰和不利的分布，这可能导致开关装置的短路和破坏。
根据本发明的电力开关装置包括放置在壳体中并与母线和支线相连接的工作元件，这种电力开关装置借助从外部以自然方式或强制方式供给的空气进行冷却，该电力开关装置的本质特征是开关装置包含至少一个由具有增加的热导率(λ≥2W/mK)的热塑性材料制成的绝缘散热器，其放置在开关装置的电场中，并且通过非永久的紧固而直接连接在至少一个母线或/和至少一个支线上。
优选地，在开关装置中，绝缘散热器通过弹性的装配卡子而与母线或支线相连接。
优选地，绝缘散热器定位在母线或支线上，靠近“热点”。
优选地，“热点”通过计算机模拟来确定。
备选地，“热点”通过红外测绘来确定。
为创造性的开关装置而设计的绝缘散热器的本质特征是，散热器是一种包含底板的注射模制件，在底板的顶面上附连有相同或不同形状的排热元件的系统，并且在底板的侧表面上附连有弹性的装配卡子。
优选地，弹性的装配卡子适合单独的母线或支线的厚度。
优选地，排热元件具有截头圆锥的形状。作为备选，排热元件具有截头棱锥的形状。
备选地，排热元件具有树枝状形状。
优选地，排热元件具有肋条形状。
将创造性的散热器安装在电力开关装置中的方法是使得通过弹性的装配卡子将散热器直接夹紧在母线或支线上，或者在将绝缘散热器夹紧到母线或支线上之前，将热传导材料制成的弹性垫放置在底板的底面和母线或支线的外表面之间。
优选地，垫是一层具有增加的热导率的膏剂。
备选地，垫是具有增加的热导率的硅树脂带。
备选地，弹性垫与散热器集成一体，并且其在散热器生产的一个生产循环中由热塑性弹性体制成。
本发明的优点是将散热器放置在电流路径元件上的任何地方是可行的，因为它们由电绝缘材料制成，且从而不会干扰开关装置内部电场的分布。由注射模制工艺制成的绝缘散热器可具有复杂的形状，这容许增加用于对流和辐射热交换以及用于相邻元件的高效排热的表面。具有类似复杂几何形状的金属散热器的生产则更加困难得多，并且需要比注射模制工艺更加昂贵得多的技术。热塑性材料的一个额外的优势是其更大的弹性，该更大的弹性有利于这样的材料制成的散热器的安装。由于卡扣配合弹性卡子的使用，散热器的快速装配和拆卸是可行的，而不需要对于金属散热器而言必须的额外的元件，例如螺钉。
本发明作为一个实施例呈现于附图中，其中图1以侧截面形式以等轴测投影显示了在拆下开关装置的外壁之后的、包括母线和支线的布线的开关装置外壳的简图。
图2显示了在拆下开关装置的外壁和母线隔室隔离壁之后的、包括母线和支线的布线的开关装置外壳的示意图，其中绝缘散热器安装在母线上，
图3显示了在拆下开关装置的外壁和母线隔室隔离壁之后的、包括母线的布线的开关装置外壳的示意图，其中绝缘散热器安装在支线上，
图4以等轴测投影显示了本发明的第一实施例中的绝缘散热器的视图，
图5以等轴测投影显示了本发明的第二实施例中的绝缘散热器的视图，
图6以等轴测投影显示了本发明的第三实施例中的绝缘散热器的视图，
图7以等轴测投影显示了本发明的第四实施例中的绝缘散热器的视图，
图8以侧截面显示了与母线连接的绝缘散热器，其中该散热器直接粘附在母线上，
图9以侧截面显示了与母线连接的绝缘散热器，其中垫位于散热器和母线之间，
图10显示了图9的细节B。
图1中显示了开关装置的简图，该开关装置具有钢外壳1，其包括四个主要隔室：母线隔室2、断路器隔室3、馈线隔室4和低压隔室5。单独的隔室通过钢隔离壁6而彼此分隔开。在母线隔室2中，母线7a在一端通过支线7b和树脂构件(所谓的“母线侧室”8a)而与图中未显示的放置在断路器隔室3中的断路器的输出相连接，而它们的另一端与图中未显示的相邻开关装置柜的类似的母线隔室相连接。在馈线隔室4中，来自断路器隔室3中的断路器通过所谓的“电缆侧室”8b、支线7c和7d而与电流互感器9、电压互感器10以及图中未显示的电缆连接器相连。绝缘散热器11安装在母线7a上。图2举例说明了散热器11在母线7a上的安装，并且图3举例说明了散热器11在支线7b上的安装。
绝缘散热器11由具有高热导率(λ＞2W/mK)特征的热塑性材料制成，并且它是在一个生产循环中作为一个完整的整体而制成的注射模制件。散热器11由伸长的底板12组成，在该底板的顶面13上附连了排热元件14。在散热器的第一实施例中，排热元件具有采用截头圆锥14a形式的柱桩形状。在本发明的第二实施例中，排热元件具有任意底部的截头棱锥14b的形状。在本发明的第三实施例中，排热元件具有树枝状柱桩14c的形状。在本发明的第四实施例中，排热元件具有优选彼此平行定位的肋条14d的形状。单独的排热元件14可具有相同的高度，或者它们的高度可以是不同的，其在图中未作显示。在板12的侧表面上定位有卡扣类型的弹性的装配卡子15，其适合开关装置的单独的母线7a或支线7b，7c，7d的厚度，并且其与底板12制成整体部件。这些卡子15夹紧母线7a或支线7b，7c，7d的侧表面。
固定在散热器11板的顶面13上的排热元件14的系统形成了展开表面，并且主要通过这个表面而发生与在周围流动的空气的热交换。
将散热器11固定在母线7a或支线7b，7c，7d的表面上的方式是非常简单的，因为其在于将散热器直接放置在一个或多个母线上，并通过弹性的装配卡子15而将散热器夹紧在母线上。通过额外的由绝缘材料制成的带夹或夹具而安装散热器也是允许的。在将散热器11安装在母线7a或支线7b，7c，7d上之前，必须确定具有最高温度的被称为热点的位置。它们可优选通过两种方法来确定：热交换和流体流现象的数字模拟，和/或红外测绘。通过数字模拟方法，可将整个开关装置或其选定部分模型化。在准备好被分析的装置的数字模型之后，并且在限定材料数据以及边界和初始条件之后，计算开关装置内部的温度分布。在这种方法中，不必起动开关装置。红外测绘方法需要起动开关装置；然后通过红外摄象机监测母线上的温度分布。在这两种方法中，基于所接收的开关装置内部的温度分布，散热器11的安装位置被确定为这样一个位置，其定位成尽可能接近所确定或所测量的最高温度的位置。与散热器11集成一体的弹性的卡扣配合式装配卡子15用于将散热器11安装到母线7a或支线7b，7c，7d上。散热器11的安装通过将它们在预定位置处压在母线7a或支线7b，7c，7d的表面上来实现。由于母线或支线和散热器底座的表面两者都具有平坦的形状和低粗糙度的特征，所以直接安装在母线7a或支线7b，7c，7d的表面上是可行的。在本发明的另一实施例中，在将散热器安装于母线7a或支线7b，7c，7d上期间，在散热器11底座的底面16和母线7a或支线7b，7c，7d之间使用了弹性垫17，其采用具有增加的热导率的薄的膏剂层的形式，或者还有具有增加的热导率的硅树脂带的形式。弹性垫17可与散热器集成一体，并且在生产散热器11的一个生产循环中由TPE(热塑性弹性体)制成。在这种情况下，散热器11与垫17一起可在所谓的2K模制方法中通过注入两种成分来生产。

Claims (15)

1.一种电力开关装置，包括放置在外壳(1)中、与母线(7a)和支线(7b，7c，7d)相连接的工作元件，借助以自然方式或强制方式从外部供给的空气进行冷却，其特征在于，该电力开关装置包含至少一个由具有增加的热导率λ≥2W/mK的热塑性材料制成的绝缘散热器(11)，该绝缘散热器(11)放置在所述开关装置的电场中，并通过非永久的紧固而与至少一个母线(7a)或/和至少一个支线(7b，7c，7d)直接相连。
2.根据权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述绝缘散热器(11)通过弹性的装配卡子(15)而与所述母线(7a)或支线(7b，7c，7d)相连接。
3.根据权利要求2所述的开关装置，其特征在于，所述绝缘散热器(11)定位在所述母线(7a)或支线(7b，7c，7d)上、靠近被确定为热点的位置。
4.根据权利要求3所述的开关装置，其特征在于，所述被限定为热点的位置是利用计算机模拟方法找到的。
5.根据权利要求3所述的开关装置，其特征在于，所述被限定为热点的位置是利用红外测绘方法找到的。
6.一种针对根据权利要求1-5所述的开关装置而设计的绝缘散热器，其特征在于，该绝缘散热器是包含底板(12)的注射模制件，在所述底板(12)的顶面(13)上附连有相同形状或不同形状的排热元件(14)的系统，并且在所述底板(12)的侧表面上附连有弹性的装配卡子(15)。
7.根据权利要求6所述的散热器，其特征在于，所述弹性的装配卡子(15)适合单独的母线(7a)或支线(7b，7c，7d)的厚度。
8.根据权利要求6所述的散热器，其特征在于，所述排热元件(14)具有截头圆锥(14a)的形状。
9.根据权利要求6所述的散热器，其特征在于，所述排热元件(14)具有截头棱锥(14b)的形状。
10.根据权利要求6所述的散热器，其特征在于，所述排热元件(14)具有树枝状形状(14c)。
11.根据权利要求6所述的散热器，其特征在于，所述排热元件(14)具有肋条(14d)的形状。
12.一种将根据权利要求6-11所述的散热器安装到电力开关装置中的方法，其特征在于，所述绝缘散热器(11)通过弹性的装配卡子(15)而被直接夹紧到所述母线(7a)或支线(7b，7c，7d)上，或者在将所述绝缘散热器(11)夹紧在所述母线(7a)或支线(7b，7c，7d)上之前，在所述底板(12)的底面(16)和所述母线(7a)或支线(7b，7c，7d)的外表面之间放置由热传导材料制成的弹性垫(17)。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述垫(17)是一层具有增加的热导率的膏剂。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述垫(17)是具有增加的热导率的硅树脂带。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述弹性垫(17)与所述散热器(11)集成一体，并且在制造所述散热器(11)的一个生产循环中由热塑性弹性体制成。
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