CN105009390B - 用于耐电弧开关设备通道的变形压力环密封 - Google Patents

Abstract

一种电气外壳组件包括具有两个相邻通道部分的通道室，两个相邻通道部分具有相应的第一凸缘和第二凸缘，该第一凸缘和第二凸缘被固定以形成凸缘对接接头。通道部分位于在电弧故障事件期间压力波从电弧故障设备至排气口行进通过的路径中。压力环被在内部固定到第一面板和第二面板中的至少一个面板以覆盖凸缘对接接头。响应于压力波的峰值压力，压力环与通道部分的相应邻接的面板一起变形。尽管峰值压力在凸缘对接接头中造成了空隙，但是变形使得压力环填充这些空隙，从而阻止了通过凸缘对接接头的通气。

Description

用于耐电弧开关设备通道的变形压力环密封

发明领域

本发明通常涉及电气系统，以及更具体地，涉及用于保护两个相邻的通道部分之间的接头的压力环。

发明背景

耐电弧开关设备外壳被设计为承受内部电弧故障事件的作用。这类事件通常引起爆炸反应，导致猛烈的压力波在外壳中向着排气口行进并在外壳的结构组件上引起严重的机械应力和热应力。

当前关于外壳的一个问题发生在相邻的通道部分之间的凸缘连接。连接通常是凸缘对接接头，其中，相邻通道部分的各个凸缘被互相固定。为达到安全标准，需要结构完整性以便防止通过凸缘连接的压力波的意外爆裂。例如，工业标准规定，在由于逸出的电弧产物的测试过程中，相对于外壳被放置在特定位置的指示器不会燃烧。IEEE标准C37.20.7，5.4.2段，指示器放置。该规定对连接在各个凸缘的模块化通道扩展件来说，造成了重大的设计挑战。

为了符合行业标准，当前的外壳利用添加结构组件和加固材料来强化，以限制凸缘连接的变形。然而，当前的外壳的缺点包括添加的材料的成本、组装结构组件所增加的时间以及在强化的凸缘连接中开发非故意地允许压力波和电弧产品逸出的扭折的可能性。

发明概述

所需要的是接受凸缘连接的变形的耐电弧外壳。

在本发明的实施中，用于中或高压系统的电气外壳组件包括有由对接接头连接的两个通道面板的通道室。通常，对接接头被旋(或以其它方式固定)到通道面板的侧凸缘。压力环被旋在对接接头的下面。当电弧故障发生时，电弧爆炸力量促使压力波穿行通过通道室，使通道面板扭曲。压力波倾向于搜寻通过对接接头的意外的通气路径。然而，响应于压力波，压力环展开以吸收压力波并填充对接接头中的由通道面板扭曲引起的任何空隙。因此，压力环阻止了排气通过对接接头的逸出并允许通道面板暂时顺应由电弧故障引起的变形压力。

本发明的实施方式还提供了以下方面：

1)一种电气外壳组件，包括具有第一面板的第一通道部分，该第一面板具有第一凸缘。第二通道部分与第一部分相邻并具有第二面板，该第二面板具有第二凸缘。第二凸缘被固定在第一面板的第一凸缘上以在第一通道部分和第二通道部分之间形成凸缘对接接头。第一部分和第二部分处于在外壳中的电弧故障事件期间压力波通往排气口行进的路径中。压力环被在内部固定在第一面板和第二面板中的至少一个面板并覆盖凸缘对接接头。响应于压力波的峰值压力，压力环与第一面板和第二面板一起变形，该变形促使压力环填充在凸缘对接接头内由在电弧故障事件期间峰值压力造成的空隙。

2)如项目1)所述的电气外壳组件，其中，所述压力波通过所述第一通道部分和所述第二通道部分的所述路径是水平的。

3)如项目1)所述的电气外壳组件，其中，所述压力环被固定到所述第一面板和所述第二面板二者。

4)如项目1)所述的电气外壳组件，其中，所述凸缘对接接头是面朝外的立缝。

5)如项目1)所述的电气外壳组件，其中，所述压力环和所述第一通道部分和所述第二通道部分具有匹配的矩形横截面轮廓。

6)如项目5)所述的电气外壳组件，其中，所述第一面板还包括具有第三凸缘的第三面板，并且所述第二面板包括具有第四凸缘的第四面板，所述第三凸缘和所述第四凸缘在所述第一通道部分和所述第二通道部分之间形成另一个凸缘对接接头，所述压力环被固定到所述第三面板和第四面板中的至少一个面板，以覆盖所述另一个凸缘对接接头。

7)如项目6)所述的电气外壳组件，其中，所述第一面板和所述第二面板平行于所述第三面板和所述第四面板。

8)如项目7)所述的电气外壳组件，其中，所述第一面板和所述第二面板是所述第一通道部分和所述第二通道部分的相应的顶部面板，并且所述第三面板和所述第四面板是所述第一通道部分和所述第二通道部分的相应的底部面板。

9)如项目8)所述的电气外壳组件，其中，所述压力环沿着在所述顶部面板和底部面板之间的中心轴对称地变形。

10)如项目1)所述的电气外壳组件，其中，所述压力环响应于所述峰值压力而弹性地变形。

11)如项目1)所述的电气外壳组件，其中，所述压力环是片状金属板。

12)一种电气外壳组件，包括具有由相应的顶部面板、底部面板、左侧面板和右侧面板形成的矩形轮廓的两个相邻的通道部分。第一通道部分和第二通道部分处于在电弧故障事件期间压力波通往排气口行进的路径中。顶部对接接头由两个固定的顶部凸缘形成，顶部凸缘中的每一个被连接在相应的顶部面板上。底部对接接头由两个固定的底部凸缘形成，底部凸缘中的每一个被连接在相应的底部面板上。压力环被安装在通道部分内，且具有与通道部分的矩形轮廓匹配的矩形轮廓。压力环被连接在顶部面板中的至少一个顶部面板上和底部面板中的至少一个底部面板，以覆盖顶部对接接头和底部对接接头。响应于压力波的峰值压力，压力环变形，该变形使得压力环在电弧故障事件期间密封顶部对接接头和底部对接接头。

13)如项目12)所述的电气外壳组件，其中，所述压力波通过所述通道部分的所述路径是水平的。

14)如项目12)所述的电气外壳组件，其中，所述顶部对接接头和所述底部对接接头每个是面朝外的立缝。

15)如项目12)所述的电气外壳组件，其中，所述压力环沿着所述通道部分的中心轴对称地变形。

16)如项目12)所述的电气外壳组件，其中，所述压力环是片状金属板。

17)如项目12)所述的电气外壳组件，其中，所述压力环响应于所述峰值压力而弹性地变形。

鉴于参考附图所进行的对不同的实施方式和/或方面所进行的详细描述，本发明的上述方面和其他方面及实施方式，对于本领域的普通技术人员来说将是明显的，下面将提供附图的简要描述。

附图简述

参考下文结合附图进行的详细描述，可最好地理解本发明。

图1是有分压力环的两个相邻通道部分的分解图。

图2是图1的分压力环的透视图。

图3A是示出在电弧故障事件之前的现有技术的通道布置的立面图。

图3B是示出在电弧故障事件的峰值压力期间图3A中的通道布置的立面图。

图3C是示出在电弧故障事件的峰值压力之后图3A中的通道布置的立面图。

图4A是示出在电弧故障事件之前的具有压力环的通道布置的立面图。

图4B是示出在电弧故障事件的峰值压力期间图4A中的通道布置的立面图。

图4C是示出在电弧故障事件的峰值压力之后图4A中的通道布置的立面图。

图5是示出具有全压环的通道布置的透视图。

图6是示出图5中的全压环的透视图。

所示实施方式的详细描述

参考图1，用于耐电弧外壳组件的外壳通道100，包括两个相邻的通道部分100a、100b。左通道部分100a具有顶部面板102a，顶部面板102a具有顶部凸缘104a，以及类似地，右通道部分100b具有顶部面板102b，顶部面板102b具有顶部凸缘104b。外壳通道100还包括一对侧面板106a、106b和底部面板108a、108b。底部面板108a、108b包括相应的底部凸缘110a、110b。

在可选的实施方案中，诸如图5和6中所示，侧面板106a、106b中的每一个被可选地分隔为具有相应相邻凸缘的两个相邻面板。换而言之，在可选的实施方案中，通道部分100a、100b中的每一个具有其自身的独立的侧面板。顶部面板102a、102b与底部面板108a、108b平行，并且侧面板106a、106b互相平行。

外壳通道100的相邻凸缘被互相固定以在左通道部分100a和右通道部分100b之间形成凸缘对接接头。例如，当被组装时，左通道部分100a的顶部凸缘104a被固定在右通道部分100b的顶部凸缘104b上以形成顶部凸缘对接接头。可选地，垫圈(未示出)被插入在凸缘之间，以用于加强接头的密封。

外壳通道100还包括被固定在顶部面板102a、102b以覆盖顶部凸缘对接接头的顶部压力环112a。底部压力环112b被固定在底部面板108a、108b以覆盖相应的底部凸缘对接接头。每一个压力环112a、112b与相应的顶部面板102a、102b和底部面板108a、108b隔开。

可选地，外壳通道100包括在中心被安装在顶部面板102a、102b和底部面板108a、108b之间的、并被定向为与侧面板106a、106b平行的中心支撑114。中心支撑114，例如，通过防止面板屈曲，而增加了顶部面板102a、102b和底部面板108a、108b的结构强度。

通道部分100a、100b的面板形成了在电弧故障事件期间压力波沿X方向行进通过的路径中的内部空间。压力波从如开关设备处的电弧故障事件的起始点116行进至排气口118。压力波在压力环112a、112b上的作用，在下面参考图3A-4C进行更详细的描述。

参考图2，压力环112是具有主平面120的板，主平面120具有连接孔122阵列。压力环112与顶部压力环和底部压力环112a、112b相同，并被单独描述以易于理解。连接孔122被提供用于将压力环112固定在顶部面板102a、102b(作为顶部压力环112a)或底部面板108a、108b(作为底部压力环112b)。

压力环112还包括与主平面120垂直扩展的侧壁124。在侧壁124之间的中心位置的缺口126使压力环112的放置适应中心支撑114。侧壁124造成在压力环112和相应顶部或底部面板102a、102b、108a、108b之间的间隔。间隔是可选的特征，其允许在压力环112的主平面120和相应顶部面板或底部面板102a、102b、108a、108b之间间隔。如在下面参考图3A-4C的更详细的讨论，间隔部分地有助于吸收压力波而不允许在凸缘对接接头中、之间泄露。

压力环112还包括从主平面120扩展开的一对托翼128。托翼128是可弯曲的，以用于连接到外壳通道100的相应的顶部面板、侧面板、或底部面板。

参考图3A-3C，时序被示出为，显示压力波在现有技术的外壳通道200的顶部凸缘对接接头和底部凸缘对接接头201a、201b上的作用。在图3A中，示出了在由电弧故障事件引起的峰值压力X之前的外壳通道200。因此，凸缘对接接头201a、201b被显示为完整的，其顶部和底部紧固件203a、203b在其被固定的位置。峰值压力是由水平行进的并沿着外壳通道200的顶部面板和底部面板202a、202b、208a、208b之间的中轴行进的压力波形成的。

在图3B中，示出了在峰值压力X期间(如50ms(毫秒)期间)的外壳通道200。峰值压力X已经引起顶部凸缘对接接头201a中的破裂，并且一些压力X'通过破裂处逸出。给顶部凸缘对接接头201a提供刚性增强的顶部紧固件203a已经从顶部凸缘对接接头201a上被喷出。另外，破裂的接头201a与在这个实施例中保留完整的底部凸缘对接接头201b是非对称相关的。逸出压力X'是安全隐患，很可能引起火灾并损坏附近的设备和人员。

在图3C中，示出了峰值压力X之后的外壳通道200。破裂的接头201a保留在其所破裂的位置，其中外壳通道200具有严重的并且永久的变形。因此，由紧固件203a、203b提供的刚性连接已经无效。尽管底部凸缘对接接头201b保留完整，但是刚性连接实际上适得其反，因为其帮助使顶部凸缘对接接头201a破裂。

在另一个实施例中，峰值压力X引起对凸缘对接接头201a、201b的严重的和永久的变形。在这个实施例中，刚性增强未能保护凸缘对接接头201a、201b中的任何一个。另外，在这个实施例中的变形是非对称的，即，每一个凸缘对接接头201a、201b以不同的方式破裂。

参考图4A-4C，依据本发明的一个方面，时序被示出为显示压力波对外壳通道100的顶部凸缘对接接头和底部凸缘对接接头101a、101b的作用。在图4A中，示出了在由电弧故障事件引起的峰值压力X之前的外壳通道100。峰值压力是由水平行进的并沿着外壳通道100的顶部面板和底部面板102a、102b、108a、108b之间的中轴行进的压力波形成的。凸缘对接接头101a、101b被显示为完整的，其相应的接头的凸缘彼此密封接触。

在图4B中，峰值压力X已经引起顶部凸缘对接接头101a相对于底部凸缘对接接头101b的对称变形。另外，相应压力环112a、112b已经变形以吸收压力并填充(或密封)在相应凸缘对接接头101a、101b中造成的空隙204a、204b。因此，压力环112a、112b将压力流X'、X”转移至排气口，并因此防止压力通过暂时变形的凸缘对接接头101a、101b的意外的逸出。

在每一个压力环112a、112b的主平面和相应的顶部面板或底部面板102a、102b、108a、108b(上面参考图2所描述的)之间的间隔，有助于为压力环112a、112b提供空间，以在与相应个面板进行接触之前变形。

在图4C中，示出了在峰值压力X之后的外壳通道100。在弹性变形之后，凸缘对接接头101a、101b已经返回它们起始的位置。在其它实施例中，凸缘对接接头101a、101b以均匀的方式塑性变形某个度数。以实例的方式，凸缘对接接头101a、101b可类似于已经被充气至超出弹性极限(在破裂或爆开之前)而后被放气的气球变形。放气的气球已经被均匀地拉伸。类似地，凸缘对接接头101a、101b可以均匀的和/或对称的方式塑性变形而不破裂。

因此，不是用增加了凸缘增强(诸如现有技术中的通道外壳200的紧固件203a、203b)和/或更重的规格通道面板来限制变形，而是，压力环112a、112b允许外壳通道100在保持接头101a、101b的完整性的同时变形。换句话说，压力环112a、112b参加并接受变形，而不是尝试阻止变形。

参考图5，外壳通道300包括可选择的压力环312的布置。外壳通道300包括两个相邻通道部分300a、300b，该两个相邻通道部分300a、300b具有矩形横断面轮廓，并且其中没有共用的面板(像参考图1描述的外壳通道100的侧面板106a、106b)。特别地，除了具有独立的顶部面板和底部面板(在图5中未示出)外，通道部分300a、300b具有独立的侧面板。左通道部分300a具有其自己的前侧面板和后侧面板306ai、306bi，而右通道部分300b具有其自己的前侧面板和后侧面板306aii、306bii。

通道部分300a、300b在相应相邻的面板之间的每一个凸缘对接接头301a-301d被全面毗连。凸缘对接接头301a-301d是面朝外的立缝，并包括顶部凸缘对接接头301a、底部凸缘对接接头301b、左凸缘对接接头301c和右凸缘对接接头301d。因此，通道部分300a、300b在其矩形横断面轮廓的每一侧具有凸缘对接接头。

参考图6，压力环312具有与通道部分300a、300b的轮廓匹配的矩形横断面轮廓。压力环312具有顶侧301a、底侧301b、左侧301c和右侧301d。该四侧301a-301d中的每一侧是具有用于将相应侧固定到对应凸缘对接接头301a-301d的连接孔322的片状金属板(如，顶侧301a被连接到顶部凸缘对接接头301a上，底侧301b被连接到底部凸缘对接接头301b上，等)。类似于在图2中示出的实施方案，压力环312弯曲并适应性地吸收由电弧故障事件造成的压力同时保持凸缘对接接头301a-301d之间的密封的完整性。

压力环112、312可用于尤其是在所有中压和高压开关设备和控制设备外壳。例如，外壳包括用于在约600伏和36,000伏之间的范围的电压的中压外壳。在另一个实施例中，外壳包括用于约为或大于36,000伏的电压的高压外壳。通过上面描述的压力环112、312，在这样的外壳中的电弧故障事件的潜在恶性影响被消除或被大大地降低。

尽管已经示出和描述了本发明的具体实施方案、方面和应用，但应理解的是，本发明并不限于本文公开的精确的构造和组成，而根据前述内容进行的各种修改、改变和变化可以是明显的，且并不偏离本发明如所附权利要求限定的精神和范围。

Claims (17)

1.一种电气外壳组件，其特征在于，所述电气外壳组件包括：

第一通道部分，所述第一通道部分具有第一面板，所述第一面板具有第一凸缘；

第二通道部分，所述第二通道部分与所述第一通道部分相邻并具有第二面板，所述第二面板具有第二凸缘，所述第二凸缘被固定到所述第一面板的第一凸缘，以在所述第一通道部分和所述第二通道部分之间形成凸缘对接接头，所述第一通道部分和所述第二通道部分位于在所述电气外壳组件中的电弧故障事件期间压力波至排气口所行进通过的路径中；以及

压力环，所述压力环被固定到所述第一面板和所述第二面板中的至少一个面板，并内部地覆盖所述凸缘对接接头，响应于所述压力波的峰值压力，所述压力环与所述第一面板和所述第二面板一起变形，所述变形使得所述压力环填充在所述电弧故障事件期间由所述峰值压力造成的在所述凸缘对接接头内的空隙。

2.如权利要求1所述的电气外壳组件，其中，所述压力波通过所述第一通道部分和所述第二通道部分的所述路径是水平的。

3.如权利要求1所述的电气外壳组件，其中，所述压力环被固定到所述第一面板和所述第二面板二者。

4.如权利要求1所述的电气外壳组件，其中，所述凸缘对接接头是面朝外的立缝。

5.如权利要求1所述的电气外壳组件，其中，所述压力环和所述第一通道部分和所述第二通道部分具有匹配的矩形横截面轮廓。

6.如权利要求5所述的电气外壳组件，其中，所述第一通道部分还包括具有第三凸缘的第三面板，并且所述第二通道部分还包括具有第四凸缘的第四面板，所述第三凸缘和所述第四凸缘在所述第一通道部分和所述第二通道部分之间形成另一个凸缘对接接头，所述压力环被固定到所述第三面板和第四面板中的至少一个面板，以覆盖所述另一个凸缘对接接头。

7.如权利要求6所述的电气外壳组件，其中，所述第一面板和所述第二面板平行于所述第三面板和所述第四面板。

8.如权利要求7所述的电气外壳组件，其中，所述第一面板和所述第二面板是所述第一通道部分和所述第二通道部分的相应的顶部面板，并且所述第三面板和所述第四面板是所述第一通道部分和所述第二通道部分的相应的底部面板。

9.如权利要求8所述的电气外壳组件，其中，所述压力环沿着在所述顶部面板和底部面板之间的中心轴对称地变形。

10.如权利要求1所述的电气外壳组件，其中，所述压力环响应于所述峰值压力而弹性地变形。

11.如权利要求1所述的电气外壳组件，其中，所述压力环是片状金属板。

12.一种电气外壳组件，其特征在于，所述电气外壳组件包括：

两个相邻的通道部分，所述两个相邻的通道部分具有由相应的顶部面板、底部面板、左面板和右面板形成的矩形轮廓，所述两个相邻的通道部分位于在电弧故障事件期间压力波朝向排气口行进通过的路径中；

顶部对接接头，所述顶部对接接头由两个固定的顶部凸缘形成，所述顶部凸缘中的每一个被连接到相应的顶部面板；

底部对接接头，所述底部对接接头由两个固定的底部凸缘形成，所述底部凸缘中的每一个被连接到相应的底部面板；以及

压力环，所述压力环被安装在所述两个相邻的通道部分的内部空间内，并具有与所述两个相邻的通道部分的所述矩形轮廓匹配的矩形轮廓，所述压力环被连接到所述顶部面板中的至少一个和所述底部面板中的至少一个，以覆盖所述顶部对接接头和所述底部对接接头二者，所述压力环响应于所述压力波的峰值压力而变形，所述变形使得所述压力环在所述电弧故障事件期间密封所述顶部对接接头和所述底部对接接头。

13.如权利要求12所述的电气外壳组件，其中，所述压力波通过所述两个相邻的通道部分的所述路径是水平的。

14.如权利要求12所述的电气外壳组件，其中，所述顶部对接接头和所述底部对接接头每个是面朝外的立缝。

15.如权利要求12所述的电气外壳组件，其中，所述压力环沿着所述两个相邻的通道部分的中心轴对称地变形。

16.如权利要求12所述的电气外壳组件，其中，所述压力环是片状金属板。

17.如权利要求12所述的电气外壳组件，其中，所述压力环响应于所述峰值压力而弹性地变形。