CN108511234A - 固体绝缘开关装置的散热装置、固体绝缘开关装置及铁路车辆 - Google Patents

Abstract

本发明目的在于提供一种固体绝缘开关装置的散热装置，其能够使主电路导体与散热装置的连接部的热阻降低，且能够提高安装操作性。该固体绝缘开关装置的散热装置安装在固体绝缘开关装置的套管式导体上，其包括：由金属材料构成的散热部件，其具有开设了螺栓贯通孔的连接部；由固体绝缘物构成的壳体，其具有供上述套管式导体插入的头部和供绝缘栓插入的绝缘栓插入部；和将上述散热部件与上述套管式导体固接的螺栓，上述绝缘栓插入部与上述头部连通，上述螺栓以贯通从上述绝缘栓插入部侧插入并突出到上述头部的内部的上述连接部的上述螺栓贯通孔的方式配置。由此，不仅能够抑制负载电流通电时的温度上升，而且能够使安装操作性提高。

Description

固体绝缘开关装置的散热装置、固体绝缘开关装置及铁路 车辆

技术领域

本发明涉及一种固体绝缘开关装置的散热装置，特别是涉及一种搭载在铁路车辆上的作为固体绝缘开关装置的高压牵引电缆分支单元中所装配的散热装置。

背景技术

目前，铁路车辆所搭载的高压牵引电缆分支单元，大多不具有开启和关闭功能。如果分支单元不具有开启和关闭功能，则在高压牵引电缆中的一条发生接地故障时，乘务员必须通过手动操作来断开电路，这将成为很大的麻烦。为了改善这种情况，例如，在专利文献1中记载有一种具有开启和关闭功能的分支单元(断路器单元)。

专利文献1的断路器单元，如摘要或图5等所示，包括：收集来自架线的电力的集电装置；与所述集电装置连接，设置在车辆的车顶上的断路器单元；和与所述电路断路器连接的多个电缆，所述断路器单元具有：配置在所述车顶的上方的、连接到与所述集电装置连接的电路的断路器；分支节点，其在与所述断路器的端子部一体连接的状态下配置在所述断路器的下方，与所述多个电缆连接。在本结构中，分支节点具有八个轴套，对其中四个轴套分别连接具有一个T型电缆头的高压电缆。

在专利文献1中，由于用固体绝缘物来覆盖导体的周围以限制散热，因此存在负载电流通电时的温度上升变高的趋势。作为用于改善这种情况的散热装置，例如有专利文献2中记载的散热装置。

专利文献2的散热装置，如摘要等所记载，包括：由具有规定面积的金属材料构成的散热板那样的散热部件；固定于散热部件，并且与固定绝缘设备的主电路连接的连接导体；设置在散热部件和连接导体的周围的绝缘层；使连接导体端露出的界面连接部；和设置在绝缘层的外周的接地层，能够将散热部件直接与固体绝缘设备的主电路连接，能够大大抑制温度上升。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2012/95895号

专利文献2：国际公开第2016/27386号

发明要解决的问题

但是，在专利文献2的散热装置中，通过将散热装置的连接导体插入与装置主体侧主电路导体连接的连接部而传导热，抑制主电路导体的温度上升，因此，在其连接部的密接性变弱，热阻变大，存在从高温的主电路导体向低温的散热装置的传热效率变差的问题。另外，需要将具有界面连接部的绝缘法兰用多个螺栓固定在装置主体侧，还存在安装操作性差的问题。

发明内容

于是，本发明的目的在于，提供一种固体绝缘开关装置的散热装置，其能够使主电路导体和散热装置的连接部的热阻降低，且可以提高安装操作性。

用于解决问题的手段

为了解决上述问题，本发明的散热装置是安装在固体绝缘开关装置的套管式导体上的散热装置，其包括：由金属材料构成的散热部件，其具有开设了螺栓贯通孔的连接部；由固体绝缘物构成的壳体，其具有供上述套管式导体插入的头部和供绝缘栓插入的绝缘栓插入部；和将上述散热部件与上述套管式导体固接的螺栓，上述绝缘栓插入部与上述头部连通，上述螺栓以贯通从上述绝缘栓插入部侧插入并突出到上述头部的内部的上述连接部的上述螺栓贯通孔的方式配置。

另外，本发明的固体绝缘开关设备安装了上述散热装置，上述螺栓贯通配置在上述散热装置的上述头部的内部的上述螺栓贯通孔，将上述散热装置与上述固体绝缘开关装置的上述套管式导体固接，上述散热装置的上述头部的开口由绝缘栓密封。

发明效果

根据本发明，可以提供抑制固体绝缘开关装置的散热装置，其能够使主电路导体和散热装置的连接部的热阻降低，不仅可以抑制负载电流通电时的温度上升，而且可以使安装操作性提高。

附图说明

图1是表示实施例1的铁路车辆结构例的图。

图2是实施例1的铁路车辆结构的馈电电路图。

图3是表示实施例1的开关单元的配置状态的平面图。

图4是表示将图3的开关单元收纳于外装壳内的安装状态平面图。

图5是图4的侧面图。

图6是表示实施例1的开关单元的零件配置的平面图。

图7是表示实施例1的散热装置的平面图。

图8是表示实施例2的散热装置的平面图。

图9是表示实施例3的散热装置的平面图。

图10是表示实施例4的散热装置的平面图。

图11是表示实施例5的散热装置的平面图。

图12是表示实施例5的散热装置的侧面图。

图13是表示实施例6的散热装置的平面图。

图14是表示实施例6的散热装置的侧面图。

图15是表示实施例7的散热装置的平面图。

图16是表示实施例7的散热装置侧面图。

图17是表示实施例8的散热装置的平面图。

图18是表示实施例8的散热装置的零件配置的平面图。

符号说明

1 真空灭弧室，

2、2A 波纹管，

3 固定电极，

3a 固定导体，

5 可动电极，

5a 可动导体，

6 电弧罩，

7 陶瓷绝缘筒，

12、12A、12B、12C 套管式导体，

20 空气绝缘操作杆，

21 绝缘壳体，

30 电磁操作器，

40A、40B 电缆头，

41、41A、41C、41D 绝缘栓，

42A、42B 电缆，

43 放电器，

70 开关单元，

72 车顶，

80 外装壳，

90 散热装置，

91、91A 壳体，

91B 插塞部，

92 接地层，

93 散热部件，

94、94A、94B 螺栓，

100 铁路车辆。

具体实施方式

以下参照附图对在实施本发明的情况下优选的实施例进行说明。此外，下述只不过是实施例，发明内容不限定于下述具体的方式。不用说，本发明包含下述方式并可以变形成各种方式。

实施例1

参照图1～图7对实施例1进行说明。

首先，图1是表示实施例1的铁路车辆100的车辆结构例。如图1所示，铁路车辆100由100a～100h这8辆车构成。在这些车辆的车顶上配置有高压牵引电缆RC1～RC5，在高压牵引电缆RC3、RC5连接有导电弓架PG1、PG2，从没有图示的电线接收电力。另外，各电缆用直线接头SJ1～SJ4连接车辆之间，用T分支节点TJ1、TJ2向车辆地板下方分支。而且，如稍后在图3等中说明的那样，T分支节点TJ和直线接头SJ构成一体的开关单元70。

下面，参照图2对铁路车辆100的馈电电路进行说明。如图2所示，在第二辆车辆100b、第四辆车辆100d、第六辆车辆100f的地板下(底部)分别设有受电用真空断路器VCB1、VCB2、VCB3及主变压器Tr1、Tr2、Tr3。

另外，第二辆车辆100b的高压牵引电缆RC1直接与设置在地板下的受电用真空断路器VCB1的1次侧连接，受电用真空断路器VCB1的2次侧与主变压器Tr1的1次线圈连接，主变压器Tr1的2次线圈向电动机供应电力，3次线圈向空调或照明等辅助设备供应电力。同样，在第四辆车辆100d和第六辆车辆100f的T分支节点TJ1、TJ2分支的高压牵引电缆分别连接到设置在地板下的受电用真空断路器VCB2、VCB3的1次侧，受电用真空断路器VCB2、VCB3的2次侧连接到主变压器Tr2、Tr3的1次线圈，主变压器Tr2、Tr3的2次线圈向电动机供应电力，3次线圈向辅助设备供应电力。

像这样，受电用真空断路器VCB1、VCB2、VCB3及各主变压器Tr1、Tr2、Tr3配置在地板下，它们以外的电器设备(RC、SJ、PG、TJ)配置在车顶上。作业人员爬上车顶作业缺少便利性，因此优选尽量不必攀登的作业。另外，在车顶上配置设备时，车辆的车顶特别是在高度方向的空间的限制较大，也希望能够降低电器设备的高度。

在图2中，在由“故障”表示的位置发生接地故障的情况下，可以通过来自外部的指令将直线接头SJ2自动开放，而只断开主变压器Tr1并继续运转。具体地说，使下述开关单元70的可动电极5动作。在本实施例中，对在由“故障”表示的位置发生接地故障的情况为例进行说明，因此为了防止事故扩散，只是直线接头SJ2进行电路的断开，但不用说，也可以根据接地故障的地点，改变进行断开的直线接头。通过设定为本构造，作业人员不必爬在车辆的车顶上，就能够使包含故障部位的高压电缆和正常的高压电缆自动分离。

图3是表示安装有实施例1的散热装置90的开关单元70的详细。如图3所示，开关单元70包括：固定电极3；与固定电极3接触或分离的可动电极5；覆盖固定电极3及可动电极5的周围的电弧罩6；支承电弧罩6，并构成真空灭弧室1的外侧容器的圆柱状的陶瓷绝缘筒7A、7B；由波纹管2等构成的真空灭弧室1。真空灭弧室1的外侧容器是将陶瓷绝缘筒7A、7B的两端用端板覆盖而构成，将内部维持在真空状态。

固定电极3与固定导体3a连接，固定导体3a被引出到真空灭弧室1外，与固定导体3a侧的套管式导体12A电连接。可动电极5与可动导体5a连接，可动导体5a被引出到真空灭弧室1外，与可动导体5a侧的套管式导体12B电连接。

固定导体3a侧的套管式导体12A和可动导体5a侧的套管式导体12B，用环氧树脂等固体绝缘物模塑成形而构成绝缘壳体21。在真空灭弧室1的可动侧，在可动导体5a与可动侧的端板之间配置波纹管2，使可动导体5a在维持真空灭弧室1的真空状态同时可动。

另外，在真空灭弧室1的可动侧，设有操作空气绝缘操作杆20的电磁操作器30。该电磁操作器30的描述省略，例如是在弹簧上组合永磁体和电磁铁，通过打开/关闭切换向构成电磁铁的线圈的通电而产生驱动力。在该电磁操作器30，对将空气绝缘操作杆20与可动导体5a用金属适配器一体连接的可动电极驱动轴进行操作，由此，在确保真空灭弧室1与电磁操作器30之间充分的绝缘距离的同时，实现固定电极3与可动电极5的自由的连接和分离。

绝缘壳体21除密封并覆盖真空灭弧室1、套管式导体12A、12B之外，还覆盖空气绝缘操作杆20的周围。空气绝缘操作杆20的周围的空间通过绝缘壳体21和密封单元来密封，在内部封入有干燥空气或SF6气体等绝缘气体。另外，作为在此使用的密封单元，可应用线性密封件或波纹管。空气绝缘操作杆20与电磁操作器30连接。

在套管式导体12A的纸面上方端部，连接有吸收过电压的插入式的放电器43，在更上方连接有散热装置90。从电缆42A向电缆42B流通负载电流时，因在固定电极3和可动电极5的电接触面的接触电阻的焦耳损耗，使真空灭弧室1的温度上升。将该热通过套管式导体12A、12C传输到散热装置90，通过向散热装置90散热而抑制真空灭弧室1的温度上升。由此，能够将真空灭弧室1的温度抑制在期望的温度(例如75℃)以下。

另外，在本实施例中，将真空灭弧室1和电磁操作器30配置在大致直线上，所以在连接T型电缆头40B、放电器43、散热装置90时，电磁操作器30和T型电缆头40B等不会产生干扰，能够缩小电缆连接后的开关单元70的高度尺寸及宽度尺寸。

接着，参照图4、图5对将图3的开关单元70收纳到外装壳80并设置在车顶72上的状态进行说明。外装壳80是通过前方的倾斜部和构成其他部分的平面部将开关单元70覆盖而减少空气阻力的部件，并且通过机械地保持电缆42A、42B，不会对套管式导体12A、12B施加偏负载，并且能够设置在铁路车辆100的车顶72上。通过用这样的外装壳80覆盖，能够抑制在将开关单元70设置在铁路车辆100的车顶72上时的空气阻力。

接着，参照图6，例示向开关单元70安装散热装置90的顺序。首先，将放电器43的头部插入于套管式导体12A，接着，通过在其头部拧进套管式导体12C，将放电器43的连接部牢固地密接固定在套管式导体12A上。接着，将散热装置90的头部插入该套管式导体12C，通过拧进螺栓94A将散热装置90的连接部牢固地密接固定在套管式导体12C上。这些操作与将电缆头40A、40B安装在套管式导体12A、12B上的操作同样，通过电缆和散热装置的安装操作的共同化而提高操作效率。最后，绝缘栓41C插入散热装置90的头部纸面上方开放部，完成散热装置90的安装。

像这样，因为能够使用螺栓94A牢固地连结散热装置90和套管式导体12C，所以能够将真空灭弧室1的发热有效地传输到散热装置90，能够将真空灭弧室1的温度抑制在期望的温度以下。在图6中，在开关单元70与散热装置90之间设置有放电器43，但放电器43也可以省略，另外，也可以设定为依次连接开关单元70、散热装置90、放电器43的结构。

另外，用于散热装置90的绝缘栓41C、螺栓94A，优选与用于T型电缆头的绝缘栓及螺栓相同。只要将它们通用化，就能够提高开关单元70的设置工作的效率，并且能够实现通过零件种类的减少带来的低成本化。

接着，参照图7对散热装置90的构造进行详细说明。在这里表示的散热装置90是用硅橡胶等具有挠性的固体绝缘物通过注塑成形来形成壳体91，在其外表面形成导电橡胶层等接地层92。然后，将金属制且大致圆柱状的散热部件93插入于壳体91的绝缘栓插入部，通过将绝缘栓41D拧到被拧入于散热部件93的纸面右端的螺栓94B上而密封散热部件93的纸面右端的绝缘栓插入部开口，确保散热部件93的绝缘。另外，在散热部件93的纸面左侧连接部设置开设有螺栓贯通孔的平板状的连接部，连接部穿过绝缘栓插入部与头部的连通部并向头部内突出。通过将贯通该连接部的螺栓贯通孔的螺栓94A向套管式导体拧进，而将连接部与套管式导体牢固密接固定，减小了两者之间的热阻，从而能够将真空灭弧室1的发热经由套管式导体、螺栓有效地传输到散热部件93。

根据以上说明的本实施例的散热装置90，通过螺栓94A的固接，能够将散热部件93和开关单元70侧的套管式导体12牢固地密接固定，因此可以减小在该连接部的热阻，提高从真空灭弧室1向散热装置90的热传输效率，能够抑制真空灭弧室1的温度上升。另外，在散热装置90的安装中，广泛使用电缆头安装中所用的部件，因此能够提高设置开关单元70时的工作效率，另外，也能够降低散热装置90的安装成本。

实施例2

参照图8对实施例2的散热装置90进行说明。另外，对于与实施例1相同的结构，省略重复说明。

在图7所示的实施例1的散热装置90中，设定为将T型电缆头用的绝缘栓41D拧到被拧入于散热部件93的螺栓94B上的结构，但本实施例设定为用替代绝缘栓41的专用盖体即凸圆锥形的插塞部91B来覆盖散热部件93的端部的结构。具体来说，在本实施例中，用硅橡胶等具有挠性的固体绝缘物通过注塑成形而形成壳体91A，并且用环氧树脂等不易变形的固体绝缘物一体形成包含散热部件93的端部的插塞部91B。接着，将散热部件93从壳体91A的纸面右侧开口部插入时，壳体91A的内周面与插塞部91B的外周面嵌合，不使用实施例1的螺栓94B，就能够构成被固体绝缘物覆盖的散热装置90。

而且，与实施例1相同，在散热部件93的纸面左侧连接部设有螺栓贯通孔，使螺栓94A贯通该贯通孔，将连接部牢固固定到套管式导体上。在该过程中，壳体91A的内周面和插塞部91B的外周面的嵌合部不会松动地被固定。在本实施例中，能够减少在实施例1中使用的螺栓94B，所以能够进一步提高工作效率，降低成本。

实施例3

参照图9对实施例3的散热装置90进行说明。另外，对于与上述实施例相同的结构，省略重复说明。

在实施例2中，是使凸锥形的插塞部91B的外周面嵌合于壳体91A的内周面的结构，但在本实施例中，采用在壳体91A的外周面嵌合凹锥形的插塞部91B的内周面的结构。具体来说，用硅橡胶等具有挠性的固体绝缘物通过注塑成形而形成壳体91A，另外，以包含散热部件93的一部分的方式，用环氧树脂等不易变形的固体绝缘物一体形成插塞部91B。如图9所示，插塞部91B的开口侧成为凹形，以覆盖壳体91A的端部外周的方式安装，由此，散热装置90构成为能够得到与实施例2相同的效果。

实施例4

参照图10对实施例4的散热装置90进行说明。另外，对于与上述实施例相同的结构，省略重复说明。

在实施例1～实施例3中，使用圆柱状的散热部件93，但在本实施例中，将散热部件93设为中空结构的管状，以降低重量。另外，如图10所示，使纸面右端中空部贯通，则还具有能够促进从散热部件93的内面散热的效果。

根据本实施例，除在实施例1等中得到的效果以外，还能够进一步得到重量的减小和散热性能的进一步提高的效果。

实施例5

参照图11、图12对实施例5的散热装置90进行说明。另外，对于与上述实施例相同的结构，省略重复说明。

图11是平面图，图12是从纸面右方向观察图11的侧面图。在上述实施例中，使用圆柱状、管状的散热部件93，但在本实施例中，将散热部件93设为板状，因此能够通过弯曲加工形成连接部，可降低生产成本。另外，在本实施例的散热部件93中，容易增大表面积，也能够适用于装入有更大发热量的真空灭弧室1的开关单元70。

实施例6

参照图13、图14对实施例6的散热装置90进行说明。另外，对于与上述实施例相同的结构，省略重复说明。

图13是平面图，图14是从纸面右方向观察图13的侧面图。在实施例5中，使用由一块板构成板状的散热部件93，但在本实施例中，设为将三块板配置成大致U字形的散热部件93，因此能够进一步扩大散热部件93的表面积即散热面积。另外，如图14所示，通过夹持放电器43地配置相对的板状部，能够将散热装置90和放电器43通过支索来机械结合，散热装置90、放电器43的机械强度都能够增加。

实施例7

参照图15、图16对实施例7的散热装置90进行说明。另外，对于与上述实施例相同的结构，省略重复说明。

图15是平面图，图16是从纸面右方向观察图15的侧面图。在实施例6中，将散热部件93设为大致U字形，但在本实施例中，除此之外，在相对的板部的外侧设置有多个翅片，因此进一步扩大了散热面积。

由此，与实施例6的结构相比，能够得到进一步提高了散热性能的散热装置90。

实施例8

参照图17、图18对实施例8的散热装置90进行说明。另外，对于与上述实施例相同的结构，省略重复说明。

图17是组合后的平面视图，图18是组合前的零件的平面视图。在实施例1、实施例2等中，设定为在壳体91A中插入散热部件93之后安装绝缘栓41D、插塞部91B的结构，但在本实施例中，以用环氧树脂等基本不变形的固体绝缘物91B来包覆散热部件93的除连接部之外的部分的方式进行注塑成形。通过从壳体91A的纸面右侧开口部插入该散热部件93而构成散热装置90。

在本实施例中，也同样在散热部件93的纸面左侧连接部设有螺栓贯通孔，使螺栓94贯通该贯通孔，将连接部牢固地密接固定到套管式导体上，但在本实施例中，使用将散热部件93和插塞部91B一体化后的零件，因此能够减少零件数量，并且能够减少开关单元70的散热装置90的安装操作的工时，能够使工作效率提高。

另外，本发明不限定于上述的实施例，包含各种变形例。

例如，上述的实施例是为了容易理解本发明而进行了详细说明，并非限于必须具备以上说明的全部构成的结构。另外，有将实施例的构成的一部分替换成其他实施例的构成的可能，另外，也可以将在某实施例的构成中加入另一实施例的构成。另外，关于各实施例的构成，可以进行其他构成的追加、删除、替换。

Claims (11)

1.一种固体绝缘开关装置的散热装置，其用于安装在固体绝缘开关装置的套管式导体上，其特征在于，包括：

由金属材料构成的散热部件，其具有开设了螺栓贯通孔的连接部；

由固体绝缘物构成的壳体，其具有供所述套管式导体插入的头部和供绝缘栓插入的绝缘栓插入部；和

将所述散热部件与所述套管式导体固接的螺栓，

所述绝缘栓插入部与所述头部连通，

所述螺栓以贯通从所述绝缘栓插入部侧插入并突出到所述头部的内部的所述连接部的所述螺栓贯通孔的方式配置。

2.根据权利要求1所述的固体绝缘开关装置的散热装置，其特征在于：

所述壳体通过在将具有挠性的固体绝缘物注塑成形而形成的成形件的外表面形成接地层而得到，

通过将绝缘栓拧到被拧入于所述散热部件的与所述连接部相反的端部的螺栓上，来密封所述散热部件。

3.根据权利要求1所述的固体绝缘开关装置的散热装置，其特征在于：

所述壳体通过在将具有挠性的固体绝缘物注塑成形而形成的成形件的外表面形成接地层而得到，

通过使由不易变形的固体绝缘物构成的插塞部的外周面或内周面与所述壳体的端部的内周面或外周面嵌合来密封所述散热部件。

4.根据权利要求1所述的固体绝缘开关装置的散热装置，其特征在于：

所述散热部件为圆柱状。

5.根据权利要求1所述的固体绝缘开关装置的散热装置，其特征在于：

所述散热部件为管状。

6.根据权利要求1所述的固体绝缘开关装置的散热装置，其特征在于：

所述散热部件为板状。

7.根据权利要求1所述的固体绝缘开关装置的散热装置中，其特征在于：

所述散热部件为U字形。

8.根据权利要求1所述的固体绝缘开关装置的散热装置，其特在于：

所述散热部件为带翅片形状。

9.根据权利要求1所述的固体绝缘开关装置的散热装置，其特征在于：

所述壳体通过在将具有挠性的固体绝缘物注塑成形而形成的成形件的外表面形成接地层而得到，

通过将包覆了所述散热部件的除连接部以外的部分的由不易变形的固体绝缘物构成的插塞部插入到所述壳体的所述绝缘栓插入部来密封所述散热部件。

10.一种固体绝缘开关装置，其特征在于：

安装有权利要求1～9中任一项所述的散热装置，

所述螺栓贯通配置在所述散热装置的所述头部的内部的所述螺栓贯通孔，将所述散热装置与所述固体绝缘开关装置的所述套管式导体固接，

所述散热装置的所述头部的开口由绝缘栓密封。

11.一种铁路车辆，其特征在于：

具有权利要求10所述的固体绝缘开关装置，

在车顶上配置有：

与所述固体绝缘开关装置的固定电极侧的套管式导体连接的第一电缆；

与所述固体绝缘开关装置的可动电极侧的套管式导体连接的第二电缆；和

外装壳，其覆盖所述固体绝缘开关装置的侧方和上方，并且机械地保持所述第一电缆和所述第二电缆。