CN110277737A - 一种防爆开关柜及开关柜的防爆方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防爆开关柜及开关柜的防爆方法，包括柜体，还包括固定在柜体内壁的吸能装置，所述吸能装置包括框架、隔板、发泡铝，所述框架固定在柜体内壁上，所述发泡铝的外廓与框架的内廓相匹配，所述发泡铝填塞至框架内，其中所述发泡铝的厚度大于框架的厚度；所述隔板固定在发泡铝朝向柜体内部的一侧表面。本发明的目的在于提供一种防爆开关柜及开关柜的防爆方法，以解决现有技术中开关柜防爆压力大、防爆效果有待提高的问题，实现提高开关柜的防爆能力的目的。
Description
技术领域
本发明涉及开关柜领域，具体涉及一种防爆开关柜及开关柜的防爆方法。
背景技术
开关柜(switch cabinet)是一种电气设备，开关柜外线先进入柜内主控开关，然后进入分控开关，各分路按其需要设置。如仪表，自控，电动机磁力开关，各种交流接触器等，有的还设高压室与低压室开关柜，设有高压母线，如发电厂等，有的还设有为保主要设备的低周减载。开关柜(switchgear)的主要作用是在电力系统进行发电、输电、配电和电能转换的过程中，进行开合、控制和保护用电设备。开关柜内的部件主要有断路器、隔离开关、负荷开关、操作机构、互感器以及各种保护装置等组成。开关柜的分类方法很多，如通过断路器安装方式可以分为移开式开关柜和固定式开关柜；或按照柜体结构的不同，可分为敞开式开关柜、金属封闭开关柜、和金属封闭铠装式开关柜；根据电压等级不同又可分为高压开关柜，中压开关柜和低压开关柜等。主要适用于发电厂、变电站、石油化工、冶金轧钢、轻工纺织、厂矿企业和住宅小区、高层建筑等各种不同场合。
开关柜在长期工作过程中，由于内部电气元件非常多，而内部操作空间又很小，因此这些电气元件在通电时产生的大量热量，会导致开关柜内温度急剧升高、气压增大，而当气压无法及时释放时，就会导致开关柜爆炸，带来具有的安全隐患和经济损失。
现有技术中，开关柜防爆都是采用外排压力的方式，如泄压阀、防爆膜等，当气压上升较快时，这类结构无法快速释放柜内压力，依然会产生爆炸。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防爆开关柜及开关柜的防爆方法，以解决现有技术中开关柜防爆压力大、防爆效果有待提高的问题，实现提高开关柜的防爆能力的目的。
本发明通过下述技术方案实现：
一种防爆开关柜，包括柜体，还包括固定在柜体内壁的吸能装置，所述吸能装置包括框架、隔板、发泡铝，所述框架固定在柜体内壁上，所述发泡铝的外廓与框架的内廓相匹配，所述发泡铝填塞至框架内，其中所述发泡铝的厚度大于框架的厚度；所述隔板固定在发泡铝朝向柜体内部的一侧表面。
针对现有技术中开关柜防爆压力大、防爆效果有待提高的问题，本发明提出一种防爆开关柜，在柜体内部固定吸能装置，吸能装置包括框架、隔板、发泡铝，其中框架用于与柜体固定，同时为发泡铝提供安装位置。由于发泡铝的外廓与框架的内廓相匹配，因此发泡铝能够直接填塞在框架内，框架也能够对发泡铝进行限位，使得发泡铝相对稳定。其中发泡铝的厚度大于框架的厚度，即是发泡铝靠近柜体中心的部分是伸出在框架外的。发泡铝朝向柜体内部的一侧表面固定隔板，从而通过隔板将发泡铝与柜体内部的开关设备相隔开。本发明平时正常使用时，吸能装置不会对柜体内的开关设备带来任何干扰，当柜体内部温度攀升、压力快速升高时，升高的气压作用在发泡铝上，发泡铝在持续受压下开始逐渐变形挤压内部孔隙，根据能量守恒定律不断消耗高温高压气体的能量，进而避免柜体内部压力的进一步升高，减缓柜体内部气压升高速率，在压力达到极限之前为柜体本就具有的各种泄压口或换气口提供出更多的泄压时间，从而显著降低柜体内部的气压上升速率。此外，当爆炸无法避免的发生时，爆炸冲击波瞬间作用在隔板与发泡铝上，发泡铝被瞬间压缩，由于框架的限位与阻挡，发泡铝位于框架外的部分会被压至向框架侧方展开，此过程中该部分发泡铝发生完全的形变，耗能极大，因此会吸收大量的冲击波动能；而位于框架内部的部分发泡铝无法向侧方展开，因此会朝向柜体内壁方向坍塌，能量穿过该部分发泡铝后冲击在柜体侧壁实现外排。本申请中借由框架、隔板、发泡铝的相互配合，能够在爆炸瞬间吸收大量能量，对爆炸冲击波采用吸收与外排相结合的方式来进行泄压，显著降低爆炸规模。本发明相较于现有技术中仅仅只通过泄压阀、防爆膜等外排能量的防爆方式而言，防爆能力、防爆效果都有显著提升。需要注意的是，本申请中发泡铝无法用现有技术中的其余吸能孔洞材料代替，因为只有发泡铝这种高强度的结构，才能够在被压缩、变形、坍塌的过程中吸收大量能量；并且现有技术中也没有发泡铝在本领域内用于吸能防爆的运用。
所述发泡铝的一侧表面与柜体内壁相贴、另一侧表面与隔板相贴；发泡铝在隔板表面的投影，完全落入隔板所处区域内。发泡铝与柜体、内壁之间充分贴合，提高压力传递的效率。隔板表面积大于发泡铝朝向柜体内部一侧的面积，确保隔板对发泡铝的充分遮挡，同时使得柜体内部的高压能够更多的通过隔板间接作用在发泡铝上，提高对发泡铝的使用效率，更加充分的利用发泡铝的吸能效果。
所述隔板延伸为罩在柜体内壁的罩子。即是隔板作为罩子形状，直接罩在柜体内部将发泡铝、框架整体罩在其中，从而进一步隔开发泡铝与开关部件。
所述发泡铝朝向柜体内部的一侧表面设置若干相互平行的凹槽。当爆炸发生时，冲击波瞬间抵达发泡铝表面，发泡铝会从凹槽周围向凹槽内部凹陷围拢。又由于凹槽是位于发泡铝朝向柜体内部的一侧表面，即是位于框架外的部分，所以根据前述记载该部分发泡铝本会被压至向框架侧方展开。所以本方案中，发泡铝边缘部分向框架侧方展开，而中心部分又向各凹槽内部聚集收拢，此时的发泡铝内部同时受到两种反向的作用力牵引，发泡铝的内摩擦效应极大，因此通过凹槽的设置能够更加显著的增大发泡铝的吸能耗能效果，进一步提高吸能防爆的效果。
所述隔板为镀锌钢板。
所述吸能装置固定在柜体的内部侧壁和/或柜体的柜门内侧表面。
所述发泡铝的密度为金属铝的0.1～0.4倍、弯比刚度为钢的1.5倍、阻尼性能为金属铝的5～10倍、声波频率800～4000HZ、电磁波频率2.6～18GHz、孔隙率80～90％。
所述发泡铝与隔板之间钎焊连接或通过粘接剂粘接。
所述钎焊连接过程中，需要使用真空焊接工艺或氮气保护工艺，并使用Al-Si钎料作为中间层，焊接完成后在585～600℃温度下保温5～15min。发泡铝与钢之间存在诸多物理性能差异，使得二者难以焊接。传统的焊接方法存在易烧穿、易形成脆弱的铁、铅金属间化合物的问题，很难得到良好接头；而若采用摩擦焊、超声波焊、冷压焊等方式，又会受到焊件形状的限制不便施工。因此本方案中采用Al-Si钎料作为中间层进行钎焊，具有加热温度低、焊接稳定、变形小、焊缝很小的优点。焊接完成后的保温时间和温度能够相互互补，有利于得到较好的钎焊接头。
一种开关柜的防爆方法，包括以下步骤：
(a)用钎焊连接或粘接剂粘接的方式在发泡铝的一侧表面连接隔板，之后整体置入585～600℃温度下保温5～15min；
(b)在柜体内壁固定框架，将连接好隔板的发泡铝填塞至框架内，使隔板朝向柜体内部。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种防爆开关柜及开关柜的防爆方法，当柜体内部温度攀升、压力快速升高时，升高的气压作用在发泡铝上，发泡铝在持续受压下开始逐渐变形挤压内部孔隙，根据能量守恒定律不断消耗高温高压气体的能量，进而避免柜体内部压力的进一步升高，减缓柜体内部气压升高速率，在压力达到极限之前为柜体本就具有的各种泄压口或换气口提供出更多的泄压时间，从而显著降低柜体内部的气压上升速率。
2、本发明一种防爆开关柜及开关柜的防爆方法，当爆炸无法避免的发生时，爆炸冲击波瞬间作用在隔板与发泡铝上，发泡铝被瞬间压缩，由于框架的限位与阻挡，发泡铝位于框架外的部分会被压至向框架侧方展开，此过程中该部分发泡铝发生完全的形变，耗能极大，因此会吸收大量的冲击波动能；而位于框架内部的部分发泡铝无法向侧方展开，因此会朝向柜体内壁方向坍塌，能量穿过该部分发泡铝后冲击在柜体侧壁实现外排。
3、本发明一种防爆开关柜及开关柜的防爆方法，本申请中借由框架、隔板、发泡铝的相互配合，能够在爆炸瞬间吸收大量能量，对爆炸冲击波采用吸收与外排相结合的方式来进行泄压，显著降低爆炸规模。本发明相较于现有技术中仅仅只通过泄压阀、防爆膜等外排能量的防爆方式而言，防爆能力、防爆效果都有显著提升。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明具体实施例的结构示意图；
图2为本发明具体实施例的侧视图；
图3为本发明具体实施例中发泡铝的示意图；
图4为本发明具体实施例的侧视图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-柜体，2-框架，3-隔板，4-发泡铝，5-凹槽。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
如图1与图2所示的一种防爆开关柜，包括柜体1，还包括固定在柜体1内壁的吸能装置，所述吸能装置包括框架2、隔板3、发泡铝4，所述框架2固定在柜体1内壁上，所述发泡铝4的外廓与框架2的内廓相匹配，所述发泡铝4填塞至框架2内，其中所述发泡铝4的厚度大于框架2的厚度；所述隔板3固定在发泡铝4朝向柜体1内部的一侧表面。
开关柜正常工作时，吸能装置不会对柜体内的开关设备带来任何干扰，当柜体内部温度攀升、压力快速升高时，升高的气压作用在发泡铝上，发泡铝在持续受压下开始逐渐变形挤压内部孔隙，根据能量守恒定律不断消耗高温高压气体的能量，进而避免柜体内部压力的进一步升高，减缓柜体内部气压升高速率，在压力达到极限之前为柜体本就具有的各种泄压口或换气口提供出更多的泄压时间，从而显著降低柜体内部的气压上升速率。此外，当爆炸无法避免的发生时，爆炸冲击波瞬间作用在隔板与发泡铝上，发泡铝被瞬间压缩，由于框架的限位与阻挡，发泡铝位于框架外的部分会被压至向框架侧方展开，此过程中该部分发泡铝发生完全的形变，耗能极大，因此会吸收大量的冲击波动能；而位于框架内部的部分发泡铝无法向侧方展开，因此会朝向柜体内壁方向坍塌，能量穿过该部分发泡铝后冲击在柜体侧壁实现外排。
实施例2：
在实施例1的基础上，所述发泡铝4的一侧表面与柜体1内壁相贴、另一侧表面与隔板3相贴；发泡铝4在隔板3表面的投影，完全落入隔板3所处区域内。所述隔板3为镀锌钢板。所述吸能装置固定在柜体1的内部侧壁和柜体1的柜门内侧表面。所述发泡铝4与隔板3之间钎焊连接或通过粘接剂粘接。所述钎焊连接过程中，需要使用真空焊接工艺或氮气保护工艺，并使用Al-Si钎料作为中间层，焊接完成后在585～600℃温度下保温5～15min。本实施例中框架2与柜体1之间通过螺栓固定连接。
本实施例中所使用的发泡铝性能如下：
轻质：密度为金属铝的0.1～0.4倍；
高比刚度：其抗弯比刚度为钢的1.5倍；
高阻尼减震性能及冲击能量吸收率：阻尼性能为金属铝的5～10倍。孔隙率为84％，发生50％变型时，可吸收2.5MJ/cm3以上的能量。
良好的声学功能：声波频率800～4000HZ之间时，闭孔发泡铝的隔声系数达0.9以上。
优良的电磁屏蔽性能：电磁波频率在2.6～18GHZ之间时，发泡铝的电磁屏蔽量可达60～90dB。
良好的热学性能：孔隙率为80～90％的闭孔发泡铝，导热系数为0.3～1W/m·K。
实施例3：
在上述任一实施例的基础上：
优选的，如图4所示，隔板3延伸为罩在柜体1内壁的罩子。
优选的，如图3所示，所述发泡铝4朝向柜体1内部的一侧表面设置若干相互平行的凹槽5。
实施例4：
一种开关柜的防爆方法，包括以下步骤：
(a)用钎焊连接或粘接剂粘接的方式在发泡铝4的一侧表面连接隔板3，之后整体置入585～600℃温度下保温5～15min；
(b)在柜体1内壁固定框架2，将连接好隔板3的发泡铝4填塞至框架2内，使隔板3朝向柜体1内部。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种防爆开关柜，包括柜体(1)，其特征在于，还包括固定在柜体(1)内壁的吸能装置，所述吸能装置包括框架(2)、隔板(3)、发泡铝(4)，所述框架(2)固定在柜体(1)内壁上，所述发泡铝(4)的外廓与框架(2)的内廓相匹配，所述发泡铝(4)填塞至框架(2)内，其中所述发泡铝(4)的厚度大于框架(2)的厚度；所述隔板(3)固定在发泡铝(4)朝向柜体(1)内部的一侧表面。
2.根据权利要求1所述的一种防爆开关柜，其特征在于，所述发泡铝(4)的一侧表面与柜体(1)内壁相贴、另一侧表面与隔板(3)相贴；发泡铝(4)在隔板(3)表面的投影，完全落入隔板(3)所处区域内。
3.根据权利要求1所述的一种防爆开关柜，其特征在于，所述隔板(3)延伸为罩在柜体(1)内壁的罩子。
4.根据权利要求1所述的一种防爆开关柜，其特征在于，所述发泡铝(4)朝向柜体(1)内部的一侧表面设置若干相互平行的凹槽(5)。
5.根据权利要求1所述的一种防爆开关柜，其特征在于，所述隔板(3)为镀锌钢板。
6.根据权利要求1所述的一种防爆开关柜，其特征在于，所述吸能装置固定在柜体(1)的内部侧壁和/或柜体(1)的柜门内侧表面。
7.根据权利要求1所述的一种防爆开关柜，其特征在于，所述发泡铝(4)的密度为金属铝的0.1～0.4倍、弯比刚度为钢的1.5倍、阻尼性能为金属铝的5～10倍、声波频率800～4000HZ、电磁波频率2.6～18GHz、孔隙率80～90％。
8.根据权利要求1所述的一种防爆开关柜，其特征在于，所述发泡铝(4)与隔板(3)之间钎焊连接或通过粘接剂粘接。
9.根据权利要求8所述的一种防爆开关柜，其特征在于，所述钎焊连接过程中，需要使用真空焊接工艺或氮气保护工艺，并使用Al-Si钎料作为中间层，焊接完成后在585～600℃温度下保温5～15min。
10.一种开关柜的防爆方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)用钎焊连接或粘接剂粘接的方式在发泡铝(4)的一侧表面连接隔板(3)，之后整体置入585～600℃温度下保温5～15min；
(b)在柜体(1)内壁固定框架(2)，将连接好隔板(3)的发泡铝(4)填塞至框架(2)内，使隔板(3)朝向柜体(1)内部。
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