CN110313044B - 具有储热器的sf6绝缘断路器系统 - Google Patents
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Abstract
一种六氟化硫(SF6)绝缘断路器系统，其具有：储罐，被构造为保存一定量的SF6；断路器，具有由SF6绝缘的触头；加热器，可操作以向SF6供热；以及储热器，与储罐导热接合，并且可操作以储存热能并被构造为将热能传导至储罐中的SF6。一种用于六氟化硫(SF6)绝缘断路器系统的热能储存系统，该六氟化硫(SF6)绝缘断路器系统具有储存一定量的SF6的储罐，该热能储存系统包括：储热器，可操作以储存热能，并且被构造为接合储罐并将热能传导至储罐中的SF6。
Description
技术领域
本申请总体涉及断路器，更具体地但非排他地，涉及具有储热器(a thermalcapacitor)的六氟化硫(SF6)绝缘断路器系统。
背景技术
各种类型的电气系统(例如，断路器系统)仍然是受关注的领域。一些现有系统相对于某些应用具有各种不足之处、缺点和不利之处。例如，在一些SF6绝缘断路器系统中，低环境温度可能过快地导致断路器的锁定状态。因而，仍需要在这一技术领域做出进一步贡献。
发明内容
本发明的一个实施例是带储热器的独特的六氟化硫(SF6)绝缘断路器系统。一个实施例是用于SF6绝缘断路器系统的独特热能储存系统。其他实施例包括用于SF6绝缘断路器系统的装置、系统、设备、硬件、方法和组合。根据本文中所提供的描述和附图，本申请的其他实施例、形式、特征、方面、益处和优点将变得显而易见。
附图说明
图1示意性地图示了根据本发明的实施例的、六氟化硫(SF6)绝缘断路器系统的非限制性示例的一些方面。
图2示意性地图示了根据本发明的实施例的、图1的SF6绝缘断路器系统的非限制性示例的一些方面。
图3示意性地图示了根据本发明的实施例的、SF6绝缘断路器系统的非限制性示例的一些方面。
具体实施方式
为了促进对本发明的原理的理解，现在参考附图中所图示的实施例，并且使用特定语言来描述这些实施例。然而，应当理解，不因此意图限制本发明的范围。本发明所涉及领域的技术人员通常会设想所描述的实施例中的任何更改和进一步的修改、以及如本文中所描述的本发明的原理的任何进一步的应用。
参照图1，示意性地图示了根据本发明的实施例的、六氟化硫(SF6)绝缘断路器系统10的非限制性示例的一些方面。在一种形式中，断路器系统10采用SF6介电气体吹气系统，以在电路中断(触头的断开)期间迫使加压SF6在断路器触头之间。在其他实施例中，断路器系统10可以采用任何合适的SF6灭弧系统，例如，断路器系统10可以是自通风系统。断路器系统10包括：具有导体14和16的断路器12；触头18和20以及用于操作触头18和20的系统22；储罐24，其被构造作为容器以保存一定量的SF6；密度监测器26，其包括温度传感器28和压力传感器30；以及热能储存系统32。
触头18和20由系统22操作来选择性地形成和分断电流路径，以分别允许和中断流过导体14和16的电流。触头18与触头20通过用于灭弧的、来自储罐24的SF6来绝缘。在一种形式中，触头18是双动触头。在其他实施例中，可以采用单动触头。储罐24被构造为储存SF6，并且用作SF6的容器。在所图示的实施例中，触头18和20设置在储罐24内。在其他实施例中，触头18和20可以位于储罐24的外部，并且可以从储罐24供应SF6。
密度监测器26可操作以确定和监测储罐24中SF6气体的密度。在正常条件下，SF6用作电绝缘体、用于灭弧的中断介质、以及用于断路器12中的触头18和20的机械阻尼器。SF6在典型温度(例如，室温)的压力下储存在储罐24中。在一些低温条件(例如，-30℃至-50℃或更低)下，储罐24中的SF6气体可以经历液化，其中一些SF6气体变为液体。一些SF6气体的液化降低了用于例如在触头18和20的断开期间灭弧的储罐中的气态SF6的密度。在一种形式中，密度监测器26采用使用温度传感器28和压力传感器30来确定储罐24中SF6气体的密度。
密度监测器26可操作以指示与储罐24中SF6气体的密度相关联的状态，其随储罐24中SF6气体的温度而变化。如果储罐24中的SF6气体的密度足够用于正常灭弧操作，而不会对触头18过度损坏，则密度监测器26输出指示标称状态的信号。如果SF6气体密度低于第一预定密度水平，则密度监测器26输出指示警报状态的信号，例如，以向断路器系统10的操作者指示需要维护，例如，向储罐24供热，尽管在一些情况下，警报状态还可以用于指示需要补充储罐24中的SF6供应或采取其他措施来增加储罐24中SF6的密度。如果SF6气体密度下降到低于与警报状态相关联的密度水平的第二预定密度水平，则密度监测器26输出表示锁定状态的信号。在一种形式中，当SF6温度为-33℃时，发生锁定状态，即SF6的锁定温度为-33℃。在其他实施例中，可以使用其他温度来指定锁定状态。与标称状态、警报状态和锁定状态相关联的密度水平可以根据特定应用的需要而变化，并且是本领域技术人员已知的。在一些实施例中，当处于锁定状态时，断路器系统10允许电路中断的单次发生，即，允许单次断开触头18和20，但是不允许闭合或随后闭合触头18和20，或不允许加载用于闭合触头18和20的弹簧、活塞或其他设备，直到锁定状态的复位为止。在一些实施例中，一旦处于锁定状态，断路器系统10就不允许断开或闭合触头18和20，直到锁定状态的复位为止。
热能储存系统32包括储热器34。在一些实施例中，热能储存系统还包括加热器36和隔热件38。在其他实施例中，除了加热器36和隔热件38之外或代替加热器36和隔热件38，断路器系统10可以包括设置在储罐34上或储罐34内的加热器，并且可以包括设置在储罐24周围的隔热件。储热器34与储罐24导热接合，并可操作以储存热能。在一种形式中，储热器34用螺栓连接至储罐24上的凸台(未示出)。在其他实施例中，储热器34可以使用带子、夹具或其他紧固系统或设备附接到储罐24上，或者在一些实施例中可以与储罐24成一体。储热器34被构造为例如经由通过储罐24的壁的传导将储存的热能传导到储罐24中的SF6。储热器34可操作以增加断路器系统10的热质量，并且增加断路器系统10的热时间常数。在一种形式中，储热器34是金属的。在其他实施例中，储热器34可以是非金属的。在一种形式中，储热器34是铝铸件。在其他实施例中，可以采用形成储热器34的其他材料和/或方法，例如，储热器34可以是焊件。
加热器36耦合到储热器34。加热器36可操作以向储热器34供热，并且例如经由储热器34向设置在储罐24中的SF6供热，以实现和维持储罐24中的SF6气体处于或高于适用于淬灭触头18和20之间的电弧的所需温度或密度值。在一种形式中，加热器36是多个筒形加热器元件(筒形加热器)，其例如耦合到储热器34。在其他实施例中。加热器36可以是耦合到储热器34的带状加热器元件(带状加热器)或任何合适类型的一个或多个加热器。在一些实施例中，加热器36可以设置在储热器34的内部，或者可以设置在储热器34与储罐24之间。隔热件38围绕储热器34设置，例如，优选地至少达到覆盖加热器36所需的程度。一些实施例可以不包括隔热件38。在一些实施例中，除了储热器34与储罐24接触的地方，隔热件38可以在储热器34的外部周围一直延伸。隔热件38例如可以是部分环绕储热器34的隔热衬垫。
参照图2和图3，图示了根据本发明的一些实施例的、储罐24和储热器34的非限制性示例的一些方面。在所图示的实施例中，储热器34被构造为部分环绕储罐24，例如，以增加储罐24与储热器34之间的热传导。在一些实施例中，热能储存系统32包括热传导介质或导热介质40。导热介质40被配置为增加从储罐24到储热器34和储存在储罐24中的SF6的热传导。在一种形式中，导热介质40设置在储热器34与储罐24之间。在一些实施例中，导热介质40可以延伸到储热器34和/或储罐24中。在一种形式中，导热介质40是导热脂。在其他实施例中，导热介质40可以是导热膏、热化合物或可操作以在储热器34与储罐24之间或在储热器34与储存在储罐24中的SF6之间传导热量的任何材料、结构或设备。
在一种形式中，储热器34是中空的。在其他实施例中，储热器34可以是实心的。在一种形式中，储热器34包括设置在储热器34内的储热材料42。在一种形式中，储热材料42可操作以例如经由储罐24向SF6供应潜热。在其他实施例中，储热材料42不可操作以向SF6供应潜热。在一种形式中，储热材料42是石蜡。在其他实施例中，可以采用其他材料。本实施例的石蜡的熔点为60℃。在其他实施例中，可以使用具有其他熔点的石蜡。当石蜡固化时，其体积减少约13％。在生产期间，储热器34充满液体形式的石蜡。在凝固时，储热器34内的压力降低，例如，低于大气压。在一些实施例中，储热器34内部的压力在石蜡凝固时可以是接近或部分真空。在一些实施例中，可以采用储热器34的立管(risers)或其他几何特征来形成气穴，以使减少源自石蜡相变的储热器34内的压力波动，从而减少储热器34中的循环应力。在一些实施例中，可以采用通气孔、通气器或其他特征/设备/系统以在储热器34内维持所需压力或压力范围，而不用考虑石蜡相变。
在某些地区中，对断路器系统(诸如断路器系统10)的要求包括在-60℃的环境温度下，当加热器或加热器的电源发生故障时，断路器系统必须在进入锁定状态之前继续运行至少两(2)个小时。因而，热储存系统32和储热器34被配置为储存足够的热能以在至少两(2)个小时内防止由于SF6在-60℃的环境温度条件下的液化而导致断路器系统的锁定状态。
在实验中，暴露于-60℃环境温度条件的、具有热能储存系统32的断路器系统10的实施例在约3.5小时内从150℃的石蜡温度和-10℃的SF6温度的起始点开始变为-33℃的锁定SF6温度。实验开始于切断加热器36的电源。在实验期间，随着石蜡温度降低，SF6的温度从-10℃的初始值降低，然后由于熔融的潜热从石蜡供应给SF6，因此在60℃的石蜡温度下从液体到固体的石蜡的相变期间，SF6的温度稳定在锁定温度以上的温度。在石蜡凝固之后，随着石蜡温度降低，SF6温度继续降低，直到在测试开始之后约3.5小时达到锁定温度。在测试中使用的储热器34保存约25kg的石蜡。在相变期间，石蜡返回201J/g的热量。在-40℃的环境温度条件下，减去热能储存系统32的相同的断路器系统从-10℃的SF6温度变为-33℃的锁定SF6温度花费不到一小时。因此，可以看出，添加热能储存系统32大大增加了断路器系统的热质量和热时间常数，从而提高了断路器系统在低环境温度条件下保持SF6锁定温度以上的操作的能力。通过使SF6更慢冷却，更多的时间可供断路器系统的操作者采取措施来防止断路器系统达到锁定状态。
本发明的实施例包括六氟化硫(SF6)绝缘断路器系统，其包括：储罐，被构造为保存一定量的SF6；断路器，具有由SF6绝缘的触头；加热器，可操作以供热来加热SF6；储热器，与储罐导热接合，并且可操作以储存热能并被构造为将热能传导至储罐中的SF6。
在一改进中，加热器耦合到储热器，并且可操作以经由储热器向SF6供热。
在另一改进中，储热器被构造为至少部分环绕储罐。
在又一改进中，储热器是金属的。
在再一改进中，储热器是中空的。
在又再一改进中，储热器包括可操作以向SF6供应潜热的材料。
在进一步的改进中，该材料是石蜡。
在又进一步的改进中，SF6绝缘断路器系统还包括：热传导介质，设置在储热器与储罐之间。
在再进一步的改进中，隔热件至少部分地设置在储热器周围。
在又再进一步的改进中，储热器被构造为储存足够的热能以在至少两(2)个小时内防止由于SF6在-60℃的环境温度条件下的液化而导致断路器的锁定状态。
本发明的实施例包括用于六氟化硫(SF6)绝缘断路器系统的热能储存系统，六氟化硫(SF6)绝缘断路器系统具有储存一定量的SF6的储罐，热能储存系统包括：储热器，可操作以储存热能，并且被构造为接合储罐并将热能传导至储罐中的SF6。
在一改进中，热能储存系统还包括：加热器，耦合到储热器，并且可操作以经由储存器向SF6供热。
在另一改进中，储热器被构造为至少部分环绕储罐。
在又一改进中，储热器是金属的。
在再一改进中，储热器是中空的。
在又再一改进中，储热器包括可操作以向SF6供应潜热的材料。
在进一步的改进中，该材料是石蜡。
在又进一步的改进中，热能储存系统还包括：热传导介质，设置在储热器与储罐之间。
在再进一步的改进中，热能储存系统还包括：隔热件，至少部分地设置在储热器周围。
本发明的实施例包括六氟化硫(SF6)绝缘断路器系统，其包括：储罐，被构造为保存一定量的SF6；断路器，具有由SF6绝缘的触头；加热器，可操作以供热来加热SF6；用于储存热量并将热量传送到SF6、以及在低环境温度条件下延迟储罐中的SF6的液化的装置。
虽然已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是同样地被认为是说明性的而非限制性的，应当理解，仅示出和描述了优选实施例并且期望保护落入本发明精神范围之内的所有改变和修改。应当理解，虽然在上面的描述中利用诸如可优选的、优选地、优选的或更优选的词语表示如此描述的特征可能是更期望的，但是它可能不是必需的，并且没有这一特征的实施例也被认为是在本发明的范围之内，本发明的范围由所附权利要求限定。在阅读权利要求时，意图是当使用诸如“一”、“一个”、“至少一个”或“至少一个部分”之类的词语时，除非特别指出，否则无意将权利要求限制为仅一个项目。除非有特别的相反说明，否则当使用语言“至少一部分”和/或“一部分”时，该项目可以包括一部分和/或整个项目。
Claims (20)
1.一种六氟化硫(SF6)绝缘断路器系统，包括：
储罐，被构造为保存一定量的SF6；
断路器，具有由所述SF6绝缘的触头；
加热器，可操作以供热来加热所述SF6；
储热器，包括储热材料并与所述储罐导热接合，并且可操作以储存热能、并被构造为经由通过所述储罐的壁的传导将所述热能传导至所述储罐中的所述SF6。
2.根据权利要求1所述的SF6绝缘断路器系统，其中所述加热器耦合到所述储热器，并且可操作以经由所述储热器向所述SF6供热。
3.根据权利要求1所述的SF6绝缘断路器系统，其中所述储热器被构造为至少部分地环绕所述储罐。
4.根据权利要求1所述的SF6绝缘断路器系统，其中所述储热器是金属的。
5.根据权利要求1所述的SF6绝缘断路器系统，其中所述储热器是中空的。
6.根据权利要求5所述的SF6绝缘断路器系统，其中所述储热器包括可操作以向所述SF6供应潜热的材料。
7.根据权利要求6所述的SF6绝缘断路器系统，其中所述材料是石蜡。
8.根据权利要求1所述的SF6绝缘断路器系统，还包括：导热介质，设置在所述储热器与所述储罐之间。
9.根据权利要求1所述的SF6绝缘断路器系统，还包括：隔热件，至少部分地设置在所述储热器周围。
10.根据权利要求1所述的SF6绝缘断路器系统，其中所述储热器被构造为储存足够的热能，以在至少两(2)个小时内防止所述断路器在-60℃的环境温度条件下的锁定状态。
11.一种用于六氟化硫(SF6)绝缘断路器系统的热能储存系统，所述六氟化硫(SF6)绝缘断路器系统具有储存一定量的SF6的储罐，所述热能储存系统包括：储热器，包括储热材料并可操作以储存热能，并且被构造为接合所述储罐并经由通过所述储罐的壁的传导将所述热能传导至所述储罐中的所述SF6。
12.根据权利要求11所述的热能储存系统，还包括：加热器，耦合到所述储热器，并且可操作以经由容器向所述SF6供热。
13.根据权利要求11所述的热能储存系统，其中所述储热器被构造为至少部分地环绕所述储罐。
14.根据权利要求11所述的热能储存系统，其中所述储热器是金属的。
15.根据权利要求11所述的热能储存系统，其中所述储热器是中空的。
16.根据权利要求15所述的热能储存系统，其中所述储热器包括可操作以向所述SF6供应潜热的材料。
17.根据权利要求16所述的热能储存系统，其中所述材料是石蜡。
18.根据权利要求11所述的热能储存系统，还包括：热传导介质，设置在所述储热器与所述储罐之间。
19.根据权利要求11所述的热能储存系统，还包括：隔热件，至少部分地设置在所述储热器周围。
20.一种六氟化硫(SF6)绝缘断路器系统，包括：
储罐，被构造为保存一定量的SF6；
断路器，具有由所述SF6绝缘的触头；
加热器，可操作以供热来加热所述SF6；
用于通过储热材料储存热量并经由通过所述储罐的壁的传导将热量传送到所述SF6、以及在低环境温度条件下延迟所述储罐中的所述SF6的液化的装置。
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