CN114582667B - 一种气体绝缘断路器的加热装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气体绝缘断路器的加热装置和方法，在断路器支柱绝缘内部合适的位置设置红外加热器工作时，红外加热器发射的红外线具有方向性，从断路器支柱绝缘子的底部射向支柱绝缘子顶端，在此过程中，SF6会吸收一部分红外线，支柱绝缘子内壁和断路器绝缘拉杆外壁会吸收照射到其表面的红外线，支柱绝缘子内壁和断路器绝缘拉杆外壁也会温度升高。当红外线照射到断路器灭弧室时，它们都会吸收红外线，温度升高。红外加热器由控制器控制工作，控制器通过地电位处的交流或直流电源供电，并接受人工操作和温度传感器信号，使得加热系统工作形成闭环。温度监测传感器测量温度，与红外加热器的控制器形成闭环，使得整个系统达到所需的温度。
Description
技术领域
本发明属于断路器技术领域，具体属于一种气体绝缘断路器的加热装置和方法。
背景技术
使用SF6作为绝缘气体的高压断路器，在SF6在充气压力一定时，随着温度降低到，则会出现液化现象。当SF6液化严重时，产品绝缘性能降低，产品闭锁报警。目前罐式断路器在罐体上设置加热套进行加热，其加热器件直接就地取能，比较好实现。但对于支柱式断路器，在产品支柱下端设置加热装置时，由于断路器支柱绝缘子比较高，灭弧室离热源远，底部的热量向灭弧室传递方式以热传递和对流为主，离热源越远，温度下降速度越快，热传递效率低，气室内温升值小。线圈高压端取能加热方式虽然能为高压端提供热能，但断路器开路时，线圈无法取到能量，无法加热。
1)罐式断路器和金属封闭组合电器GIS产品外壳内部或外部增加加热器，低压处电源给加热器供电，但是不能适用于大尺寸的支柱式断路器加热。
2)对于支柱式断路器，在产品支柱下端使用加热片，加热片通电后发热，热量以热传递为主要方式从断路器支柱绝缘子底部向上传递热量，达到加热气室气体的目的。但是存在热传递效率低，提高温升能力差的问题。
3)在断路器高压端设置取能线圈，线圈的能量传递给加热片，加热片再依次将热量传递到灭弧室密封法兰、静触头零部件、绝缘气体等；缺点是传热方式以热传递为主，对流弱，传递效率低，不能远距离传递热能，且断路器在开路时，不能取能，无法加热。
综上所述，现有技术中的传热方法存在适用范围窄，不能远距离传递热能，传热效率低的问题
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种气体绝缘断路器的加热装置和方法，加热范围广，热能传输距离远，可定向设计热能传输路径、加热零部件。使得断路器的零部件和内部的绝缘气体温度升高，避免断路器因环境温度过低而引起绝缘气体液化和气压降低而报警闭锁。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种气体绝缘断路器的加热装置，包括控制器、电源、红外加热器、温度传感器、吸热黑体件和反射罩；
所述红外加热器设置在气体绝缘断路器内部支柱绝缘子的底部，所述温度传感器监测断路器外部环境温度、断路器支柱绝缘子内壁温度和红外加热器反射罩外部温度，所述反射罩设置在气体绝缘断路器内部，反射罩用于反射红外加热器发出的红外线；所述吸热黑体件设置在气体绝缘断路器内部，吸热黑体件用于吸收红外加热器发出的红外线，进行热传递；所述温度传感器与控制器进行电连接，所述控制器与红外加热器进行电连接，控制器控制红外加热器加热功率；红外加热器发出红外线对气体绝缘断路器内部的支柱绝缘子区域和灭弧室区域进行加热；
所述电源用于对控制器、红外加热器和温度传感器供电。
优选的，还包括风机，所述风机设置在气体绝缘断路器内部支柱绝缘子的底部，所述风机对红外加热器进行散热。
优选的，当红外加热器设置在单相支柱断路器内部时，所述红外加热器设置在支柱绝缘子的底部，所述控制器和电源设置在单相支柱断路器的底部支架上，所述红外加热器发出的红外线对支柱绝缘子区域进行加热；红外线穿过第二法兰上的透光孔对灭弧室区域进行加热。
优选的，当红外加热器设置在单相T形双断口断路器内部时，所述红外加热器设置在支柱绝缘子的底部；所述控制器和电源设置在单相T形双断口断路器的底部支架上，所述红外加热器发出的红外线对支柱绝缘子区域进行加热；
支柱绝缘子区域的顶部设置有反射板，红外线经过反射板的折射，穿过两端部的第三法兰上的透光孔，对两侧的灭弧室区域进行加热。
优选的，当红外加热器设置在单相T形双断口断路器内部时，所述红外加热器设置在支柱绝缘子的底部；所述控制器和电源设置在单相T形双断口断路器的底部支架上，所述红外加热器发出的红外线对支柱绝缘子区域进行加热；
支柱绝缘子区域的顶部设置有吸热黑体件，红外线照射到吸热黑体件上，吸热黑体件吸收能量，温度升高，热量向周围零部件和气体传递。
一种气体绝缘断路器的加热方法，包括以下过程，
电源提供电能，温度传感器反馈监测到的断路器外部环境温度、断路器支柱绝缘子内壁温度和红外加热器反射罩外部温度，将温度数据发送到控制器，控制器控制红外加热器发出红外线，红外线对气体绝缘断路器内部进行加热。
优选的，当红外加热器设置在单相支柱断路器内部时，红外加热器发出的红外线对直接照射的SF6气体进行加热，红外线照射到支柱绝缘内壁时，支柱绝缘内壁吸收红外线，红外线照射到绝缘拉杆上时，绝缘拉杆吸收红外线。
优选的，当红外加热器设置在单相T形双断口断路器内部时，红外加热器发出的红外线对直接照射的SF6气体进行加热，红外线经过反射板的反射，对T形躯壳两端的灭弧室区域进行加热。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供了一种气体绝缘断路器的加热装置。通过给断路器加热系统设计了电源、控制器、红外加热器和多个温度传感器，还可根据需要在断路器内部设置吸热黑体件、反射罩，使得红外加热器的热能传递的更远，对断路器内部零件加热广泛，达到更好的提升SF6温度的目的。通过在支柱绝缘子内部的区域里，红外加热器发射出的红外线被直接照射的SF6、支柱绝缘内壁时、绝缘拉杆吸收，温度升高，热量再次传递给SF6，反射的收红外线照射到其他部件上，部件温度升高。也可在支柱绝缘子内部的区域里适当的位置设置吸热黑体件，吸热黑体件吸收大量红外线后发热，热量再传递给SF6和其他部件，黑体发射出的红外线再对其他物质进行加热。在灭弧室区域内，与红外加热器之间无遮挡的SF6气体和灭弧室套管内的零部件会直接吸收来自红外加热器的红外线，温度升高。
进一步的，通过在红外加热器附近设置了风机。红外加热器工作时，风机工作，风机加强红外加热器及反射罩周围空气流动，降低红外加热器及反射罩的温度，同时使得热能扩散到断路器内部较高的位置。
附图说明
图1为本发明实施例1中单相支柱断路器热能量传递路径；
图2为本发明加热方法在实施例1单相支柱断路器中的应用示意图；
图3为本发明实施例2中T形双断口断路器热能量传输路径；
图4为本发明加热方法在实施例2单相T形双断口断路器中的应用示意图；
附图中：1为支架；2为操动机构；3为控制器；4为电源；5为第一法兰；6为反射罩；7为红外加热器；8为红外线；9为绝缘拉杆；10为支柱绝缘子；11为支柱绝缘子区域；12为第二法兰；13为吸热黑体件；14为透光孔；15为第三法兰；16为第一触头座；17为第一触头座孔；18为动触头装配；19为灭弧室区域；20为第四法兰；21为静触头装配；22为第二触头座孔；23为第二触头座；24为风机；25为反射板。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明提供一种气体绝缘断路器加热的方法，使得断路器的零部件和内部的绝缘气体温度升高，避免断路器因环境温度过低而引起绝缘气体液化和气压降低而报警闭锁。本发明利用红外加热原理，在断路器内热能传递以辐射为主，并伴随着热传递、对流两种传热方式，红外线8在断路器内部具有直射、发射、折射等方式，该方法具有加热范围广，热能传输距离远，可定向设计热能传输路径、加热零部件等特点。
本发明的一种气体绝缘断路器加热的方法，在断路器支柱绝缘内部合适的位置设置红外加热器7工作时，红外加热器7发射的红外线8具有方向性，从断路器支柱绝缘子的底部射向支柱绝缘子顶端，在此过程中，SF6会吸收一部分红外线8，支柱绝缘子10内壁和断路器绝缘拉杆9外壁会吸收照射到其表面的红外线8，支柱绝缘子10内壁和断路器绝缘拉杆9外壁也会温度升高。当红外线8照射到断路器灭弧室的动触头和静触头的金属部件或喷口等零部件时，它们都会吸收红外线8，温度升高。在T结构双断口断路器中，因为断路器支柱绝缘子区域11和两个灭弧室区域19形成直角，处于断路器支柱绝缘子底部的红外加热器7的红外光不能直接照射到灭弧室上，可在支柱绝缘子的顶端设置反射板25，使得当红外线8照射到反射板25上，红外线8方向改变90°，照射到断路器灭弧室的零件上。使得T结构双断口断路器的灭弧室内部也可被红外线8加热。红外加热器7由控制器3控制工作，控制器3通过地电位处的交流或直流电源4供电，并接受人工操作和温度传感器信号，使得加热系统工作形成闭环。温度监测传感器设备在断路器内部和外部合适的位置，测量温度，与红外加热器7的控制器3形成闭环，使得整个系统达到所需的温度。对于Y形结构的断路器，加热方案类似于T形结构双断口断路器
为了防止红外加热器表面温度过高，在红外加热器附近设置了风机。红外加热器工作时，风机工作，风机加强红外加热器及反射罩周围空气流动，降低红外加热器及反射罩的温度，同时使得热能扩散到断路器内部较高的位置。
本发明方案中采用红外加热器7对外传递能量的主要方式是辐射传热，由电磁波传递能量。在远红外线8照射到被加热的物体时，一部分射线被反射回来，一部分被穿透过去。当发射的远红外线8波长和被加热物体的吸收波长一致时，被加热的物体吸收远红外线8，物体内部分子和原子发生“共振”，产生强烈的振动、旋转，而振动和旋转使物体温度升高，达到了加热的目的。且红外线8加热方式具有穿透力，不需热传介质传递，热效率良好；可局部加热，温度控制容易、且升温迅速，并较具安全性。在断路器内部任何接受到红外线8的零部件和SF6都会被加热，相比于传统的加热片加热，热能传递的更远，热能传递效果更好。
本发明为断路器提供一种气体绝缘断路器的加热装置。通过给断路器加热系统设计了电源4、控制器3、红外加热器7和多个温度传感器，还可根据需要在断路器内部设置吸热黑体件13、反射板25，使得红外加热器7的热能传递的更远，对断路器内部零件加热光广泛，达到更好的提升SF6温度的目的。
电源4为控制器3提供电能，温度传感器反馈断路器内部温度到控制器3，使得加热和被加热目标形成闭环的工作方式，控制器3也可由人工参与。
控制器3按一定的闭环逻辑方式控制工作，控制器3把工作指令及电能再发送给红外加热器7，红外加热器7工作受控制器3控制，红外加热器7发射热能功率受控制器3控制。控制器3可设置在断路器气室外，红外加热器7在断路器支柱绝缘子气室内，位于偏下处。
在支柱绝缘子区域11里，红外加热器7发射出的红外线8被直接照射的SF6、支柱绝缘子10内壁时、绝缘拉杆9吸收，温度升高，热量再次传递给SF6，反射的收红外线8照射到其他部件上，部件温度升高。也可在支柱绝缘子内部的区域里适当的位置设置吸热黑体件13，吸热黑体件13吸收大量红外线8后发热，热量再传递给SF6和其他部件，吸热黑体件13发射出的红外线8再对其他物质进行加热。
在灭弧室区域19内，与红外加热器7之间无遮挡的SF6气体、灭弧室套管零部件会直接吸收来自红外加热器7的红外线8，温度升高。也可在灭弧室区域内适当的位置设置吸热黑体件13，吸热黑体件13吸收大量红外线8后发热，热量再传递给SF6和其他部件，吸热黑体件13发射出的红外线8再对其他物质进行加热。
T形结构的双断口短路器或其他结构的断路器，可将T形躯壳内部涂上吸收红外线强涂层，T形躯壳温度升高，热量传递给SF6。
在T形躯壳设置反射板25，反射罩改变红外线8的方向，红外线8进入到灭弧室区域，对灭弧室的SF6、灭弧室套管和触头等部件加热。
本发明中还可在断路器高压端设置取能线圈，线圈的能量传递给位于灭弧室内的红外加热器7，红外加热器7将能量以辐射为主的方式传递给灭弧室区域的静触头零部件、动触头零部、绝缘气体和灭弧室套管等，支柱绝缘子区域的部件和绝缘气体也同理被加热。该方案的热传递方式刚好和发明中方案1和方案2的传输方向相反。
实施例1
如图1至图2所示，图1为单相支柱断路器加热方案及热能量传递路径。
电源4为控制器提供电能，温度传感器反馈断路器内部温度到控制器，控制器3把工作指令及电能发送给红外加热器7，控制红外加热器7投入和退出加热状态，控制红外加热器7输出的能量值，使得加热和被加热目标形成闭环的工作方式，控制器也可由人工参与。断路器开断时，操动机构2动作，带动灭弧室的动触头动作。
红外加热器7的形状、功率、发射红外线8的方向、红外线8分布比例符合整个断路器结构和加热需求。红外加热器的反射罩可以避免能量浪费、可以防止对附近零部件过度加热。
温度传感器设置在合适位置，采集温度反馈给控制器3。控制器3通过温度传感器测量到的温度控制红外加热器7的工作。例如，环境温度降至-20℃时启动红外加热器工作；对温度敏感的部件温度过高，停止红外加热器工作；气室内温度升高后，不需要加热时，停止红外加热器工作。
在支柱绝缘子内部的区域里，红外加热器7发射出的红外线被直接照射的SF6吸收，SF6温度升高。红外线照射到支柱绝缘内壁时，支柱绝缘内壁吸收红外线，温度升高，热量传递给SF6；被支柱绝缘内壁反射的红外线照射到其他物体上时，它们的温度也会升高。红外线照射到绝缘拉杆上时，绝缘拉杆吸收红外线，温度升高，热量传递给SF6；被绝缘拉杆反射的红外线照射到其他物体上时，它们的温度也会升高。也可在支柱绝缘子内部的区域里适当的位置设置吸热黑体件13，吸热黑体件13吸收大量红外线后发热，热量再传递给SF6和其他部件，吸热黑体件13发射出的红外线再对其他物质进行加热。
在灭弧室区域内，与红外加热器7之间无遮挡的SF6气体和零部件会直接吸收来自红外加热器7的红外线，温度升高。也可在灭弧室区域内适当的位置设置吸热黑体件13，吸热黑体件13吸收大量红外线后发热，热量再传递给SF6和其他部件，吸热黑体件13发射出的红外线再对其他物质进行加热。
图2为单相支柱断路器器红外加热中各部件的图例。红外加热器7设置在单相支柱断路器内部时，红外加热器7设置在支柱绝缘子10的底部，控制器3和电源4设置在单相支柱断路器的底部支架1上，红外加热器7发出的红外线8穿过绝缘拉杆9和支柱绝缘子10所处的支柱绝缘子区域11进行加热；红外线8穿过第二法兰12上的透光孔14进入灭弧室区域19内，灭弧室区域19内部设置有第一触头座16、第一触头座孔17、动触头装配18、静触头装配21、第二触头座孔22、第二触头座23和第三法兰15，红外线8对灭弧室区域19进行加热。
实施例2
如图3至图4所示，图3为T形双断口断路器加热方案及热能量传递路径。
在支柱绝缘子内部的区域里，加热方式和实施例1单相支柱断路器一样。而在T结构的断路器中，因为断路器支柱绝缘子和两个灭弧室形成直角，处于断路器支柱绝缘子底部的红外加热器7的红外光不能直接照射到灭弧室上，来自红外加热器7的红外线直接照射到T躯壳内壁上。此时，T形躯壳吸收红外线，温度升高，传递热量给周围的SF6气体，没有被吸收的红外线反射至其他零部件。
为了提高T形躯壳区域的问题，可在此区域合适位置设置吸热黑体件13，吸热黑体件13吸收大量红外线后发热，热量再传递给SF6和其他部件，吸热黑体件13发射出的红外线再对其他物质进行加热。
为了促使红外线进入到灭弧室区域，可在躯壳区域合适的位置设置反射板25，使得红外线在照射到反射板25后，方向改变90°，照射到断路器灭弧室区域。使得红外线加热方式不受断路器形状过多的约束，让灭弧室区域的SF6、零部件和设置的吸热黑体件13直接接受来自红外线加热器的红外线能量。
图4为加热方法在单相T形双断口断路器中的应用示意图。红外加热器7设置在单相T形双断口断路器内部，红外加热器7设置在支柱绝缘子10的底部；控制器3和电源4设置在单相T形双断口断路器的底部支架1上，红外加热器7发出的红外线8穿过绝缘拉杆9和支柱绝缘子10所处的支柱绝缘子区域11进行加热；支柱绝缘子区域11的顶部设置有反射板25和/或吸热黑体件13，红外线8经过反射板25和/或吸热黑体件13的折射，穿过两端部的第三法兰15上的透光孔14进入两侧的灭弧室区域19，灭弧室区域19内部设置有第一触头座16、第一触头座孔17、动触头装配18、静触头装配21、第二触头座孔22、第二触头座23、第三法兰15和第四法兰20，红外线8对灭弧室区域19进行加热。
Claims (5)
1.一种气体绝缘断路器的加热装置，其特征在于，包括控制器(3)、电源(4)、红外加热器(7)、温度传感器、吸热黑体件(13)和反射罩(6)；
所述红外加热器(7)设置在气体绝缘断路器内部支柱绝缘子的底部，所述温度传感器监测断路器外部环境温度、断路器支柱绝缘子(10)内壁温度和红外加热器反射罩(6)外部温度，所述反射罩(6)设置在气体绝缘断路器内部，反射罩(6)用于反射红外加热器(7)发出的红外线(8)；所述吸热黑体件(13)设置在气体绝缘断路器内部，吸热黑体件(13)用于吸收红外加热器(7)发出的红外线(8)，进行热传递；所述温度传感器与控制器(3)进行电连接，所述控制器(3)与红外加热器(7)进行电连接，控制器(3)控制红外加热器(7)加热功率；红外加热器(7)发出红外线(8)对气体绝缘断路器内部的支柱绝缘子区域(11)和灭弧室区域(19)进行加热；
所述电源(4)用于对控制器(3)、红外加热器(7)和温度传感器供电；
当红外加热器(7)设置在单相支柱断路器内部时，所述红外加热器(7)设置在支柱绝缘子(10)的底部，所述控制器(3)和电源(4)设置在单相支柱断路器的底部支架(1)上，所述红外加热器(7)发出的红外线(8)对支柱绝缘子区域(11)进行加热；红外线(8)穿过第二法兰(12)上的透光孔(14)对灭弧室区域(19)进行加热；
当红外加热器(7)设置在单相T形双断口断路器内部时，所述红外加热器(7)设置在支柱绝缘子(10)的底部；所述控制器(3)和电源(4)设置在单相T形双断口断路器的底部支架(1)上，所述红外加热器(7)发出的红外线(8)对支柱绝缘子区域(11)进行加热；
支柱绝缘子区域(11)的顶部设置有反射板(25)，红外线(8)经过反射板(25)的折射，穿过两端部的第三法兰(15)上的透光孔(14)，对两侧的灭弧室区域(19)进行加热；
支柱绝缘子区域(11)的顶部设置有吸热黑体件(13)，红外线(8)照射到吸热黑体件(13)上，吸热黑体件(13)吸收能量，温度升高，热量向周围零部件和气体传递。
2.根据权利要求1所述的一种气体绝缘断路器的加热装置，其特征在于，还包括风机(24)，所述风机设置在气体绝缘断路器内部支柱绝缘子的底部，所述风机(24)对红外加热器(7)进行散热。
3.一种气体绝缘断路器的加热方法，其特征在于，基于权利要求1-2任意一项所述的一种气体绝缘断路器的加热装置，包括以下过程，
电源(4)提供电能，温度传感器反馈监测到的断路器外部环境温度、断路器支柱绝缘子(10)内壁温度和红外加热器反射罩(6)外部温度，将温度数据发送到控制器(3)，控制器(3)控制红外加热器(7)发出红外线(8)，红外线(8)对气体绝缘断路器内部进行加热。
4.根据权利要求3所述的一种气体绝缘断路器的加热方法，其特征在于，
当红外加热器(7)设置在单相支柱断路器内部时，红外加热器(7)发出的红外线(8)对直接照射的SF6气体进行加热，红外线(8)照射到支柱绝缘内壁时，支柱绝缘内壁吸收红外线(8)，红外线(8)照射到绝缘拉杆(9)上时，绝缘拉杆(9)吸收红外线(8)。
5.根据权利要求3所述的一种气体绝缘断路器的加热方法，其特征在于，
当红外加热器(7)设置在单相T形双断口断路器内部时，红外加热器(7)发出的红外线(8)对直接照射的SF6气体进行加热，红外线(8)经过反射板(25)的反射，对T形躯壳两端的灭弧室区域(19)进行加热。
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