CN1171365C - 高压电系统的具有冷却装置的部分 - Google Patents

Abstract

一个高压电力系统部分具有对称的充气的外壳(1)，在外壳内具有导体(3)和冷却装置。冷却装置包括两个在外壳的内部的鼓风机(4、5)并这样设计，即在系统工作期间，形成两个镜面对称环流部分流动。这些环流部分流动被导向而不用再次环流，导向方向沿着外壳侧壁(8、9)从外壳的顶部(10)或底部(11)分别到外壳的底部或顶部。通过此装置，热损失被特别有效地释放到外壳侧壁，并且导体(3)能承载很高的电流。

Description

高压电系统的具有冷却装置的部分

本发明涉及高压电系统的一部分。这个系统适合于传送在兆瓦到千兆瓦范围内的高电功率。在此处出现的电流和电压各自位于kA和kV的范围。一个典型的系统包括多相发电机输出线路，其中在单相中的工作电流在5和30kA之间以及工作电压为例如15或21kV。这样的一个高电压系统具有在其中会产生大量热量的部分，结果会造成相当高的功率损失。在这些部分之中，电流被引导通过一个接触转换，例如一个开关点，它们要承受相当大的热量。这样的开关点一般是发电机开关。

发电机开关通常通过自然对流和辐射进行冷却。如果这样的开关是非封装的设计，那么导体的功率损失以热量的形式被传送到一个消弧室绝缘体，其包括开关的接触配置并具有垂直引导的冷却肋。通过消弧室绝缘体吸收的热量通过对流和辐射被分散给周围。这样的发电机开关由位于瑞士苏黎世的ABB高压电技术有限公司在市场出售，其型号名称为HEI1…HEI5。进一步，上述公司也出售型号名称为HEC3/HEC4的发电机开关，其中导体和消弧室绝缘体被布置在充有隔绝气体，特别是空气的外壳之中。

然后，通过自然对流和辐射，由导体产生并主要传导给消弧室绝缘体的热量被传递给外壳。在这种情况下，由于在导体或消弧室绝缘体和外壳之间所建立起的温度差的原因，热量被传递。由于外壳和外界环境之间的温度差，通过自然对流和辐射，由外壳吸收的热量被释放到外界环境之中。在这样的系统中热流被自动建立，主要决定于所使用的几何尺寸、材料和表面形状并被散热的机制所限定。如果发电机开关是三相设计，三相被布置得位于彼此的旁边，被布置在中间的相的外壳一直具有最高的温度，因为侧壁不能释放任何辐射能量，于是必须被特别加强地冷却。

因此，本发明的目的是提供了一组为在开始提及的那种类型的高压电系统所提供的一个部分并且具有冷却装置，该冷却装置具有最可能简单的结构然而却允许在系统的几何尺寸不改变的条件下相当大地增加系统电流。

为了达到上述目的，本发明提出了一个高压电力系统的部分，特别是发电机开关，具有基本对称设计的充有空气的外壳，一个导体沿着在外壳中的对称平面延伸，和具有产生环流的冷却装置，该环流散去来自导体的热损失，该冷却装置包括至少一个设置在外壳内部的流动源，并且该至少一个流动源这样设计，即在系统工作期间，形成由对称平面所限界的两个镜面对称环流部分流动和在每个的情况下该流动被导向而不具有再次环流，导向方向沿着第一外壳壁从第二外壳壁到第三外壳壁，该第二外壳壁被对称平面所横截，第三外壳壁被对称平面所横截。

根据本发明，该高压电系统的部分优选设计为一个发电机开关，它具有用作冷却装置的布置在外壳内部的至少一个流动源并进行这样的设计，即在系统工作期间，形成由对称平面所限定的两个镜面对称环流部分流动以及在各自的情况下该流动被导向而不具有再次环流，导向方向沿着第一外壳壁从第二外壳壁到第三外壳壁，该第二外壳壁被对称平面所横截，第三外壳壁被对称平面所横截。作为这些措施的结果，从导体向外壳的传热量增加，并因此在导体上不超过限定的温度，所述温度由保持导体的绝缘体的绝缘级别所确定。

如果提供流动源，每个流动源被分配到两个环流部分流动中的一个，则可获得到外壳的特别效果的热传递。在这种情况下，对称平面优选基本垂直排列。第一外壳壁是一个侧壁，第二外壳壁是外壳的顶部，第三外壳壁是外壳的底部。如果两个流动源被接着固定到外壳底部的相对末端以及如果侧壁来自各自的末端并具有流动导向平面，则环流部分的流动以与自然对流相同的方式延伸，并且特别保守尺寸的流动源是足够的。

在这种情况下，达到进入侧壁的流动导向表面防止或减少任何环流部分流动的再次环流，这样提高了十分显著地提高了导体到外壳的散热。

流动源也能够被固定到外壳的顶部或外壳的底部的相对的末端，而不使用流动导向表面。为了确保两个环流部分流动不具有再次环流地延伸，两个流动源应当或者被布置在外壳的底部上以产生在侧壁升起并直接与自然对流相逆的流动，或者应当被在布置在外壳的顶部并产生一个在侧壁下降的流动，该流动以一个特别有利于能量的方式支持自然对流。

如果系统的该部分至少具有三个外壳，其各自容纳一个导体，并使外壳侧壁在彼此的旁边，使彼此之间隔开一个距离，形成垂直排列的通道，然后应当在三个外壳中的中央外壳中提供流动源。由环流部分流动引导向外壳侧壁的热量能够被两个通道的烟道效应引导出去。这个烟道效应能够被安装在外壳外面的一个或多个流动源所辅助。

优选的是如果，在至少一个通道的地方布置一个第一中间壁(Z)，其平行于相邻外壳的包围侧壁。这个中间壁吸收来自限定着通道的侧壁的辐射热，并且这个能量由于烟道效应的结果能够被从通道散放出去。与此同时，中间壁减少了流动容积以及位于外侧的流动源的容量。通道应当具有一个宽度，以致于通过通道的流动容积不被有或没有中间壁所干扰，形成所述流动容积的空气不被过度加热。

可以通过为了扩大它的表面面积而铸造在中间壁中的装置以获得从中间壁到空气流的特别好的散热，该空气流由于对流和/或附加流动源的原因而升起。这样的装置能够包括波状物，其为垂直和/或纵向引导的肋，但是也可能包括进一步的中间壁，其平行于中间壁引导，特别有利的是其能够由垂直引导的纵向肋被连接到中间壁上。

通过参考附图，从下面的描述中可以表现出本发明的进一步优点和应用，其中：

图1到图3各自显示了一个截面图，横截于导体，穿过根据单相设计的高压电系统的发明而设计的三个部分，

图4和5各自显示了一个截面图，横截于导体，穿过根据三相设计的高压电系统的发明而设计的两个部分，和

图6和8各自显示了根据图4的系统的部分的平面图。

在所有的附图中，相同的参考符号指示具有相同动作的部件。在每个情况下，图1到3说明了一个发电机开关的开关极，其被分配到三相高压电系统的相S。开关极具有一个优选的金属外壳1S，优选在接地电位，具有盒状的形状，其具有基本镜面对称的设计。相关的对称平面2垂直延伸到所画的平面并且在同时也是中空圆柱导体3的对称平面，该导体3具有基本对称设计。导体3被保持在支承绝缘体上(未示出)，形成一个与外壳间隔的电力绝缘，和被垂直于所画平面向上或向下引导。

导体3通常在从10到36kV的工作电压下，承受从5到30kA的工作电流。由于纯粹的电阻损失，其能够被考虑，特别是在接触转换，导体3发出相当的热量。通过自然对流和辐射，导体所产生的热量被散发出外壳1S。为了加强对流散热，两个流动源被包含在外壳1S之内，每个流动源被设计为线性作用鼓风机4、5，其以这样的方式进行布置和设计，在系统工作期间，形成两个镜面对称的环流部分的流动6、7，其被对称平面2所限界。在每个情况下，这些环流部分的流动6和7各自沿着侧壁8和9被导向，基本上不具有再次环流，该流动从外壳1S的顶部10到其底部11并从那里升起，由于自然对流和鼓风机4和5的作用，平行于对称平面2到导体3，围绕该导体的左手侧和右手侧进行流动，吸收热损失，并被导向回到顶部10，从那里它们沿着外壳壁(顶部10、侧壁8或9和底部11)再次流经到鼓风机4、5，散发所吸收的热量。

鼓风机4、5的使用增加了从导体3到外壳1S的热传递。因此导体3能够被加载更大的电流。这只需要确保外壳的温度不是上升得很高。

在根据图1的实施例中，通过固定在外壳的底部11的相对端部的两个鼓风机4和5，并通过在来自各自端部的侧壁8和9上设置的流动导向表面12和13，可以获得来自环流部分的流动6和7的再次环流的自由。

如果没有这些预先的措施，对于大部分的环流部分的流动6和7将在到达外壳的顶部10之前再次被向下导向(流动由虚线箭头14指示)，那么以这样的方式，对外壳的顶部10的冷却作用和外壳侧壁8和9的冷却作用将不能完全得到利用。

在根据图2的实施例中，布置在外壳的底部的相对端部的鼓风机4和5各自产生了环流部分流动6和7，与自然对流直接反向。然后通过环流部分流动6和7，由导体散发的热量被向下引导，其开始下降，接着被鼓风机4和5引导向上到外壳侧壁8和9。在过程之中，在环流部分流动6和7所携带的气体被冷却。这样能够省去防止再次环流的装置，例如在根据图3的实施例中的流动引导表面12和13。

在根据图3中的实施例中，鼓风机4和5被固定在外壳的顶部10并产生辅助自然对流的环流部分流动6和7。以与在根据图2中的实施例相同的方式，在这里也不用防止再次环流的装置，但是这里具有附加的优点，即因为环流部分流动6和7的辅助对流的作用，两个鼓风机能够在低的能量消耗下运行。

在图1到3中所述的单相系统部分优选被用作三相设计的系统部分的中央相S并具有R、S和T相。在系统的这个部分，如图4和5所述，将外壳1R，1S和1T分配给彼此之间相互隔开一个距离的单个的相，形成垂直排列的通道RS和ST，鼓风机(在图4和5中未示出)被布置位于三个外壳中的中央的外壳1S。通过通道RS和ST的烟道效应，引导向外壳1S的外壳侧壁8和9的热量被引导出去。另外，中间壁Z各自分别平行于相邻外壳1S和1R的包围侧壁8和9而引导1S和1T能够各自被布置在通道RS和ST中。在这个中间壁没有损失产生，并可能在外壳侧壁8和9或9和8和中间壁Z之间产生温度差。通过外壳侧壁8和9能够向中间壁Z释放辐射能量。被辐射能量加热的中间壁Z借助于周围空气的自然对流进行冷却。如果中间壁Z-如图4所述-被布置在两个外壳侧壁9和8之间的中间并仅仅是光滑设计。中间壁优选可热传导地连接到外壳，例如1S，或是外壳的整体部件。

如图5所示，在根据本发明的系统的该部分的进一步实施例中，进一步的中间壁Z’能够被平行于中间壁Z布置。在这个实施例中，对流的散热被额外地增加。为了获取更加好的散热效果，两个中间壁应当被垂直导向的纵向的肋所连接。

在图6到8所示的实施例中，中间壁具有扩大它的表面的装置，借助于此，对于自然对流的散热被额外地改善。这样的装置优选包括具有波状结构的中间壁Z。该结构形成垂直于对流流动引导的抽取通道并包括波状物，其能够具有宽(图7)和窄(图6)的设计，或者是纵向的肋(图8)。为了不阻碍自然对流流动，外壳1R和1S与1S和1T应当彼此之间具有最小的间隔距离。

另外，通过强制通过通道RS和ST中的一个的流动导向，能够改善散热。为了这个目的，可以提供一个外部的鼓风机以产生这个强制流动，或者两个或更多个鼓风机以产生这样的强制流动。这样的外部鼓风机被用在图4中的箭头符号地说明并具有参考符号G。

参考符号列表

1、1R、1S、1T                 外壳

2、                           对称平面

3、                           导体

4、5                          鼓风机

6、7                          环流部分流动

8、9                          外壳侧壁

10                            外壳顶部

11                            外壳底部

12、13                        流动引导表面

14                            流动箭头

G                             外部鼓风机

R、S、T                       相

RS、ST                        通道

Z、Z’                                                  中间壁

Claims (12)

1.一种发电机开关，具有基本对称设计的充有空气的外壳(1R、1S、1T)，一个导体(3)沿着在外壳中的对称平面(2)延伸，和具有产生环流的冷却装置，该环流散去来自导体的热损失，其特征在于，该冷却装置包括至少一个设置在外壳内部的流动源(4、5)，并且该至少一个流动源这样设计，即在系统工作期间，形成由对称平面所限界的两个镜面对称环流部分流动(6、7)和在每个的情况下该流动被导向而不具有再次环流，导向方向沿着第一外壳壁(8、9)从第二外壳壁(10、11)到第三外壳壁(10、11)，该第二外壳壁被对称平面(2)所横截，第三外壳壁被对称平面所横截。

2.如权利要求1所述的发电机开关，其特征在于，其设置两个流动源，每个流动源(4、5)被分配到两个环流部分流动(6、7)中的一个。

3.如权利要求2所述的发电机开关，其特征在于，对称平面基本垂直地排列，并且第一外壳壁是侧壁(8、9)，第二外壳壁是外壳的顶部(10)和第三外壳壁是外壳的底部(11)。

4.如权利要求3所述的发电机开关，其特征在于，两个流动源(4、5)被固定到外壳的底部的相对末端，并且在来自两个末端的两个外壳侧壁(8、9)上设置流动导向表面(12、13)。

5.如权利要求3所述的发电机开关，其特征在于，流动源(4、5)被固定到外壳的顶部(10)的或外壳的底部(11)的相对的末端上。

6.如权利要求1所述的发电机开关，其特征在于，具有至少三个外壳(1R、1S、1T)，其各自容纳一个导体，并使其外壳侧壁(8、9)在彼此的旁边，外壳(1R、1S、1T)被布置得使彼此之间隔开一个距离，形成垂直排列的通道(RS、ST)，并且流动源被布置位于三个外壳中的中央外壳(1S)中。

7.如权利要求6所述的发电机开关，其特征在于，在至少一个通道(RS)的地方布置一个第一中间壁(Z)，其平行于相邻外壳(1R、1S)的包围侧壁(9、8)引导。

8.如权利要求7所述的发电机开关，其特征在于，第一中间壁(Z)具有扩大它的表面面积的装置。

9.如权利要求8所述的发电机开关，其特征在于，扩大表面面积的装置包括垂直引导的波状件和/或纵向肋。

10.如权利要求7所述的发电机开关，其特征在于，在至少一个通道的地方布置第二中间壁(Z’)，其平行于第一中间壁(Z)引导。

11.如权利要求10所述的发电机开关，其特征在于，第一和第二中间壁被纵向的垂直引导的肋所连接。

12.如权利要求6所述的发电机开关，其特征在于，至少一个流动源(G)起到在所提供的通道中产生气流的作用。

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