CN202978035U - 用于高压或者中压的开关设备 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种用于高压或者中压的开关设备，带有：至少部分地设置在开关设备的内室中的部件，并且所述部件在一种工作方式中具有升高的热能；以及热管。热管设置在开关设备的内室中，所述热管具有蒸发区段和冷凝区段。热管在蒸发区段的区域中与所述部件热耦合。热管在冷凝区段的区域中与开关设备的环境热耦合。热管在其内室中具有存储材料用于传递热能。热管在冷凝区段的区域中朝向开关设备的内室至少分区段地具有第一导热性的隔离材料。热管在冷凝区段的区域中朝向开关设备的环境至少分区段地具有第二导热性的传导材料。第一导热性低于第二导热性。

Description

用于高压或者中压的开关设备
技术领域
本实用新型涉及一种用于高压或者中压的开关设备。 
背景技术
已知的是，由于在电学设备中或者在电学部件中的能量损耗而释放热能或者热量。该热能限制了最大允许的额定电流，并且由此限制了相应部件的电学额定功率。通过将热能从部件引导离开，即通过冷却部件，可以提高最大允许的额定电流。 
为了导出热能，已知多种技术。热能的导出例如可以通过无源冷却肋、有源冷却器例如通风设备或者通过强迫的对流来实现。关于该使用目的，也公开了例如热管(英语：heat-pipes)形式的热交换器(英语：heat exchanger)。术语热管也包括所谓的热虹吸器。 
从EP 1672655A1公开了一种真空开关，其带有第一接触件和第二接触件。为了将真空开关室中形成的热量引出，设置有至少一个热管。 
从DE 202006013674U1公开了一种高压、中压或者低压开关柜，其具有设置在内部的电导体，这些电导体在工作中被电流流过并且在此发热。热管与电导体关联。热管的蒸发器区段与相应的导体良好导热地连接。热管的冷凝器区段位于开关柜之外。在冷凝器区域和蒸发器区域之间设置有隔离材料构成的尤其为柔性的管，用于将蒸发的液体从蒸发器区段输送到冷凝器区段，以及将冷凝的液体从那里又向回输送给蒸发器区域。 
实用新型内容
从所描述的现有技术出发，本实用新型所基于的任务是，提供一种带有热管的开关设备，其具有改善的电学和热学特性。 
该任务通过根据本发明的实施例的开关设备来解决。 
通过根据本实用新型的带有在冷凝区段的区域中的隔离材料(其朝向开关设备的内室取向)以及带有在冷凝区段的区域中的传导材料(其朝向开关设备的环境取向)的开关设备，将热能或者热量有利地从部件通过热管向开关设备的环境导出。这通过传导材料和隔离材料的不同的导热性来实现。由此，可以有利地提高例如功率开关的最大允许的额定电流。同时，也防止了由于过热损毁部件。尤其是热能并不导出到开关设备的内室中，由此也保护了其他部件免受升高的温度影响。特别是在冷凝区段中释放了许多热量或者热能。通过隔离材料而防止热能大量地进入开关设备的内室中。总之，由此由于进入开关设备的内室中热输入减少，可以将其他部件在空间上更接近所述部件或者功率开关地设置以及也更接近热管地设置。有利的是，由此可以更有效地使用开关设备的结构空间，并且同时有效地导出热能或者热量。 
在开关设备的一个有利的实施形式中，隔离材料具有比开关设备的外壁更高的击穿强度和更高的漏电强度。隔离材料由此针对在例如电部件和导电的和接地的外壁之间的高电势差而介电地保护热管的冷凝区段。隔离材料的高击穿强度和高漏电强度由此有利地有助于更有效地利用结构空间。 
在开关设备的一个有利的实施形式中，在热管中的存储材料是氟化酮。氟化酮的特征是，其具有极低的变暖潜能(Treibhauspotenzial)，并且具有高击穿强度并由此具有电绝缘作用。 
在开关设备的一个有利的实施形式中，开关设备的外壁具有比隔离材料更高的导热性，并且热管在传导材料的区域中与外壁热耦合。由此，以及由于在开关设备的环境中比在热管的内室中更低的温度，气态的存储材料基本上冷凝在传导材料的表面上(从热管的内室来看)。有利的是，由此并不需要外部的辅助设备来导出热量，并且现有的外壁可以用于散热。有利的是，由此在开关设备内没有其他部件由于上述部件的废热而受到影响。总之，由此可以保持开关设备的已经固定的外部尺寸，并且同时可以提高或者改进对于上述部件的冷却效率。 
在开关设备的另一有利的实施形式中，在冷凝区段的区域中的热管和外壁之间设置有可柔性变形的、具有比隔离材料更高的导热性的第三材料构成的另外的层。柔性的第三材料可以有利地补偿在热管的侧面上或者外壁上的不平坦性，并且由此用于改善在传导材料和外壁之间的热耦合。 
在另一有利的实施形式中，热管在蒸发区段和冷凝区段之间沿环周至少分区段地设置有第四材料。第四材料具有比传导材料更低的导热性。该特性尤其是可以通过玻璃纤维强化的塑料来实现。通过低的导热性，在热管中传输的热能不被发送到开关设备的内室中。 
在开关设备的一个有利的实施形式中，热管在蒸发区段和冷凝区段之间至少分区段地具有朝向蒸发区段的斜坡。由此，改善了存储材料向蒸发区段的输送。该优点借助带有毛细管的热管以及热虹吸器(Thermosyphon)来实现。 
在开关设备的另一有利的实施形式中，在蒸发区段的区域中的热管通过具有比第四材料更高的导热性的耦合元件来与所述部件连接。耦合元件改善了来自所述部件的热散发或者热能的导出。该耦合元件具有到所述部件的直接的导热接触部，以及到热管的内室的直接的导热接触部。 
附图说明
本实用新型的其他特征、应用可能性和优点从下面对本实用新型实施例的描述中得到，在附图中示出了本实用新型实施例。在此，所有所描述的或者所示的特征本身或者任意组合地形成本实用新型的主题，而与其在权利要求中的概括或者其引用关系无关，也与其在说明书或者附图中的表达或者图示无关。对于功能等效的量，在所有附图中即使在不同实施例中也使用相同的附图标记。 
其中： 
图1示出了带有部件和热管的用于高压或者中压的开关设备的部分的示意图； 
图2示出了热管的第一部分区域的示意性截面图；以及 
图3示出了热管的第二部分区域的示意性截面图。 
具体实施方式
图1在通过开关设备2的外壁10的截面中示出了带有部件4和热管6的用于高压或者中压的开关设备2的部分的示意图。开关设备2可以实施为气体隔离的开关设备或者实施为空气隔离的开关设备。部件4设置在开关设备2的内室8中。一般地，部件4也可以部分地设置在开关设备2外部并且由此至少部分地设置在开关设备的内室中。部件4与热管6热耦合。热管6与开关设备2的外壁10热耦合。外壁10将内室8与开关设备2的环境12分离。开关设备2的外壁10具有高的导热性。特别地，外壁10由金属或者金属合金制成。此外，外壁10电学地接地。 
在一种工作方式中，部件4的热能升高或者温度升高。在图1中，部件4构建为功率开关并且具有固定的接触部14和可运动的接触部16。在将功率开关的接触部14和16分离时，在两个接触部14和16之间形成电弧并且由此形成升高的热能。形成的热能限制了通过功率开关可切换的最大允许电流。当然，替代构建为功率开关，部件4也可以构建为汇流排或者其他的部件，其在至少一个工作方式中热能升高。在该部件4构建为功率开关的情况下，热管6可以替代与固定的接触部14热耦合而以合适的、未示出的方式与可运动的接触部16热耦合。 
热管6具有蒸发区段18、冷凝区段20和连接区段22。连接区段22位于蒸发区段18和冷凝区段20之间。热管6在蒸发区段18的区域中与部件4、尤其是与固定的接触部14热耦合。 
通常，热耦合意味着，热能可能从一种介质转移到另一介质中。在热耦合的情况下，在两种介质之间或者在两种材料之间可以有另外的介质或者材料。用于热耦合的介质或者材料为此具有高的导热性。热管6也用于热耦合。尤其是通过两个元件的接触、即通过元件的靠置，或者通过两个元件的材料的连接来实施两个元件之间的直接热耦合。 
高的导热性的特征是，在材料的两侧之间的温度差可以通过该材料来快速平衡。低的导热性的特征是，材料在两侧只能缓慢地或者根本不能平衡高的温度差。 
热管6在蒸发区段18和冷凝区段20之间、尤其是至少分区段地具有朝向蒸发区段18的斜坡，使得例如液体始终朝着蒸发区段18运动。蒸发区段18位于热管6的最低点。 
热管6的冷凝区段20基本上在垂直方向上沿着外壁10延伸。热管6在冷凝区段20的区域中与开关设备2的环境12热耦合。冷凝区段20与开关设备2的环境12的热耦合通过外壁10实施。由热管6向外壁10发出的热能借助热传导、空气对流和/或热辐射发出到开关设备2之外的环境12。 
热管6包含存储材料。在液态中，存储材料在蒸发区段18的区域中通过输送的热能被加热并且转化成气态。存储材料在其气态中从蒸发区段18出发通过连接区段22向冷凝区段20运动。在冷凝区段20中，存储材料冷凝并且从其气态转化为液态。热管6构建为热虹吸器或者热管6具有毛细管。在热管6作为热虹吸器来实施的情况中，重力导致存储材料在其液态中又朝着蒸发区段18运动。而如果热管6具有毛细管，则毛细管用于使得存储材料在其液态中朝向蒸发区段18运动。在根据图1的实施形式以及借助毛细管的热管6的实施形式中，重力附加地帮助使得将存储材料向蒸发区段18引导。 
当然，替代在图1中的实施形式，带有毛细管的热管6可以并不具有朝向蒸发区段的斜坡。在此，热管的走向例如是水平的。 
存储材料有利地在1个atm(标准大气压)下具有20℃到40℃之间的沸点温度，具有高的电击穿强度，与SF6的击穿强度类似或者更高的电击穿强度，并且应当具有小的变暖潜能。 
在一个实施形式中，热管6中的存储材料是氟化酮。尤其是，在一个实施形式中，存储材料是“3M”公司的溶剂“Novec 1230”。“3M”和“Novec”是3M公司的商标。 
此外，在图1中借助虚线圆示出了第一部分区域24和第二部分区域26。第一部分区域24包括从冷凝区段20到连接区段22的过渡部。第二部分区域26包括连接区域22、热管6的蒸发区域18以及部件4的固定接触部14。 
图2示出了图1中的热管6的第一部分区域24的示意图。热管6在冷凝区段20a的区域中在背离外壁10的侧上至少分区段地具有低导热性、高击穿强度和高漏电强度的隔离材料34。 
尤其是，热管6在冷凝区段20a的区域中朝向开关设备2的内室8基本上具有隔离材料34。隔离材料34具有比开关设备2的外壁10更高的击穿强度和更高的漏电强度。此外，外壁10具有比隔离材料34更高的导热性。 
在一个可替选的实施形式中，热管6的冷凝区段20a设置有隔离层，其例如在热管6外部朝向开关设备2的内室8地设置，或者添加到热管6中作为朝向开关设备的内室8的层。该隔离层在冷凝区段20的区域中将开关设备2的内室8至少部分地或者完全地与热管6的内室30热屏蔽。如果该隔离层设置在热管6外部，则替代所述材料34使用的材料也可以具有高的导热性。尤其是在热屏蔽方面，隔离层具有与所述材料34相同的特性。 
隔离材料34例如可以实施为带有玻璃纤维的聚酯或者实施为环氧树脂成型材料。隔离材料34可以在一个可替选的实施形式中对应于下面还要描述的第四材料36。 
热管6在冷凝区段20b的区域中至少分区段地在朝向外壁10的侧上具有传导材料28，其具有高的导热性。热管6的传导材料28基本上朝向开关设备2的环境12取向。传导材料28尤其是金属、金属合金或者陶瓷。热管6在传导材料28的区域中至少分区段地与外壁10热耦合。在热管6的内室30中的气态存储材料在内室30中主要在传导材料28的表面上由于在环境12和热管6的内室30之间的温差而冷凝。优选的是，冷凝区段20b设置在开关设备2的外壁10的区域中，该区域对于人员而言不可到达，例如在不可到达的后壁上，或者在将开关设备2向上封闭的、开关设备2的盖区段中。 
隔离材料34的导热性(尤其是称为第一导热性)低于传导材料28的导热性(尤其是称为第二导热性)。由于第一导热性低于第二导热性，所以隔离材料34热隔离，而传导材料28导热。由于隔离材料34的低导热性，气态存储材料基本上在传导材料28的表面上冷凝(从内室30来看)，并且较少地在另外的材料34的表面上冷凝(同样从内室30来看)。由此，来自存储材料的热能优选从存储材料传递给传导材料28。 
在热管6和外壁10之间至少在冷凝区段20b的区域中设置有可柔性变形的第三材 料32构成的另外的层，其中第三材料32的导热性高于隔离材料34的导热性。可柔性变形的第三材料32用于补偿靠置的热管6或者传导材料28和/或外壁10的不平坦性，并且由此用于直接接触和改善的导热性或者导热能力。内室30通过传导材料28、第三材料32和外壁10与环境12热耦合。当然，内室30也可以没有第三材料32地仅仅通过传导材料28和外壁10与环境12热耦合。就此而言，当然在热管6和环境12之间的其他层也是可能的。同样可能的是，热管6至少部分地位于开关设备2外部。 
热管6在部件4和冷凝区段20之间的连接区段22在纵向方向上至少分区段地沿环周由具有低导热性、高击穿强度和高漏电强度的第四材料36制成。第四材料36具有比传导材料28更低的导热性。尤其是，第四材料36是玻璃纤维强化的塑料。隔离材料34可以对应于第四材料36并且由此尤其是可以由玻璃纤维强化的塑料制成。 
关于击穿强度方面，第四材料36的击穿电压高于隔离材料34的击穿电压。在一个可替选的实施形式中，隔离材料34的击穿电压基本上等于第四材料36的击穿电压，尤其是当隔离材料34和第四材料36是相同材料时。第四材料36的漏电强度大于隔离材料34的漏电强度。隔离材料34的导热性基本上等于第四材料36的导热性。在一个可替选的实施形式中，隔离材料34的导热性高于第四材料36的导热性。 
热管6的冷凝区段20在其纵向方向上基本上垂直地延伸并且基本上平行于外壁10或外壁10的内表面取向。冷凝区段20向上封闭。总之，热管6将其内室30向外气密地封闭。在其横截面中，冷凝区段20、尤其是带有隔离材料34的区域例如半圆形地构建，所述半圆朝向外壁10敞开。由此，热管6可以在传导材料28的区域中平面地靠置在第三材料32上或者外壁10上。当然，热管6可以在冷凝区段20的区域中、尤其是关于靠置在外壁10上或者第三材料32上的区域方面也不同方式地构建，使得实现冷凝的最佳程度，这例如通过热管6尤其是在传导材料28的区域中大面积地靠置到第三材料32上或者外壁10上来实现。根据对于在开关设备2的内室8中要设置或者已设置的部件的要求，冷凝区段20当然可以具有任意其他合适的形状。 
图3示出了图1中的热管6的第二部分区域26的示意性截面图。热管6的内室30在蒸发区段18的区域中用耦合元件40封闭。在蒸发区段18的区域中，热管6通过耦合元件40与固定的接触部14连接并且由此与部件4连接。耦合元件40具有比第四材料36更高的导热性，并且由此可以将热能从固定接触部14出发朝向热管6的内室30中的蒸发区段18传送，而热量并不在大范围上从内室30通过第四材料36进入到开关设备2的内室8中。耦合元件40由金属、金属合金或者陶瓷构成。耦合元件40位于热管6的最低点或者在最低点的区域中，使得液态的存储材料始终朝着耦合元件40流动。如果在考虑压力关系的情况下朝向内室30的耦合元件40具有比在内室30中的存储材料的沸点 温度更高的温度，则存储材料在蒸发区段18的区域中蒸发。 
热管6在耦合元件40和冷凝区段20之间至少分区段地具有朝向蒸发区段18的斜坡。如果部件2不是功率开关，则热管6的蒸发区段18类似于耦合元件40地与部件40的导热元件热耦合。当然，热管6也可以直接与要冷却的部件连接。 
当然，替代图3中所示的在热管6和部件4之间的热耦合，热耦合也可以不同地实施。例如，在热管6的内室30中在蒸发区段18的区域中的耦合元件40可以为了将热能从耦合元件40传递到存储材料而不同地取向，例如水平地取向，和/或不同地成型，例如波浪形，用于增大朝向内室30的表面。 

Claims (15)

1.一种用于高压或者中压的开关设备(2)，带有：至少部分地设置在开关设备(2)的内室(8)中的部件(4)，并且所述部件在一种工作方式中具有升高的热能；以及热管(6)，其设置在开关设备(2)的内室(8)中，所述热管具有蒸发区段(18)和冷凝区段(20)，所述热管在蒸发区段(18)的区域中与所述部件(4)热耦合，所述热管在冷凝区段(20)的区域中与所述开关设备(2)的环境(12)热耦合，并且所述热管在其内室(30)中具有存储材料用于传递热能，其特征在于，所述热管(6)在冷凝区段(20)的区域中朝向开关设备(2)的内室(8)至少分区段地具有第一导热性的隔离材料(34)，所述热管(6)在冷凝区段(20)的区域中朝向开关设备(2)的环境(12)至少分区段地具有第二导热性的传导材料(28)，并且所述第一导热性低于所述第二导热性。 
2.根据权利要求1所述的用于高压或者中压的开关设备(2)，其特征在于，其中隔离材料(34)具有比开关设备(2)的外壁(10)更高的击穿强度和更高的漏电强度。 
3.根据权利要求1或2所述的用于高压或者中压的开关设备(2)，其特征在于，其中热管(6)中的存储材料是氟化酮。 
4.根据权利要求2所述的用于高压或者中压的开关设备(2)，其特征在于，其中外壁(10)具有比隔离材料(34)更高的导热性，并且热管(6)在传导材料(28)的区域中至少分区段地与外壁(10)热耦合。 
5.根据权利要求4所述的用于高压或者中压的开关设备(2)，其特征在于，所述外壁(10)由金属或者金属合金构成。 
6.根据权利要求4所述的用于高压或者中压的开关设备(2)，其特征在于，热管(6)在传导材料(28)的区域中与外壁(10)在传导材料(28)的整个外表面上热耦合。 
7.根据权利要求4所述的用于高压或者中压的开关设备(2)，其特征在于，其中在冷凝区段(20)的区域中的热管(6)和外壁(10)之间设置有可柔性变形的第三材料(32)构成的另外层，所述另外层具有比隔离材料(34)更高的导热性。 
8.根据权利要求1所述的用于高压或者中压的开关设备(2)，其特征在于，其中热管(6)在蒸发区段(18)和冷凝区段(20)之间在纵向方向上至少分区段地沿环周具有第四材料(36)，所述第四材料具有比传导材料(28)更低的导热性。 
9.根据权利要求8所述的用于高压或者中压的开关设备(2)，其特征在于，所述第四材料(36)是玻璃纤维强化的塑料。 
10.根据权利要求8所述的用于高压或者中压的开关设备(2)，其特征在于，其中热管(6)在蒸发区段(18)和冷凝区段(20)之间至少分区段地具有朝向蒸发区段(18)的斜坡。 
11.根据权利要求8、9或10所述的用于高压或者中压的开关设备(2)，其特征在于，其中热管(6)在蒸发区段(18)的区域中通过耦合元件(40)与所述部件(4)连接，所述耦合元件具有比第四材料(36)更高的导热性。 
12.根据权利要求11所述的用于高压或者中压的开关设备(2)，其特征在于，其中耦合元件(40)位于热管(6)的最低点的区域中。 
13.根据权利要求1或2所述的用于高压或者中压的开关设备(2)，其特征在于，其中所述部件(4)是功率开关，并且其中热管(6)的蒸发区段(18)与所述功率开关的固定的接触部(14)热耦合。 
14.根据权利要求1或2所述的用于高压或者中压的开关设备(2)，其特征在于，其中热管(6)是热虹吸器。 
15.根据权利要求1或2所述的用于高压或者中压的开关设备(2)，其特征在于，其中热管(6)具有毛细管。 
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