ES2977976T3 - Un disipador de calor para aparamenta de alta tensión - Google Patents

Un disipador de calor para aparamenta de alta tensión Download PDF

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Abstract

La presente invención se refiere a un disipador de calor (10) para un cuadro eléctrico de alta tensión. El disipador de calor comprende un cuerpo (20). El cuerpo está centrado alrededor de un eje central que se extiende en una dirección axial desde una primera superficie exterior (30) hasta una segunda superficie exterior (40). Al menos una tercera superficie exterior (50) del cuerpo se extiende desde la primera superficie exterior hasta la segunda superficie exterior. Al menos un canal de aire (60) se extiende a través del cuerpo desde la primera superficie exterior hasta la segunda superficie exterior. El al menos un canal de aire está rodeado por la al menos una tercera superficie exterior. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Un disipador de calor para aparamenta de alta tensión
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un disipador de calor para aparamenta de alta tensión y a aparamenta de media o alta tensión.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Las piezas de media y/o alta tensión, por ejemplo, de un interruptor de media o alta tensión, deben enfriarse con un disipador de calor externo hecho de un material conductor de la electricidad. Los disipadores de calor se montan en las piezas que necesitan enfriarse, donde los disipadores de calor tienen cuerpos con aletas en el exterior que tienen bordes redondeados para reducir la tensión eléctrica en estos bordes. Las aletas normalmente son bastante delgadas y, por tanto, estos bordes tienen radios pequeños. En radios pequeños se produce un aumento del campo eléctrico, lo que disminuye las propiedades dieléctricas. Para resolverlo y evitar descargas, con frecuencia, se aplica una capa aislante en las áreas sometidas a tensión del disipador de calor. Esta capa, con una tensión de descarga más alta que el material aislante gaseoso alrededor de la instalación, sirve para aumentar el rendimiento dieléctrico. Sin embargo, la tensión de descarga de la instalación se reduce debido a la mejora del campo en los puntos de radios pequeños del disipador de calor. Incluso en el caso de una capa aislante sólida sobre estos radios, los puntos débiles son los radios o, mejor dicho, las zonas con extremos de aislamiento sólido.
El documento EP3273557A1 describe una junta eléctrica que incluye un primer componente conductor, un segundo componente conductor y una interfaz de enfriamiento térmico colocada entre el primer y segundo componentes conductores, incluyendo la interfaz de enfriamiento térmico una placa base acoplada al primer componente conductor, y una pluralidad de paredes que se extienden ortogonalmente desde la placa base hacia el segundo componente conductor, definiendo la pluralidad de paredes una pluralidad de canales de enfriamiento que canalizan aire a su través para facilitar el enfriamiento del primer y segundo componentes conductores, en donde el primer componente conductor, la interfaz de enfriamiento térmico y el segundo componente conductor están acoplados eléctricamente en serie.
El documento DE102016113351A1 describe un dispositivo para enfriar un disyuntor eléctrico en un armario de control, que comprende un refrigerador con un disipador de calor, que está conectado de manera térmicamente conductora al disyuntor eléctrico, y comprende además una campana extractora en forma de chimenea que se extiende en vertical y un tubo de calor conectado térmicamente de forma conductora al disipador de calor y que se extiende desde el disipador de calor hasta la campana extractora en forma de chimenea, en la que están previstas unas aletas de enfriamiento dispuestas en el interior del extractor en forma de chimenea.
El documento CN106207915A describe una ranura de barra colectora de fundición de resina compuesta completamente cerrada, que incluye un conductor de barra colectora y un cuerpo de resina compuesta. El número de conductores de barra colectora es tres y los tres conductores de barra colectora están todos envueltos por el cuerpo de resina compuesta y cubiertos por el cuerpo de resina compuesta. Dentro del cuerpo de resina compuesta se proporciona un anillo pasante rectangular hueco. El primer orificio pasante y el segundo orificio pasante, que son simétricos hacia arriba y hacia abajo, y el anillo pasante rectangular están dispuestos para hacer que el interior del cuerpo de resina compuesta se comunique hacia arriba y hacia abajo, lo que se describe como beneficioso para la disipación de calor dentro de la ranura de la barra colectora. El primer disipador de calor y el segundo disipador de calor permiten que el calor dentro del cuerpo de resina compuesta se transfiera rápidamente al anillo pasante rectangular y luego se descargue en el aire a través del primer orificio pasante y el segundo orificio pasante, aumentando así el efecto de disipación de calor de la barra colectora. Se describe que al proporcionar la primera ranura y la segunda ranura, se aumenta el área de contacto entre el cuerpo de resina compuesta y el aire, lo que favorece más la disipación de calor de la ranura de la barra colectora, garantizando así la vida útil de la ranura de la barra colectora.
El documento EP1248506A2 describe un disipador de calor para enfriar un componente. El componente puede ser uno de varios componentes de una placa de circuito. El disipador de calor incluye un cuerpo tubular y una pluralidad de aletas internas. El cuerpo tubular tiene una superficie interior y una superficie exterior. Al menos una porción de la superficie exterior es sustancialmente plana. Las diversas aletas internas se extienden desde la superficie interna y, en general, son simétricas alrededor de una línea central del cuerpo tubular. La porción sustancialmente plana del cuerpo tubular hace contacto con el componente para eliminar calor del componente. El disipador de calor puede incluir además varias aletas exteriores que se extienden desde la superficie exterior del cuerpo tubular. Las unidades de calefacción generan calor para calentar una sartén u otro utensilio colocado sobre una placa de vitrocerámica y están controladas por una placa de circuito que está retenida en una unidad de alojamiento con un conjunto de disipador de calor. Las unidades de calefacción pueden tener la forma de una sartén cuadrada para permitir que el aire circule dentro de la unidad de alojamiento, que no necesita un ventilador para forzar el paso del aire. El documento US2010/212875A1 describe una estructura tubular de dispersión de calor que utiliza un canal tubular para entrar en contacto con la(s) fuente(s) de calor y el conductor de calor para restringir el aire calentado. Cuando el aire que fluye entra al canal, es para producir el flujo natural, y el aire caliente fluye hacia la abertura rápidamente. Por lo tanto, la estructura puede formar aire que fluye activamente para conseguir el efecto de dispersión de calor. Además, la estructura también puede tener formas y tamaños geométricos variados para corresponder a las diferentes formas de las distintas fuentes de calor y conductores de calor, de modo que se pueda conseguir una mejor unión apilada entre medias, ahorrando así el coste de construcción de los moldes y correspondiendo a los requisitos de dispersión de calor de las diversas alimentaciones. El documento US2009/310312A1 describe una caja de electrónica. La caja de electrónica incluye un cuerpo disipador de calor que comprende: una superficie conductora de calor, una primera brida adyacente a la superficie conductora de calor y una primera parte de un mecanismo de pestillo adyacente a la superficie conductora de calor. La primera parte del mecanismo de pestillo es adyacente a un borde de la superficie conductora de calor opuesta a la primera brida, de manera que una porción de la superficie conductora de calor está entre la primera brida y la primera parte del mecanismo de pestillo. La caja de electrónica también incluye varios módulos electrónicos configurados para montarse en el cuerpo disipador de calor. Cada uno de la pluralidad de módulos electrónicos comprende: una pluralidad de componentes electrónicos, un lado conductor de calor, configurado para hacer contacto con la superficie conductora de calor del cuerpo disipador de calor, una segunda brida adyacente al lado conductor de calor, estando la segunda brida configurada para acoplarse a la primera brida, y una segunda parte del mecanismo de pestillo adyacente al lado conductor de calor, estando la segunda parte del mecanismo de pestillo configurada para acoplarse a la primera parte del mecanismo de pestillo. La segunda brida y la segunda parte del mecanismo de pestillo están en bordes opuestos del lado conductor de calor. El documento US2005/269069A1 proporciona un aparato de intercambio de calor mejorado que incluye tubos intercambiadores de calor de múltiples puertos con unas características mejoradas de la cámara de calor. Los documentos divulgan canales internos con al menos una forma parcialmente curvada y con la superficie interior comprendiendo aletas.
En consecuencia, existe la necesidad de mejorar los disipadores de calor para su uso en tales circunstancias.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
Por lo tanto, sería ventajoso disponer de una tecnología mejorada para proporcionar un disipador de calor para una aparamenta de alta o media tensión.
El objeto de la presente invención se resuelve con la materia objeto de las reivindicaciones independientes, en donde se incorporan realizaciones adicionales en las reivindicaciones dependientes. Cabe señalar que los aspectos de la invención descritos a continuación se aplican también al disipador de calor y a la aparamenta que tiene al menos un disipador de calor.
La reivindicación 1 adjunta define un disipador de calor para una aparamenta de alta tensión. La reivindicación 12 adjunta define una aparamenta de media o alta tensión que incluye el disipador de calor definido en la reivindicación 1. La invención y su alcance de protección se definen en estas reivindicaciones independientes. Los siguientes ejemplos de la divulgación proporcionan ejemplos de cómo se pueden combinar materias técnicas.
Según la invención, se proporciona un disipador de calor para un interruptor de alta tensión, comprendiendo el disipador de calor un cuerpo. El cuerpo está centrado alrededor de un eje central que se extiende en una dirección axial desde una primera superficie exterior del cuerpo hasta una segunda superficie exterior del cuerpo. Al menos una tercera superficie exterior del cuerpo se extiende desde la primera superficie exterior hasta la segunda superficie exterior. Al menos un canal de aire se extiende a través del cuerpo desde la primera superficie exterior hasta la segunda superficie exterior. El al menos un canal de aire está rodeado por al menos una tercera superficie exterior.
De esta manera, el disipador de calor no solo se enfría mediante enfriamiento radiativo desde la superficie exterior, sino que proporciona un mayor enfriamiento mediante la disipación de calor convectivo a través de las partes internas del disipador de calor. Esto permite mejorar la capacidad de enfriamiento, eliminando el calor de ubicaciones fundamentales, como la parte del polo y los puntos de conexión y contacto dentro de una aparamenta, por ejemplo. Por lo tanto, el aumento en la resistencia de contacto debido al calor generado se mitiga mediante la disipación efectiva del calor del nuevo diseño del disipador con capacidades de enfriamiento interno.
De este modo, mediante un disipador de calor externo se pueden enfriar piezas de media y alta tensión, como por ejemplo una aparamenta. En un ejemplo, el disipador de calor está hecho de un material conductor de la electricidad.
Según la invención, el al menos un canal de aire comprende una superficie estriada.
Dicho de otra forma, el disipador de calor tiene estrías internas para proporcionar una mayor eficiencia del enfriamiento por convección desde el interior del disipador de calor.
Según la invención, la superficie estriada se extiende desde la primera superficie exterior hasta la segunda superficie exterior.
En un ejemplo, la superficie estriada comprende aletas que se extienden en la dirección axial.
En un ejemplo, el al menos un canal de aire comprende un canal de aire que se extiende hacia abajo del eje central del cuerpo.
Según la invención, el al menos un canal de aire comprende al menos un canal de aire arqueado. Según la invención, el al menos un canal de aire arqueado tiene un radio de curvatura centrado a lo largo del eje central.
En un ejemplo, el al menos un canal de aire arqueado comprende una pluralidad de canales de aire. Cada uno de la pluralidad de canales de aire tiene un radio de curvatura diferente centrado a lo largo del eje central.
De esta manera, se facilita la fabricación del disipador de calor y se proporciona una mayor capacidad de enfriamiento. En un ejemplo, al menos una parte de un empalme entre al menos una tercera superficie exterior y la primera superficie exterior tiene una porción redondeada convexa.
En un ejemplo, al menos una parte de un empalme entre la al menos una tercera superficie exterior y la segunda superficie exterior tiene una porción redondeada convexa.
De esta manera, el disipador de calor puede tener una geometría exterior lisa, con bordes redondeados en las caras que pueden tener un radio grande. Esta superficie lisa reduce la intensidad del campo eléctrico en la superficie del disipador de calor y, por tanto, aumenta el rendimiento dieléctrico. Esto se facilita porque la(s) superficie(s) del disipador de calor utilizadas para la disipación de calor están ubicadas internamente dentro del disipador de calor que se abre a la superficie, facilitando el enfriamiento por convección, pero estando los canales de enfriamiento interiores protegidos contra el campo eléctrico mediante el contorno exterior del disipador de calor que, por ejemplo, puede tener forma cilíndrica.
En un ejemplo, la al menos una tercera superficie exterior comprende una porción plana. La porción plana está configurada para montarse en uno o más componentes de una aparamenta de alta tensión.
Por lo tanto, el disipador de calor se puede montar fácilmente en puntos apropiados de un sistema, tal como una aparamenta, por ejemplo, en la parte polar y todos los puntos de conexión y contacto.
En un ejemplo, la al menos una tercera superficie exterior tiene una forma sustancialmente cilíndrica, con un radio de curvatura centrado a lo largo del eje central.
En un ejemplo, el radio de curvatura de la forma sustancialmente cilíndrica se selecciona de modo que, en funcionamiento, se minimice la intensidad del campo eléctrico en al menos una tercera superficie exterior.
Por ejemplo, el cuerpo está hecho de aluminio.
En un ejemplo, el cuerpo está fabricado mediante extrusión hueca.
En un ejemplo, al menos una tercera superficie exterior comprende una superficie estriada.
En un segundo aspecto, se proporciona una aparamenta de media o alta tensión que comprende al menos un disipador de calor según la invención.
Los aspectos y ejemplos anteriores se harán evidentes a partir de y se dilucidarán con referencia a las realizaciones descritas a continuación.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Las realizaciones de ejemplo se describirán en lo siguiente con referencia a los siguientes dibujos:
La Fig. 1
muestra una representación esquemática de un ejemplo de un disipador de calor;
La Fig. 2
muestra un ejemplo detallado de un disipador de calor; y
La Fig. 3
muestra a muestra la intensidad del campo eléctrico en la superficie cilíndrica del disipador de calor de la Fig. 2.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE REALIZACIONES
La figura 1 muestra un ejemplo de un disipador de calor 10 para una aparamenta de alta tensión, donde las características opcionales se muestran en líneas discontinuas. El disipador de calor 10 comprende un cuerpo 20. El cuerpo está centrado alrededor de un eje central que se extiende en una dirección axial desde una primera superficie exterior 30 del cuerpo hasta una segunda superficie exterior 40 del cuerpo. Al menos una tercera superficie exterior 50 del cuerpo se extiende desde la primera superficie exterior hasta la segunda superficie exterior. Al menos un canal de aire 60 se extiende a través del cuerpo desde la primera superficie exterior hasta la segunda superficie exterior. El al menos un canal de aire está rodeado por al menos una tercera superficie exterior.
Según la invención, el al menos un canal de aire comprende una superficie estriada.
Según la invención, la superficie estriada se extiende desde la primera superficie exterior hasta la segunda superficie exterior.
Según un ejemplo, la superficie estriada comprende aletas que se extienden en dirección axial.
Según un ejemplo, el al menos un canal de aire comprende un canal de aire que se extiende hacia abajo por el eje central del cuerpo.
Según la invención, el al menos un canal de aire comprende al menos un canal de aire arqueado.
Según la invención, el al menos un canal de aire arqueado tiene un radio de curvatura centrado a lo largo del eje central.
Según un ejemplo, el al menos un canal de aire arqueado comprende una pluralidad de canales de aire, en donde cada uno de la pluralidad de canales de aire tiene un radio de curvatura diferente centrado a lo largo del eje central. Según un ejemplo, al menos una parte de un empalme 70 entre al menos una tercera superficie exterior y la primera superficie exterior tiene una porción redondeada convexa.
Según un ejemplo, al menos una parte de un empalme 80 entre al menos una tercera superficie exterior y la segunda superficie exterior tiene una porción redondeada convexa.
En un ejemplo, la porción redondeada tiene un gran radio de curvatura. En un ejemplo, el radio de curvatura es mayor que una dimensión del cuerpo.
Según un ejemplo, al menos una tercera superficie exterior comprende una porción plana 90. La porción plana está configurada para montarse en uno o más componentes de una aparamenta de alta tensión.
En un ejemplo, el cuerpo en la posición de la porción plana tiene al menos un orificio roscado que se extiende hacia el interior del cuerpo. En un ejemplo, el al menos un orificio roscado tiene al menos un eje central perpendicular a la porción plana.
Según un ejemplo, la al menos una tercera superficie exterior tiene una forma sustancialmente cilíndrica, con un radio de curvatura centrado a lo largo del eje central.
Según un ejemplo, el radio de curvatura de la forma sustancialmente cilíndrica se selecciona de manera que, en funcionamiento, se minimiza la intensidad del campo eléctrico en la al menos una tercera superficie exterior.
Según un ejemplo, el cuerpo está hecho de aluminio.
Según un ejemplo, el cuerpo está fabricado mediante extrusión hueca.
Según un ejemplo, la al menos una tercera superficie exterior comprende una superficie estriada.
En un ejemplo, la superficie estriada comprende aletas que se extienden en la dirección axial.
La referencia al canal de aire anterior se refiere a un canal permite que el aire fluya a su través, pero, en ciertas situaciones, se pueden utilizar gases distintos al aire en los aparatos y la persona experta apreciará que el canal es adecuado para el flujo de enfriamiento por convección relacionado con estos otros gases además del aire.
Uno o más de los disipadores de calor descritos con respecto a la figura 1 se pueden utilizar para enfriar partes apropiadas de una aparamenta de media o alta tensión.
El disipador de calor de la figura 1 se describe con más detalle con referencia a las figuras 2-3.
La figura 2 muestra en detalle un disipador de calor con aletas o crestas o nervaduras interiores. El disipador está fabricado en aluminio y tiene una forma exterior cilíndrica con bordes redondeados que unen la parte cilíndrica a dos caras planas. Los bordes redondeados tienen radios grandes que reducen la mejora del campo en la superficie exterior del disipador de calor en comparación con otros disipadores de calor que tienen características como aletas con radios pequeños en la superficie exterior del disipador. Por tanto, se puede aumentar el rendimiento dieléctrico del disipador de calor. Además, se puede elegir el diámetro del disipador de calor para una implementación específica, de manera que el campo eléctrico en la superficie exterior del disipador de calor alcance un mínimo, cuando se fija una distancia desde el centro del disipador de calor hasta una parte de la aparamenta puesta a tierra. Esto se muestra en la figura 3, que representa la intensidad del campo eléctrico en la superficie cilíndrica para una distancia fija de 225 mm entre el eje central del disipador de calor y una pared conectada a tierra para una tensión aplicada de 170 kV.
Continuando con la figura 2, las aletas para la disipación de calor están ubicadas dentro del disipador de calor cilíndrico, proporcionando una superficie suficiente para la disipación de calor sin la necesidad de radios pequeños en el contorno exterior del disipador de calor, donde las tensiones eléctricas son mayores. En el nuevo diseño, el calor se disipa debido a la convección térmica del gas a lo largo de las aletas internas, y también se proporciona enfriamiento radiativo y convectivo debido a la emisión de radiación desde la superficie exterior y el flujo de aire sobre la superficie exterior. Sin embargo, el enfriamiento aumenta mediante la provisión de aletas interiores al mismo tiempo que se aumenta el rendimiento dieléctrico. Las aletas interiores también están parcialmente protegidas contra el campo eléctrico y, por lo tanto, no conducen a una fuerte intensificación del campo eléctrico. Además, la geometría del disipador de calor se presta a la fabricación mediante extrusión hueca, facilitando una producción económica. De esta manera, el coste por disipador de calor se puede reducir en comparación con los disipadores de calor normales fabricados, por ejemplo, con aluminio mediante fundición a presión.
Si bien la invención se ha ilustrado y descrito en detalle en los dibujos y en la descripción anterior, dicha ilustración y descripción deben considerarse ilustrativas o de ejemplo y no restrictivas. La invención no se limita a las realizaciones divulgadas. Las personas expertas en la materia pueden comprender y efectuar otras variaciones de las realizaciones divulgadas al poner en práctica la invención reivindicada después de estudiar los dibujos, la divulgación y las reivindicaciones adjuntas.
En las reivindicaciones, la expresión "que comprende" no excluye otros elementos o etapas, y el artículo indefinido "un" o "una" no excluye una pluralidad. Cualquier signo de referencia en las reivindicaciones no debe interpretarse como una limitación del alcance.
La figura 3 muestra la intensidad del campo eléctrico en la superficie cilíndrica durante una distancia fija entre el punto central del disipador de calor y la pared conectada a tierra de 225 mm y una tensión aplicada de 170 kV. Este cálculo se realiza con el factor de utilización de Schwaiger.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Un disipador de calor (10) para una aparamenta de alta tensión, el disipador de calor está configurado para enfriar las partes de alta y media tensión de la aparamenta y el disipador de calor está hecho de un material conductor de la electricidad y comprende:
un cuerpo (20);
en donde el cuerpo está centrado alrededor de un eje central que se extiende en una dirección axial desde una primera superficie exterior (30) del cuerpo hasta una segunda superficie exterior (40) del cuerpo;
en donde al menos una tercera superficie exterior (50) del cuerpo se extiende desde la primera superficie exterior hasta la segunda superficie exterior; y
en donde al menos un canal de aire (60) se extiende a través del cuerpo desde la primera superficie exterior hasta la segunda superficie exterior y está ubicado dentro del cuerpo, en donde el al menos un canal de aire está rodeado por la al menos una tercera superficie exterior, en donde el al menos un canal de aire comprende una superficie estriada, en donde la superficie estriada se extiende desde la primera superficie exterior hasta la segunda superficie exterior; en donde el al menos un canal de aire comprende al menos un canal de aire con forma arqueada; y
en donde el al menos un canal de aire arqueado tiene un radio de curvatura centrado a lo largo del eje central.
2. Disipador de calor según la reivindicación 1, en donde la superficie estriada comprende aletas que se extienden en la dirección axial.
3. Disipador de calor según cualquiera de las reivindicaciones 1 -2, en donde el al menos un canal de aire comprende un canal de aire que se extiende hacia abajo por el eje central del cuerpo.
4. Disipador de calor según cualquiera de las reivindicaciones 1 -3, en donde el al menos un canal de aire arqueado comprende una pluralidad de canales de aire, en donde cada uno de la pluralidad de canales de aire tiene un radio de curvatura diferente centrado a lo largo del eje central.
5. Disipador de calor según cualquiera de las reivindicaciones 1 -4, en donde al menos una parte de un empalme (70) entre la al menos una tercera superficie exterior y la primera superficie exterior tiene una porción redondeada convexa.
6. Disipador de calor según cualquiera de las reivindicaciones 1 -5, en donde al menos una parte de un empalme (80) entre la al menos una tercera superficie exterior y la segunda superficie exterior tiene una porción redondeada convexa.
7. Disipador de calor según cualquiera de las reivindicaciones 1 -6, en donde la al menos una tercera superficie exterior comprende una porción plana (90), en donde la porción plana está configurada para montarse en uno o más componentes de una aparamenta de alta tensión.
8. Disipador de calor según cualquiera de las reivindicaciones 1 -7, en donde la al menos una tercera superficie exterior tiene una forma sustancialmente cilíndrica, con un radio de curvatura centrado a lo largo del eje central.
9. Disipador de calor según cualquiera de las reivindicaciones 1 -8, en donde el cuerpo está fabricado con aluminio.
10. Disipador de calor según cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en donde el cuerpo está fabricado mediante extrusión hueca.
11. Disipador de calor según la reivindicación 10, en donde la al menos una tercera superficie exterior comprende una superficie estriada.
12. Aparamenta de media o alta tensión, que comprende al menos un disipador de calor según cualquiera de las reivindicaciones 1-11.
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