WO2023185576A1 - 一种电气柜 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电气柜,其包括第一机柜及第二机柜。其中,第一机柜包括第一空调,通过第一空调对第一机柜的内部进行调温和/或除湿。第二机柜包括第一腔体及第二腔体,其中第一腔体包括第二空调,通过第二空调对第一腔体的内部进行调温和/或除湿,第二腔体的表面设置有第一通孔,以对第二腔体的内部进行对外通风换热。

Description

一种电气柜 技术领域
本发明涉及电力电子技术领域,特别涉及一种电气柜。
背景技术
电气柜通常为封闭或半封闭的金属柜。为了满足电力系统正常运行的要求,其内部通常按照电气接线要求组装有开关设备、测量仪表、保护电气和辅助设备等。在风力发电等技术领域中,通常需要在发电机与市电线路之间连接一个电气柜,以控制发电机的电力输出到市电线路的并网(即所生成的电能到电网的输入)以便为电力用户供电,以及断开发电机与市电线路的电力连接。
现有的电气柜的散热方式主要包括风冷和液冷两大类。其中,风冷技术是指利用风机驱使工作的气流经过发热表面,把热量带走的一种冷却方法。这种方法的散热易受环境温度的影响,且采用风冷方式的电气柜为开放式,不能满足高湿、高腐蚀等场景的应用要求。液冷冷却技术则是通过液体循环,将热量传导至热交换器后采用风冷集中散热。采用液冷技术,电气柜整柜可全密封,达到IP54防护等级。但液冷技术成本高,相对可靠性较差,而且普遍存在渗漏风险,导致全生命周期维护成本高昂。
发明内容
针对现有技术中的部分或全部问题,本发明提供一种电气柜,其在满足高温、高湿、高腐蚀环境的应用要求前提下,保持了强迫风冷方式,从而既降低了散热成本,又实现了所期望的冷却效果,同时还避免了液冷的渗液等可靠性问题。所述电气柜包括:
第一机柜,包括第一空调,所述第一空调用于对第一机柜的内部进行调温和/或除湿;以及
第二机柜,包括:
第一腔体,其包括第二空调,所述第二空调用于对所述第一腔 体的内部进行调温和/或除湿;以及
第二腔体,其表面设置有第一通孔,所述第一通孔用于对所述第二腔体的内部进行对外通风换热。
进一步地,所述第一机柜的器件安装密度大于所述第二机柜的器件安装密度。
进一步地,所述第一腔体的器件安装密度大于所述第二腔体的器件安装密度。
进一步地,所述第二腔体用于安装发热量或者散热风量高于或等于指定阈值,且表面设置有防腐层的器件。
进一步地,所述第一机柜包括至少一个柜体,所述柜体采用密封设计,且表面设置有第一防腐层。
进一步地,所述第一防腐层的防腐等级不低于C4等级。
进一步地,所述第二机柜包括至少一个柜体,所述柜体的表面设置有第二防腐层。
进一步地,所述第二防腐层的防腐等级不低于C4等级。
进一步地,所述第一腔体采用密封设计。
进一步地,所述电气柜还包括风扇,所述风扇设置于所述第一通孔处,且所述第二腔体还包括进风口,其与所述风扇之间设置有风道,以对第二腔体的内部进行对外通风换热。
进一步地,所述第一空调、第二空调及风扇的数量根据所述第一机柜及第二机柜内部的器件的发热量或者散热风量需求设置。
进一步地,所述电气柜还包括监控模块,其设置于所述第一机柜及第二机柜的内部,用于实时测量所述第一机柜及第二机柜的内部温度及湿度。
进一步地,所述电气柜还包括控制模块,用于根据所述第一机柜及第二机柜内部的温度及湿度,控制所述第一空调及第二空调的工作模式。
本发明另一方面提供一种变频柜,其采用如前所述的电气柜。
本发明还提供一种变流柜,其采用如前所述的电气柜。
本发明还提供一种储能柜,其采用如前所述的电气柜。
下面阐述本发明的有益效果以及所基于的独特原理。本发明提供的一种电气柜,针对C4等级大气腐蚀环境,例如沿海地区、内陆高湿地 区和内陆化工区等的高温、高湿、高腐蚀环境的应用要求,合理设计了风冷环控方案。所述电气柜采用了分区设计,针对不同器件的特性,将其安装于不同的柜体中,并采用不同的环控及防腐措施。具体而言,所述电气柜将包含器件数量多、以及难以针对自身进行防腐加强操作的模块安装于封闭的柜体中,对所述柜体进行密封加强以及防腐加强,并引入空调实现强迫风冷,在满足柜内散热需求的同时,保护柜内器件免受潮湿或腐蚀影响。而针对易做防腐加强的器件和/或模块则采用对外通风换热的方式,即将该类器件和/或模块安装于设置有对外通风口的柜体中,并对所述器件和/或模块进行额外的防腐加强,当该类器件散热量较高时,还可以进一步地加装风扇实现强迫风量,使得满足高损耗器件散热需求的同时,满足高温、高湿、高腐蚀环境的应用要求。此外,所述电气柜还可以进一步通过监控模块及控制模块,根据柜体内部的实时温度及湿度,随时调整环控策略。本发明提供的一种电气柜,保持了强迫风冷方式、散热能力强,同时能够满足沿海地区、内陆高湿地区和内陆化工区等C4大气腐蚀环境的应用需求,扩大了产品应用环境范围,且采用风冷方式相比液冷散热方式的成本大大降低,产品结构更简单,安装方便,运维难度低。
附图说明
为进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征,将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解,这些附图只描绘本发明的典型实施例,因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中,为了清楚明了,相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。
图1示出本发明一个实施例的一种电气柜的正面结构示意图;
图2示出本发明一个实施例的一种电气柜的反面结构示意图;以及
图3示出本发明一个实施例的一种电气柜的底面结构示意图。
具体实施方式
以下的描述中,参考各实施例对本发明进行描述。然而,本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中,未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免模糊本发明的发明 点。类似地,为了解释的目的,阐述了特定数量、材料和配置,以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而,本发明并不限于这些特定细节。此外,应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按正确比例绘制。
在本说明书中,对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。
在沿海地区、内陆高湿地区和内陆化工区等高温、高湿、高腐蚀应用环境中,电气柜通常需要使用耐腐蚀材料进行加强防腐,且柜体通常采用密封设计以避免受潮。当柜体内的器件损耗较低时,可采用自然风冷进行散热,具体是指在柜体表面加装散热翅片,以自然换热的方式将柜内的热量传导至外环境。一旦柜体内的器件损耗较高时,如前所述的风冷方式将难以满足散热需求,则此时多选择采用液冷散热方式,但是液冷散热的成本高、结构复杂、安装和运维不易,且有漏液风险。
为了能够在高温、高湿、高腐蚀应用环境中仍保持强迫风冷方式,本发明提供了一种电气柜,其采用分区设计,将包含器件数量多、以及难以针对自身进行防腐加强操作的模块安装于封闭的柜体中,对所述柜体进行密封加强以及防腐加强,并引入空调实现强迫风冷,在满足柜内散热需求的同时,保护柜内器件免受潮湿或腐蚀影响。而针对易做防腐加强的器件和/或模块则采用对外通风换热的方式,则将该类器件和/或模块安装于设置有对外通风口的柜体中,并对所述器件和/或模块进行额外的防腐加强,当该类器件散热量较高时,还可以进一步地加装风扇实现强迫风冷,使得满足高损耗器件散热需求的同时,满足高温、高湿、高腐蚀环境的应用要求。此外,所述电气柜还可以进一步通过监控模块及控制模块,根据柜体内部的实时温度及湿度,随时调整环控策略。本发明提供的一种电气柜,保持了强迫风冷方式、散热能力强,同时能够满足沿海地区、内陆高湿地区和内陆化工区等C4大气腐蚀环境的应用需求,扩大了产品应用环境范围,且采用风冷方式相比液冷散热方式的成本大大降低,产品结构更简单,安装方便,运维难度低。
下面结合实施例附图对本发明的方案作进一步描述。
图1至图3分别示出本发明一个实施例的一种电气柜的正面、反面 及底面结构示意图。如图所示,所述电气柜包括多个机柜,其中,仅采用空调进行环境控制的柜体101、102记为第一机柜,采用了空调及对外通风换热的混合环境控制方式的柜体103记为第二机柜。应当理解的是,在本发明的其他实施例中,所述第一机柜和/或第二机柜还可能包括更多或更少的柜体。
如图所示,所述第一机柜包括第一空调111,所述第一空调用于对第一机柜的内部进行环境控制,具体而言是进行温度和/或湿度控制。如前所述,在本发明的实施例中,所述第一机柜中主要是用于安装不宜做防腐加强的器件,以及包含的器件较多的模块。对于这类器件和/或模块而言,进行防腐加强的工艺较难和/或成本较高,因此,为了简化工艺及降低成本,在本发明的实施例中,将这类器件和/或模块安装于第一机柜内,并通过第一空调111进行环境控制。在本发明的一个实施例中,为了适应C4等级的应用环境,所述第一机柜进行密封加强及防腐加强设计。具体而言,密封加强包括但不限于:采用拼接缝满焊、门板采用密封条等。防腐加强设计例如可以在所述第一机柜的柜体表面设置第一防腐层,其中所述第一防腐层的防腐等级不低于C4等级。
所述第二机柜整体同样采用密封加强及防腐加强设计,具体而言,密封加强包括但不限于:采用拼接缝满焊、门板采用密封条等。防腐加强设计例如可以在所述第二机柜的柜体表面设置第二防腐层,其中所述第二防腐层的防腐等级不低于C4等级。由于部分器件,例如电抗器、IGBT等的散热需求较高,使得空调可能难以满足其散热需求,因此,当某些散热需求较高的器件自身易于进行防腐加强设计时,可将其设置于一个独立的腔体中在进行外通风散热。基于此,可将所述第二机柜的柜体分隔为多个腔体,其中,密封设计的腔体记为第一腔体,设置有对外通风口的腔体记为第二腔体。应当理解的是,所述第一腔体可以是一个或多个,以及所述第二腔体也可以是一个或多个。在本发明的一个实施例中,各个第一腔体、第二腔体以及第一腔体与第二腔体之间均可通过隔板隔离,并分别设置各自的柜门。其中,所述隔板上可以设置有通孔,以便于第一腔体与第二腔体内部器件的电气和/或机械连接。由于所述第二腔体主要用于安装具有高散热量需求和/或易做防腐加强的器件,因此,在本发明的一个实施例中,所述第二腔体的器件安装密度小于所述第一腔体的器件安装密度,整体而言,所述第二机柜的器件安装密度 小于所述第一机柜的器件安装密度。
如图所示,所述第一腔体包括第二空调131,所述第二空调用于对第一腔体的内部进行环境控制,具体而言是进行温度和/或湿度控制。类似于第一机柜,在本发明的实施例中,所述第一腔体中安装的器件和/或模块同样为不宜做防腐加强的器件,其仅通过所述第二空调进行环境控制。
如图所示,所述第二腔体上设置有第一通孔132,所述第一通孔132用于对所述第二腔体的内部进行对外通风换热。所述第二腔体中的器件暴露于在外环境中,因此,需要对其自身进行额外的防腐设计。在本发明的一个实施例中,是在所述器件的表面设置有第三防腐层,为了适应高温、高湿、高腐蚀的应用环境,所述第三防腐层的防腐等级不低于C4等级。此外,在本发明的一个实施例中,当所述器件的发热量或者散热风量高于或等于指定阈值时,还进一步地引入了风扇进行强迫风冷散热。如图所示,所述风扇133设置于所述第一通孔132处,同时,在所述第二腔体上设置一个或多个进风口134,使得在所述第二腔体的内部能够形成风道。在本发明的一个实施例中,所述指定阈值为:散热风量大于3000m3/h或发热量高于15KW。
在本发明的一个实施例子,所述第一空调、第二空调及风扇均采用模块化设计,其数量可根据所述第一机柜及第二机柜内部的器件的发热量或者散热风量需求适应性地增加或减少。
为了实现对所述电气柜的内部环境的精准控制,在本发明的一个实施例中,还在所述电气柜中设置有控制模块,以实时调整第一空调、第二空调、电扇的工作模式和/或状态,实现对电气柜的内部的温度控制及湿度控制。在本发明的又一个实施例中,所述第一机柜及第二机柜的内部设置有监控模块,可以实时测量所述第一机柜及第二机柜的内部温度及湿度。所述监控模块包括但不限于:温度传感器、湿度传感器等。
在本发明的一个实施例中,所述温度控制包括加热控制以及散热控制。其中,加热控制是指当柜体内的实时温度低于指定值时,控制所述第一空调和/或第二空调进入加热模式,使得柜内的温度上升至各器件的适宜工作范围,进而满足低温环境应用要求。散热控制则是指当各器件进入正常工作状态开始散热,或环境温度过高时,控制所述第一空调和/或第二空调进入制冷模式,和/或调节所述风扇的状态,以使得柜体 内的温度保持在各器件的适宜工作范围内。
在本发明的一个实施例中,所述第一空调和/或第二空调包括多种除湿模式,并可根据柜内的实时湿度值和/或柜体内外的温度差和/或所述电气柜的工作状态,调整至不同的除湿模式。所述除湿模式例如可以包括常规除湿模式、待机除湿模式、强制除湿模式以及除凝露保护模式等。
本发明所提供的一种电气柜可广泛应用于各种需要设置于高湿型C4大气腐蚀环境中的产品,例如风力发电领域中的变频柜、变流柜、储能柜等等。通过环控分区设计,对柜体进行针对性的密封加强和防腐加强,且引入空调实现柜内强迫风冷、低温加热和除湿,实现对电气柜内部环境的控制。而对于个别高损耗器件使用了强迫风冷的方式,引入风扇、设置专门风道,以满足其高风量散热需求;同时对这些与外环境连通的高损耗器件进行额外的防腐加强。通过以上设计,首先电气柜能满足沿海地区高湿型C4大气腐蚀环境应用要求,其次保证了电气柜内各器件的良好工作环境条件,使各器件均运行在适宜温度和湿度范围内。
尽管上文描述了本发明的各实施例,但是,应该理解,它们只是作为示例来呈现的,而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是,可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此,此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制,而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims (17)

  1. 一种电气柜,其特征在于,包括:
    第一机柜,包括第一空调,所述第一空调被配置为对第一机柜的内部进行调温和/或除湿;以及
    第二机柜,包括:
    第一腔体,其包括第二空调,所述第二空调被配置为对所述第一腔体的内部进行调温和/或除湿;以及
    第二腔体,其表面设置有第一通孔,所述第一通孔被配置为对所述第二腔体的内部进行对外通风换热。
  2. 如权利要求1所述的电气柜,其特征在于,所述第一机柜的器件安装密度大于所述第二机柜的器件安装密度。
  3. 如权利要求1所述的电气柜,其特征在于,所述第一腔体的器件安装密度大于所述第二腔体的器件安装密度。
  4. 如权利要求1所述的电气柜,其特征在于,所述第二腔体被配置为安装发热量或者散热风量高于或等于指定阈值,且表面设置有第三防腐层的器件。
  5. 如权利要求4所述的电气柜,其特征在于,所述第三防腐层的防腐等级不低于C4等级。
  6. 如权利要求1所述的电气柜,其特征在于,所述第一机柜包括至少一个柜体,所述柜体采用密封设计,且表面设置有第一防腐层。
  7. 如权利要求6所述的电气柜,其特征在于,所述第一防腐层的防腐等级不低于C4等级。
  8. 如权利要求1所述的电气柜,其特征在于,所述第二机柜包括至少一个柜体,所述柜体的表面设置有第二防腐层。
  9. 如权利要求8所述的电气柜,其特征在于,所述第二防腐层的防腐等级不低于C4等级。
  10. 如权利要求1所述的电气柜,其特征在于,所述第一腔体采用密封设计。
  11. 如权利要求4所述的电气柜,其特征在于,所述电气柜还包括风扇,所述风扇设置于所述第一通孔处,且所述第二腔体还包括进风口,其与所述风扇之间设置有风道。
  12. 如权利要求11所述的电气柜,其特征在于,所述第一空调、第二空调及风扇的数量根据所述第一机柜及第二机柜内部的器件的发热量或者散热风量需求设置。
  13. 如权利要求1所述的电气柜,其特征在于,还包括监控模块,其设置于所述第一机柜及第二机柜的内部,且被配置为实时测量所述第一机柜及第二机柜的内部温度及湿度。
  14. 如权利要求1所述的电气柜,其特征在于,还包括控制模块,其被配置为根据所述第一机柜及第二机柜内部的温度及湿度,控制所述第一空调及第二空调的工作模式。
  15. 一种变频柜,其特征在于,包括如权利要求1至14任一所述的电气柜。
  16. 一种变流柜,其特征在于,包括如权利要求1至14任一所述的电气柜。
  17. 一种储能柜,其特征在于,包括如权利要求1至14任一所述的电气柜。
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