具有热虹吸热管冷却套管的抽出式开关设备制造技术

提供了一种用于冷却开关设备的冷却装置。开关设备具有由套管支撑并且被构建和布置为连接到断路器的端子的一个或多个主触头。冷却装置包括与每个主触头相关联的至少一个蒸发器、位于比至少一个蒸发器更高的高度处的冷凝器装置、将至少一个蒸发室连接到冷凝器装置的流体导管结构以及在至少一个蒸发器中以便于被加热成蒸汽状态的电绝缘工作的流体，其中流体导管结构被构建和布置为将蒸汽传送到冷凝器装置并且将冷凝的工作流体被动地返回到至少一个蒸发器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有热虹吸热管冷却套管的抽出式开关设备相关_请的交叉引用本申请要求2011年5月23日提交的美国临时申请号61/488，919的较早提交日期的优先权权益，其全部内容通过引用合并于此。
本专利技术针对具有冷却装置的中压和高压开关设备。具体地，针对具有整体蒸发器室的包括主触头的蒸发冷却装置。
技术介绍
通常，以合理成本实现用于中压和高压开关设备的高连续电流额定值存在设计上的挑战。连续电流额定值通过开关设备导体内的发热来決定。开关设备导体中的高电流流动产生热。在电流路径中的例如主套管触头的特定点处，由于局部高电阻而导致产生过热点。通常期望将开关设备母线系统上的最热的点的最高温度限制为105°C (在40°C的假定环境温度上65°C的升高)，如标准IEEE37.20.2所指示的。典型的中高压金属包层的开关设备布置由于生热而具有大约3000A的最大连续电流额定值。期望提高该电流额定值。如可以实践的，还可以期望在不考虑提高最大电流额定值的情况下使用冷却来操纵不同的开关设备參数，诸如导体横截面或开关设备尺寸。能够通过很多手段，例如通过增加电流承载母线的横截面、通过增加开关设备隔间的尺寸等，来处理过热点并且由此达到更高的连续电流额定值。一个常见的解决方案是使用安装在每第三或第四开关设备框架中的具有风扇的强制空气冷却。前一种解决方案通常导致的不能接受的成本和/或开关设备外壳的尺寸。因为电弧故障的副作用必然包含在开关设备内，所以后一种解决方案在很多情况下并不实用，包括在耐电弧的开关设备的情况下也不实用。因此，需要提供ー种用于开关设备的有效的被动冷却布置。【
技术实现思路
】本专利技术的目的在于满足上述需要。根据本专利技术的实施例，通过提供用于开关设备的冷却装置来实现该目的。开关设备包括通过套管支撑并且被构建和布置为连接到电路断路器的端子的ー个或多个主触头。冷却装置包括与每个主触头相关联的至少ー个蒸发器、位于比至少ー个蒸发器更高的高度处的冷凝器装置、将至少一个蒸发连接到冷凝器装置的流体导管结构以及在至少ー个蒸发器中以便于加热成蒸汽状态的电绝缘工作流体，其中流体导管结构被构建和布置为将蒸汽传送到冷凝器装置并且将冷凝的工作流体被动地返回到至少ー个蒸发器。根据本专利技术的另一方面，提供了ー种冷却开关设备的方法。开关设备具有构建和布置成连接到电路断路器的端子的主触头。该方法将蒸发器与每个主触头相关联。冷凝器位于比每个蒸发器更高的高度处。流体导管结构将蒸发器与冷凝器流动地连接，并且工作流体被设置在每个蒸发器中。热量从主触头传送到工作流体，以使得工作流体在蒸发器中蒸发，蒸发的蒸汽经由流体导管结构被传递到冷凝器。在冷凝器中冷凝的工作流体经由流体导管结构被动地返回到蒸发器。在參考形成本说明书的一部分的附图考虑了下面详细描述和所附权利要求之后，本专利技术的其他目的、特征和特性以及结构的相关元件的操作方法和功能、部件和制造成本的组合将变得显而易见。【附图说明】在附图中，结构实施例和以下提供的详细描述一起描述了具有蒸汽冷却装置的中压开关设备的示例性实施例。本领域的技术人员将认识到，组件可以被设计为多个组件，或者多个组件可以被设计为单个组件。此外，在下面的附图和描述中，分别用相同的附图标记贯穿附图和所撰写的描述中指示类似的部件。附图没有按比例绘制，并且已经出于图示的方便放大了特定部分的比例。图1是常见的热管装置的横截面正视图。图2是耐电弧中压开关设备组件的横截面正视图。图3A是套管平面和主触头的等距视图。图3B是主触头的透视图。图3C是图3B的主触头的横截面透视图。图3D是主触头和附连的“环”蒸发器的透视图。图3E是主触头和附连的“帽”蒸发器的透视图。图4A是示出蒸发器室和端子流分离管的一部分的主触头和支撑套管的一个实施例的横截面正视图。图4B是示出蒸发器室和端子流分离管的一部分的主触头和支撑套管的第二实施例的横截面正视图。图4C是示出蒸发器室和蒸发管以及端子流分离管的一部分的主触头和支撑套管的第三实施例的横截面正视图。图5是图1的套管板和主触头的透视图和接近流体导管组件的一部分的分解视图。图6A是上层和下层套管板组件和关联流体导管和冷凝器装置的透视图。图6B是示出嵌套上层流分离软管的一部分的图6A的虚线A中示出的流体导管的该部分的放大横截面视图。图6C是示出两个嵌套分流器和关联的流分离软管的图6A的虚线B中示出的流体导管的该部分的放大横截面视图。图6D是具有部分透明外壁的分流器的放大透视图。图7是具有蒸汽冷却装置的中压开关设备组件的横截面正视图。图8是示出均衡管道配置的一个实施例的套管板和主触头的透视图。图9A-9D是图示本文描述的蒸发冷却系统的四个非限制性实施例的示意图。图10是固定到用于可移除地耦合主触头的套管板的安装结构的横截面视图。图1lA是具有六个独立室的冷凝器的视图。图1lB是图1lA的冷凝器的横截面视图。【具体实施方式】开关设备中增加的持续电流导致了在传导元件中的生热的增加。具体地，在开关设备中的温度増加的关键点是包括在下文简称为主套管接ロ的在主套管和主触头(如下所述)之间的接ロ的区域。蒸发冷却系统通常可以包括热管。热管操作为通过经由使用工作流体来将热从所述第一位置传输到第二个位置来冷却第一位置。參考图1，图示了热管100的常见布置。热管100包括在其相対的端处将蒸发器120连接到冷凝器130的流体导管结构110。工作流体140驻留在热管100中。在操作中，蒸发器120处于与要被冷却的第一位置的热接触。来自第一位置的热使得工作流体140主要在蒸发器120处蒸发。此后，工作流体140(以气态)向上行进至冷凝器130，在冷凝器处热被释放作为蒸发的工作流体冷凝回至液体状态的重要部分(但是一些冷凝和蒸发也可以在流体导管结构中发生)。冷凝的(即，液态)工作流体然后向下行进到蒸发器120以完成一个循环。热管100有利具有热虹吸的形式，热虹吸是表示主要通过重力作用而从冷凝器到蒸发器传输冷凝工作流体的术语。这样，通常在热虹吸中，冷凝器被布置在比蒸发器更高的高度(在重力场中)，并且应当沿着在冷凝器和蒸发器之间的热管而存在下降。如前所述，期望实现用于中高压开关设备的高连续电流额定值。參考图2，示出了中压开关设备200的一个非限制性示例。如本文所用，术语“中压开关设备”和“高压开关设备”可以互换地使用，并且指开关设备额定在IkV或超过IkV操作。通常，开关设备200包括用于容纳开关设备组件的外壳，如金属包层外壳210。外壳210可以包含ー个或多个独立隔间，诸如电路断路器隔间220、主母线隔间230和电缆隔间240。开关设备200包含一个或多个断路器250。在所示出的实施例中，断路器250是三极抽出式断路器。断路器250被连接到由主套管板260a、b支撑并且被连接到电流承载汇流条270的主触头(如下所述)。參考图3A,主触头300被示出为固定地位于套管板260中。通常,套管板260包括玻璃纤维增强聚酯、陶瓷或环氧树脂材料，并且被配置为支持触头的重量以及优选地辅助硬件，诸如电流互感器(未示出)。在所示的实施例中，套管板260是板布置，该板布置被配置成贴附到开关设备200的隔间壁上，并且保持三个主触头(每个极ー个主触头)。然而，如可以理解的，这里可以利用其他套本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于开关设备的冷却装置，所述开关设备具有一个或多个主触头，所述一个或多个主触头由套管板支撑并且被构建和布置为连接到断路器的端子，所述冷却装置包括：至少一个蒸发器，所述至少一个蒸发器被构建和布置为与每个主触头相关联；冷凝器装置，所述冷凝器装置位于比所述至少一个蒸发器更高的高度处；流体导管结构，所述流体导管结构将所述至少一个蒸发器与所述冷凝器装置连接；以及电绝缘工作流体，所述电绝缘工作流体在所述至少一个蒸发器中以便于被加热成蒸汽状态，其中所述流体导管结构被构建和布置为将所述蒸汽传送到所述冷凝器装置，并且将冷凝的工作流体被动地返回到所述至少一个蒸发器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.23 US 61/488,9191.ー种用于开关设备的冷却装置，所述开关设备具有ー个或多个主触头，所述ー个或多个主触头由套管板支撑并且被构建和布置为连接到断路器的端子，所述冷却装置包括: 至少ー个蒸发器，所述至少一个蒸发器被构建和布置为与每个主触头相关联； 冷凝器装置，所述冷凝器装置位于比所述至少一个蒸发器更高的高度处； 流体导管结构，所述流体导管结构将所述至少一个蒸发器与所述冷凝器装置连接；以及 电绝缘工作流体，所述电绝缘工作流体在所述至少一个蒸发器中以便于被加热成蒸汽状态，其中所述流体导管结构被构建和布置为将所述蒸汽传送到所述冷凝器装置，并且将冷凝的工作流体被动地返回到所述至少一个蒸发器。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述流体导管结构的至少一部分是电绝缘的。3.根据权利要求2所述的装置，其中所述工作流体是从由氢氟碳化物、氟化酮和氢氟醚制冷剂以及其任意混合物组成的组中选择的。4.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个蒸发器被构建和布置为机械地外部连接到所述ー个或多个主触头。5.根据权利要求1所述的装置，与所述ー个或多个主触头以及所述套管板组合，每个主触头可移除地耦合到所述套管板。6.根据权利要求5所述的组合，其中安装结构被固定到所述套管板，并且以可移除的方式接合关联主触头的一 部分。7.根据权利要求6所述的组合，其中所述安装结构包括具有大体上圆锥形的内表面的金属环，并且所述关联的主触头具有可移除地与所述内表面接合的大体上圆锥形的外表面。8.根据权利要求1所述的装置，与多个主触头组合，其中每个蒸发器包括在关联的主触头中形成的蒸发室。9.根据权利要求8所述的组合，其中每个蒸发室具有接近所述断路器的封闭的第一端以及与封闭端相对的开放端，所述流体导管结构耦合到所述开放端。10.根据权利要求8所述的组合，其中所述流体导管结构包括: 延长管，所述延长管具有耦合到关联的主触头并且与其蒸发室联通的第一端， 冷凝器管结构，所述冷凝器管结构连接到所述冷凝器，以及 过渡管结构，所述过渡管结构将所述延长管连接到所述冷凝器管结构。11.根据权利要求10所述的组合，其中所述过渡管结构包括电绝缘材料。12.根据权利要求11所述的组合，其中所述绝缘材料是硼硅玻璃或环氧树脂。13.根据权利要求10所述的组合，其中所述冷凝器管结构包括具有耦合到所述冷凝器装置的第一端的单个冷凝器管，并且所述过渡管结构包括连接到关联的延长管以及连接到所述单个冷凝器管的第二端的过渡管。14.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·考夫曼，T·比勒，H·M·卡兰迪卡，R·帕瓦尔，J·厄尔，G·舒勒，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：
国别省市：