本發(fā)明涉及操作高壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備或預(yù)裝式高壓/低壓站的人的安全設(shè)備，更具體地，涉及用于冷卻由內(nèi)部電弧故障產(chǎn)生的熱氣體的裝置。除了其它事項以外，這些冷卻裝置可用于通過IEC 62271-200和IEC 62271-202標(biāo)準(zhǔn)的測試，特別是當(dāng)高壓開關(guān)設(shè)備或控制設(shè)備安裝在減小的空間中時。它們還可用于將這些標(biāo)準(zhǔn)未涵蓋的風(fēng)險，例如電氣室中的壓力升高或發(fā)生火災(zāi)的風(fēng)險最小化。

在說明書的剩余部分中，術(shù)語高壓對應(yīng)于大于1000伏特的交流電壓。然而，這種裝置也可用于低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備。

背景技術(shù)：

已知的高壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備中的故障模式之一是內(nèi)部電弧，其是空氣中或SF₆(六氟化硫)中導(dǎo)體之間或?qū)w與地之間的短路循環(huán)。電弧是電離氣體的等離子體，其平衡溫度非常高。因為發(fā)生在金屬外殼內(nèi)，因此它被稱為“內(nèi)部”。除了短路的經(jīng)典效應(yīng)(導(dǎo)體的加熱、電磁效應(yīng))之外，內(nèi)部電弧的特征在于傳導(dǎo)到流體(氣體)的大量能量。能量消耗，在一秒鐘內(nèi)達(dá)到幾十兆焦耳，產(chǎn)生熱效應(yīng)和壓力效應(yīng)，導(dǎo)致熱氣體大量排出。在這些氣體在不夠大的有限容積內(nèi)膨脹期間或當(dāng)這些氣體通過操作區(qū)域時，這給操作人員帶來風(fēng)險。有限容積應(yīng)被理解為與當(dāng)氣體的膨脹和排出直接發(fā)生在變壓站(例如局部變壓器)外部或通風(fēng)良好的隔室中而不經(jīng)過開關(guān)設(shè)備或控制設(shè)備的操作區(qū)域時的無限容積相對。

應(yīng)當(dāng)注意，在某些情況下，氣體通過與煙囪類似的導(dǎo)管從電氣室排出到建筑物外部的戶外空氣中。在其它情況下，氣體通過位于金屬外殼的面上的孔直接排出到電氣室內(nèi)部，操作人員不能接近該面，其通常是外殼的頂部或后表面。當(dāng)在金屬外殼中發(fā)生內(nèi)部電弧時，故障室中的壓力突然增大。從外殼排出的氣體的速度非常高，使得熱氣體的流動可以觸碰電氣室的頂部和側(cè)壁反彈，從而對身處其中的任何操作人員構(gòu)成危險。為了限制這些熱氣體的流動速度并控制其方向，現(xiàn)有技術(shù)中的解決方案使用安裝在隔室上方的由垂直或水平翅片、重疊格柵類型的金屬過濾器構(gòu)成的緩沖冷卻器，或由火山灰型火山巖的組件構(gòu)成的冷卻過濾器。

這些冷卻器的缺點(diǎn)在于，一方面，基于火山灰的冷卻器具有很少的再現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)，并且其產(chǎn)生灰塵，這對電介質(zhì)老化產(chǎn)生影響，另一方面，當(dāng)金屬過濾器由穿孔板或堆疊的金屬格柵簡單制成時，它們的冷卻能力有限。

本發(fā)明的目的在于克服如上所述的現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

該目的通過用于冷卻由高壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備或控制設(shè)備中的內(nèi)部電弧產(chǎn)生的熱氣體的裝置來實現(xiàn)。

根據(jù)本發(fā)明的裝置包括具有可變尺寸的肺泡狀結(jié)構(gòu)的金屬泡沫冷卻過濾器，所述肺泡狀結(jié)構(gòu)具有疊加和可重復(fù)的層，通常稱為蜂窩結(jié)構(gòu)。

在第一實施例中，所述金屬泡沫過濾器包括連接在一起從而在所有方向上具有開口的球形單元。

在第二實施例中，所述金屬泡沫過濾器包括形成六面體網(wǎng)格的單元。

優(yōu)選地，所述六面體單元的直徑在1至4cm范圍內(nèi)。

在第三實施例中，所述金屬泡沫過濾器包括形成正方形網(wǎng)格的單元。

在不同的實施例中，所述冷卻過濾器由鋁或鑄鐵制成。

鋁實際上具有良好的耐腐蝕性，鑄鐵代表了廉價的解決方案。也可以使用其它金屬。

附圖說明

參照附圖，從以下作為非限制性示例的描述中，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚，其中：

圖1示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的冷卻過濾器的單元的俯視圖；

圖2示意性示出了圖1的單元的幾個側(cè)視圖；

圖3示意性示出了圖1的若干單元的組件的三維視圖；

圖4示出了冷卻過濾器的實施例的示例的局部視圖，所述冷卻過濾器配備有由圖3的組件構(gòu)成的冷卻裝置；

圖5至圖7表示在高壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備或預(yù)裝式高壓/低壓站中安裝冷卻過濾器的三種可能性。

具體實施方式

圖1和圖2分別示意性地示出了用于制造金屬泡沫冷卻過濾器的六面體單元2的俯視圖和側(cè)視圖，所述六面體單元例如由鋁或鑄鐵制成，旨在裝備包含HV開關(guān)設(shè)備或控制設(shè)備的金屬外殼。金屬泡沫冷卻過濾器還可安裝在預(yù)裝式高壓/低壓站或預(yù)裝式電氣室中的兩個膨脹容積之間。

圖3表示由六個單元2組裝獲得的3D網(wǎng)格狀蜂窩結(jié)構(gòu)。從圖3中可以看出，單元2被組裝成使得它們中的每一個在所有空間方向上均具有開口。這種結(jié)構(gòu)有利于增加單元內(nèi)的湍流，增加在內(nèi)部電弧條件下的熱傳遞。它同時確保高的總孔隙率，基本上限制了過濾器上游的內(nèi)部壓力的增加。因此在不對開關(guān)設(shè)備或控制設(shè)備產(chǎn)生顯著影響的情況下獲得流動(速度，溫度等)增加。

圖4表示冷卻過濾器4的示例，所述冷卻過濾器4裝備由通過圖3所示的組裝模式獲得的裝置，其旨在安裝到包含高壓開關(guān)設(shè)備或控制設(shè)備的金屬封閉模塊中。所述冷卻過濾器具有高孔隙率，這有利于增加單元內(nèi)的湍流以及增加在內(nèi)部電弧條件下的熱傳遞。

優(yōu)選地，單元2的直徑在1至4cm范圍內(nèi)，冷卻過濾器4的厚度為4至20cm，例如為10cm。

在另一個未示出的實施例中，金屬泡沫冷卻過濾器包括形成正方形網(wǎng)格的單元。

冷卻過濾器4的結(jié)構(gòu)與其將要安裝在其中的高壓金屬外殼的尺寸密切相關(guān)。事實上，冷卻過濾器4對包含高壓開關(guān)設(shè)備或控制設(shè)備的模塊中的內(nèi)部電弧的出現(xiàn)而產(chǎn)生的熱氣體的流動造成阻礙。其結(jié)果是產(chǎn)生通過該冷卻過濾器的壓力跳躍，該壓力跳躍引起過濾器上游的高壓外殼中的壓力增加。然而，所產(chǎn)生的壓力必須保持在金屬外殼的結(jié)構(gòu)極限內(nèi)。如果流動阻力太低，則熱效應(yīng)將不顯著。此外，考慮到以下兩種情況，對根據(jù)本發(fā)明的冷卻過濾器的尺寸進(jìn)行限制：

在內(nèi)部電弧發(fā)生在遠(yuǎn)離冷卻過濾器4并靠近金屬外殼的底部的情況下，電弧室中的第一壓力峰值不受冷卻過濾器4的影響。事實上，需要10ms以上的時間使壓力波到達(dá)冷卻過濾器4并返回到電弧區(qū)域。在10ms結(jié)束時達(dá)到峰值后，電弧的功率下降。因此計算冷卻過濾器4的尺寸，從而將由冷卻過濾器4引起的壓力增加限制到與沒有冷卻過濾器4時在金屬外殼內(nèi)觀察到的第一壓力峰值相同的水平。

在內(nèi)部電弧發(fā)生在冷卻過濾器4附近的情況下，內(nèi)部電弧對壓力增加的影響是可忽略的。事實上，盡管氣體通過冷卻過濾器4加速了金屬外殼中的壓力上升，但是當(dāng)熱氣體到達(dá)冷卻過濾器4時，由于其與氣體密度成正比，該壓力在幾毫秒內(nèi)顯著下降。這種現(xiàn)象使得由冷卻過濾器4引起的壓力增加在幾毫秒結(jié)束時幾乎可以忽略不計。

根據(jù)本發(fā)明的裝置能夠：

降低包含HV開關(guān)設(shè)備或控制設(shè)備的金屬外殼中的，或位于金屬外殼下游的不夠大的膨脹容積中的氣體速度；

冷卻這些氣體的溫度并在金屬外殼或下游容積內(nèi)產(chǎn)生湍流；

將可燃?xì)怏w的燃燒包含在金屬外殼或下游容積內(nèi)；

實現(xiàn)這些目標(biāo)，而不增加金屬外殼或下游容積內(nèi)的壓力峰值。

圖5至圖7示意性示出了布置在電氣室14中的包含高壓開關(guān)設(shè)備或控制設(shè)備12的金屬外殼10。

在圖5中，冷卻過濾器16設(shè)置在穿透外殼10的上表面20的孔18上，以便冷卻并降低室14中熱氣體的排出速度。

圖6表示與圖5的過濾器不同的冷卻過濾器的另一實施例，其不同之處在于附加的緩沖容積21設(shè)置在包含高壓開關(guān)設(shè)備或控制設(shè)備的模塊的上方，特別是用于限制尤其是高性能模塊(40-50kA)中的壓力。冷卻過濾器22設(shè)置在穿透外殼10的上表面26的孔24上。

在圖7中，冷卻過濾器36設(shè)置在電氣室14下面的膨脹腔38中。在金屬外殼10中產(chǎn)生的熱氣體經(jīng)由第一孔40和第二孔42被排出到膨脹腔38。冷卻過濾器36將膨脹腔38分成兩個區(qū)域44和46。第二冷卻過濾器48設(shè)置在連接第二區(qū)域46和電氣室14內(nèi)部的第三孔50上。

冷卻過濾器36減慢經(jīng)由孔40排出到達(dá)第一區(qū)域44的熱空氣的流動，而冷卻過濾器48減慢經(jīng)由孔44從第二區(qū)域46排出到電氣室14內(nèi)部的熱空氣的流動。