Участок высоковольтной установки со средствами охлаждения
Изобретение относится к области электротехники, в частности к участку высоковольтной установки генераторного выключателя. Техническим результатом является снабжение участка высоковольтной установки охлаждающими средствами, имеющими более простую конструкцию без изменения габаритов. Технический результат достигается тем что, участок высоковольтной установки имеет выполненный в основном симметрично, наполненный газом корпус. В корпусе предусмотрены проходящий вдоль плоскости симметрии токопровод и охлаждающие средства для создания циркуляционного потока, отводящего от токопровода тепло потерь. Охлаждающие средства содержат два вентилятора. Вентиляторы выполнены и установлены внутри корпуса так, что при работе установки образуются два ограниченных плоскостью симметрии, зеркально симметричных частичных циркуляционных потока. Эти частичные циркуляционные потоки проходят без рециркуляции вдоль одной боковой стенки корпуса от потолка, соответственно, дна корпуса к дну, соответственно, потолку корпуса. За счет этого тепло потерь особенно эффективно отдается на боковые стенки корпуса и токопровод можно нагружать очень большими рабочими токами. 11 з.п. ф-лы, 8 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к участку электрической высоковольтной установки, в частности генераторного выключателя, содержащему выполненный в основном симметрично, наполненный газом корпус, проходящий вдоль плоскости симметрии токопровод и охлаждающие средства для создания циркуляционного потока, отводящего от токопровода тепло потерь. Эта установка пригодна для передачи большой электрической мощности от мегаваттного до гигаваттного диапазона. Возникающие при этом токи, соответственно, напряжения лежат в диапазоне килоампер, соответственно, киловольт. Типичная установка содержит многофазные токопроводы генераторного напряжения, в которых в отдельных фазах возникают рабочие токи между 5 и 30 кА и рабочие напряжения, равные, например, 15 или 21 кВ. Такая высоковольтная установка имеет участки, в которых вследствие относительно больших потерь возникает сильный нагрев. Значительному нагреванию подвергаются участки, в которых ток проходит через контактные переходы, например, переключательный пункт. Такими переключательными пунктами является обычно генераторные выключатели.
Уровень техники
Генераторные выключатели обычно охлаждают с помощью естественной конвекции и излучения. Если такие выключатели выполнены без оболочки, то потери мощности токопровода передаются в виде тепла на содержащий контактное устройство выключателя изолятор с дугогасительной камерой с вертикально расположенными ребрами охлаждения. Принимаемая изолятором с дугогасительной камерой тепло посредством конвекции и излучения передается в окружающую среду. Такие генераторные выключатели предлагаются фирмой ABB High Voltage Technologies Ltd. Цюрих/Швейцария с типовым наименованием HEI 1 ... HEI 5. Кроме того, эта фирма предлагает под типовым наименованием НЕС3/НЕС4 также генераторные выключатели, в которых токопровод и изолятор с дугогасительной камерой расположены в корпусе, наполненном изоляционным газом, в частности, воздухом. Образованное в токопроводе и передаваемое в основном на изолятор с дугогасительной камерой тепло посредством естественной конвекции и излучения затем передается на корпус. При этом отдача тепла происходит за счет возникающей разницы температур между токопроводом, соответственно, изолятором с дугогасительной камерой и корпусом. Получаемое корпусом тепло отводится посредством естественной конвекции и излучения в окружающую среду на основе разницы температур между корпусом и окружающей средой. Тепловой поток в такой системе возникает самостоятельно, зависит главным образом от геометрических размеров, используемых материалов и конфигурации наружной поверхности и ограничивается механизмами отвода тепла. Если генераторный выключатель выполнен трехфазным, причем три фазы расположены друг возле друга (рядом), то корпус, расположенный в середине фазы, имеет всегда наивысшую температуру, поскольку боковые стенки не могут отдавать энергию излучения, и поэтому его необходимо охлаждать особенно интенсивно.
Сущность изобретения
Поэтому ставится задача снабдить участок высоковольтной установки указанного в начале типа охлаждающими средствами, которые имеют возможно более простую конструкцию и тем не менее позволяют значительно повысить ток установки без изменения ее геометрических размеров.
Эта задача решена с помощью участка установки, согласно пунктам формулы изобретения.
Согласно данному изобретению, выполненный предпочтительно в виде генераторного выключателя участок высоковольтной установки имеет в качестве охлаждающего средства по меньшей мере один источник потока, который так расположен внутри корпуса и выполнен так, что при работе установки образуются два ограниченных плоскостью симметрии, зеркально симметричных частичных циркуляционных потока, каждый из которых проходит вдоль первой стенки корпуса без повторной циркуляции от пересекаемой плоскостью симметрии второй стенки корпуса к пересекаемой плоскостью симметрии третьей стенке корпуса. За счет этого достигается то, что повышается переход тепла с токопровода на корпус и тем самым температура токопровода не превышает предельной температуры, которая определяется классом нагревостойкости материала изоляторов, удерживающих токопровод.
Особенно эффективный переход тепла на корпус достигается в том случае, если предусмотреть источники потока, каждый из которых соответствует одному из обоих частичных циркуляционных потоков. При этом плоскость симметрии предпочтительно направлена в основном вертикально. Тогда первая стенка корпуса является боковой стенкой, вторая стенка корпуса - потолком и третья стенка корпуса - дном корпуса. Если оба источника потока закреплены на противоположных концах дна корпуса и если на конце смежной боковой стенки имеются направляющие поток поверхности, то частичные циркуляционные потоки проходят как естественная конвекция и тогда достаточно иметь особенно слабые источники потока. При этом входящие в боковые стенки направляющие поток поверхности предотвращают, соответственно, уменьшают рециркуляцию частичных циркуляционных потоков и таким образом значительно улучшают отвод тепла с токопровода на корпус.
Источники потока могут быть также закреплены на противоположных концах потолка корпуса или дна корпуса без применения направляющих поток поверхностей. В этом случае для обеспечения прохождения обоих частичных циркуляционных потоков без рециркуляции необходимо расположить оба источника потока либо на дне корпуса с созданием поднимающегося по боковым стенкам, направленного противоположно естественной конвекции потока, либо на потолке корпуса с созданием опускающегося по боковым стенкам потока, который энергетически особенно предпочтительно поддерживает естественную конвекцию.
Если участок установки имеет по меньшей мере три корпуса с размещенным в каждом из них одним токопроводом, которые расположены своими боковыми стенками на расстоянии друг от друга с образованием вертикально проходящих каналов, то необходимо предусмотреть источники потока в среднем из трех корпусов. В этом случае тепло, подводимое частичными циркуляционными потоками к боковым стенкам корпуса, может отводиться за счет каминного эффекта обоих каналов. Этот каминный эффект может быть поддержан с помощью одного или нескольких источников потока, расположенных вне корпусов.
В по меньшей мере одном канале предпочтительно расположена промежуточная стенка, проходящая параллельно ограничивающим этот канал боковым стенкам. Эта промежуточная стенка принимает от ограничивающих канал боковых стенок энергию излучения, которая затем удаляется из канала за счет каминного эффекта. Одновременно промежуточная стенка уменьшает объемный поток и тем самым мощность расположенных снаружи источников потока. Канал должен иметь такую ширину, чтобы проходящий через канал объемный поток не имел помех при наличии или отсутствии промежуточной стенки и чтобы образующий его воздух не слишком сильно нагревался.
Особенно хорошая отдача тепла промежуточной стенкой воздушному потоку, поднимающемуся вследствие естественной конвекции и/или дополнительных источников потока, достигается с помощью встроенных в промежуточную стенку средств, увеличивающих ее поверхность. Такие средства могут быть проходящими вертикально волнами и/или продольными ребрами, или же проходящей параллельно промежуточной стенке дополнительной промежуточной стенкой, которая предпочтительно соединена с промежуточной стенкой с помощью проходящих вертикально продольных ребер.
Краткое описание чертежей
Другие преимущества изобретения следуют из приведенного ниже описания со ссылками на чертежи, на которых изображено:
фиг.1-3 - вид сбоку на поперечный разрез токопровода трех выполненных согласно изобретению участков однофазной высоковольтной установки;
фиг.4 и 5 - вид сбоку на поперечный разрез токопровода двух выполненных согласно изобретению участков трехфазной высоковольтной установки, и
фиг.6-8 - вид сверху на участок установки, согласно фиг.4.
Пути реализации изобретения
На всех фигурах одинаковыми позициями обозначены одинаково действующие части. На фиг.1-3 показан полюс генераторного выключателя, соответствующий одной фазе S трехфазной высоковольтной установки. Полюс выключателя имеет предпочтительно металлический, заземленный корпус 1S коробчатой формы, который выполнен по существу зеркально симметричным. Плоскость 2 симметрии проходит перпендикулярно плоскости чертежа и одновременно является плоскостью симметрии для выполненного в основном симметрично токопровода 3 в виде полого цилиндра. Токопровод 3 удерживается на расстоянии от корпуса с помощью не изображенных изоляторов и проходит перпендикулярно плоскости чертежа вверх и вниз.
Обычно, через токопровод 3 проходит рабочий ток от 5 до 30 кА при рабочем напряжении от 10 до 36 кВ. За счет потерь в активной составляющей сопротивления, которые могут быть значительными, в частности, на контактных переходах, токопровод 3 значительно нагревается. Образованное в токопроводе тепло за счет естественной конвекции и излучения передается на корпус 1S. Для улучшения отдачи тепла посредством конвекции в корпусе 1S предусмотрены два выполненных в виде плоских вентиляторов 4, 5 источника потока, которые выполнены и расположены так, что при работе установки образуются два ограниченных плоскостью 2 симметрии, зеркально симметричных частичных циркуляционных потока 6, соответственно, 7. Эти частичные циркуляционные потоки 6, соответственно, 7 проходят вдоль одной из боковых стенок 8, соответственно, 9 в основном без рециркуляции от потолка 10 корпуса 1S до его дна 11 и оттуда поднимаются за счет естественной конвекции, а также под действием вентилятора 4, соответственно, 5 параллельно плоскости 2 симметрии к токопроводу 3, обтекают его левую, соответственно, правую боковую поверхность с отбором тепла потерь и проходят обратно к потолку 10, откуда они с отдачей принятого тепла вдоль стенок корпуса (потолок 10, боковая стенка 8, соответственно, 9 и дно 11) попадают снова к вентилятору 4, 5.
За счет применения вентиляторов 4, 5 повышается отвод тепла от токопровода 3 на корпус 1S. Поэтому через токопровод 3 можно пропускать более сильный ток. Следует только обращать внимание на то, чтобы температура корпуса не поднималась слишком высоко.
Отсутствие рециркуляции частичных циркуляционных потоков 6 и 7 в варианте выполнения, согласно фиг.1, достигается за счет того, что оба вентилятора 4 и 5 закреплены на противоположных концах дна 11 корпуса, и что на смежных концах боковых стенок 8 и 9 предусмотрены направляющие поверхности 12 и 13. Без этих мер большая часть частичных циркуляционных потоков 6, соответственно, 7 уже до достижения потолка 10 корпуса снова проходила бы вниз (показанные пунктирно стрелки 14 потока) и, таким образом, не могли бы полностью использовать охлаждающее действие потолка 10 корпуса и его боковых стенок 8, 9.
В варианте выполнения, согласно фиг.2, расположенные на противоположных концах дна корпуса вентиляторы 4 и 5, создают частичные циркуляционные потоки 6, соответственно, 7, направленные против естественной конвекции. В этом случае отдаваемое токопроводом тепло отводится сперва нисходящими частичными циркуляционными потоками 6, соответственно, 7 вниз и затем через вентиляторы 4 и 5 по боковым стенкам 8 и 9 корпуса вверх. При этом газ, проходящий в частичных циркуляционных потоках, охлаждается. Таким образом, в варианте выполнения, согласно фиг.2, можно не применять средств, препятствующих рециркуляции, таких как направляющие поверхности 12, соответственно, 13.
В варианте выполнения, согласно фиг.3, вентиляторы 4, соответственно, 5 закреплены на потолке 10 корпуса и создают частичные циркуляционные потоки 6, соответственно, 7, поддерживающие естественную конвекцию. В варианте выполнения, согласно фиг.3, также можно не применять препятствующие рециркуляции средства, при этом в данном случае обеспечивается дополнительное преимущество, состоящее в том, что за счет поддерживающих естественную конвекцию частичных циркуляционных потоков 6, соответственно, 7 оба вентилятора могут работать с меньшим расходом энергии.
Показанные на фиг.1-3 однофазные участки установки можно предпочтительно применять в качестве средней фазы S трехфазного участка установки с фазами R, S и Т. В этом участке установки, показанном на фиг.4 и 5, соответствующие отдельным фазам корпуса 1R, 1S и 1T, расположены на расстоянии друг от друга с образованием вертикально направленных каналов RS и ST, и в среднем из трех корпусов 1S расположены не изображенные на фиг.4 и 5 вентиляторы. Подводимое к боковым стенкам 8 и 9 корпуса 1S тепло отводится за счет каминного эффекта каналов RS и ST. Дополнительно к этому, в канале RS, соответственно, ST может быть расположена промежуточная стенка Z, проходящая параллельно ограничивающим боковым стенкам 9 и 8 смежных корпусов 1R и 1S, соответственно, 1S и 1T. В этой промежуточной стенке не создаются потери, и, таким образом, между боковыми стенками 9, соответственно, 8 или 8, соответственно, 9 и промежуточной стенкой Z может возникать разница температур. Таким образом, с боковых стенок 8, соответственно, 9 на промежуточную стенку Z может передаваться энергия излучения. Нагретая за счет энергии излучения промежуточная стенка охлаждается с помощью естественной конвекции окружающего воздуха. Дополнительный отвод тепла составляет до около 10% общей потери тепла, если промежуточная стенка Z, как показано на фиг.4, расположена в середине между обеими боковыми стенками 9 и 8 корпусов и выполнена просто гладкой. Промежуточную стенку предпочтительно соединить термически с корпусом, например, с корпусом 1S, или же выполнить как единое целое с корпусом.
Как показано на фиг.5, в другом варианте выполнения участка установки, согласно изобретению, параллельно промежуточной стенке Z можно установить другую промежуточную стенку Z’. В этом варианте выполнения дополнительно повышается отдача тепла в конвекционный поток. Для обеспечения еще лучшей отдачи тепла необходимо соединить обе промежуточные стенки вертикально проходящими продольными ребрами.
В показанных на фиг.6-8 вариантах выполнения промежуточная стенка имеет увеличивающие поверхность средства, за счет которых можно дополнительно улучшить отдачу тепла в естественный конвекционный поток. К таким средствам относится предпочтительно промежуточная стенка Z с волнистой поверхностью. Такая поверхность образует вертикально проходящие вытяжные каналы для конвекционного потока и может содержать волны, которые расположены близко друг к другу (фиг.6) или далеко друг от друга (фиг.7), или же продольные ребра (фиг.8). Для того чтобы не препятствовать конвекционному потоку, корпуса 1R и 1S, соответственно, 1S и 1T должны быть расположены на расстоянии друг от друга, не меньше минимального.
Отдачу тепла можно дополнительно улучшить за счет принудительного потока через каналы RS, соответственно, ST. Для этой цели можно предусмотреть один или несколько наружных вентиляторов, создающих принудительные потоки. Такой наружный вентилятор символически обозначен на фиг.4 стрелкой G.
Перечень позиций
1. 1R, 1S, 1T Корпус.
2. Плоскость симметрии.
3. Токопровод.
4, 5. Вентиляторы.
6, 7. Частичные циркуляционные потоки.
8, 9. Боковые стенки корпуса.
10. Потолок корпуса.
11. Дно корпуса.
12, 13. Направляющие поток поверхности.
14. Стрелка потока.
G. Наружные вентиляторы.
R, S, Т. Фазы.
RS, ST. Каналы.
Z, Z’. Промежуточные стенки.
Формула изобретения
1. Участок электрической высоковольтной установки, в частности генераторного выключателя, содержащий по меньшей мере один выполненный в основном симметрично и наполненный газом корпус (IS), проходящий через корпус вдоль плоскости (2) симметрии токопровод (3) и охлаждающие средства для создания циркуляционного потока, отводящего от токопровода тепло потерь, отличающийся тем, что охлаждающие средства содержат по меньшей мере один источник (4, 5) потока и что по меньшей мере один источник (4, 5) так установлен внутри корпуса и выполнен так, что при работе установки образуются два ограниченных плоскостью симметрии, зеркально симметричных частичных циркуляционных потока (6, 7), каждый из которых проходит без рециркуляции вдоль первой стенки (8, 9) корпуса от пересекаемой плоскостью (2) симметрии второй стенки (10, 11) корпуса к пересекаемой плоскостью (2) симметрии третьей стенке (10, 11) корпуса.
2. Участок установки по п.1, отличающийся тем, что предусмотрены два источника потока, каждый из которых придан соответствующему частичному циркуляционному потоку (6, 7).
3. Участок установки по п.2, отличающийся тем, что плоскость симметрии проходит в основном вертикально и что первая стенка корпуса является боковой стенкой (8, 9), вторая стенка корпуса - потолком (10) и третья стенка корпуса - дном (11) корпуса.
4. Участок установки по п.3, отличающийся тем, что оба источника (4, 5) потока закреплены на противоположных концах дна (11) корпуса и что на обоих концах примыкающих боковых стенок (8, 9) корпуса предусмотрены направляющие поток поверхности (12, 13).
5. Участок установки по п.3, отличающийся тем, что источники (4, 5) потока закреплены на противоположных концах потолка (10) корпуса или дна (11) корпуса.
6. Участок установки по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что наряду с корпусом (IS), содержащим источник (4, 5) потока, предусмотрены по меньшей мере два других корпуса (1R, IT) с одним токопроводом в каждом из них, что корпус (IS), содержащий источник (4, 5) потока, и по меньшей мере два других корпуса (1R, IT) рядом с боковыми стенками (8, 9) корпуса (IS) расположены на расстоянии друг от друга с образованием вертикально проходящих каналов (RS, ST) и что корпус (IS), содержащий источник(и) потока, расположен посередине между по меньшей мере двумя другими корпусами (1R, 1T).
7. Участок установки по п.6, отличающийся тем, что в по меньшей мере одном канале (RS) предусмотрена первая промежуточная стенка (Z), проходящая параллельно ограничивающим боковым стенкам (9, 8) соседних корпусов (1R, IS).
8. Участок установки по п.7, отличающийся тем, что первая промежуточная стенка (Z) имеет увеличивающие поверхность средства.
9. Участок установки по п.8, отличающийся тем, что увеличивающие поверхность средства содержат проходящие вертикально волны и/или продольные ребра.
10. Участок установки по любому из пп.7-9, отличающийся тем, что в по меньшей мере одном канале параллельно первой промежуточной стенке (Z) расположена вторая промежуточная стенка (Z’).
11. Участок установки по п.10, отличающийся тем, что первая и вторая промежуточные стенки соединены проходящими вертикально продольными ребрами.
12. Участок установки по любому из пп.6-11, отличающийся тем, что предусмотрен по меньшей мере один источник (G) потока, служащий для создания потока газа в каналах.
РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8
PC4A - Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение
Прежний патентообладатель:АББ Асеа Браун Бовери Лтд (CH)
(73) Патентообладатель:АББ Швайц АГ (CH)
Договор № РД0001934 зарегистрирован 05.09.2005
Извещение опубликовано: 20.11.2005 БИ: 32/2005
