一种温升电流超过4000A的充气开关设备

摘要

本发明公开了一种温升电流超过4000A的充气开关设备，包括前柜、中柜、后柜和气箱，前柜的顶部设有第一进风口，后柜的后端板上设有第二进风口，前柜、中柜和后柜两侧板与气箱两侧板之间分别具有高差形成凹部，在气箱两侧板及顶板上设有散热板，在凹部前侧面上开有第一开孔，在凹部后侧面上安装第一风机，在后柜前端板高于气箱顶板的位置开有出风口并安装第二风机，在凹部边沿安装有封闭凹部的盖板使得气箱侧板与盖板之间的空间形成散热通道，气箱顶板上方且位于前柜和后柜之间的空间是开放式空间。本发明提高散热效果，在温升电流超过4000A时仍安全稳定运行，延长使用寿命，维护方便，可在现有充气开关设备基础上改造而成，经济节约。

说明书

技术领域

本发明涉及一种充气开关设备，特别是涉及一种温升电流超过4000A的充气开关设备。

背景技术

系列气体绝缘金属封闭开关柜(C-GIS)属于中压领域的配电设备，电压等级一般为7.2～40.5kV，电流等级一般分为630A、1250A、2000A、2500A和3150A，气室由不锈钢板焊接而成，一次通流部分封装在密闭的气室内，气室内部充相对气压为0.02～0.05兆帕，气体一般为纯SF6气体、压缩空气、压缩N2、压缩CO2、CF4、C-C4F8、C3F8、C2F6、CF3I，以及SF6与上述气体的混合气体。

系列气体绝缘金属封闭开关柜适用于7.2～40.5kV输配电系统中以接受和分配电能，实现对电力系统在正常运行和故障情况下实时控制、保护、测量、监视、通讯等功能，适用于电力、冶金、港口、建筑、化工、电气化铁道等场所作控制和保护之用，特别适应地下、高原、冻土、沿海、潮湿等恶劣环境条件下使用。随着更多的用户对系列气体绝缘金属封闭开关柜小型化、免维护要求的认可，该系列产品大量使用于各种不同的场所，也随之带来了对额定电流的等级要求越来越高的问题。2000A、2500A的电流等级已被行业内大量使用，部分行业和一些场所更是要求使用1.1×2500A和1.1×3150A的电流等级。

空气绝缘金属封闭开关柜与气体绝缘金属封闭开关柜在相同电流等级的条件下发热功率基本相当，但是，空气绝缘金属封闭开关柜比气体绝缘金属封闭开关柜体积大很多，整体散热面积也大很多，其散热效果更好。空气绝缘金属封闭开关柜一次回路部分一般设有母线室、断路器室和电缆室，各个隔室间以金属隔板隔开，防护等级通常为IP2X，其各个隔室间可以通过对流的方式进行热量交换，较高温度区域的热量可以通过对流的方式把热量传递到较低温度的区域，空气绝缘开关柜的许多位置都开有散热孔，可以实现与外界环境的对流，或者用安装风机的形式实现强迫对流，从根本上解决了开关柜温升超标的问题。

气体绝缘金属封闭开关柜的一次回路部分同样设有母线室、断路器室和电缆室，由于设计思路的不同，一般分为双气室结构和单气室结构。双气室结构是将母线部分和三工位(隔离/接地)开关密封于一个气室中，称为母线室，将断路器密封于另外一个气室中，称为断路器室，两个气室通过镶嵌固体绝缘法兰使一次导电部分相连接。单气室结构是将母线部分采用固体绝缘包封技术包封，三工位(隔离/接地)开关和断路器密封于一个气室中，并设计特殊的绝缘锥使绝缘母线与密封气室内的一次导电部分连接。不管是双气室结构还是单气室结构，为了防止绝缘气体的泄漏，一次导电部分和绝缘气体完全封闭在密封的气室中，气室的防护等级一般为IP65～IP67。气室之间以及气室对外部很难依靠气体对流的方式将发热部件的热量带走，同时，为了降低铁磁涡流损耗带来的发热，满足耐腐蚀和高强度的要求，气室由不锈钢板焊接而成，气室内部产生的热量只有通过不锈钢板才能与外界实现热量交换，而不锈钢板的导热率很低，通过不锈钢板传导出去的热量较少。因此，随着用户对气体绝缘开关柜，尤其是大电流设备的需求越来越多，解决大电流的温升问题显得尤为重要。

目前，气体绝缘金属封闭开关柜(尤其是大电流设备)很难满足国家标准和相关用户标准的温升要求，温升超标的问题越来越突出，开关柜的温升超标，直接影响设备的安全稳定运行。在一些负荷较重的地区，开关柜的内部过热现象已成为开关柜使用中常见的问题。实践证明，温升问题严重影响开关柜运行的稳定性和使用寿命，而且，过热问题是一个不断发展的过程，如果不加以控制，过热程度会不断加剧，并对绝缘件的性能及设备寿命产生很大影响，首先，它会降低绝缘件的绝缘性，其次，由于温度变化较大，柜中各部件将有不同程度的膨胀，不同步的膨胀将导致元器件开裂、变形，或导致气室漏气等，从而造成更严重的后果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、成本低、散热效果好、可安全稳定运行、延长使用寿命的温升电流超过4000A的充气开关设备。

本发明的上述目的通过如下的技术方案来实现：一种温升电流超过4000A的充气开关设备，包括前柜、中柜、后柜和气箱，所述气箱设置在中柜的顶面上且处于前柜和后柜之间，所述前柜的顶部设有第一进风口，所述后柜的后端板上设有第二进风口，其特征在于，所述前柜、中柜和后柜的两侧板与所述气箱的两侧板之间分别具有高差形成凹部，在所述气箱的两侧板及顶板上设有散热板，在所述凹部的前侧面上开有第一开孔，在所述凹部的后侧面上安装第一风机，在所述后柜的前端板高于气箱顶板的位置上开有出风口并安装第二风机，在所述凹部的边沿处安装有封闭凹部的盖板使得气箱的侧板与盖板之间的空间形成散热通道，所述气箱的顶板上方且位于前柜和后柜之间的空间是开放式空间，外部空气从第一进风口进入前柜并从第一开孔出风，经过散热通道带走气箱散发的热量，再进入后柜与从第二进风口进入的空气汇合，再从出风口吹向气箱顶板上的散热板。

本发明设置三个风道，即两个散热通道和主风道(前柜和后柜内的风道)，通过设置风机、散热板和开孔，采用强迫对流的通风散热方式，使三个风道协同配合，保证散热的均衡性，提高散热效果，可在温升电流超过4000A时仍安全稳定运行，延长使用寿命，维护方便，而且本发明结构简单，制造成本低，还可以是在现有充气开关设备的基础上改造而成，经济节约，实用性强，适于广泛推广和使用。

为了防止气箱的两侧板与散热板接触不良，本发明在所述气箱的两侧板和散热板之间以及顶板和散热板之间设有导热膏。

本发明所述凹部的前侧面是设于所述前柜侧板后侧的加宽面，所述加宽面的另一侧边与所述气箱的侧板前侧边连接，所述第一开孔为横向设置的腰孔，所述腰孔为数个且在所述加宽面上沿竖向排布为一列。

本发明所述腰孔的宽度小于12mm，满足IP2X的要求即直径12的圆棒不能通过。

本发明在该列腰孔的上方和下方各装有第一防燃弧板，以防止燃弧影响到前柜。

本发明所述凹部的后侧面是设于所述后柜侧板前侧的加宽面，所述加宽面的另一侧边与所述气箱的侧板后侧边连接，所述第一风机为数个且在所述加宽面上沿竖向排布为一列。

本发明所述第二进风口由多排第二开孔组成，在所述第二进风口上点焊网孔孔径小于1mm的网板，满足IP4X的防护等级要求即直径1mm的铁丝不能穿过；并在所述后柜的后端板内表面上且位于第二进风口的上方安装第二防燃弧板，以满足燃弧要求。

本发明所述前柜的前下门为完整板体，不设置进风口，且在前柜内不设置风机。

与现有技术相比，本发明具有如下显著的效果：

(1)本发明设置三个风道，即两个散热通道和主风道(前柜和后柜内的风道)，通过设置风机、散热板和开孔，采用强迫对流的通风散热方式，使三个风道协同配合，保证散热的均衡性，提高散热效果，可在温升电流超过4000A时仍安全稳定运行，延长使用寿命，维护方便。

(2)本发明在保证温升电流大幅提高的同时满足中压设备的通用要求，如隔室间的IP2X、外壳防护等级IP4X、防燃弧等，保证工作人员安全。

(3)本发明结构简单，制造成本低，安装维修更换方便，还可以是在现有充气开关设备的基础上改造而成，经济节约，实用性强，适于广泛推广和使用。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明的立体结构示意图之一；

图2是本发明的立体结构示意图之二(拆除盖板)；

图3是本发明的立体结构示意图之三(拆除盖板)；

图4是本发明的后柜后端板的结构示意图；

图5是本发明的前柜加宽面的结构示意图；

图6是本发明的后柜侧板的结构示意图；

图7是本发明的主视图(拆除盖板)；

图8是本发明的第二风机P-Q曲线图；

图9是本发明的第一风机P-Q曲线图。

具体实施方式

如图1～7所示，是本发明一种温升电流超过4000A的充气开关设备，包括前柜1、中柜2、后柜3和气箱4，气箱4设置在中柜2的顶面上且处于前柜1和后柜3之间，前柜1的顶部设有第一进风口5，后柜3的后端板6上设有第二进风口7，第二进风口7位于后端板6的底部，前柜1的两侧板10、中柜2的两侧板11和后柜3的两侧板12与气箱4的两侧板9之间分别具有高差形成凹部，在气箱4的两侧板9及顶板上设有散热板8，在本实施例中，具体是在两侧板9上焊接螺柱，并分别装4块高度约为90mm铝合金散热板，为了解决气箱顶板焊接处热量集聚导致气箱顶板温度较高的问题，在气箱顶板上焊接螺柱，装5块铝合金散热板，这些散热板外表面均喷涂黑色散热漆，在凹部的前侧面17上开有第一开孔13，在凹部的后侧面18上安装第一风机14，在后柜3的前端板高于气箱4顶板的位置上开有出风口并安装第二风机15，在凹部的边沿处安装有封闭凹部的盖板16使得气箱4的侧板9与盖板16之间的空间形成散热通道，气箱4的顶板上方且位于前柜1和后柜3之间的空间是开放式空间，外部空气A从第一进风口5进入前柜1并从第一开孔13出风，经过散热通道带走气箱4散发的热量，再进入后柜3与从第二进风口7进入的空气B汇合，再从出风口吹向气箱顶板上的散热板。

为了防止气箱4的两侧板9及顶板与散热板8接触不良，在气箱4的两侧板9和散热板8以及顶板和散热板8之间设有导热膏，具体可采用型号为TY-GZ-810导热硅脂，导热系数为1w/m.k，也可以采用其他导热系数的导热膏。在顶板上设置的散热板根据气箱4顶板上的空间来确定具体安装位置和数量。

凹部的前侧面17是设于前柜1侧板10后侧的加宽面，加宽面的另一侧边与气箱4的侧板9前侧边连接，第一开孔13为横向设置的腰孔，腰孔尺寸90X12，腰孔为数个且在加宽面上沿竖向排布为一列，腰孔的宽度小于12mm，满足IP2X的要求即直径12mm的圆棒不能通过。在该列腰孔的上方和下方各装有第一防燃弧板20，以防止燃弧事故对前柜的影响。

凹部的后侧面18是设于后柜3侧板12前侧的加宽面，加宽面的另一侧边与气箱4的侧板9后侧边连接，第一风机14为数个且在加宽面上沿竖向排布为一列，在本实施例中，开一定数量圆形孔并压螺母，安装6台第一风机14，第一风机14是小型的轴流风机，型号为IGE08038_2H。为了保证更大的气流经过散热盒及气箱顶部散热板，第二风机15采用型号为200BF-230的大风量风机。

第二进风口7由多排第二开孔21组成，在第二进风口7上点焊网孔孔径小于1mm的网板(图中没有画出)，并在后柜3的后端板6内表面上且位于第二进风口7的上方安装第二防燃弧板22。

前柜1的前下门23为完整板体，不设置进风口，且在前柜1内不设置风机。

本发明的散热原理是：第一、第二风机开启后，从前柜的顶部进气，流经前柜左右侧板的腰孔后，在经过气箱左右侧板与盖板之间的散热通道同时带走其上散热板的热量，最终被6台小风机吹入泄压通道，由于风道较长、风压较大，可能最终从左右风道进入泄压通道的风量较小，而第二风机采用大风量风机，一方面提高从泄压通道下封板的进气量，另一方面发挥主风道对左右风道的协助作用，使左右风道有更大的风量通过，提高散热效果，本发明在做1.1Ir＝3465A温升试验时不锈钢气箱左、右侧板焊接温度及顶板温度较高的情况下，仍可以安全稳定运行。

如图8和图9所示，从图中曲线可以得出下表：

(表1)

从上表可以看出主风道能够提供的最大气体流量约为2200立方米/小时，左、右侧风道(散热通道)能够提供的最大气体流量约为248.5立方米/小时，约为主风道的1/10；主风道能够克服的风阻为170帕，左、右侧风道能够克服的风阻为35帕，约为主风道的1/5，这就为发挥主风道对左右侧风道的协助提供了条件。

如图7所示，图中的中心线箭头与实线箭头分别为左右侧风道气流，虚线箭头为主风道气流，大箭头为3条风道汇合后经第二风机吹向顶板散热板的气流，由于左右侧风道较长、风压较大，可能最终从左右风道进入后柜的风量较小，但从本质上讲，左右侧的第一风机与主风道的第二风机为串联装配的关系，而主风道的第二风机能提供给散热盒的气流量绰绰有余，故可以通过遮盖后柜后端板底部第二开孔的方式提高第二风机的风阻，进而提高第一风机能克服的风阻，提高流经左右侧板上散热板的气流量。

本发明可以是在现有的充气开关设备上改造而成，具体改造过程如下：在气箱(气室装配)尺寸不变的前提下，将前柜、中柜、后柜及底架左右各加宽100mm，气箱左右侧板焊接螺柱以安装散热板，为了防止气箱左右侧板与散热板接触不良，加装散热板时，在散热板底部涂抹一定厚度的导热膏，导热膏的导热系数为1w/m.k；气箱顶部以类似的方法安装5块较小的散热板；前柜左右侧板靠近气箱焊接的加宽面上开一定数量腰孔，为了防止燃弧影响到前柜，腰孔上下各装一块防燃弧板；后柜左右侧板靠近气箱焊接的加宽面上开一定数量圆孔并压螺母，安装6台小型的轴流风机，型号为IGE08038_2H，气箱左右盖板装上后，气箱左右侧板的散热通道正式形成，由于风道较长、风压较大，可能最终从左右风道进入后柜的风量较小，故提高顶部风机的功率，将原结构的风机更改为型号为200BF-230的大风量风机，一方面提高从泄压通道后柜后端板的进气量，另一方面发挥新结构主风道对左右风道的协助作用，使左右风道有更大的风量通过。考虑燃弧问题和散热效果取消原结构的位于前柜内的第一风机及前下门的进气孔，后柜后端板底部的开孔适当增加，开孔处焊接网板和安装防燃弧板以满足燃弧和IP等级。

本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。