专利名称：用于接收吸收元件的结构单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于接收至少一个元件的结构单元，该元件用于吸收或阻尼由高压或中压电气功能单元尤其是高压或中压开关设备中的电弧引起的热逸出气体。
背景技术：
由文献DE 196 45 304 C2公开了一种作为阻尼件的套管，它被设置在其余部分封闭的中压开关设备的减压通道的端部上。在套管中的阻尼元件为金属偏转板，它作为角板被偏置地固定在排出气体的路径中。
由DE 198 58 952 C1公开了另一种结构单元。在该结构单元中具有一个用于热气体的确定的排流通道及在那里构成一个室，它最多至其体积的70％填充有松的、最好为球形的阻尼体。阻尼体由塑料组成及被通过的气体旋卷起来，由此将气体冷却、去电离及阻尼。
开关设备室通常被设在一些区域中，在这些区域中减压区域可被人员巡查。由于对电气设备的要求增高，公知的阻尼装置仅可有限地被使用。
随着电气设备如功率开关、母线室、电流互感器、变压器等(这里被普遍地称为功能单元)的电功率的增大，公知的阻尼装置仅可有限地被使用。例如持续1秒地出现测量的短时电流≥25kA时，塑料阻尼体或金属偏转板不再能起动保护作用。在故障电弧的作用下，它们可能被熔化和/或从固定部分上撕下，由此可使阻尼元件从减压通道的孔口中向外逸出及将导致危险。
发明内容
本发明的一个任务是提出一种用于接收至少一个元件的结构单元，该元件用于吸收或阻尼尤其由功能单元中的中压形成的故障电弧引起的热逸出气体，它能提供对逸出的热气体增强的防护。
这里以及对于以下的描述，“功能单元”一词(与空气绝缘还是气体绝缘设备无关)通常代表-一个配电屏或多个配电屏，-一个或多个开关设备(开关设备组)，-在配电屏或开关设备组中的一个或多个屏室，-可巡查及不可巡查的开关设备室及站以及其中的屏室。
该任务的解决由独立权利要求中的特征给出。
进一步的有利的构型在从属权利要求中表述。
该结构单元的优点在于无移动部分，不使用塑料及金属，它们在高压力及高温度下可被破坏或分解。
本发明的另一优点在于在故障电弧的情况下可显著降低开关设备或配电屏及围绕设备的空间中的压力。
通过使用高级的工业陶瓷将应用坚固的材料，它不用移动的部分可提供对逸出的热气体有效的防护，并适用于使设备中被加热了的气体在冷却情况下的排出。
本发明所提出主题的优点如下本发明的主题与电气功能单元、尤其是无故障电弧吸收器的开关设备相比，降低了在开关设备室中故障电弧情况下出现的压力，保证了被电流热量加热的排出空气的冷却，改善了故障对壳体、人员及技术设备影响的防护，及有助于提高空间有效利用的可能性。
该结构单元也可用于加装故障电弧吸收器的情况，以改善故障电弧情况下的压力比例。
为了在由功能单元中内部故障产生故障电弧的情况下冷却热空气，使用了陶瓷吸收元件(蜂窝体)。作为材料可考虑用瓷，Al2O3，SiC陶瓷，皂石及其它作为热交换陶瓷使用的材料。
结构单元可应用在各种功能单元的实施形式中，例如用在空气绝缘的配电屏与开关设备以及气体绝缘的配电屏与开关设备旁或这些设备内，用于小型站或可巡查及不可巡查的开关设备室及开关站。这里开关设备，站部分区域，站门，室过渡区及室排出口可安装该结构单元。以下将普遍使用“功能单元”一词，但这不是说，该结构单元仅可用于功能单元或配电屏。使用功能单元的概念是一个代表并表达该结构单元也可用于屏室，开关设备室或具有多个配电屏的整个开关设备及可根据相应的情况进行适配。
视功能单元而定，结构单元的安装位置是不同的。气体的输送可在不同方向上进行，或进入不同的室(开关屏室，减压通道，双底区域，电缆沟，地下电缆室)。对于位置及气体输送的选择起决定作用的是对于实现最大人员安全及功能单元耐压性能，功能单元相应的技术可能性。对于故障电弧吸收器所需的结构单元的结构形式将符合功能单元相应的应用。
陶瓷吸收元件通过保持件来固定。这种保持件例如可为至少一个栅格状或穿孔的保持板，保持夹或带，它们在四周上包围吸收元件。保持件可由单独的部分组成及被固定在吸收器壳体中，或它们也可以是吸收器壳体的整体组成部分。
根据结构单元的尺寸吸收元件的层数目可改变，以避免在故障电弧情况下整个吸收面的破裂。吸收元件在框架中的安装应允许当变热(通过电流的热量或在故障电弧情况下)期间整个结构的相应热膨胀及有利于由结构单元吸收热应力。
结构单元的基本元件至少为一个单体的陶瓷吸收体。吸收元件中的通道这样地成型，即通过它的大长度或其小直径具有IP-防护(接触防护，避开工具，防捣可靠性)。也可变换地，附加地或在吸收元件中大直径通道的情况下，在吸收元件上设置穿孔的盖板，由此借助这种盖板来保证IP-防护。
可选择地设置在吸收元件的下面和/或上面的穿孔板或延性金属板最好这样地设计，即应有助于压力下降的优化及可释放通过蜂窝状陶瓷结构的气体出口。在气体流动方向上位于最下面的延性金属(根据标准DIN791)可用作电弧的一个足点及由此有利于缩短屏室区域中的电弧。同时可借助该延性金属的网孔构型来促进气流的控制及由此有助于压力降低的控制。延性金属板典型的尺寸可大致为网孔长6mm；网孔宽3.4mm；接片宽1.25mm；延性金属厚度2至3mm及接片厚0.5mm。
保持板应具有相对大的孔。重要的是，通过保持产生足够的机械强度，以便支承吸收器结构。金属构成的保持件(延性金属或保持板)不应上漆，以免颜料燃烧及由对健康有害的气体所产生的附加的负担。
故障电弧吸收器的整个结构单元可通过螺丝固定或通过铆接来安装，其中该结构单元最好通过一个凸缘(最好直接地在结构单元框架上)安装到功能单元上。安装位置由功能单元的使用区域来确定。
在气体绝缘或空气绝缘的配电屏及开关设备上，所述形式的结构单元也可使用在特别的减压通道中。通过在相同的流通面积情况下吸收元件与不同通道数目的组合，在串联结构(例如垂直叠置)及由此的气体直线引导时将同时地得到吸收器通道中压力下降及热气体冷却的优化。在此情况下，下面的这些吸收单元被选择为每单元具有较少通道，每下一个布置在其上的单元具有倍增的通道。其中通道壁厚变化，以使得对于流过的热气体可提供大致相同的流动面积及下面的厚壁通道可吸收较多的热量。
在气体绝缘开关设备及配电屏中可使用吸收单元的多级结构，其中结构单元直接地放置在气体绝缘的开关设备或配电屏部分的防爆盘(Berstscheibe)的后面和/或背面或减压通道中。
压力降低将通过吸收元件在其通道数目，通道宽度，通道壁厚，由此产生的冷却面积及为气流提供的自由开口面积的相应尺寸来适配。陶瓷吸收元件的几何形状，其蜂窝结构及垂直通道的通道宽度确定了故障电弧情况下的气体流动阻力。吸收元件的通道基本上位于排流方向的方向上。通过气体的直线状流动可避免颗粒的沉积，在另外结构的情况下，在功能单元中故障电弧的情况下颗粒沉积可导致不希望的压力增高。
对于陶瓷吸收元件的高度及强度这样来定大小，即在可能的最大压力下，元件蜂窝状通道尽可能不受损坏并仍可提供冷却热空气的最大几何表面积。可能出现其中吸收材料也受损坏的损坏情况。因此在构型及材料选择时重要的是，损坏的吸收材料尽可能不向外排出。一种措施是将构成单体的吸收材料的厚度选择得如此大，以致故障电弧仅可破坏其下层及保持上层不受破坏。另一措施则在于，多个吸收元件彼此层状地叠置。分层结构可用材料耐久性逐渐减小的材料(在气流方向上)来抵抗电弧的侵蚀。
陶瓷吸收元件的蜂窝结构对于各种应用情况具有不同的构型。例如一个具有长度为150mm，宽度为150mm及高度为300mm的吸收元件可具有多至3600(60×60)个垂直通道，它的通道孔口为几毫米大(约在2及10mm之间)。蜂窝体通道的长度因此为300mm。用于气体流动的自由开口面积在上述例中大于吸收元件基本面积的60％。通道结构尽可能地选择薄壁，即约0.5至0.9mm，由此可保证在短电弧时间上极快的热吸收。
尤其在大功率等级的配电屏或开关设备中可产生电流热损耗(在正常工作，无故障电弧时)。所述结构当热空气通过吸收元件通道从功能单元流出时具有很小的流动阻力及由此也适合于气流热量的下降。
陶瓷吸收元件与其它材料相比具有优点，即它具有很高的热交换稳定性。同时在最高温度稳定性的情况下，一个很小的、约为2.2×10-6至6.5×10-5的平均纵向膨胀系数可保证最大的形状闭锁及几乎无表面保护层(例如包锌钢)烧损。陶瓷吸收元件是耐腐蚀影响的。一个约为8％至25％的开口孔率用于在吸收元件的通道中旋卷气体流。一个在通道中多孔的材料因此优于一个无孔的材料。
以下将通过附图来详细描述本发明。附图各表示图1为了显露吸收元件而切割的一个结构单元的概要视图，图2该结构单元的分层结构，及其中图3至7在不同的功能单元中结构单元的不同位置。
具体实施例方式
在附图中表示出下列结构单元的部件-第一下保持板12，它具有栅孔16，并被拧在或铆在吸收器壳体40上，-第一下穿孔板14(延性金属，可选)，-三个具有垂直通道11的陶瓷吸收元件10，10’，10”，-第二上穿孔盖板18(或也为延性金属)，-第二保持板20(具有栅孔16)，它被拧在或铆在吸收器壳体(室40)上，-带有作成直角的侧板50的壳体。
图中概要表示出3个彼此叠放的吸收元件10，10’，10”的堆。在该结构中，可在吸收壳体中的下保持板上的一个平面内可布置12个吸收元件。视开关设备的功率范围及室的大小，也可在室的整个横截面上填入单个整体的吸收元件。
栅孔形的保持板12及20中的一个也可整体地设在吸收器壳体的上面和下面及与垂直支杆一起组成一个稳定的壳体框架。吸收器壳体40具有一个折成直角的环绕折边，该折边具有固定孔45，用于将该结构单元用螺丝固定在一个功能单元(GAS，LS)中、其上或其附近。其板材料及板强度可根据所需的压力特性而不同。用螺丝固定在安装架上可通过各个螺丝或通过焊接在该结构单元的吸收器壳体上的螺栓来实现。视实施形式而定，也可用焊接或铆接在吸收器壳体上的螺母来实现螺丝的固定。根据对结构的压力要求可用设置在壳体板中的笼形螺母(kfigmutter)进行螺丝固定。
另一用于高压力要求的螺丝固定可能性是使用螺纹杆或具有螺纹的型材件，它们接触在固定折边上及通过连接可保证与功能单元极其牢固的连接。
在气体绝缘的开关设备及配电屏中，吸收元件40可具有多级结构，其中该结构单元可直接地位于气体绝缘的开关设备及控制板GAS的防爆盘BS的后面和/或在背面或在分开地构成的减压通道60中(图3至图5)。
应用在空气绝缘的配电屏LS中的例子表示在图6及图7中。用于配电屏减压的结构单元被安装在上配电屏端口。该配电屏仅具有一个屏室(图6)。在具有多个屏室的情况下(图7)可安装一个总的结构单元或每个屏室安装一个结构单元。
对于图3至7的细节将参照标记表，其中将说明名称及缩写。
标记表10 吸收元件(10，10’，10”)11 纵向通道12 第一保持板14 (可选的)第一穿孔板或延性金属板16 栅孔18 (可选的)穿孔盖板或(第二延性金属板)20 第二保持板40 室，吸收器壳体42 框架44 凸缘45 孔46 垂直螺栓50 侧板60 排流通道(减压通道)80 排流方向(穿过气体)AF 设备前方NVR 低压室LSR 功率开关室LS 功率开关KAR 电缆端子室SSR 母线室BS 防爆盘GAS 气体绝缘、气密地密封的开关设备或配电屏GG 充气的开关壳体
AB端子区域AT驱动区域LS空气绝缘的开关设备
权利要求
1.用于接收至少一个元件(10，10’，10”)的结构单元，该元件用于吸收或阻尼由高压或中压电气功能单元、尤其是开关设备中的电弧引起的热逸出气体，其中对于气体的排流设有一个确定的排流通道或排流路径(60)，及其中设有至少一个吸收元件(10，10’，10”)，其中结构单元具有一个在排流通道或排流路径(60)中的室(40)，该室中填有至少一个吸收元件(10，10’，10”)，其特征在于在室(40)内设有至少一个单体的、由陶瓷构成的吸收元件(10，10’，10”)及该吸收元件(10，10’，10”)构造有用于穿过气体的通道(11)。
2.根据权利要求1的结构单元，其特征在于该吸收元件(10，10’，10”)的材料具有8％至25％的开口气孔率。
3.根据以上权利要求中一项的结构单元，其特征在于通道(11)的孔口被这样地构成，即它保证了接触防护(IP-防护)。
4.根据权利要求3的结构单元，其特征在于通道孔口(11)的横截面在2至10mm的范围内。
5.根据以上权利要求中一项的结构单元，其特征在于通道(11)延伸在气体主气流的方向(80)上。
6.根据以上权利要求中一项的结构单元，其特征在于一个穿孔的盖板从外面设置在吸收元件(10，10’，10”)上，它的孔尺寸被作成这样的，即由此可达到接触防护(IP-防护)。
7.根据以上权利要求中一项的结构单元，其特征在于吸收元件(10，10’，10”)被保持在具有保持件(12，20)的室(40)中。
8.根据以上权利要求中一项的结构单元，其特征在于在气体进入吸收元件(10，10’，10”)的一侧上设有一个穿孔的金属板(14)。
9.根据以上权利要求中一项的结构单元，其特征在于多于一个的吸收元件(10，10’，10”)串联地设置。
10.根据权利要求9的结构单元，其特征在于串联地设置的吸收元件(10，10’，10”)的这些通道(11)在相同的总流通截面的情况下具有减小的横截面。
11.根据以上权利要求中一项的结构单元，其特征在于结构单元(40)作为一个紧凑单元来制造，及构造有用于安装在一个功能单元(LS，GAS)的壳体部分上的固定装置(45，46)。
12.根据权利要求11的结构单元，其特征在于结构单元(40)作为紧凑单元被固定地装入一个框架，及该框架可通过构造为凸缘连接件的固定装置与一个功能单元(LS，GAS)的壳体部分相连接。
13.根据以上权利要求中一项的结构单元，其特征在于结构单元(40)被直接地设置在一个气体绝缘的开关设备(GAS)的防爆盘(BS)的后面。
14.根据权利要求1至12中一项的结构单元，其特征在于结构单元(40)被设置在一个功能单元(LS，GAS)的构造成排流通道(60)的壳体部分的端部。
15.根据以上权利要求中一项的结构单元，其特征在于结构单元(40)被设置在可巡查及不可巡查的站及开关设备室中和/或其旁。
全文摘要
本发明涉及一种用于接收至少一个元件的结构单元，该元件用于吸收或阻尼由高压或中压电气功能单元、尤其是高压或中压开关设备中的电弧引起的热逸出气体。本发明提出，热气体至少通过一个排流路径(60)被输出，及在排流路径(60)中设有至少一个吸收元件(10，10’，10”)，其中结构单元具有一个流过气体的室(40)，该室中填有至少一个吸收元件(10，10’，10”)。该吸收元件被设置在室(40)的内部及由一个单体的陶瓷体组成，该陶瓷体构造有用于穿过气体的通道(11)。
文档编号H01H33/58GK1525511SQ20041000596
公开日2004年9月1日 申请日期2004年2月23日 优先权日2003年2月21日
发明者彼得·格拉斯马赫尔, 彼得 格拉斯马赫尔 申请人:费尔腾和古伊勒奥梅股份公司