СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ С НАГРЕВАТЕЛЬНЫМ РАДИАТОРОМ И ЛОВУШКОЙ ДЛЯ ЧАСТИЦ Российский патент 2018 года по МПК H01H33/53 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение в целом относится к системам автоматической защиты, в частности, но не исключительно, к системе автоматической защиты, оснащенной комбинацией из нагревательного радиатора и ловушки для частиц.

Уровень техники

Электрические системы различных типов, например, системы автоматической защиты, представляют интерес. Некоторые из существующих систем имеют различные недостатки, изъяны и слабые места в некоторых применениях. Например, в некоторых системах автоматической защиты могут быть выполнены улучшения в нагреве гексафторида серы (SF6) и улавливании частиц. Соответственно, остается необходимость в дальнейшем развитии в этой области технологии.

Раскрытие сущности изобретения

Один из вариантов осуществления настоящего изобретения представляет собой уникальную систему автоматической защиты с элегазовой (SF6) изоляцией, оснащенную нагревательным радиатором. Другой вариант осуществления изобретения представляет собой систему автоматической защиты с элегазовой изоляцией, оснащенную ловушкой для частиц. Еще один вариант осуществления изобретения представляет собой систему автоматической защиты с элегазовой изоляцией, оснащенную комбинацией нагревательного радиатора и ловушки для частиц. Другие варианты осуществления изобретения включают в себя устройства, системы, аппаратные средства, способы и их комбинации для систем автоматической защиты. Дополнительные варианты осуществления изобретения, формы, отличительные признаки, аспекты, достоинства и преимущества настоящего изобретения очевидны из описания и прилагаемых к описанию чертежей.

Краткое описание чертежей

Описание выполнено со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых одинаковыми ссылочными позициями обозначены одинаковые элементы на нескольких чертежах.

На фиг. 1 показан схематичный вид некоторых аспектов не носящего ограничительного характера примера системы автоматической защиты, изолированной элегазом (SF6), в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 2 - схематичный вид некоторых аспектов не носящего ограничительного характера примера показанной на фиг. 1 системы автоматической защиты, изолированной элегазом (SF6), в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 3А и 3В - перспективные виды не носящих ограничительного характера примеров баков для гексафторида серы (элегаза) SF6, оснащенных комбинацией нагревательного радиатора для элегаза SF6 и ловушки для частиц в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 4А и 4В - увеличенные виды соответствующих вариантов осуществления изобретения, показанных на фиг. 3A и 3B;

на фиг. 5 - схематичный вид некоторых аспектов не носящего ограничительного характера примера комбинации нагревательного радиатора для элегаза SF6 и ловушки для частиц в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Осуществление изобретения

В целях содействия пониманию принципов изобретения далее делается ссылка на варианты осуществления, проиллюстрированные чертежами, и используется особый язык для их описания. Тем не менее, следует понимать, что при этом не подразумевается каких-либо ограничений объема изобретения. Любые варианты и дополнительные модификации описанных вариантов осуществления изобретения и любые дополнительные применения описанных в данном документе принципов изобретения, предполагаются нормально приходящими в голову специалисту в области техники, к которой относится данное изобретение.

На фиг. 1 и 2 схематично показаны некоторые аспекты не носящего ограничительного характера примера системы 10 автоматической защиты, изолированной элегазом (SF6), в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения. В одном из вариантов система 10 автоматической защиты использует компрессионную систему диэлектрического элегаза SF6 для подачи сжатого элегаза SF6 между контактами автоматического выключателя во время размыкания цепи (размыкания контактов). В других вариантах осуществления изобретения система 10 автоматической защиты может использовать любую подходящую элегазовую систему гашения дуги, например, система 10 автоматической защиты может быть системой автоматической подачи дутья. Система 10 автоматической защиты включает в себя прерыватель или автоматический выключатель 12, имеющий токоподводы 14 и 16; контакты 18 и 20 и систему 22 управления контактами 18 и 20; бак 24, сконструированный в виде резервуара для хранения некоторого количества элегаза SF6; индикатор 26 плотности, включающий в себя датчик 28 температуры и датчик 30 давления; и систему 32 нагрева.

Контакты 18 и 20 приводятся в действие механической системой 22, чтобы выборочно замыкать и размыкать пути электрического тока, соответственно разрешая или прерывая прохождение электрического тока через токоподводы 14 и 16. Контакты 18 и 20 изолированы элегазом SF6 из бака 24 для гашения электрической дуги. В одном из вариантов осуществления изобретения контакты 18 и 20 представляют собой контакты двойного перемещения. В других вариантах осуществления изобретения могут использоваться контакты единичного перемещения. Бак 24 предназначен для хранения некоторого количества элегаза SF6 и служит резервуаром для элегаза SF6. В проиллюстрированном варианте осуществления изобретения контакты 18 и 20 расположены внутри бака 24. В других вариантах осуществления изобретения контакты 18 и 20 могут располагаться снаружи бака 24 и могут снабжаться элегазом SF6 из бака 24.

Индикатор 26 плотности используется для определения и отображения плотности элегаза SF6 в баке 24. В нормальных условиях элегаз SF6 работает в качестве электрического изолятора, прерывающей среды для гашения электрической дуги и механического демпфера для контактов 18 и 20 в автоматическом выключателе 12. Элегаз SF6 хранится в баке 24 под давлением, типичным для наиболее характерных окружающих температур. В условиях низких температур, например от -30°C до -50°C или ниже, газообразный элегаз SF6 в баке 24 может переходить в жидкое состояние, в котором часть элегаза SF6 превращается в жидкость. Переход в жидкое состояние некоторого количества газообразного элегаза SF6 снижает плотность остающегося не перешедшего в жидкое состояние газообразного элегаза SF6 в баке, который используется для гашения электрической дуги, например, во время размыкания контактов 18 и 20. В одном из вариантов осуществления изобретения индикатор 26 плотности использует механизм или датчик 28 температуры и механизм или датчик 30 давления для определения плотности или воздействия на плотность газообразного элегаза SF6 в баке 24.

Индикатор 26 плотности предназначен для индикации состояния, связанного с плотностью газообразного элегаза SF6 в баке 24, которое меняется с изменением температуры газообразного элегаза SF6 в баке 24. Если газообразный элегаз SF6 в баке 24 имеет достаточную плотность для нормального гашения электрической дуги без чрезмерного повреждения контактов 18 и 20, индикатор 26 плотности не выдает сигнала, что свидетельствует о нормальном состоянии, или выдает сигнал, свидетельствующий о номинальном состоянии, в зависимости от варианта осуществления изобретения. Если плотность газообразного элегаза SF6 ниже, чем первый заданный уровень плотности, индикатор 26 плотности выдает сигнал, свидетельствующий об аварийном состоянии, например, свидетельствующий о том, что рабочие условия хуже, чем оптимальные, или выдает предупреждение оператору системы 10 автоматической защиты или извещает оператора системы 10 автоматической защиты, что требуется обслуживание, например расследование причины аварийного состояния, или требуется подача тепла в бак 24, или извещает о необходимости пополнения запаса элегаза SF6 в баке 24 или необходимости предпринятия других мер для увеличения плотности элегаза SF6 в баке 24. Если плотность газообразного элегаза SF6 снижается до второго заданного уровня плотности, который ниже уровня, связанного с аварийным состоянием, индикатор 26 плотности выдает сигнал, свидетельствующий о состоянии блокировки. В одном из вариантов осуществления изобретения состояние блокировки наступает, когда температура элегаза SF6 достигает -33°C, т.е. температура блокировки элегаза SF6 равна -33°C. В других вариантах осуществления изобретения могут использоваться другие температуры для обозначения состояния блокировки.

Уровни плотности, связанные с номинальным состоянием, аварийным состоянием и состоянием блокировки, могут меняться в зависимости от конкретного применения, и известны специалистам в данной области техники. В некоторых вариантах осуществления изобретения в состоянии блокировки система 10 автоматической защиты разрешает единичный случай размыкания цепи, т.е. позволяет контактам 18 и 20 разомкнуться один раз, но не разрешает контактам 18 и 20 замкнуться или последовательно замкнуться, или не позволяет нагружать пружины, поршни или другие устройства, используемые для замыкания контактов 18 и 20 до обнуления состояния блокировки. В некоторых вариантах осуществления изобретения, если наступило состояние блокировки, система 10 автоматической защиты не позволяет ни размыкание, ни замыкание контактов 18 и 20 до обнуления состояния блокировки.

Система 32 нагрева предназначена для нагревания элегаза SF6 в баке 24 для предотвращения, уменьшения или реверса сжижения элегаза SF6 в баке 24. Система 32 нагрева включает в себя нагреватель 34 и радиатор 36. Радиатор 36 расположен на дне бака 24. Бак 24 имеет основной корпус 38, имеющий длину, продолжающуюся между двумя торцевыми участками 40. В одном из вариантов осуществления изобретения корпус 38 имеет преимущественно цилиндрическую форму. В других вариантах осуществления изобретения корпус 38 может иметь другую геометрию. Корпус 38 имеет стенку 42, продолжающуюся по периферии корпуса 38 и ограничивающую корпус 38. Стенка 42 предназначена для удержания элегаза SF6. Стенка 42 может изменяться по толщине и радиальному расстоянию от автоматического выключателя 12 в различных местах корпуса 38.

Некоторые конфигурации системы автоматической защиты могут испытывать проблемы остановки в результате загрязнения частицами, например, проводящими или полупроводящими частицами, находящимися вблизи автоматического выключателя, например, в баке, содержащем элегаз SF6 и автоматический выключатель. Частицы могут появляться, например, в процессе изготовления и/или сборки компонентов системы автоматической защиты, и, несмотря на тщательную чистку, некоторые частицы могут остаться в системе автоматической защиты. Кроме того, некоторые частицы могут формироваться во время работы системы автоматической защиты, например, в результате износа движущихся деталей. Обычно частицы перемещаются ко дну бака под действием гравитации и вибрации, например, перемещение происходит из-за транспортировки, механической работы автоматического выключателя и частоты 60 Гц сети питания. Оказавшись на дне бака, частицы могут подниматься электрическими полями и инициировать возникновение дугового разряда. Вследствие этого желательно удерживать частицы на дне бака и предотвращать их подъем и формирование моста или частичного моста, приводящего к возникновению дугового разряда. Соответственно, радиатор 36 предназначен не только для излучения тепла от нагревателя 34 к элегазу SF6, находящемуся в баке 24, но также сконструирован в качестве ловушки для частиц для удержания частиц на дне бака 24 посредством экранирования частиц на дне бака от электрических полей, которые могут в противном случае приводить к нежелательному подъему частиц. Таким образом, радиатор 36 можно назвать ловушкой 36 для частиц или радиатором/ловушкой 36 для частиц.

Из фиг. 3A, 3B, 4A, 4B и 5 видно, что на дне бака 24 сформирован гребень 44 в виде прилива, продолжающегося вдоль дна корпуса 38. В одном из вариантов осуществления изобретения гребень 44 продолжается вдоль всей длины корпуса 38. В других вариантах осуществления изобретения гребень 44 может быть короче. Гребень 44 имеет обращенное вниз отверстие или углубление 46, продолжающееся вдоль гребня 44. В углублении 46 устанавливается нагреватель 34, продолжающийся вдоль гребня 44 и углубления 46. В различных вариантах осуществления изобретения нагреватель 34 может состоять из одного или более нагревательных элементов. Тип нагревателя может меняться в различных вариантах осуществления изобретения. Например, в варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 3А и 4А, использован патронный нагреватель 34A, в то время как в вариантах осуществления изобретения, показанных на фиг. 3B и 4B, использован полосовой нагреватель 34B. В других вариантах осуществления изобретения могут использоваться другие типы нагревателей, например, ленточные нагреватели. Геометрия гребня 44 и углубления 46 может изменяться в зависимости от потребностей конкретного применения, например, исходя из типа используемого нагревателя. Углубление 46 закрывает изолирующая полоса 48. Изолирующая полоса 48 представляет собой слой теплоизолятора, предназначенный для снижения потерь тепла на нагрев внешнего окружения нагревателя 34. Защитная планка 50, крепящаяся к гребню 44, закрывает и обеспечивает защиту изолирующей полосы 48 и нагревателя 34. В различных вариантах осуществления изобретения защитная планка 50 может быть металлической или неметаллической. В некоторых вариантах осуществления изобретения может использоваться дополнительная изоляция, например, покрытие всего или части гребня 44 и/или оставшейся части бака 24.

Радиатор 36 имеет плоское основание и монтируется внутри бака 24 на внутренней поверхности плоского участка 42A стенки 42, в целом имеющей цилиндрическую форму, на дне бака 24. В показанных на фиг. 3A и 4A вариантах осуществления изобретения плоский участок 42A расположен на дне корпуса 38. В показанных на фиг. 3B и 4B вариантах осуществления изобретения стенка 42 продолжается в сторону от автоматического выключателя 12 с обеих сторон донной области корпуса 38, ограничивая отстойник 52 для частиц на дне корпуса 38, который продолжается радиально в сторону от центра масс корпуса 38. Например, линейные участки 42B стенки корпуса 38 продолжаются тангенциально от цилиндрических участков стенки 42, формируя отстойник 52 для частиц. В других вариантах осуществления изобретения участки 42B стенки могут продолжаться в сторону под большими углами и могут быть криволинейными или линейными. В некоторых вариантах осуществления изобретения, имеющих отстойник 52 для частиц, плоский участок 42A слегка поднят от дна отстойника 52 для частиц, например, как это показано на фиг. 3B и 4B. В показанных на фиг. 3B и 4B вариантах осуществления изобретения радиатор 36 расположен в отстойнике 52 для частиц на стенке 42A. В некоторых вариантах осуществления изобретения плоский участок 42A может не использоваться, а скорее использоваться радиатор 36, имеющий контур, который согласуется с контуром участка стенки цилиндрической или иной формы дна бака 24.

Радиатор 36 термически связан с нагревателем 34 через стенку 42, т.е. плоский участок 42A стенки, как это показано на фиг. 1, 2, 3A, 3B, 4A и 4B. Нагреватель 34 расположен в углублении 46 на наружной стороне стенки 42A. В некоторых вариантах осуществления изобретения нагреватель 34 смонтирован на наружной стороне стенки 42A. Радиатор 36 расположен внутри бака 24 на внутренней стороне стенки 42A напротив нагревателя 34. Нагреватель 34 предназначен для передачи тепла стенке 42A, например, посредством теплообмена. Система 32 нагрева предназначена для передачи тепла, вырабатываемого нагревателем 34, через стенку 42A радиатору 36. Радиатор 36 предназначен для приема тепла от нагревателя 34 через стенку 42A и излучения тепла, например, в виде инфракрасного излучения для нагревания элегаза SF6, который поглощает инфракрасное излучение. Например, в некоторых вариантах осуществления изобретения радиатор 36 может быть сконструирован таким образом, чтобы приближаться к абсолютно черному телу. В различных вариантах осуществления изобретения радиатор 36 может также передавать посредством теплопроводности и конвекции тепло, полученное от нагревателя 34 через стенку 42A, элегазу SF6. Любое излученное тепло, непосредственно не поглощенное элегазом SF6, может поглощаться стенкой 42, окружающей элегаз SF6, которая может передавать остаточное тепло элегазу SF6 посредством теплопроводности, конвекции и излучения.

В одном из вариантов осуществления изобретения радиатор 36 прикручивают болтами к плоскому участку 42A. В некоторых вариантах осуществления изобретения могут использоваться глухие резьбовые отверстия в плоском участке 42A, в которые закручиваются болты или винты для крепления радиатора 36 к плоскому участку 42A. В других вариантах осуществления изобретения могут использоваться шпильки, приваренные или иным образом зафиксированные на плоском участке 42A, с гайками, которые навинчиваются на них для крепления радиатора 36 к плоскому участку 42A. В некоторых других вариантах осуществления изобретения радиатор 36 может крепиться с помощью иных средств, например, с помощью клея. В некоторых вариантах осуществления изобретения между нагревателем 34 и плоским участком 42А и/или между радиатором 36 и плоским участком 42А может наноситься теплопроводящая паста или смазка для улучшения теплопроводности для передачи тепла от нагревателя к радиатору 36. В некоторых вариантах осуществления изобретения могут использоваться иные средства улучшения теплопроводности от нагревателя 34 к радиатору 36.

Благодаря тому, что нагреватель 34 расположен снаружи бака 24, нагреватель 34 легко доступен для обслуживания и замены и не требует уплотнителей или герметических сварных соединений между нагревателем и баком или между конструкцией, содержащей нагреватель и баком, что в противном случае потребовалось бы, если бы нагреватель устанавливался в баке или устанавливался внутри другой конструкции, установленной внутри бака. В конфигурациях, имеющих такие уплотнения или герметические сварные соединения, при обслуживании или замене нагревателя упомянутые уплотнения или герметические сварные соединения могут повреждаться, что может приводить к нежелательной утечке элегаза SF6. В предлагаемых в настоящем изобретении вариантах осуществления такие риски исключены вследствие отсутствия уплотнений или герметических сварных соединений, относящихся к нагревателю или конструкции, содержащей нагреватель, благодаря размещению нагревателя снаружи бака и передаче тепла от нагревателя к внутреннему радиатору через стенку 42A.

Радиатор 36 имеет центральный лонжерон 54 и два крыла 56. В одном из вариантов осуществления изобретения радиатор 36 (лонжерон 54 и крылья 56) имеет длину, соответствующую длине или по существу длине корпуса 38. В других вариантах осуществления изобретения радиатор 36 может иметь длину, существенно меньшую, чем длина корпуса 38. В некоторых вариантах осуществления изобретения вдоль длины корпуса 38 могут располагаться несколько радиаторов 36. В таких вариантах осуществления изобретения несколько соответствующих нагревателей могут располагаться напротив стенки 42A радиаторов.

Лонжерон 54 продолжается радиально внутрь от стенки 42A. Крылья 56 имеют размах или длину, продолжающуюся от каждой стороны лонжерона 54 от участка корневой части крыла или корня 58, расположенного рядом с лонжероном 54, и заканчиваются концевым участком крыла или законцовкой 60, отстоящей от лонжерона 54. В одном из вариантов осуществления изобретения крылья 56 продолжаются приблизительно горизонтально от лонжерона 54. В других вариантах осуществления изобретения крылья 56 могут продолжаться от лонжерона 54 под некоторым другим подходящим углом. В одном из вариантов осуществления изобретения крылья 56 и лонжерон 54 выполнены в виде единого целого. В других вариантах осуществления изобретения крылья 56 могут быть прикреплены к лонжерону 54 или закреплены на нем. Крылья 56 увеличивают площадь поверхности радиатора 36, т.е., чем длиннее крылья 56, тем больше площадь поверхности радиатора 36 для излучения тепла находящемуся в баке 24 элегазу SF6.

Радиатор 36 предназначен для удержания частиц на дне бака 24. Например, крылья 56 отделены от стенки 42, 42A промежутком 62. В одном из вариантов осуществления изобретения зазор 62 меняется вдоль лонжерона или длины крыльев 56. Например, в показанном на фиг. 3A, 3B и 5 варианте осуществления изобретения, в котором бак 24 имеет диаметр 600 мм, зазор 62 изменяется от 6,4 мм на законцовке 60 до 1 мм у корня 48. В других вариантах осуществления изобретения размеры зазора 62 могут изменяться в зависимости от потребностей конкретного применения. В некоторых вариантах осуществления изобретения зазор 62 может оставаться неизменным вдоль длины крыльев 56. В одном из вариантов осуществления изобретения размах или длина крыльев 56 существенно превышает высоту зазора 62. Например, в показанном на фиг. 3A, 3B и 5 варианте осуществления изобретения максимальная высота зазора 62 составляет приблизительно 6,4 мм, в то время как размах или длина крыльев 56 между корнем 58 и законцовкой 60 составляет 24,5 мм.

Радиатор 36 выполняют из немагнитного материала или материала, имеющего низкую магнитную проницаемость. Например, в некоторых вариантах осуществления изобретения радиатор 36 выполняют из черного анодированного алюминия. В других вариантах осуществления изобретения радиатор 36 может выполняться из других материалов, например, из металлических материалов, которые могут подвергаться или не подвергаться поверхностной обработке для повышения излучательной способности. В некоторых вариантах осуществления изобретения радиатор 36 может выполняться из неметаллического материала. Радиатор 36 электрически соединен с баком 24, например, заземлен на бак 24, и, следовательно, имеет тот же потенциал, что и бак 24. Каждое крыло 56 образует область 64 в зазоре 62 между крыльями 56 и стенкой 42, которая экранирована от электрического поля, создаваемого автоматическим выключателем 12, т.е. область отсутствия потенциала электрического поля на дне бака 24 между каждым крылом 56 и прилежащим участком стенки 42, 42А. Область 64 прилегает к лонжерону 54 и продолжается наружу от лонжерона 54/корня 58 к законцовке 60, а в некоторых вариантах осуществления изобретения продолжается до или за пределы законцовки 60.

В виду того, что стенки 42 корпуса 38 наклонены в сторону области 64, частицы в баке 24 стремятся сместиться вниз и внутрь в направлении дна бака 24 и области 64 с каждой стороны лонжерона 54 под воздействием гравитации и вибрации, например, как это упоминалось выше. Оказавшись в области 64, частицы оказываются экранированными от электрического поля, создаваемого автоматическим выключателем 12, и вследствие этого не подвержены подъему под воздействием электрического поля, что может привести к возникновению дугового разряда. Таким образом, частицы удерживаются на дне бака 24 радиатором/ловушкой 36 для частиц. Лонжерон 54 выступает в роли экрана, предотвращающего поток элегаза SF6 под радиатором 36, например, поток, который может возникать вследствие размыкания или замыкания контактов автоматического выключателя 12 и подхватывать частицы, находящиеся в противном случае в ловушке в области 64, и направлять частицы из области 64 в электрическое поле, создаваемое автоматическим выключателем 12, что чревато возникновением дугового разряда. Например, некоторые компрессионные автоматические выключатели или автоматические выключатели с "дутьевой" системой дугогашения или другие типы автоматических выключателей могут сливать элегаз SF6 в бак 24 и/или высасывать элегаз SF6 из бака 24, при этом каждый из процессов или оба процесса могут порождать местный поток элегаза SF6. У радиатора или ловушки для частиц, не имеющей лонжерона 54, контактирующего с участком 42А стенки, такой поток элегаза SF6 может приводить к тому, что некоторое количество элегаза SF6, протекающего под таким радиатором, подхватывает и приводит в движение частицы, в противном случае удерживаемые под радиатором, из экранированной области в неэкранированную часть бака 24, что может привести к возникновению дугового разряда.

Верхняя часть радиатора 36 выпуклая. Верхняя часть радиатора 36 определяется радиусом 66. В одном из вариантов осуществления изобретения радиус 66 существенно больше, чем ширина 68 радиатора 36 между законцовками 60 крыла. Например, в показанном на фиг. 3A, 3B и 5 варианте радиус 66 равен 200 мм, а ширина 68 равна 109 мм. Радиус 66 и ширина 68 могут изменяться в зависимости от конкретного применения. В различных вариантах осуществления изобретения один или более дополнительных радиусов могут формировать переход между радиусом 66 и радиусом, определяющим законцовку 60. В других вариантах осуществления изобретения верхняя часть радиатора 36 может определяться другими формами, например, сложнопрофильной кривой. Как бы то ни было, кривизна верхней части радиатора существенно более плоская, чем радиус, определяемый шириной радиатора 36. В одном из вариантов осуществления изобретения ширина 68 радиатора 36 существенно больше высоты 70 радиатора 36. Например, в показанном на фиг. 3A, 3B и 5 варианте осуществления изобретения ширина 68 составляет 109 мм, при этом высота 70 составляет 20 мм.

Конфигурация радиатора 36 в различных вариантах осуществления изобретения меняется в зависимости от конкретного применения. Факторы, которые необходимо при этом учитывать, включают в себя то, что конструкция должна быть диэлектрически устойчивой к возникновению дуговых разрядов в автоматическом выключателе 12, и то, что радиатор должен, предпочтительно, легко монтироваться в баке 24 или формировать часть бака 24. Предпочтительно, чтобы радиатор 36 эффективно экранировал большую область дна банка 24 от электрического поля, создаваемого автоматическим выключателем 12. Крылья 56 обеспечивают область экранирования, т.е. области 64, размер которых может изменяться путем изменения размаха или длины крыльев 56, длины радиатора 36 и размера зазора 62. Факторы, которые необходимо учитывать, также включают в себя обеспечение значительной площади поверхности радиатора 36, с которой происходит излучение тепла находящемуся в баке 24 элегазу SF6. Например, показанный на фиг. 3A, 4A и 5 радиатор 36 имеет площадь излучающей поверхности 174,5 квадратных дюйма. Площадь излучающей поверхности может меняться в зависимости от конкретного применения. Факторы, которые необходимо учитывать, также включают в себя обеспечение большой поверхности взаимодействия между лонжероном 54 и стенкой 42A для передачи тепла от смонтированных снаружи нагревателей 34 радиатору 36. В вариантах осуществления изобретения, в которых радиатор 36 также выполняет функцию ловушки для частиц, радиатор 36 является предпочтительно немагнитным или имеет низкую магнитную проницаемость, такую как магнитная проницаемость аустенитной нержавеющей стали 300-й серии.

Форма, например форма поперечного сечения, радиатора/ловушки 36 для частиц может быть определена с помощью уравнений в замкнутой форме, известных специалистам в данной области техники, отдельно или в сочетании с конечноэлементным моделированием или другими технологиями автоматизированного конструирования/анализа/моделирования, например, которые могут обеспечить температурные и изопотенциальные графики/данные, равно как и графики/данные интенсивности электрического поля для конкретной геометрии радиатора 36. Например, исходная геометрия может определяться исходя из различных ограничений, например, но не ограничиваясь этим, ограничения физических размеров, желаемого теплового потока и выбранных ограничений для допустимой напряженности поля исходя из требований к напряжению для конкретного применения системы автоматической защиты. Уравнения в замкнутой форме и/или конечноэлементный анализ/моделирование могут также использоваться для определения теплопередачи излучением и напряженности электрического поля, и может осуществляться сравнение пределов допустимой напряженности поля. В некоторых случаях затем могут осуществляться изменения геометрии, и может выполняться процесс итерации для достижения геометрии, обеспечивающей требуемую теплопередачу и напряженность поля.

Геометрические соображения включают в себя выбор формы верхней части радиатора для минимизации напряженности электрического поля и обеспечения плавных линий эквипотенциала. Плоская или вогнутая верхняя часть может приводить к низкой напряженности электрического поля на центральном участке верхней части радиатора, но к высокой напряженности поля на краях радиатора или крыльев, при этом выпуклая верхняя часть, имеющая относительно небольшой радиус, может приводить к более высокой, чем требуется, напряженности поля на центральном участке верхней части радиатора. Повышенная напряженность поля увеличивает вероятность подъема частиц и возникновения дугового разряда. Путем выбора радиуса кривизны верхней части радиатора с целью обеспечения приемлемой напряженности поля и перехода к меньшим радиусам на законцовках крыльев может быть достигнута приемлемая напряженность поля как на законцовках крыльев, так и на верхней части радиатора.

Кривизна верхней части радиатора помогает частицам, осевшим на верхнюю часть радиатора переместиться с радиатора на стенку 42 и в экранированные области 64. Снижая напряженность электрического поля на верхней части радиатора, можно снизить вероятность подъема таких частиц. Также, чем больше высота радиатора, тем больше напряженность поля на верхней части радиатора, отсюда вытекает желательность сохранять небольшую высоту радиатора. Кроме того, чем больше высота радиатора, тем больше вероятность возникновения дугового разряда при любом уровне напряженности поля вследствие приближения к автоматическому выключателю. Площадь поверхности радиатора выбирают исходя из требуемой передачи тепла от радиатора элегазу SF6. Размах крыльев, продолжающийся от корня до законцовок крыльев, увеличивает площадь излучающей поверхности, равно как и увеличивает размер экранированных областей 64. Толщина крыла у корня предпочтительно больше, чем на законцовках, чтобы обеспечить подходящий путь теплопередачи для управления или максимизации плотности теплового потока через крылья с целью максимизации теплового потока к излучающей поверхности крыльев. Например, в показанных вариантах осуществления изобретения толщина крыла у корней 58 приблизительно в четыре (4) раза больше толщины крыльев на расстоянии приблизительно 2 мм от законцовок 60 крыльев. Предпочтительно, расстояние между законцовками крыльев существенно больше радиуса, определяющего верхнюю часть радиатора, например, приблизительно равно удвоенному расстоянию между законцовками крыльев, в некоторых вариантах осуществления изобретения. В предпочтительном варианте осуществления изобретения для обеспечения большой области на дне бака, где отсутствует или по существу отсутствует напряженность поля, крылья продолжаются от корня на расстояние, равное удвоенному максимальному промежутку между крыльями и стенкой бака. В некоторых вариантах осуществления изобретения отношение может быть намного больше, например, как в показанном варианте осуществления изобретения, в котором отношение размах/максимальный зазор составляет приблизительно четыре (4). Предпочтительно, радиатор/ловушка для частиц имеет относительно низкий/широкий профиль, например, имеет ширину, равную по меньшей мере удвоенной высоте радиатора, в некоторых вариантах осуществления изобретения, троекратной высоте в других вариантах осуществления изобретения и большие отношения в прочих вариантах осуществления изобретения, как в показанном варианте осуществления изобретения, имеющем отношение ширина/высота приблизительно 5,5.

Варианты осуществления настоящего изобретения включают в себя систему 10 автоматической защиты с элегазовой (SF6) изоляцией, содержащую бак, предназначенный для хранения элегаза SF6 и имеющий стенку для удержания элегаза SF6; автоматический выключатель, имеющий контакты, изолированные элегазом SF6; и систему нагревания элегаза SF6, включающую в себя нагреватель и радиатор, термически связанный с нагревателем через стенку, при этом нагреватель расположен на стенке снаружи бака, а радиатор расположен на стенке внутри бака напротив нагревателя, при этом система нагревания выполнена с возможностью передачи тепла от нагревателя к радиатору через стенку; при этом радиатор выполнен с возможностью излучения тепла, полученного от нагревателя через стенку, к элегазу SF6, находящемуся в баке.

В усовершенствованном варианте осуществления изобретения радиатор выполнен с возможностью задержания частиц на дне бака.

В другом усовершенствованном варианте осуществления изобретения радиатор электрически связан с баком и имеет тот же потенциал, что и бак.

В еще одном усовершенствованном варианте осуществления изобретения бак имеет два торца и корпус, имеющий длину, продолжающуюся между двумя торцами, а радиатор, имеет длину, по существу соответствующую длине корпуса.

В еще одном усовершенствованном варианте осуществления изобретения радиатор имеет лонжерон, продолжающийся радиально внутрь от стенки, и крыло, продолжающееся с каждой стороны лонжерона, при этом каждое крыло отстоит от стенки и формирует область, не имеющую электрического поля, на дне бака радом с лонжероном и между крылом и стенкой.

В еще одном усовершенствованном варианте осуществления изобретения каждое крыло заканчивается законцовкой; при этом верхняя часть радиатора имеет выпуклую форму и определяется радиусом, существенно большим, чем расстояние между законцовками.

В еще одном усовершенствованном варианте осуществления изобретения радиатор расположен в отстойнике, выполненном на дне бака.

В еще одном усовершенствованном варианте осуществления изобретения радиатор выполнен из немагнитного металлического материала или металлического материала, имеющего низкую магнитную проницаемость.

В еще одном усовершенствованном варианте осуществления изобретения радиатор выполнен из черного анодированного алюминия.

Варианты осуществления настоящего изобретения включают в себя систему автоматической защиты с элегазовой (SF6) изоляцией, содержащую бак, предназначенный для хранения некоторого количества элегаза SF6, при этом бак имеет два торца и корпус, имеющий длину, продолжающуюся между двумя торцами, и стенку для удержания элегаза SF6; автоматический выключатель, имеющий контакты, изолированные элегазом SF6; и ловушку для частиц, смонтированную на стенке и имеющую лонжерон, продолжающийся радиально внутрь от стенки, и крыло, продолжающееся в сторону от каждой стороны лонжерона, при этом каждое крыло отстоит от стенки и формирует на дне бака рядом с лонжероном область, не имеющую электрического поля, при этом ловушка для частиц имеет длину, соответствующую по существу длине корпуса; при этом ловушка предназначена для удержания частиц на дне бака с целью предотвращения возникновения дугового разряда.

В усовершенствованном варианте осуществления изобретения верхняя часть ловушки для частиц имеет выпуклую форму.

В другом усовершенствованном варианте осуществления изобретения каждое крыло заканчивается законцовкой; а верхняя часть ловушки для частиц определяется радиусом, существенно большим, чем расстояние между законцовками.

В еще одном усовершенствованном варианте осуществления изобретения ловушка для частиц заземлена на бак.

В еще одном усовершенствованном варианте осуществления изобретения ловушка для частиц сконструирована таким образом, чтобы формировать радиатор для излучения тепла к элегазу SF6, находящемуся в баке.

В еще одном усовершенствованном варианте осуществления изобретения автоматический выключатель дополнительно включает в себя нагреватель, при этом радиатор термически связан с нагревателем через стенку, причем нагреватель расположен рядом со стенкой снаружи бака, а радиатор расположен на стенке внутри бака напротив нагревателя и предназначен для излучения тепла, полученного от нагревателя, к находящемуся в баке элегазу SF6.

В еще одном из усовершенствованных вариантов осуществления изобретения крыло продолжается от лонжерона на расстояние, равное по меньшей мере удвоенному расстоянию, на которое крыло отстоит от стенки.

В еще одном из усовершенствованных вариантов осуществления изобретения ширина ловушки для частиц по меньшей мере в три раза больше высоты ловушки для частиц.

В еще одном из усовершенствованных вариантов осуществления изобретения система автоматической защиты дополнительно имеет отстойник, который выполнен в дне бака и в котором расположена ловушка для частиц.

Варианты осуществления настоящего изобретения включают в себя систему автоматической защиты с элегазовой (SF6) изоляцией, содержащую бак, предназначенный для хранения некоторого количества элегаза SF6, автоматический выключатель, имеющий изолированные элегазом SF6 контакты; и комбинированное средство для излучения тепла к находящемуся в баке элегазу SF6 и для удержания частиц на дне бака.

В одном из усовершенствованных вариантов осуществления изобретения бак имеет корпус, имеющий стенку для удержания элегаза SF6, при этом система автоматической защиты дополнительно содержит нагреватель, расположенный вне бака, причем комбинированное средство термически связано с нагревателем через стенку.

Несмотря на то, что изобретение подробно описано и проиллюстрировано чертежами, описание и чертежи следует рассматривать как иллюстративные и не носящие ограничительного характера, и следует понимать, что показаны и описаны лишь предпочтительные варианты осуществления изобретения и что все изменения и модификации, соответствующие сущности изобретения, ожидаются попадающими в объем защиты изобретения. Следует понимать, что несмотря на то, что в вышеприведенном описании использованы такие слова, как предпочтительный, предпочтительно, приоритетный или более приоритетный, означающие, что описанный таким образом отличительный признак может быть более желательным, это тем не менее не означает его обязательности, и варианты осуществления, в которых отсутствуют такие признаки, могут считаться не выходящими за рамки объема изобретения, определенного в нижеследующей формуле изобретения. При рассмотрении формулы изобретения имеется в виду, что использование неопределенных артиклей и выражений типа "по меньшей мере один", "по меньшей мере один участок" указывает на отсутствие намерения ограничить формулу изобретения только одной позицией, если только в формуле изобретения особо не оговорено иное. Когда использовано выражение "по меньшей мере один из участков" и/или "один из участков", позиция может включать в себя часть и/или всю позицию, если только особо не оговорено иное.

В случае, когда не указано или не ограничено иным способом, термины "смонтированный", "соединенный", "поддерживаемый" и связанный" и их вариации используются в широком смысле слова и включают в себя как непосредственный, так и косвенный монтаж, соединения, крепления и связи. Кроме того, слова "соединенный" или "связанный" не ограничиваются физическими или механическими соединениями или связями.

Изобретение относится к системе автоматической защиты, содержащей бак для элегаза (SF6), имеющий стенку, и систему нагрева элегаза (SF6). Система нагрева элегаза (SF6) включает в себя нагреватель, расположенный снаружи бака, и радиатор, расположенный на стенке внутри бака для элегаза (SF6). Радиатор термически связан с нагревателем через стенку. Система нагрева предназначена для передачи тепла от нагревателя к радиатору через стенку. Радиатор предназначен для излучения тепла к находящемуся в баке элегазу. Система автоматической защиты содержит бак для элегаза (SF6), имеющий стенку, и ловушку для частиц. Ловушка для частиц имеет лонжерон, продолжающийся радиально внутрь от стенки, и крыло, продолжающееся в сторону от каждой стороны лонжерона. Каждое крыло отстоит от стенки и образует область, не имеющую электрического поля, на дне бака рядом с лонжероном. Техническим результатом является улучшение нагрева и улавливания частиц. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Система автоматической защиты с элегазовой (SF6) изоляцией, содержащая:

бак, предназначенный для хранения некоторого количества элегаза (SF6) и имеющий стенку для удержания элегаза (SF6); автоматический выключатель, имеющий контакты, изолированные элегазом (SF6); и систему нагрева элегаза (SF6), содержащую нагреватель и радиатор, термически связанный с нагревателем через стенку, при этом нагреватель расположен на стенке снаружи бака, а радиатор расположен на стенке внутри бака и напротив нагревателя, причем система нагрева выполнена с возможностью передачи тепла от нагревателя к радиатору через стенку; при этом радиатор выполнен с возможностью излучения тепла, полученного от радиатора через стенку, к элегазу (SF6), находящемуся в баке.

2. Система автоматической защиты по п. 1, в которой радиатор выполнен с возможностью удержания частиц на дне бака.

3. Система автоматической защиты по п. 2, в которой радиатор электрически соединен с баком и имеет тот же потенциал, что и бак.

4. Система автоматической защиты по п. 2, в которой бак имеет два торца и корпус, продолжающийся между двумя торцами, при этом радиатор имеет длину, по существу соответствующую длине корпуса.

5. Система автоматической защиты по п. 2, в которой радиатор имеет лонжерон, продолжающийся радиально внутрь от стенки, и крыло, продолжающееся с каждой стороны лонжерона, при этом каждое крыло отстоит от стенки и формирует область, не имеющую электрического поля, на дне бака рядом с лонжероном и между крылом и стенкой.

6. Система автоматической защиты по п. 5, в которой каждое крыло заканчивается законцовкой; при этом верхняя часть радиатора имеет выпуклую форму, причем верхняя часть радиатора определена радиусом, существенно большим, чем расстояние между законцовками.

7. Система автоматической защиты по п. 2, в которой радиатор расположен в отстойнике, выполненном в дне бака.

8. Система автоматической защиты по п. 1, в которой радиатор выполнен из немагнитного металлического материала или металлического материала, имеющего низкую магнитную проницаемость.

9. Система автоматической защиты по п. 8, в которой радиатор выполнен из черного анодированного алюминия.

10. Система автоматической защиты с элегазовой (SF6) изоляцией, содержащая: бак, предназначенный для хранения некоторого количества элегаза (SF6) и имеющий два торца и корпус, имеющий длину, продолжающуюся между двумя торцами, причем корпус имеет стенку для удержания элегаза (SF6); автоматический выключатель, имеющий контакты, изолированные элегазом (SF6); и ловушку для частиц, установленную на стенке, причем ловушка для частиц имеет лонжерон, продолжающийся радиально внутрь от стенки, и крыло, продолжающееся в сторону от каждой стороны лонжерона, при этом каждое крыло отстоит от стенки и формирует область, не имеющую электрического поля, на дне бака рядом с лонжероном, причем ловушка для частиц имеет длину, по существу соответствующую длине корпуса; при этом ловушка для частиц выполнена с возможностью удержания частиц на дне бака, чтобы предотвращать возникновение дугового разряда в автоматическом выключателе.

11. Система автоматической защиты по п. 10, в которой верхняя часть ловушки для частиц имеет выпуклую форму.

12. Система автоматической защиты по п. 11, в которой каждое крыло завершается законцовкой; при этом верхняя часть ловушки для частиц определена радиусом, существенно большим, чем расстояние между законцовками.

13. Система автоматической защиты по п. 10, в которой ловушка для частиц заземлена на бак.

14. Система автоматической защиты по п. 10, в которой ловушка для частиц образует радиатор для излучения тепла к элегазу (SF6), находящемуся в баке.

15. Система автоматической защиты по п. 14, которая дополнительно содержит нагреватель, при этом радиатор термически связан с нагревателем через стенку, причем нагреватель расположен рядом со стенкой снаружи бака, а радиатор расположен на стенке внутри бака напротив нагревателя и выполнен с возможностью излучения тепла, полученного от нагревателя, к элегазу (SF6), находящемуся в баке.

16. Система автоматической защиты по п. 10, в которой крыло продолжается от лонжерона на расстояние, равное по меньшей мере удвоенному расстоянию, на которое крыло отстоит от стенки.

17. Система автоматической защиты по п. 10, в которой ширина ловушки для частиц равна по меньшей мере трехкратной высоте ловушки для частиц.

18. Система автоматической защиты по п. 10, которая дополнительно содержит отстойник, выполненный в дне бака, при этом ловушка для частиц расположена в отстойнике.

19. Система автоматической защиты с элегазовой (SF6) изоляцией, содержащая: бак, предназначенный для хранения некоторого количества элегаза (SF6); автоматический выключатель, имеющий контакты, изолированные элегазом (SF6); и комбинированное средство для излучения тепла к элегазу (SF6), находящемуся в баке, и удержания частиц на дне бака.

20. Система автоматической защиты по п. 19, в которой бак имеет корпус со стенкой, удерживающей элегаз (SF6), и которая дополнительно содержит нагреватель, расположенный снаружи бака, при этом комбинированное средство термически связано с нагревателем через стенку.