CN102396126B - 冷却更好的电导体及具有至少一个该导体的气体绝缘变电站 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有纵轴线(X)的电导体(2)，用于气体绝缘变电站，该变电站具有填充有电介质气体的气筒，所述导体包括中空圆筒形式的壳体(4)，所述导体(2)被布置成使其纵轴线(X)基本水平朝向，该导体在其每个纵向连接端(6.1、6.2)包括接触部，所述壳体(4)限定填充有气体的内部空间，该壳体(4)还具有用于允许气体在所述导体(2)的内部空间与外部之间流动的至少两个端口，紧接着每个连接端(6.1、6.2)，所述导体还包括用于建立基本沿纵向方向朝向导体内部的热梯度的散热器(10.1、10.2)。

Description

冷却更好的电导体及具有至少一个该导体的气体绝缘变电站

技术领域

本发明涉及具有更好冷却的电导体，更具体而言涉及位于密封腔室中的导体，并且本发明还涉及具有至少一个该导体的气体绝缘变电站。

背景技术

高电压气体绝缘变电站包括一组或多组母线以及断路器等等，母线和断路器置于填充有SF₆型电介质气体的密封气室中。这些母线组(或电导体)通常为中空圆筒状形式，从而构成圆筒形管。多个导体可串联连接以提供所需长度，或者所述多个导体连接至断路器或该变电站的其它部件。这样的连接通过接触实现，所述接触可以是郁金香-球型，或者接触片型，或者弹簧接触型，或者螺纹连接。

当额定电流流过所述导体时，该导体变热。由此发出的热量截留在气室中。温度升高对于导体和接触部均不利。由于接触部无法达到完美，因此在电阻增大的连接区域中加热作用更大。

因此，已研究如何减少这种加热作用和/或使所产生的热量更快速地散去。

在文献GB 1 190 925中描述了另一方案，该方案在于在母线内布置散热片，所述散热片从母线的内表面朝向该母线的轴线突出，并且延伸至母线的整个长度。

该方案在导体冷却方面确实具有一定的效果。但是，该方案在连接区域未给予任何冷却。

因此，本发明的目的之一是提供一种母线型电导体，该电导体的冷却与现有技术中的导体相比得到改善，尤其是在变电站中的一个导体与另一导体之间的连接区域中的冷却得到改善。

发明内容

上述目的通过具有圆筒形壳体的电导体实现，该壳体具有纵轴线，形成有用于保证气体自然流动的贯穿端口，在该壳体内于该导体的每个端部设置散热片，所述散热片与该纵轴线对齐。

通过本发明，从所述导体的端部朝向散热片末端形成纵向热梯度，使得在该导体端部的区域中该导体得到冷却。

换而言之，朝向所述导体的内部形成纵向热流，这样，使得在导体的端部连接器区域中产生的热量朝向该导体中温度水平对其较不关键的区域排放。

特别有利的是，将散热器的散热片装配在导体内部，因此使得更易于使导体的散热器保持干净。

另外，如果导体的壳体具有用于例如与该导体产生强制对流的端口，则也是有利的，从而改善散热器的冷却。

与现有技术中已知的冷却系统相比，没有电流流过所装配的散热器也是有利的，使得散热器自身不会出现焦耳效应。

本发明的主体主要在于一种具有纵轴线的电导体，用于气体绝缘变电站，该变电站具有填充有电介质气体的气筒，所述导体包括中空圆筒形式的壳体，所述导体被布置成使其纵轴线基本水平朝向，该导体在其每个纵向连接端包括接触部，所述壳体限定填充有气体的内部空间，该壳体还具有用于允许气体在所述导体的内部空间与外部之间流动的至少两个端口，在每个连接端与所述内部空间中所含气体之间，所述导体还包括用于建立基本沿纵向方向朝向导体内部的热梯度的装置，以使所述连接端得到冷却。

有利的是，用于建立所述热梯度的装置布置在所述导体的各个所述连接端的区域中，每个所述装置包括布置在连接端内部且与该端接触的支撑部，以及用于与气体进行换热的表面部分。

在特别有利的方式中，每个支撑部被压配到所述导体中。

所述支撑部具有中央通道，该中央通道在一端朝向所述导体的外部开口，且在另一端朝向所述导体的内部开口。

有利的是，所述换热表面部分相对于所述气流端口以不封闭所述气流端口的方式定向。

所述换热表面部分例如包括从所述支撑部基本水平伸出的多个散热片。所述散热片例如均彼此平行，且与包含所述导体的纵轴线的平面平行。

本发明的导体可在每个所述换热表面部分具有至少两个所述气流端口。

所述气流端口例如在同样也包含所述纵轴线的平面中，且该平面优选是基本竖直的。

所述壳体例如包括上部分和下部分，所述上部分和下部分由包含所述纵轴线的基本水平的平面定界，所述端口之一在所述壳体的上部分中且称为上端口，而另一端口在所述壳体的下部分中且称为下端口，并且所述端口中的每一个为槽的形式，所述槽的主要尺寸基本上沿着所述纵轴线延伸。所述下端口的横截面面积可大于或等于所述上端口的横截面面积。

所述下端口的横截面面积与所述上端口的横截面面积之比为1至1.5。

在所述壳体的下部分中可具有两个端口，这两个端口相对于包含所述纵轴线和形成于所述上部分中的端口的平面对称。

关于与所述端口相齐的、在与所述纵轴线正交的平面上的所述导体的横截面，所述端口的横截面面积占所述导体的总横截面面积的6％至10％。

所述端口的边缘具有曲率半径，该曲率半径足够大，足以限制在所述边缘处可能出现的电介质应力，所述边缘的曲率半径例如不小于3毫米(mm)。

有利的是，每个端口的长度与其宽度之比在2至200的范围内。

本发明的主体还在于一种具有纵轴线的冷却装置，用于针对气体绝缘变电站的具有纵轴线的导体，该变电站具有填充有电介质气体的气筒，所述导体包括中空圆筒形式的壳体，该导体在其每个纵向端包括接触部，所述壳体限定填充有气体的内部空间，该壳体还具有用于允许气体在所述导体的内部空间与外部之间流动的至少两个端口，所述冷却装置以使其纵轴线与所述导体的纵轴线基本同轴的方式适配在所述导体中，所述冷却装置包括支撑部以及固定至该支撑部以便纵向延伸的换热表面部分，该支撑部用于在所述导体的端部区域将所述冷却装置固定至所述导体，且所述换热表面部分被安装在所述导体的内部空间中。

所述支撑部可具有中央贯穿通道。

所述换热表面部分可有利地包括多个散热片，所述散热片可与包含所述纵轴线的平面平行。

有利地，所述支撑部包括与所述端部的内部轮廓对应的轮廓，以使得允许压配合并保证良好的热传导。

所述冷却装置可例如通过以铜或铝浇铸形成。

本发明还提供一种气体绝缘开关设备，其密封气筒填充有电介质气体，且该开关设备包括至少一个本发明所述的导体，所述两端固定在该开关设备的电极中。

所述导体的两个端口均可有利地包含在竖直的共同平面中。

附图说明

利用以下说明和附图，可更清楚地理解本发明，在附图中：

图1A是本发明导体的一个实施例的纵截面图；

图1B是沿图1A中的平面B-B截取的横截面图；

图2A是从图1所示导体中分离出的元件的侧视图；

图2B是在图2A所示横截面A-A的平面中截取的纵截面图；

图3A是本发明的气体绝缘变电站的纵截面图；

图3B是图3A所示平面C-C中截取的横截面图；

图4A是本发明导体的又一个实施例的侧视图；

图4B是沿图4A中的平面D-D截取的纵截面图；

图4C是图4A中所示导体的横截面图，该导体置于金属气室中，其中省略了散热器；

图5是图4A中所示导体的变型；

图6A至图6G是本发明中散热器的不同示例的主视图；

图6H至图6I是示出本发明中散热器的更多其它示例的纵截面图。

具体实施方式

图1A示出本发明导体的实施例2，该实施例2包括圆筒形壳体4，该圆筒形壳体4具有纵轴线X和圆形横截面，具有两个纵向端6.1和6.2，这两个纵向端构成用于通过电极8(如图3A中所示)与变电站的其它部件连接的接触部。

所述导体用于水平放置。

壳体4形成有用于使得气体能够通过自然对流在该导体的内部与外部之间循环的至少两个端口9。

在本发明的实践中，导体还包括用于通过焦耳效应尤其吸收在端接器区域中产生的热量的装置10.1和10.2。

散热器10.1和10.2彼此类似，因此下面仅具体描述散热器10.1。

在图2A和图2B中更详细示出散热器10.1，该散热器10.1从纵向端6.1区域吸收热量，并且将该热量释放到导体的、位于该导体内部且远离纵向端6.1和6.2的纵向区域中。散热器10.1建立朝向导体内部纵向延伸的热梯度。

散热器10.1包括：置于纵向端6.1内部的第一部分12，该第一部分12与纵向端6.1接触；以及构成换热表面部分14的第二部分。

第一部分12用于在壳体4中支撑散热器。

在所示示例中，换热表面部分14包括沿纵向方向延伸的多个散热片16。

有利的是，选择散热片的尺度，使得散热片的横向边缘不与壳体的内表面接触，这使得在散热片与壳体之间能够保留圆形空间17，从而改善气体的流动。

散热器10.1在壳体中关于轴线的朝向使得换热表面部分(即本示例中的散热片)不会封闭用于气体流动的端口9，如图1B中所示。

散热片的数量取决于需要排放的热量的多少。在一些应用中，可能单个散热片就足够了。

换热表面部分14例如也可由管状部构成，该管状部的外径小于所述导体的内径，以保证气体围绕换热表面流动；或者，该换热表面部分可由多个同心管状部构成。

在所示示例中，散热片是平的，但是散热片也可采用其它形式，例如带褶皱的散热片，以增加换热表面积。

在特别有利的方式中，散热器的第一部分12被压配合至纵向端6.1中。这种配合简单且保证与纵向端6.1具有极好的接触，这提高了在纵向端6.1与散热器之间的热传导，因而改善从纵向端6.1至散热器10.1的热传递。也可采用螺丝固定系统或者点焊。

另外，所述第一部分有利地是以固体形式制成，即以具有大体积的方式制成，从而通过质量效应而改善冷却。

在所示示例中，散热器具有中央贯通通道18，该通道使得在电极中要耦接纵向端6.1的区域中可进行螺钉固定，并且还使得在该电极和该导体之间能够形成气膜。

所述导体通过适当的接触部(该接触部可为郁金香型或球型，或者为接触带型，或者为螺旋接触部、弹簧接触部等等)与电极电连接。电介质气膜在该电极和该导体之间构成绝缘体，这防止电流在所述导体与所述电极之间直接流动，因而使电流遵循经由所述接触部的正常路径。

散热器的第一部分可形成为固体圆筒形长条的形式。

本发明不限于具有圆形横截面的导体。

图3A和图3B示出被固定装配在密闭金属气筒19中的导体，该气筒填充有电介质气体例如SF₆。

所述导体通过其两个纵向端6.1和6.2与两个电极连接。

图3B示出散热器相对于端口9如何朝向。

以下说明如何冷却所述导体的纵向端。

当导体中流过电流时，更具体而言，在纵向端6.1、6.2与它们所连接的电极之间流过电流时，由于在接触界面的电阻增加，因此存在焦耳效应加热纵向端6.1、6.2。

本说明限于纵向端6.1，但是也同样适用于纵向端6.2。

在纵向端6.1产生的热量被传递到散热器的第一部分12，然后传递到散热片16，通过导体内的气体循环，热量从散热片16发散。因此，散热器建立从纵向端6.1纵向延伸到导体中构成冷区域的纵向中央区的热梯度。

举例而言，散热器的长度等于200mm，且所述导体的长度范围为200mm至10米(m)。

此外，举例而言，已发现对于4000安培(A)的电流，纵向端6.1、6.2的温度降低10℃。

图4A至图4C以及图5示出本发明导体的一个特别有利的示例，其中，每个端口9为槽的形式，该槽的轴线与该导体的轴线平行。该槽形形状由于为气体提供了很高的流通横截面，因此使得能够获得极好的气流，同时对流过该导体的电流的增加作用有限。

在本发明的上下文中，措词“槽”应当理解为表示其长度大于宽度的孔。例如，槽的长度为该槽的宽度的2倍至200倍。

散热片优选不与槽9.1、9.2对齐，以避免阻止气体对流。

图4B为与图4C中所示相同的导体在平面D-D中的横截面图；在这些附图中可看出采用槽的形式的两个端口9.1和9.2。

在所示示例中，导体具有用于冷却两个散热器的两个槽。但是，应当容易理解，可为导体的每个端口(更准确而言，在两个散热器的区域中)提供一对槽。

在图4C中，通过箭头20来示意性表示气流，其中，导体2位于密封筒内部，且省略了散热器。

有利的是，导体的朝向使得所述端口之一在该导体的下部中，而另一端口位于该导体的上部，使得这些端口分别构成冷空气入端口和热空气排放端口。

在特别有利的方式中，所述排放端口位于所述导体的最高部分的区域中，而所述入端口位于该导体的下部分区域中。这种布置的优势在于使得气体在入端口与排放端口之间沿着壳体的整个内表面流动，因而在所述导体的壳体的整个内表面上改善散热，如图4C中所示。

优选地，下端口的入口横截面面积大于上端口的横截面面积(即，排放横截面)，从而使得能够在渗透入导体中的气体中产生强制对流，进而增加自然对流的作用。气体于是更多地流入导体中并改善散热。

关于如图4A中所示导体的横截面，有利的是，下端口9.1和上端口9.2的横截面面积占该导体的总横截面面积的6％至10％。该比例随用途(即，该导体的直径，流过该导体的额定电流值，该导体的电阻率，等等)而变。

有利的是，且如图4C中所示，上端口9.2和下端口9.1的边缘22.1和22.2被设置成具有曲率半径Rc，该曲率半径足够大，足以限制在这些边缘的区域中可能出现的电介质应力。就此而言，由于该导体与接地金属筒之间的电压差，该曲率半径Rc越小，则尖端效应变大的风险越大。

有利的是，所述边缘的曲率半径Rc不小于3mm，以使电介质应力保持较低至可接受水平。

图5示出一实施例，在该实施例中，设有多个冷空气入端口9.1，以及一个热空气排放端口9.2。在该示例中，入端口9.1优选相对于包含导体轴线的竖直平面对称设置。

本发明具有易于实施的优势，并且能够用于任何类型的导体而无需对这些导体进行修改。因此，本发明代表了一种对导体的纵向端进行冷却的经济而有效的方式。

另外，将散热器制成为单独的部件，这使得易于检查这些散热器是否干净，以及检查导体自身的内部是否干净，干净即表示不存在金属颗粒。

图6A至图6I示出可有效带走热量的散热片的更多不同示例。

图6A至图6G是与图3B相同的视图。

在图6A中，散热器10.2的散热片包括尺度相同的平行固体板24。在图6B中，所述固体板具有不同尺寸，并且在所示示例中，在三个较小的板26.2之间插入有两个较大的板26.1。

在图6D中，换热表面部分包括具有圆形横截面的多个棒28，而在图6C中，所述棒30具有方形横截面。

在图6E中，换热表面部分包括：圆弧形式的两组元件32和34，其布置在两个同心圆中。

在图6F中，换热表面部分为螺旋型元件36的形式。

在图6G中，换热表面部分包括多个弯曲板38，弯曲轴平行于所述导体的轴线。

图6H是与图3A类似的视图，并且在该示例中，换热表面部分包括多个弯曲板40，所述弯曲板的弯曲轴与所述导体的轴线正交。

在图6I中，换热表面部分包括多个彼此平行的多个板，每个板42具有多个通孔44。

Claims (24)

1.一种具有纵轴线（X）的电导体（2），用于气体绝缘变电站，该变电站具有填充有电介质气体的气筒，所述电导体包括中空圆筒形式的壳体（4），所述电导体（2）被布置成使其纵轴线（X）水平朝向，该电导体在其每个纵向连接端（6.1、6.2）包括接触部，所述壳体（4）限定填充有气体的内部空间，该壳体（4）还具有用于允许气体在所述电导体（2）的内部空间与外部之间流动的至少两个端口（9.1、9.2），在每个纵向连接端（6.1、6.2）与所述内部空间中所含气体之间，所述电导体还包括用于建立沿纵向方向朝向电导体内部的热梯度的装置（10.1、10.2），以使所述纵向连接端（6.1、6.2）得到冷却，其中，用于建立所述热梯度的装置（10.1、10.2）布置在所述电导体（2）的各个所述纵向连接端（6.1、6.2）的区域中，每个所述装置（10.1、10.2）包括布置在纵向连接端（6.1、6.2）内部且与该纵向连接端接触的支撑部（12）以及用于与气体进行换热的换热表面部分（14）。

2.根据权利要求1所述的电导体，其中，每个支撑部（12）被压配到所述电导体中。

3.根据权利要求1或2所述的电导体，其中，所述支撑部（12）具有中央通道（18），该中央通道（18）在一端朝向所述电导体的外部开口，且在另一端朝向所述电导体的内部开口。

4.根据权利要求1或2所述的电导体，其中，所述换热表面部分（14）相对于所述端口（9.1、9.2）以不封闭所述端口的方式定向。

5.根据权利要求1或2所述的电导体，其中，所述换热表面部分（14）包括从所述支撑部（12）水平伸出的多个散热片（16）。

6.根据权利要求5所述的电导体，其中，所述散热片（16）均彼此平行，且与包含所述电导体的纵轴线（X）的平面平行。

7.根据权利要求1或2所述的电导体，在每个所述换热表面部分（14）具有至少两个所述端口（9.1、9.2）。

8.根据权利要求1或2所述的电导体，其中，所述端口（9.1、9.2）在同样也包含所述纵轴线的平面中，该平面是竖直的。

9.根据权利要求1或2所述的电导体，其中，所述壳体（4）包括上部分和下部分，所述上部分和下部分由包含所述纵轴线（X）的水平的平面定界，所述端口之一（9.2）在所述壳体的上部分中且称为上端口，而另一端口（9.1）在所述壳体的下部分中且称为下端口，并且所述端口中的每一个为槽的形式，所述槽的主要尺寸沿着所述纵轴线（X）延伸。

10.根据权利要求9所述的电导体，其中，所述下端口（9.1）的横截面面积大于或等于所述上端口（9.2）的横截面面积。

11.根据权利要求10所述的电导体，其中，所述下端口（9.1）的横截面面积与所述上端口（9.2）的横截面面积之比为1至1.5。

12.根据权利要求9所述的电导体，在所述壳体的下部分中具有两个端口（9.1），这两个端口相对于包含所述纵轴线和形成于所述上部分中的端口（9.2）的平面对称。

13.根据权利要求9所述的电导体，其中，关于与所述端口（9.1、9.2）相齐的、在与所述纵轴线（X）正交的平面上的所述电导体的横截面，所述端口（9.1、9.2）的横截面面积占所述电导体的总横截面面积的6%至10%。

14.根据权利要求9所述的电导体，其中，所述端口（9.1、9.2）的边缘（22.1、22.2）具有曲率半径（Rc），该曲率半径足够大，足以限制在所述边缘处可能出现的电介质应力，所述边缘的曲率半径（Rc）不小于3mm。

15.根据权利要求1或2所述的电导体，其中，每个端口（9.1、9.2）的长度与其宽度之比在2至200的范围内。

16.一种具有纵轴线的冷却装置（10.1、10.2），用于针对气体绝缘变电站的具有纵轴线（X）的电导体，该变电站具有填充有电介质气体的气筒，所述电导体包括中空圆筒形式的壳体（4），该电导体在其每个纵向连接端（6.1、6.2）包括接触部，所述壳体（4）限定填充有气体的内部空间，该壳体（4）还具有用于允许气体在所述电导体（2）的内部空间与外部之间流动的至少两个端口（9.1、9.2），所述冷却装置（10.1、10.2）以使其纵轴线与所述电导体（2）的纵轴线（X）同轴的方式适配在所述电导体（2）中，所述冷却装置（10.1、10.2）包括支撑部（12）以及固定至该支撑部（12）以便纵向延伸的换热表面部分（14），换热表面部分包括与安装部件连接的第一纵向端以及自由的第二纵向端，且被安装在所述电导体（2）的内部空间中，所述换热表面部分用于建立沿纵向方向朝向所述电导体内部的热梯度。

17.根据权利要求16所述的冷却装置，其中，所述支撑部（12）具有中央贯穿通道（18）。

18.根据权利要求16或17所述的冷却装置，其中，所述换热表面部分（14）包括多个散热片（16）。

19.根据权利要求18所述的冷却装置，其中，所述散热片（16）彼此平行且与包含所述纵轴线的平面平行。

20.根据权利要求16所述的冷却装置，其中，所述支撑部（12）包括与所述纵向连接端的内部轮廓对应的轮廓，以使得允许压配合并保证良好的热传导。

21.根据权利要求16所述的冷却装置，通过以铜或铝浇铸形成。

22.一种气体绝缘开关设备，其密封气筒（19）填充有电介质气体，且该开关设备包括至少一个根据权利要求1-15中任一项所述的电导体（2）。

23.根据权利要求22所述的气体绝缘开关设备，其中，所述纵向连接端（6.1、6.2）固定在该开关设备的电极（8.1、8.2）中。

24.根据权利要求22或23所述的气体绝缘开关设备，其中，所述电导体的两个端口（9.1、9.2）包含在竖直的共同平面中。