一種固體絕緣開關設備的散熱裝置及其散熱方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種固體絕緣開關設備的散熱裝置及其散熱方法，固體絕緣開關設備的散熱裝置，包括一次導體，一次導體外包覆有固體絕緣層，固體絕緣層外包覆有正六邊形蜂窩散熱器，正六邊形蜂窩散熱器上下端的固體絕緣層外緊密套裝有均壓環(huán)，均壓環(huán)與正六邊形蜂窩散熱器緊密接觸，在固體絕緣設備中的一次導體工作時產(chǎn)生的熱量將熱傳導傳遞到固體絕緣層，固體絕緣層中的熱量經(jīng)熱傳導、熱輻射、熱對流從正六邊形蜂窩散熱器及均壓環(huán)把熱量散發(fā)出去，降低固體絕緣設備溫升，提高固體絕緣設備的額定電流，滿足電力工業(yè)大電流設備的要求。
【專利說明】一種固體絕緣開關設備的散熱裝置及其散熱方法
[0001]【技術領域】:
本發(fā)明涉及高壓開關設備領域，尤其涉及一種固體絕緣開關設備的散熱裝置及其散熱方法。
[0002]【背景技術】:
在高壓開關設備領域，固體絕緣是未來的發(fā)展方向。本發(fā)明所涉及的是固體絕緣設備的散熱問題。在高壓電器中，最棘手的兩個問題，一個是絕緣問題，一個是發(fā)熱問題。由于固體絕緣減小了整個結構的尺寸，導體之間的連接變得很緊湊，距離也很短，導體封閉在固體絕緣內(nèi)部，散熱困難，嚴重制約了固體絕緣的載流水平。
[0003]在7.2kV?40.5kV高壓領域，近幾年，國內(nèi)外著名的大公司都開展了固體絕緣開關設備的研發(fā)，最有代表意義的是日本東芝公司最新研制出中壓固體絕緣開關設備(SIS)。國內(nèi)也有數(shù)家著名大公司開始智能化環(huán)保型固體絕緣開關設備的探索研究。
[0004]固體絕緣開關設備的導體封閉在固體絕緣內(nèi)部，散熱困難，嚴重制約了固體絕緣的載流水平，而現(xiàn)有的固體絕緣散熱還是傳統(tǒng)的直接空氣散熱，目前世界領先水平的1kV產(chǎn)品，最大額定電流只能達到1200A，遠遠的不能滿足電力工業(yè)的要求。
[0005]固體絕緣技術:以多層介電常數(shù)不同的絕緣層用于真空滅弧室(見附圖1)為例，露出真空滅弧室16兩端的主電路導體端部，首先用環(huán)氧樹脂之類的絕緣材料模制設置第一絕緣層17，然后在第一絕緣層17的表面上進行如噴砂處理，提高了接合性后，用環(huán)氧樹脂之類的絕緣材料模制設置第二絕緣層18。在第二絕緣層18的外殼上設置例如噴涂碳涂料之類的導電性涂料而形成的接地層19。
[0006]可見開關設備的導體封閉在固體絕緣內(nèi)部，散熱困難，嚴重制約了固體絕緣的載流水平，而現(xiàn)有的固體絕緣散熱還是傳統(tǒng)的直接空氣散熱。
[0007]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
為了彌補現(xiàn)有技術問題，本發(fā)明的目的是提供一種固體絕緣開關設備的散熱裝置及其散熱方法，通過合理新穎的散熱結構，配合固體絕緣技術，通過熱傳導、熱輻射、熱對流技術，把熱量散發(fā)出去，降低固體絕緣設備的溫升，提高設備的額定電流，滿足電力工業(yè)大電流設備的要求。
[0008]本發(fā)明的技術方案如下:
固體絕緣開關設備的散熱裝置，其特征在于:包括一次導體，所述的一次導體外包覆有固體絕緣層，固體絕緣層外包覆有正六邊形蜂窩散熱器，正六邊形蜂窩散熱器上下端的固體絕緣層外緊密套裝有均壓環(huán)，均壓環(huán)與正六邊形蜂窩散熱器緊密接觸。
[0009]所述的固體絕緣開關設備的散熱裝置，其特征在于:所述的均壓環(huán)采用金屬導熱材料制成的金屬環(huán)，六邊形蜂窩散熱器也采用金屬導熱材料制成，金屬環(huán)與六邊形蜂窩散熱器接觸面為平面，其外壁及中心孔兩端均圓弧過渡。
[0010]所述的固體絕緣開關設備的散熱裝置，其特征在于:所述的正六邊形蜂窩散熱器由若干個正六邊形蜂窩單元組合構成筒體形，正六邊形蜂窩單元截面為正六邊形的柱狀筒體，正六邊形蜂窩單元軸線方向朝向整流板型蜂窩散熱器軸線方向垂直。[0011]所述的固體絕緣開關設備的散熱裝置，其特征在于:所述的正六邊形蜂窩散熱單元的高度和其截面的正六邊形外接圓直徑比值一般為0.5?1。
[0012]所述的固體絕緣開關設備的散熱裝置，其特征在于:所述的正六邊形蜂窩散熱器在大電流設備中應用時，外壁上還可設有傾斜且間隔分布的導流風槽。
[0013]一種固體絕緣開關設備的散熱裝置的散熱方法，其特征在于，包括如下步驟:在固體絕緣設備中的一次導體工作時產(chǎn)生的熱量將熱傳導傳遞到固體絕緣層，固體絕緣層中的熱量經(jīng)熱傳導、熱輻射、熱對流從正六邊形蜂窩散熱器及均壓環(huán)把熱量散發(fā)出去，降低固體絕緣設備溫升，提高固體絕緣設備的額定電流。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點是:
本發(fā)明通過六邊空柱窩狀結構的散熱結構，配合固體絕緣技術，通過熱傳導、熱輻射、熱對流技術，把熱量散發(fā)出去，降低固體絕緣設備的溫升，提高設備的額定電流，滿足電力工業(yè)大電流設備的要求。
[0015]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1為真空滅弧室的結構示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明的結構示意圖。
[0017]圖3為本發(fā)明的大電流結構示意圖。
[0018]圖4為本發(fā)明正六邊形蜂窩單元的外接圓直徑d對散熱和電場分布影響曲線圖。
[0019]圖5為本發(fā)明正六邊形蜂窩單元高徑比n=h/d對蜂窩當量導熱系數(shù)的影響曲線圖。
[0020]【具體實施方式】:
參見附圖:
固體絕緣開關設備的散熱裝置，包括一次導體I，一次導體I外包覆有固體絕緣層2，固體絕緣層2外包覆有正六邊形蜂窩散熱器4，正六邊形蜂窩散熱器4上下端的固體絕緣層2外緊密套裝有均壓環(huán)3，均壓環(huán)3與正六邊形蜂窩散熱器4緊密接觸。
[0021]均壓環(huán)3采用金屬導熱材料制成的金屬環(huán)，金屬環(huán)與六邊形蜂窩散熱器接觸面為平面，其外壁及中心孔兩端均圓弧過渡。
[0022]正六邊形蜂窩散熱器4由若干個正六邊形蜂窩單元組合構成筒體形，正六邊形蜂窩單元截面為正六邊形的柱狀筒體，正六邊形蜂窩單元軸線方向朝向整流板型蜂窩散熱器軸線方向垂直。
[0023]正六邊形蜂窩散熱單元的高度和其截面的正六邊形外接圓直徑比值一般為0.5?I。
[0024]正六邊形蜂窩散熱器在大電流設備中應用時，外壁上還可設有傾斜且間隔分布的導流風槽5。
[0025]一種固體絕緣開關設備的散熱裝置的散熱方法，包括如下步驟:在固體絕緣設備中的一次導體工作時產(chǎn)生的熱量將熱傳導傳遞到固體絕緣層，固體絕緣層中的熱量經(jīng)熱傳導、熱輻射、熱對流從正六邊形蜂窩散熱器及均壓環(huán)把熱量散發(fā)出去，降低固體絕緣設備溫升，提高固體絕緣設備的額定電流。
[0026]主要部件及實驗應用分析:
1、均壓環(huán):在高壓電器技術中，絕緣是個重要的指標，所有可導電部件必須圓滑過度，不允許有尖角突變等，影響電場分布，尖端放電，造成絕緣下降。因此，在正六邊形蜂窩散熱器緊緊的套上均壓環(huán)，改善電場分布，加強產(chǎn)品絕緣水平。
[0027]2、正六邊形蜂窩散熱器:增加散熱面積最常見也是最基本的方式，在有限的空間內(nèi)，散熱面積并不能無限制的增大，當設置對流散熱結構受到空間限制時，傳導成為有效散熱的主要措施。即設計有效的導熱結構，增加散熱面積以便熱能夠快速被傳遞，然后配合輻射、對流等散熱技術實現(xiàn)熱量的耗散。蜂窩結構因其良好的散熱性受到了重視。合理的蜂窩類型和蜂窩排布，使總的熱交換量最大化，蜂窩側壁面導熱和蜂窩內(nèi)表面間輻射換熱是金屬蜂窩內(nèi)熱量傳遞的主要方式。
[0028]2.1正六邊形蜂窩單元的高度為h，外接圓直徑d對散熱曲線K和電場分布曲線E影響曲線圖(參見附圖4)，因此不光要考慮散熱效率，更要兼顧電場分布，保證絕緣水平。
[0029]在不同電壓等級下，外接圓直徑d選擇不同。外接圓直徑d，對散熱曲線K和電場分布曲線E的綜合影響，在交點N附近選擇一個合適的d值。
[0030]2.2在單位面積蜂窩重量不變的前提下，正六邊形蜂窩單元高徑比n=h/d對蜂窩當量導熱系數(shù)的影響曲線圖(參見附圖5)中可以看出，在所研究的溫度范圍內(nèi)，隨著高徑比減少，蜂窩當量導熱系數(shù)在增大。同時溫度越高，這種變化越明顯。這是由于隨著高徑比η的增大，上下表面間角系數(shù)減小，輻射換熱量減小。此外，高徑比增加，必然導致蜂窩壁面厚度減小，蜂窩導熱 面積變小，從而使蜂窩內(nèi)導熱減弱。因此，結合電場分布。通過大量的試驗，選擇一個合適比值在0.5^1之間。
[0031]3、對于超過2000Α的大電流，僅僅采用上述的熱傳導和熱輻射方式是遠遠不夠的，必須配合自動力熱對流來強化散熱。針對大電流，散熱器采用附圖3中的大電流結構示意圖，散熱器表面導流風槽5，導流風槽5的寬度N同樣受到附圖4中對電場分布的影響，導流風槽對稱中心線與橫截面的圓周的夾角α對自然對流影響曲線圖(參見附圖6)。
[0032]結合正六邊形蜂窩散熱器的結構特點，考慮自然熱對流效能，α角度為60度。2000Α-2500Α開設2道溝槽，3000Α開設4道溝槽，4000Α開設6道溝槽。以上開槽數(shù)為推薦數(shù)據(jù)，實際應用時結合電壓等級等實際進行調(diào)整。
[0033]4、此外，對于超過3500Α的電流還需強迫風冷。
【權利要求】
1.一種固體絕緣開關設備的散熱裝置，其特征在于:包括一次導體，所述的一次導體外包覆有固體絕緣層，固體絕緣層外包覆有正六邊形蜂窩散熱器，正六邊形蜂窩散熱器上下端的固體絕緣層外緊密套裝有均壓環(huán)，均壓環(huán)與正六邊形蜂窩散熱器緊密接觸。
2.根據(jù)權利要求1所述的固體絕緣開關設備的散熱裝置，其特征在于:所述的均壓環(huán)采用金屬導熱材料制成的金屬環(huán)，六邊形蜂窩散熱器也采用金屬導熱材料制成，金屬環(huán)與六邊形蜂窩散熱器接觸面為平面，其外壁及中心孔兩端均圓弧過渡。
3.根據(jù)權利要求1所述的固體絕緣開關設備的散熱裝置，其特征在于:所述的正六邊形蜂窩散熱器由若干個正六邊形蜂窩單元組合構成筒體形，正六邊形蜂窩單元截面為正六邊形的柱狀筒體，正六邊形蜂窩單元軸線方向朝向整流板型蜂窩散熱器軸線方向垂直。
4.根據(jù)權利要求3所述的固體絕緣開關設備的散熱裝置，其特征在于:所述的正六邊形蜂窩散熱單元的高度和其截面的正六邊形外接圓直徑比值一般為0.5?1。
5.根據(jù)權利要求1所述的固體絕緣開關設備的散熱裝置，其特征在于:所述的正六邊形蜂窩散熱器在大電流設備中應用時，外壁上還可設有傾斜且間隔分布的導流風槽。
6.一種應用權利要求1所述的散熱裝置的散熱方法，其特征在于，包括如下步驟:在固體絕緣設備中的一次導體工作時產(chǎn)生的熱量將熱傳導傳遞到固體絕緣層，固體絕緣層中的熱量經(jīng)熱傳導、熱輻射、熱對流從正六邊形蜂窩散熱器及均壓環(huán)把熱量散發(fā)出去，降低固體絕緣設備溫升，提高固體絕緣設備的額定電流。
【文檔編號】H02B1/56GK104037627SQ201410233067
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月27日 優(yōu)先權日:2014年5月27日
【發(fā)明者】楊柳 申請人:安徽明遠電力設備制造有限公司