專利名稱：配備有用于耗散由電弧產(chǎn)生能量的氣體絕緣的電氣設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括一外殼的電氣設(shè)備，其中設(shè)置有導(dǎo)體以及可能地電氣裝置例如電流切斷、測(cè)量、開關(guān)或電轉(zhuǎn)換裝置。特別是而非排他地，本發(fā)明涉及一種具有氣體絕緣的高壓電氣設(shè)備。在全文中，術(shù)語“高壓”將被理解為其寬泛的含義，也包括在某些國(guó)家被認(rèn)為是“中壓”的范圍。
背景技術(shù)：
高壓電氣設(shè)備會(huì)產(chǎn)生能夠?qū)е露搪返墓收?，引起非常高能量的電弧。?dāng)電氣設(shè)備包括一個(gè)外殼時(shí)，我們以內(nèi)部電弧表示該不可控電弧。內(nèi)部電弧引起處于高壓下的熱氣流動(dòng)，有時(shí)是易燃的或燃燒的，壓力波先于或伴隨所述熱氣流動(dòng)。因此必須采取措施以便一方面防止電弧導(dǎo)致外殼爆炸和設(shè)備及其周圍環(huán)境的破壞，并且另一方面防止熱的或燃燒的氣體太劇烈溢出所述外殼。這些對(duì)設(shè)備和人員的保護(hù)是非常難以實(shí)現(xiàn)的并非常昂貴，因?yàn)樯婕暗哪芰肯喈?dāng)大。
在文獻(xiàn)DE3,424,363中，建議使由內(nèi)部電弧產(chǎn)生的熱氣體流動(dòng)穿過一過濾器，過濾器被設(shè)計(jì)用來冷卻由內(nèi)部電弧放出的氣體。所述過濾器的首要功能是冷卻從隔室溢出的氣體。因此過濾器填充有具有大的熱交換表面和高熱容的物料。在想見到的物料中，提及了小厚度的波形金屬板、金屬渣或碎礦石。這些物料具有厚重或大過濾器質(zhì)量的缺陷。過濾器封閉在設(shè)有入口孔和出口孔的抗壓外殼中。這種配置具有不允許充分吸收沖擊波的缺點(diǎn)。當(dāng)氣體流過時(shí)，該過濾器容易被損壞并且不再實(shí)現(xiàn)其功能。而且，沖擊波輕微衰減并且自身呈現(xiàn)出對(duì)環(huán)境的直接危害。
為解決沖擊波的該特定問題，在文獻(xiàn)DE19,520,698中已經(jīng)有建議使從高壓電氣隔室溢出的氣體經(jīng)一個(gè)彎管中的排氣閥流到冷卻過濾器。所述彎管執(zhí)行沖擊波的反射，其被認(rèn)為使所述波分散，其能使過濾器中的物料量減小。這種配置引起尺寸的某些問題。此外，執(zhí)行沖擊波反射的彎管壁必須足夠地剛性以便不被沖擊波損壞，因此價(jià)格高。在彎管中的波反射更加難以控制并且它們對(duì)氣流的影響可能起反作用。
此外已經(jīng)知道，如由文獻(xiàn)DE 5630,905在另一段落中揭露的，當(dāng)爆炸發(fā)生時(shí)使一團(tuán)礦塵擴(kuò)散是有益的，以防止火焰蔓延。實(shí)際上在該文獻(xiàn)中已經(jīng)建議將工作在爆炸性環(huán)境中例如礦井中的電氣設(shè)備封罩于填充有粉塵的外殼中。在設(shè)備爆炸的情況下，粉塵以塵團(tuán)的形式散布并阻止火花蔓延。然而，這種配置遇到了使粉塵長(zhǎng)期保持不結(jié)塊形態(tài)的技術(shù)難題。而且，其不能使爆炸的沖擊波中斷。

發(fā)明內(nèi)容
由此，本發(fā)明的目的是克服技術(shù)現(xiàn)狀中的缺陷以便提供一種電氣設(shè)備，借助一種裝置使所述電氣設(shè)備受到保護(hù)免于內(nèi)部電弧的影響，所述裝置便宜、不笨重、相當(dāng)輕并很有效，用以吸收由內(nèi)部電弧放射的沖擊波并防止熱或甚至燃燒氣體的擴(kuò)散，或者在距裝置某一距離處的氣體的后燃燒或自燃現(xiàn)象。
為此，本發(fā)明的目的是提供一種電氣設(shè)備，包括具有氣體絕緣的功能裝置的容器外殼，從所述容器外殼內(nèi)部通向外部的出口通道，用于排除由容器外殼中內(nèi)部電弧造成的氣流，非可燃性固體粒狀物料的多孔層，設(shè)置在出口通道上使得氣流經(jīng)由其通過，所述層以這樣一種方式組成和設(shè)置，使得當(dāng)氣流穿過多孔層時(shí)產(chǎn)生非可燃性固體粉塵的塵霧。
細(xì)小非易燃性氣體攜帶微粒于所述氣體中的存在改善了混合物的成份、其熱容和其動(dòng)力學(xué)。總體上其防止所述層下游氣體的自燃燒。
優(yōu)選地，固體顆粒物料是不結(jié)塊的以允許顆粒間的運(yùn)動(dòng)。而且，固體粒狀物料呈易碎性是有利的。當(dāng)伴隨內(nèi)部電弧的沖擊波到達(dá)所述層時(shí)，顆?；ハ嗄Σ敛⑺榱?。這些機(jī)械運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)換吸收沖擊波的能量。當(dāng)然，碎裂產(chǎn)生粉塵有助于霧團(tuán)的形成。物料的易碎性能借助改進(jìn)的微Deval(micro-Deval)型測(cè)試進(jìn)行測(cè)定。微Deval型測(cè)試通常目的在于確定承受公路交通作用的表征粒狀形式的石頭的能力的耐磨性，尤其是干時(shí)微粒互相之間的摩擦導(dǎo)致的磨損。未來改進(jìn)的測(cè)試，M＝500克的預(yù)先洗過并干燥的物料被準(zhǔn)備，由具有10至14mm之間直徑的顆粒構(gòu)成。所述樣品連同具有10mm直徑的2kg不銹鋼球一起被放置在一個(gè)裝備有內(nèi)橡膠襯并由密封蓋封閉的不銹鋼滾筒中。封閉的滾筒在30分鐘內(nèi)繞其水平設(shè)置的軸線旋轉(zhuǎn)3000次，所述物料通過1.6mm的測(cè)試篩篩分。然后稱量篩出物的重量M1。易碎性特征參數(shù)MD由表達(dá)式MD＝100(M-M1)/M獲得，其確定通過摩擦形成的細(xì)粒百分比。采用該指標(biāo)，如果系數(shù)MD大于10，則認(rèn)為物料是足夠易碎性的。為舉例的目的，通過對(duì)不同物料測(cè)試獲得的結(jié)果在下表中表明

多孔物料呈現(xiàn)出具有非常低表觀密度并結(jié)合有高熱容的優(yōu)點(diǎn)。而且，這些物料具有大的表面粗糙度，當(dāng)沖擊波傳播而所述顆粒被攪動(dòng)時(shí)，所述粗糙度通過摩擦提高能量的耗散。結(jié)合了多孔性和易碎性的物料將被優(yōu)先選擇。在提供有益結(jié)果的物料中，以下的是值得關(guān)注的浮石、火山灰渣(pozzolana)和Siporex。
粒狀物料層優(yōu)選包含非易燃性固體粉塵，以散布的方式處于固體粒狀物料中，以形成所述塵霧團(tuán)。這種設(shè)置避免在數(shù)年以后可能發(fā)生的粉塵結(jié)塊危險(xiǎn)，例如存在潮濕或振動(dòng)。實(shí)際上這種結(jié)塊將非常有害粉塵的塵霧將不能再形成并且結(jié)塊的粉塵甚至?xí)纬勺璧K氣體前進(jìn)的堵塞物，引起設(shè)備爆炸。當(dāng)然，分散在所述物料中的粉塵的存在與選擇易碎性物料不矛盾，完全相反。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，氣體排除通道由一密封裝置封閉，當(dāng)所述密封裝置受到超過預(yù)定閾值的壓差時(shí)自動(dòng)開啟。此容器外殼于是是一密封外殼。所述氣體可以是一種具有比空氣更大的絕緣強(qiáng)度的氣體，例如六氟化硫。
有利地，所述層設(shè)置在密封裝置的下游。氣體排除通道從所述密封裝置向所述層擴(kuò)展開，形成氣體膨脹容積。氣體排除通道呈現(xiàn)一處于密封裝置層面的開口截面，所述層具有一面向密封裝置設(shè)置的敞放外表面，所述敞放外表面具有比開口截面面積大三倍的面積。在如此限定的幾何條件下，氣體以鏢狀物的形式在密封裝置的層面上射出。所述物料層的功效使其能夠被布設(shè)在所述鏢狀物中。位于密封裝置和粒狀物料層之間的氣體膨脹區(qū)由此被大大減小，其使限定氣體排除通道的壁面能夠減小，據(jù)此由到達(dá)所述層的壓力波在這些壁上作用更小的應(yīng)力，并且限制所述設(shè)備的變形。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，所述敞放外表面相對(duì)于所述開口截面設(shè)置在小于六倍于特征開口直徑的距離處，所述特征開口直徑定義為內(nèi)接于所述開口截面中的最大圓的直徑。
在內(nèi)部電弧產(chǎn)生壓力或沖擊波的情況下，這種設(shè)置允許在直接面向小孔的區(qū)域中大物料的大變形，其吸收沖擊波能量并防止其擴(kuò)散到粒狀物料層之外。使用非常粗糙和/或易碎性的粒狀物料使物料層能夠被設(shè)置得相當(dāng)靠近連通小孔，其有助于減小在連通小孔和物料層表面之間保持空余的容積中的壓力。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，功能元件是一高壓元件，所述高壓的寬泛含義中特別地包括中壓。然而對(duì)低壓設(shè)備的應(yīng)用也不排除。


其它優(yōu)點(diǎn)和特征通過本發(fā)明的僅作為非限制性實(shí)例給出并在附圖中示出的特定實(shí)施例的下述說明將變得更加清楚明白，其中圖1示出根據(jù)本發(fā)明的電氣設(shè)備的示意性橫截面視圖；圖2示出圖1設(shè)備在繼內(nèi)部電故障之后的示意性橫截面視圖。
圖3示出本發(fā)明第二實(shí)施例的示意性橫截面視圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，一高壓電氣設(shè)備包括形成一個(gè)容器12的密封外殼10，所述容器12容放高絕緣強(qiáng)度氣體例如六氟化硫并容放高壓功能裝置13，在圖1中以示意性方式用虛線表示的所述高壓功能裝置包括高壓下的電導(dǎo)體，可以連接到電器裝置例如斷路器、切斷開關(guān)、接地開關(guān)、電路斷開裝置、開關(guān)或配電變壓器或測(cè)量輔助設(shè)備并借助套管14連接到外部。該密封外殼10設(shè)置在基座16上，其各壁連同所述外殼的底壁形成一底部設(shè)有排放出口20的冷卻外殼18。容器12的底壁設(shè)有出口小孔22使所述容器與冷卻外殼連通。在正常操作中，該小孔22被隔膜24封閉。
所述容器被剛性水平格柵30分隔成上部容積26和下部容積28。剛性格柵30支撐一層固體粒狀物料32。當(dāng)然，格柵30被調(diào)整以便不讓其支撐的固體物料32的顆粒通過。粒狀物料層的近乎平的上表面34是敞放的或由一可變形網(wǎng)保持。未填充的膨脹容積保持在容器外殼10的底壁和所述物料的上部自由表面34之間。
固體粒狀物料32優(yōu)選是一種具有低散裝密度的多孔物料，帶有打開或閉合的孔隙，例如浮石或火山灰渣。由此以相對(duì)低的質(zhì)量獲得大體積的物料。包括大量礦塵(mineral dust)的物料也是優(yōu)選的，所述礦塵，如將會(huì)看到的那樣，起到悶熄火焰和冷卻氣體的作用。
無孔粒狀物料，例如沉積在一張紙上的細(xì)鑄造用沙也能使用，當(dāng)氣流穿過時(shí)其形成塵霧。于是質(zhì)量必然較大。
在容器中產(chǎn)生內(nèi)部電弧38的主要事故大的情況下，如圖2所示，所述隔膜24破裂，使伴隨有壓力波的熱氣體射流和熾熱固體微粒流過出口小孔。實(shí)際上，射流通常是超聲的而所述波是沖擊波。所述射流在粒狀物料中沖出一個(gè)坑40。伴隨爆炸的熾熱微粒被阻止在所述物料層的最初幾毫米中，其用作物料層的過濾器。壓力下的氣體流過粒狀物料，伴隨有塵霧42，并且在經(jīng)由格柵30離開而進(jìn)入下部容積28之前與所述顆粒接觸進(jìn)行熱交換而被冷卻。伴隨氣體離開所述物料層的固體微粒的該塵霧42有助于氣體冷卻。不同于技術(shù)現(xiàn)狀，該塵霧顯得格外有用，因?yàn)殡x開裝置的氣體未完全耗盡，由此飛弧可能導(dǎo)致與周圍空氣連鎖反應(yīng)引起后燃。氣體中的空氣攜帶的固體微粒的存在改進(jìn)了混合物的成份、其熱容量和其動(dòng)力學(xué)，全面有助于阻止再燃。
試驗(yàn)上，觀察到可以將粒狀物料層放置在離所述小孔一小段距離處。爆炸發(fā)生時(shí)過濾器的變形顯得非常有助于緩沖沖擊波并且使冷卻外殼中的壓力增長(zhǎng)最小化。
不希望在此提出所述存在現(xiàn)象的全部理論，讓我們指出所述小孔充當(dāng)一噴嘴，以致在沒有所述粒狀物料層時(shí)，射流將形成圓錐形焦點(diǎn)的形狀，也稱為鏢狀物，其底由小孔的周邊形成，其峰頂將大約位于6倍于所述底直徑的距離處。但是，由于非常接近粒狀物料層，所述射流在其聚集成點(diǎn)之前觸及粒狀物料的自由表面，在其中沖出一個(gè)坑。組成所述物料的顆粒被重新定位，引起摩擦，伴隨有明顯的碎散并形成粉塵。就此而言，組成所述物料的顆粒大粗糙性是有利的，因?yàn)槠渫ㄟ^摩擦和磨蝕增強(qiáng)了能量的損耗。射流和沖擊波的能量傳遞給所述顆粒，有助于移動(dòng)和破碎它們?？傮w上，物料層起到吸收所述波的入射能量的作用并防止沖擊波通過物料層的傳播。由于由物料層上表面形成的接觸面的高表觀粗糙度，所述波在物料層自由表面的反射也大大削弱，由此物料層自由表面上方的空余容積中的壓力增加也受到限制。
可變形的格柵或網(wǎng)可以設(shè)置用來覆蓋粒狀物料層的頂面以將所述物料保持在位。然而，該網(wǎng)或格柵必須不妨礙由沖擊波造成的物料層大變形40。
本發(fā)明的第二實(shí)施方案示于圖3中。根據(jù)該實(shí)施方案，配電設(shè)備包括數(shù)個(gè)高壓隔室。每一個(gè)隔室包括一密封外殼10a，10b，10c，形成用于高壓電氣設(shè)備的容器12a，12b，12c。所述隔室由形成共同冷卻外殼18的共同基座16支撐。每一隔室在其底壁上設(shè)有被止回閥24a，24b，24c關(guān)閉的出口小孔22a，22b，22c。如第一實(shí)施方案中那樣，冷卻外殼18包括支撐一層或多層粒狀物料32的中間格柵30。在一個(gè)隔室中發(fā)生內(nèi)部電弧的情況下設(shè)備的操作與前述的第一實(shí)施方案的相同。然而應(yīng)當(dāng)指出的是，通過用止回閥替換第一實(shí)施方案中的隔膜，確保了在事故之初冷卻外殼上部容積中經(jīng)受的壓力增加不會(huì)導(dǎo)致氣體進(jìn)入未受影響的鄰近隔室。
當(dāng)然各種修改是可以的。
用于關(guān)閉連通孔的薄膜可用一種閥替代，其在容器中的壓力和冷卻外殼中的壓力之差超過預(yù)定閾值時(shí)開啟。
固體粒狀物料能被設(shè)為幾層，用剛性或非剛性格柵隔開。不同層可以具有不同的粒度。更一般地說，不同層能用不同物料構(gòu)成。
也可以設(shè)想采用成塊的粒狀物料，只要顆粒具有足夠大的直徑并且通路保持在顆粒之間用于氣體流動(dòng)。就此而言，由火山灰渣顆粒制成的剛性板能構(gòu)成一種有益的替代物，火山灰渣顆粒例如其具有10至15毫米的直徑，用耐火膠粘物料尤其是火山塵基粘合劑粘合。這種解決方案的優(yōu)勢(shì)在于方便過濾器的定位，例如垂直或傾斜。于是必然包含在火山灰渣中的粉塵足以形成所需的塵霧。
包括具有不同直徑的顆粒的非均勻物料也能用作固體顆粒物料。
存在于容器中的氣體可以是空氣。所述容器可以處于或不處于壓力下。
本發(fā)明也可用于低壓設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種電氣設(shè)備，其包括具有氣體絕緣的功能裝置(13)的容器外殼(12)，從所述容器外殼(12)內(nèi)部通向外部的出口通道，用于排除由容器外殼(12)中內(nèi)部電弧造成的氣流，非可燃性固體粒狀物料(32)的多孔層，設(shè)置在出口通道上使得氣流經(jīng)由其通過，其特征在于，所述層以這樣一種方式組成和設(shè)置，使得當(dāng)氣流穿過多孔層(32)時(shí)產(chǎn)生非可燃性固體粉塵的塵霧(42)。
2.如權(quán)利要求1所述的具有氣體絕緣的電氣設(shè)備，其特征在于固體粒狀物料(32)是不結(jié)塊的。
3.如權(quán)利要求2所述的具有氣體絕緣的電氣設(shè)備，其特征在于固體粒狀物料(32)是移碎的。
4.如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的具有氣體絕緣的電氣設(shè)備，其特征在于固體粒狀物料(32)至少部分地由多孔顆粒形成。
5.如權(quán)利要求4所述的具有氣體絕緣的電氣設(shè)備，其特征在于多孔顆粒選自浮石、火山灰渣或者Siporex的顆粒。
6.如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的具有氣體絕緣的電氣設(shè)備，其特征在于顆粒物料的所述層包括非可燃性固體粉塵，其散布于固體顆粒物料中以形成所述的塵霧(42)。
7.如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的具有氣體絕緣的電氣設(shè)備，其特征在于氣體排除通道由密封裝置(24)封閉，所述密封裝置(24)在其受到超過預(yù)定閾值的壓差時(shí)自動(dòng)打開。
8.如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的具有氣體絕緣的電氣設(shè)備，其特征在于所述層設(shè)置在密封裝置(24)下游。
9.如權(quán)利要求8所述的具有氣體絕緣的電氣設(shè)備，其特征在于所述氣體排除通道從密封裝置向所述層向外擴(kuò)展，形成氣體膨脹容積(26)。
10.如權(quán)利要求9所述的具有氣體絕緣的電氣設(shè)備，其特征在于所述氣體排除通道在密封裝置的層面上具有一開口截面，所述層具有一面向密封裝置(24)設(shè)置的敞放外表面(34)，所述敞放外表面具有比開口截面面積大三倍的面積。
11.如權(quán)利要求10所述的具有氣體絕緣的電氣設(shè)備，其特征在于所述敞放外表面(34)相對(duì)于所述開口截面設(shè)置在小于六倍于特征開口直徑的距離處，所述特征開口直徑定義為內(nèi)接于所述開口截面中的最大圓的直徑。
12.如權(quán)利要求11所述的具有氣體絕緣的電氣設(shè)備，其特征在于所述功能裝置(13)是高壓裝置。
全文摘要
一種電氣設(shè)備容器(12)設(shè)置在外測(cè)上開口的冷卻外殼(18)上。出口小孔(22)使容器(12)與冷卻外殼(18)連通。該小孔由隔膜或止回閥(24)封閉。格柵(30)將冷卻外殼分隔成上部容積(26)和下部容積(28)。格柵(30)支撐一層固體粒狀物料(32)，其上表面(34)保持自由。所述物料優(yōu)選是多孔的并且也包含粉塵。在內(nèi)部電弧的情況下，從所述容器溢出的沖擊波通過所述固體物料層(32)的表面變形(34)被緩沖。經(jīng)過所述開口射出的熾熱微粒被所述固體物料層阻止。熱氣體當(dāng)它們流過所述物料時(shí)被冷卻，使粉塵塵霧幫助阻止任何后燃。
文檔編號(hào)H02B13/035GK1653664SQ03810996
公開日2005年8月10日 申請(qǐng)日期2003年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月15日
發(fā)明者帕特里克·切瓦利爾, 瓊－克勞德·費(fèi)伊, 佛朗科伊斯·金泰爾斯, 斯蒂芬·吉?jiǎng)诘? 多米尼克·瑟維 申請(qǐng)人:施耐德電器工業(yè)公司