ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ШКАФ С КЛАПАНОМ СБРОСА ДАВЛЕНИЯ
ELECTRIC CABINET WITH PRESSURE RELIEF VALVE

Настоящее изобретение относится к области электротехники, а именно, к конструкциям электрических шкафов или щитов, используемых для размещения электрического оборудования.
С точки зрения безопасности персонала, обслуживающего электрические шкафы, имеет важное значение задача минимизации влияния на людей, находящихся в зоне обслуживания, аварийного режима - короткого замыкания внутри шкафа. Короткое замыкание обычно сопровождается выходом плазмы, огня или горячих газов и одновременным резким повышением давления внутри электрошкафа. Для защиты персонала, например, применяются различные клапаны безопасности, закрывающие различные отверстия (вентиляционные и т.п.), выходящие в зону обслуживания электрошкафа. Примером таких клапанов может служить клапан безопасности по патенту RU 194564 от 16.09.2019 г.
Еще одним направлением повышения безопасности является усиление конструкции шкафа, защищающее его от разрушения, которое может привести к поражению людей. Вместе с этим применяются клапаны сброса давления, обеспечивающие снижение внутреннего давления на оболочку за счет выброса плазмы, огня или горячих газов в зону, свободную от обслуживающего персонала. Примеры таких клапанов можно найти в патентах RU 188204 от 21.07.2017 г, а также RU №2382460. Они выполняются в виде пластин листового металла, закрепляемых на поверхности электрошкафа с помощью болтов и фиксаторов. Открытие клапанов под действием давления происходит за счет сгиба пластин по линии перфорации, выполненной на клапанах.
Однако у таких клапанов есть ряд ограничений:
- вертикально капающая на клапан вода может попадать внутрь (через отверстия просечек в клапане и линию примыкания клапана к корпусу шкафа) и оказывать вредное воздействие на размещенное внутри оболочки оборудование - не обеспечивается степень защиты IPx1 по стандартам IEC 60529 (DIN 40050, ГОСТ 14254);
- после срабатывания клапана сгибаются, не возвращаются в исходное положение и приходят в негодность, то есть нуждаются в замене.
Задачей, на которую направлено заявленное изобретение, является создание клапана сброса давления электрошкафа, возвращающегося в исходное положение после падения давления внутри шкафа, конструкция которого без применения уплотнений обеспечивала бы защиту оборудования, размещенного внутри электрического шкафа, от вредного воздействия вертикально капающей воды.
Технический результат достигается за счет размещения отверстия прямоугольной формы (1) на одной из поверхностей электрического шкафа, со стороны которой не ведется обслуживание персоналом, например, на крыше (2) или задней стенке (3). На поверхность электрического шкафа, закрывая отверстие (1), закрепляется клапан сброса давления (4), состоящий из двух основных частей - рамки (5) и крышки (6). Рамка (5) клапана выполняется в виде плоского фланца (7) прямоугольной формы с отбортовкой. Фланец (7) рамки по периметру крепится к поверхности электрошкафа с помощью винтов. Отбортовка рамки по двум противоположным сторонам (8 и 9) выполняется под острым углом к поверхности фланца, по двум другим сторонам - под прямым углом к поверхности фланца.
Открывающаяся часть клапана выполняется в виде крышки (6) с отбортовкой прямоугольной формы такого размера, чтобы крышка (6) накрывала отбортовку рамки (5) со всех сторон. Отбортовка крышки (6) клапана по трем сторонам (11) выполняется под прямым углом к поверхности крышки, а по четвертой стороне выполняется увеличенная отбортовка (12) под острым углом к поверхности крышки. Крышка (6) клапана притягивается к рамке (5) с помощью двух пружин растяжения (13). Пружины с помощью винтов (14) крепятся к крышке клапана в точках, расположенных близко к остроугольной отбортовке (12) крышки. Другими концами пружины с помощью винтов (15) крепятся между рамкой (5) и поверхностью электрошкафа (2 или 3) в точках, расположенных дальше от остроугольной отбортовки (12) крышки. На отбортовке (12) крышки выполнены отверстия (16) так, чтобы при открывании крышки клапана головки винтов (17), крепящих рамку (5) клапана, проходили сквозь отверстия (16).
Клапан сброса давления (4) функционирует следующим образом.
В закрытом (нормальном) положении удерживаемая пружинами (13) крышка (6) закрывает рамку (5), обеспечивая защиту внутреннего объема шкафа от капающей сверху воды как при горизонтальном, так и при вертикальном расположении клапана. Это достигается за счет накрытия крышкой (6) рамки (5) клапана и плотного прилегания рамки (5) к поверхности электрошкафа (2 или 3). При горизонтальном размещении клапана вода скапливается на поверхности крышки (6), стекает на поверхность (2) крыши электрошкафа, и далее стекает с крыши. При вертикальном расположении клапана сброса давления (4) его следует крепить так, чтобы остроугольная отбортовка (12) крышки (6) находилась сверху. Вертикально капающие капли воды при этом стекают по уклону отбортовки (12) в угол рамки и далее вниз по поверхности электрошкафа (3).
При возникновении короткого замыкания (10) внутри электрошкафа, внутреннее давление растет, оказывая усилие (20) на крышку клапана (6). За счет смещения точек крепления пружин (13) к крышке (6) и зацепа остроугольной отбортовки (12) крышки за отбортовку (9) рамки (5), крышка открывается по радиусу, оставаясь прижатой к рамке остроугольной отбортовкой (12). При полном открывании крышки, поверхность остроугольной отбортовки (12) упирается в поверхность фланца (7) рамки, причем головки винтов (17), крепящих фланец (7), проходят в отверстия (16) в отбортовке крышки. Кромка (18) остроугольной отбортовки (12) крышки, упирающаяся в сгиб (19) рамки, ограничивает дальнейшее открытие крышки клапана. Головки винтов (17), вошедшие в отверстия (16) в отбортовке (12), фиксируют отбортовку (12) и предотвращают движение поверхности отбортовки (12) вдоль поверхности фланца (7) рамки (5). Таким образом, крышка (6) фиксируется в открытом положении до тех пор, пока внутреннее давление в шкафу не падает. После падения давления внутри шкафа, крышка (6) под действием силы (21) притяжения пружин (13) возвращается на место и накрывает рамку (5).
Данное техническое решение иллюстрируется следующими чертежами:
на Фиг. 1 представлен электрический шкаф - общий вид сзади с вариантами размещения клапана сброса давления;
на Фиг. 2 представлен электрический шкаф - виды сбоку с клапанами сброса давления в нормальном (закрытом) положении и в открытом положении;
на Фиг. 3 представлен клапан сброса давления - вид А сбоку, вид В сбоку, вид сверху, общий вид;
на Фиг. 4 представлен клапан сброса давления - общий вид с разнесенными составными частями;
на Фиг. 5 представлен клапан сброса давления - виды сбоку в разрезе, в закрытом положении, в открытом положении.
на Фиг. 6 представлен клапан сброса давления - вид сбоку в разрезе, в движении к закрытому положению.
На фигуре 1 показан электрошкаф, и его части, расположенные вне зоны обслуживания: крыша (2) и задние стенки (3). Показаны два варианта размещения клапана сброса давления (4) - на крыше (2) в установленном виде, и на задней стенке (3) перед установкой поверх отверстия (1).
На фигуре 2 показан электрошкаф сбоку с размещенными на крыше (2) и на задней стенке (3) клапанами сброса давления (4). На левом изображении показаны клапаны (4) в закрытом положении. На правом изображении показан условно взрыв (10) при коротком замыкании и клапаны (4) в открытом положении, - крышка клапанов (6) открывается под действием силы давления газов (20), позволяя газам и плазме выйти наружу, тем самым снижая давление внутри электрошкафа.
На фигуре 3 показана конструкция клапана сброса давления (4) на различных видах и его составные части: рамка (5), крышка (6), пружины (13).
На фигуре 4 показана конструкция клапана сброса давления (4) на виде с разнесенными деталями. Показано размещение винтового крепления (14, 15) пружин (13) к крышке (6) и рамке (5) клапана. Показано расположение остроугольных отбортовок (8) и (9) на рамке (5) клапана, отбортовок (11) крышки (6) клапана. Изображены отверстия (16) в остроугольной отбортовке (12) крышки (6) клапана.
На фигуре 5 показано расположение деталей клапана (4) в закрытом и открытом состоянии на виде сбоку в разрезе. На верхних изображениях показан в разрезе клапан в закрытом положении при размещении горизонтально и вертикально. На этих изображениях видно за счет чего достигается защита внутреннего объема от воды, падающей на клапан вертикально. На нижнем изображении поясняется принцип действия фиксации остроугольной отбортовки (12) крышки (6) клапана при открывании. Показано как головки винтов (17) проходят сквозь отверстия (16) в отбортовке, фиксируя крышку (6) от линейного движения вдоль поверхности (3) шкафа. Также на укрупненном виде показано как кромка (18) остроугольной отбортовки (12) крышки упирается в угол (19) между отбортовкой (9) и фланцем (7) рамки (5), ограничивая угол открывания крышки (6).
На фигуре 6 показан возврат крышки (6) на место (возвращение клапана (4) в закрытое положение) при падении давления внутри электрошкафа под действием силы сжатия (21) пружин (13).
Изобретение позволяет создать электрический шкаф с клапаном сброса давления, возвращающимся в исходное положение после падения давления внутри шкафа, конструкция которого без применения уплотнений обеспечивает защиту оборудования, размещенного внутри электрического шкафа, от вредного воздействия вертикально капающей воды.