ПАНЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА С ГАЗООТВОДНЫМ УСТРОЙСТВОМ
PANEL OF ELECTRIC DISTRIBUTION DEVICE WITH GAS DISCHARGE DEVICE

Настоящее изобретение относится к панели электрического распределительного устройства с газоотводным устройством.
Как известно, в системах распределения электроэнергии панели распределительных устройств являются электрическими деталями, используемыми в качестве узловых точек, в то время как кабели и воздушные линии передачи осуществляют соединение различных узлов.
С точки зрения конструкции, известные панели распределительных устройств, которые могут также называться с использованием эквивалентных терминов электрическими распределительными щитами, либо попросту распределительными устройствами или электрической панелью, либо аналогичными определениями, обычно содержат металлический корпус, который разделен внутри на несколько отсеков или ячеек, вмещающих несколько устройств и оборудование. Например, один отсек вмещает коммутирующий блок, такой как автоматический выключатель; второй отсек вмещает основные кабели, такие как электрические шины, подающие питание от источника электропитания; еще один отсек вмещает кабельную сеть, выполненную с возможностью соединения с нагрузкой, например, электродвигателем.
В зависимости от применения панели распределительных устройств могут содержать и другие компоненты, такие как трансформаторы тока, предохранители, трансформаторы напряжения и так далее.
Во время эксплуатации панели распределительного устройства могут возникать некоторые повреждения в электрической цепи или неисправности, такие как короткие замыкания, перегрузки по току и, в частности, явления образования дуги.
Явления образования дуги, например дуговые замыкания или дуговые вспышки, возникают в тех случаях, когда дуги электрического тока образуются, например, между двумя проводами внутри распределительного шкафа, например между фазными проводами, фазными и нулевыми проводами, между контактами используемого автоматического выключателя или между проводом и заземлением и так далее. При возникновении дуговых замыканий, в частности, в областях применения высокого напряжения, где уровни используемой энергии довольно значительны, связанный с ними ионизированный газ может высвобождаться при давлениях и температурах, достаточных для серьезного повреждения или разрушения самой панели распределительного устройства и/или размещаемых внутри устройств и оборудования, при этом они могут оказаться потенциально опасными для обслуживающего персонала или оборудования внутри корпуса. В частности, материалы, задействованные в дуге или подвергаемые ее воздействию, образуют горячие продукты разложения - как газообразные, так и дисперсные - которые являются пластмассовыми и/или металлическими и могут выделяться из корпуса в окружающее пространство вместе с горячими газами и пламенем или помимо них.
Ввиду указанных проблем были введены отдельные стандарты промышленной безопасности; например, один типичный стандартный тест предусматривает использование легковоспламеняющихся индикаторов, таких как куски ваты или эквивалентного материала, которые помещаются снаружи корпуса распределительного устройства по периметру корпуса на определенном расстоянии от некоторых или всех его боковых стенок.
Во время испытаний, когда обеспечивается образование внутренней дуги, эти легковоспламеняющиеся индикаторы не должны воспламеняться.
Поэтому такие стандарты налагают на производителей распределительных устройств обязательства вводить системы защиты, пригодные для предотвращения и/или уменьшения влияния возможных электрических дуг.
В частности, многие известные решения направлены на заблаговременное обнаружение возникающей электрической дуги с последующим выполнением оперативных действий по предотвращению или уменьшению нежелательных эффектов на ранней стадии.
Например, первое решение предусматривает оценку возмущений в проводе, которые свидетельствуют о явлениях образования дуги; во втором решении используются датчики давления для контроля повышения давления, свидетельствующего о явлениях образования дуги. Еще одно решение предполагает использование приемников оптического излучения, таких как оптические волокна, для обнаружения видимого излучения и посредством этого восприятия вспышки дуги, связанной с явлением образования дуги.
Другие явления вместо этого направлены на ограничение результирующих эффектов электрической дуги.
Например, существуют широко распространенные дугостойкие распределительные шкафы, способные механически выдерживать волны давления и температуры, связанные с дуговыми замыканиями; в некоторых иных случаях предусматриваются специальные детали корпуса, которые могут взрываться из-за электрической дуги, возникающей внутри корпуса.
В дополнение или в качестве альтернативы предусматриваются также подходящие пути для канализирования и отвода горячих газов и пламени, образуемых при дуговом замыкании, из внутренних отсеков в направлении требуемой области; например, предусматриваются створки или воздуховоды, которые направляют горячие газы, пламя и твердые частицы во внешнюю среду через верхнюю крышку корпуса или в некоторых случаях даже под землей, т.е. в направлении зон вдали от возможного присутствия обслуживающего персонала.
Хотя известные решения действуют достаточно удовлетворительно, тем не менее, существует необходимость и потребность в дальнейших усовершенствованиях.
Эта потребность реализуется с помощью панели распределительного устройства, содержащей корпус, который имеет множество стенок, определяющих границы внутреннего объема, подходящего для размещения электрического или электронного оборудования, причем по меньшей мере первая стенка из упомянутого множества стенок снабжена одним или более окнами, и газоотводное устройство, которое функционально связано с упомянутой первой стенкой. Данная панель распределительного устройства отличается тем, что упомянутое газоотводное устройство включает в себя:
- по меньшей мере первый барьерный элемент, содержащий первую поверхность, которая снабжена множеством первых сквозных окон, каждое из которых образует первый отводный участок;
- второй барьерный элемент, содержащий вторую поверхность, снабженную множеством вторых сквозных окон, каждое из которых образует второй отводный участок;
- третий барьерный элемент, содержащий третью экранирующую поверхность.
Первый барьерный элемент, упомянутый второй барьерный элемент и упомянутый третий барьерный элемент функционально связаны друг с другом и с упомянутой первой стенкой таким образом, что они образуют одну или более боковых газоотводных участков, которые располагаются перпендикулярно относительно упомянутого множества первых сквозных окон и/или упомянутого множества вторых сквозных окон.
Дополнительные характеристики и преимущества изобретения будут понятны из описания предпочтительных, но не исключительных вариантов осуществления панели распределительного устройства в соответствии с изобретением, неограничительные примеры которого представлены на прилагаемых чертежах, на которых:
фиг. 1 представляет собой перспективное изображение, на котором показана панель распределительного устройства, снабженная газоотводным устройством, в соответствии с изобретением;
фиг. 2 представляет собой перспективное изображение первого барьерного элемента газоотводного устройства, приведенного на фиг. 1, часть которого увеличена, чтобы лучше показать конструкцию первого барьерного элемента;
фиг. 3 представляет собой перспективное изображение второго барьерного элемента газоотводного устройства, приведенного на фиг. 1, часть которого увеличена, чтобы лучше показать конструкцию второго барьерного элемента;
фиг. 4 представляет собой перспективное изображение третьего экранирующего элемента газоотводного устройства, приведенного на фиг. 1;
фиг. 5 представляет собой перспективное изображение фасонного бокового элемента газоотводного устройства, приведенного на фиг. 1;
фиг. 6 представляет собой покомпонентное изображение, иллюстрирующее элементы газоотводного устройства, приведенного на фиг. 1, во время сборки;
на фиг. 7 изображен вид сбоку газоотводного устройства, приведенного на фиг. 1, после сборки.
На фиг. 1 изображен пример панели электрического распределительного устройства в соответствии с изобретением, обозначенной общей ссылочной позицией 100, которая включает в себя в соответствии с известными решениями корпус, имеющий множество стенок, а именно заднюю стенку 1, переднюю стенку 2 (например, одностворчатую или многостворчатую дверцу), две боковые стенки 3, 6, верхнюю стенку или крышку 4 и нижнюю стенку 5, которые все вместе образуют внутренний объем, пригодный для размещения различного электрического или электронного оборудования и/или устройств, таких как, например, автоматический выключатель, электрические шины, кабели, электронные реле и т.д.
По меньшей мере одна из стенок корпуса - в изображенном варианте осуществления предпочтительно верхняя стенка или крышка 4 (далее называемая «первой стенкой») - снабжена одним или более окон 7, как схематически изображено на фиг. 6; такие окна 7 пригодны для обеспечения отвода за пределы корпуса горячих газов, пламени, твердых частиц и т.п., которые могут создаваться при образовании электрической дуги внутри панели 100.
Предпочтительно панель 100 распределительного устройства в соответствии с настоящим изобретением содержит газоотводное устройство, которое в целом обозначено ссылочной позицией 10 и функционально связано с корпусом панели 100.
В изображенном варианте осуществления газоотводное устройство 10 расположено снаружи корпуса и функционально связано с первой стенкой 4 и - как это будет следовать более явно из нижеследующего описания - предназначено для уменьшения эффектов, возникающих в результате электрической дуги, образующейся внутри корпуса, например, пламени, твердых частиц и, в частности, горячих газов.
Газоотводное устройство 10 включает в себя, по меньшей мере, первый барьерный элемент 11, который, как показано в примере осуществления на фиг. 2, содержит плоскую поверхность 15, снабженную множеством сквозных окон 12.
Очевидно, первый барьерный элемент 11 может иметь иную форму по сравнению с примером формы, изображенным на прилагаемом чертеже, при условии, что такая иная форма пригодна для данного применения.
Для упрощения и большей наглядности на фиг. 2 часть (А) плоской поверхности 15 увеличена; следует понимать, что увеличенная часть (А) со сквозными отверстиями 12 проходит по значительной части плоской поверхности 15; например, по меньшей мере 30% от всей плоской поверхности 15, предпочтительно по меньшей мере 40% от всей плоской поверхности 15, более предпочтительно по меньшей мере преобладающая (т.е. более 50%) часть от всей плоской поверхности 15 перфорирована сквозными окнами 12.
Расположенные по периметру края каждого первого окна 12 определяют границы сквозного участка 13, т.е. отводного участка 13, через который могут проходить горячие газы, пламя и твердые частицы, поступающие изнутри корпуса; различные отводные участки 13, образуемые каждым из первых окон 12, предпочтительно практически (например, +/-10%) равны друг другу.
Предпочтительно первые сквозные окна 12, которые определяют границы всех соответствующих практически одинаковых отводных участков 13, случайным образом расположены на плоской поверхности 15.
В примере осуществления, изображенном на фиг. 2, первые сквозные окна 12 предпочтительно выполнены в виде круглых сквозных окон 12, при этом передний участок каждого круга образует соответствующий отводный участок 13 (один из примеров которого обозначен точками в увеличенной части (А)).
В соответствии с другим вариантом, могут иметься первые сквозные окна любой формы при условии, что они совместимы в пределах объема настоящего изобретения, например, могут иметься квадратные сквозные окна или эллиптические сквозные окна и т.д., каждое из которых предпочтительно определяет границы одного и того же соответствующего отводного участка 13.
Далее, в дополнение к указанному одному или более первых сквозных окон 12, каждое из которых определяет границы соответствующего отводного участка 13, причем все отводные участки 13 равны друг другу, может быть предусмотрен барьерный элемент 11 с другими окнами, расположенными по периметру, края которых могут определять границы другого сквозного участка. Например, на кромках первого барьерного элемента 11 предусмотрены некоторые соединительные отверстия 18 для целевого приема соединительных средств, таких как части соединителей 40, изображенных на фиг. 6 и 7, которые подробнее описываются ниже; вместо этого могут быть предусмотрены некоторые другие отверстия 19 для приема других стандартных средств соединения или запирающих деталей, таких как небольшие вставные изоляторы и т.д.
В любом случае число первых сквозных окон 12, каждое из которых определяет границы соответствующего (практически одного и того же) отводного участка 13, предусмотренного на плоской поверхности 15, предпочтительно является преобладающим, т.е. по меньшей мере более половины отверстий/окон, предусмотренных на первой поверхности 15, выполнено в виде показанных первых сквозных окон 12.
В изображенном на чертежах примере осуществления газоотводное устройство 10 включает в себя второй барьерный элемент 21, функционально связанный с первым барьерным элементом 11.
В изображенном на фиг. 3 примере второй барьерный элемент 21 выполнен в виде металлической пластины и имеет практически плоскую центральную часть 25 (называемую далее «второй плоской поверхностью 25»), которая снабжена множеством вторых сквозных окон 22.
В изображенном примере осуществления боковые части 26, имеющие, например, L-образное сечение, выступают над второй плоской поверхностью 25.
Кроме того, второй барьерный элемент 21 может иметь другую форму, например, быть U-образным или С-образным, либо иметь иную подходящую форму при условии, что она совместима в пределах объема настоящего изобретения.
Для упрощения и большей наглядности на фиг. 3 часть (В) второй плоской поверхности 25 также увеличена; следует понимать, что увеличенная часть (В) со сквозными окнами 22 проходит по значительной части плоской поверхности 25. Например, по меньшей мере 30% от всей плоской поверхности 25, предпочтительно, по меньшей мере, 40% от всей плоской поверхности 25, более предпочтительно по меньшей мере преобладающая (т.е. более 50%) часть от всей плоской поверхности 25 перфорирована сквозными окнами 22.
Расположенные по периметру края каждого второго окна 22 определяют границы сквозного участка 23, т.е. отводного участка 23, через который могут проходить горячие газы, пламя и твердые частицы, поступающие изнутри корпуса и уже прошедшие через окна 7 и первые окна 12; различные отводные участки 23, образуемые каждым из вторых окон 22, предпочтительно практически (например, +/-10%) равны друг другу.
Кроме того, предпочтительно указанное одно или более вторых сквозных окон 22, которые определяют границы всех соответствующих практически одинаковых отводных участков 23, случайным образом расположены на второй поверхности 25.
Кроме того, предпочтительно, как изображено на фиг. 3, вторые сквозные окна 22 выполнены в виде круглых сквозных окон 22, при этом передний участок каждого круга образует соответствующий отводный участок 23 (один из примеров которого обозначен точками в увеличенной части (В)).
В соответствии с другим вариантом, на втором барьерном элементе 21 могут также иметься сквозные окна любой формы, как указано выше для первого барьерного элемента 11, например, квадратной, эллиптической и так далее, каждое из которых определяет границы соответствующего одного и того же участка 23, при условии, что они совместимы в пределах объема настоящего изобретения.
Кроме того, второй барьерный элемент 21 помимо вторых сквозных окон 22 может быть снабжен дополнительными окнами, расположенными по периметру, края которых могут определять границы другого сквозного участка; в частности, некоторые окна 29 могут использоваться только для приема крепежных винтов или запирающих деталей, в то время как некоторые соединительные отверстия 28 предусматриваются специально, например, на кромках второго барьерного элемента 21. Такие дополнительные соединительные отверстия 28 выполнены с возможностью размещения на одной прямой с соединительными отверстиями 18, предусмотренными на первом барьерном элементе 11, и приема частей соединителей 40, как подробно описывается ниже.
В любом случае число вторых сквозных окон 22, каждое из которых определяет границы соответствующего одного и того же отводного участка 23, предусмотренных на второй поверхности 25, предпочтительно является преобладающим, т.е. по меньшей мере более половины отверстий/окон, предусмотренных на второй поверхности 25, выполнено в виде показанных вторых сквозных окон 22.
Предпочтительно первый отводный участок 13, ограниченный краями каждого первого сквозного окна 12 из совокупности одного или более первых сквозных окон 12, отличается от второго отводного участка 23, ограниченного краями каждого второго сквозного окна 22 из совокупности одного или более вторых сквозных окон 22.
В соответствии с особенно предпочтительным вариантом осуществления первый отводный участок 13, образуемый каждым первым сквозным окном 12 из совокупности одного или более первых сквозных окон 12, больше второго отводного участка 23 каждого второго сквозного окна 22 из совокупности одного или более вторых сквозных окон 22.
В частности, второй отводный участок 23 каждого второго сквозного окна 22 из совокупности вторых сквозных окон 22 составляет, например, от 2% до 90%, предпочтительно от 3% до 50% от первого отводного участка 13, образуемого каждым первым сквозным окном 12 из совокупности первых сквозных окон 12.
1
2
2
2
Например, в изображенном примере каждое круглое первое окно 12 имеет диаметр D, равный 6 мм, а каждое круглое второе окно 22 имеет диаметр D, равный 2 мм; следовательно, каждый первый отводный участок 13 равен 28,26 мм, а каждый второй отводный участок 23 равен 12,56 мм.
Газоотводное устройство 10 предпочтительно снабжено третьим барьерным или экранирующим элементом 31, которое функционально связано по меньшей мере с одним из первого и второго барьерных элементов 11, 12.
В примере осуществления, изображенном на фиг. 4, третий барьерный элемент 31 выполнен из металлической пластины, имеющей, например, U-образное сечение, причем ее наибольшая часть имеет центральный плоский участок 35, который практически не перфорирован (за исключением возможных окон 39, необходимых для приема некоторых запирающих деталей); кроме того, на кромках центрального плоского участка 35 предусмотрены соединительные отверстия 38, выполненные с возможностью размещения на одной прямой с соединительными отверстиями 18, предусмотренными на первом барьерном элементе 11, и отверстиями 28, предусмотренными на втором барьерном элементе 21, и приема соединителей 40, как подробнее описывается ниже. В частности, неперфорированная часть плоской поверхности 35 составляет преобладающую часть, например, по меньшей мере 50% от всей плоской поверхности 35, предпочтительно по меньшей мере 60% от всей плоской поверхности 35, более предпочтительно по меньшей мере 70% от всей плоской поверхности 35.
Очевидно, третий барьерный элемент 31 может иметь различную форму при условии, что он является пригодным в пределах объема заявки.
В любом случае третий барьер 31 представляется в виде экрана, т.е. практически замкнутого элемента, который в максимальной степени предотвращает выход газов, пламени и твердых частиц из верхней части узла 10, т.е. в направлении, практически перпендикулярном крышке 4.
В изображенном примере осуществления газоотводное устройство 10 содержит также один или более боковых или рамных элементов 50; как показано на фиг. 5, каждый рамный элемент 50 может быть выполнен в виде фасонного металлического элемента, имеющего, например, S-образное сечение. На одном или более участков каждого рамного элемента 50 предусмотрены соединительные отверстия 58, выполненные с возможностью размещения на одной прямой с отверстиями 18, 28, 38, предусмотренными на первом барьерном элементе 11, втором барьерном элементе 21 и экранирующем элементе 31 соответственно, и приема частей соединителей 40, как подробнее описывается ниже.
Очевидно, такой рамный элемент 50 при использовании может также иметь любую иную подходящую форму, например, быть L-образным, С-образным и т.д.
В соответствии с примером осуществления, изображенным на фиг. 6-7, при сборке первый барьерный элемент 11 размещается таким образом, что первая поверхность 15 опирается на крышку 4 и обращена к окнам 7, в то время как соединительные отверстия 18, предусмотренные на его кромках, размещаются на одной прямой с соединительными отверстиями 68, предусмотренными на крышке 4.
В свою очередь, второй барьерный элемент 21 размещается таким образом, что вторая поверхность 25 обращена к первой поверхности 15 и находится на некотором расстоянии от нее, в то время как участки 26 опираются на соответствующие кромки первого барьерного элемента 11; соединительные отверстия 28, предусмотренные на кромках, размещены на одной прямой с соответствующими отверстиями 18, предусмотренными на кромках первого барьерного элемента 11.
При использовании опора на боковые рамные элементы осуществляется над кромками второго барьерного элемента 21 и на них, при этом отверстия 58 расположены на одной прямой с соответствующими отверстиями 18, 28, 68.
При использовании рамных элементов 50 внутри каждой серии расположенных на одной прямой отверстий 18, 28, 68 и 58 имеются вставленные соответствующие оконечные части соединителей 40. В изображенном примере такие соединители 40 имеют практически цилиндрический корпус, центральная часть 41 которого больше, чем оконечные части 42, которые, например, снабжены резьбой; для упрощения на фиг. 6 показаны лишь некоторые из соединителей 40, расположенных на двух параллельных сторонах, вместе с тем, следует понимать, что соединители 40 могут использоваться на любой стороне и в требуемом количестве.
Фактически, как показано на фиг. 7, одна оконечная часть 42 каждого соединителя 40 вставлена и проходит через расположенные на одной прямой отверстия 18, 28, 68 (и 58 при их наличии), при этом одна сторона большей центральной части 42 опирается на второй барьерный элемент 21 или соответствующий рамный элемент 50 при использовании таких элементов 50.
Затем третий экранирующий элемент 31 помещается таким образом, что вторая оконечная часть 42 каждого соединителя 40 входит в соответствующее соединительное отверстие 38 самого экранирующего элемента 31; при этом экранирующий элемент 31 опирается на вторую сторону большей части 41 и размещается таким образом, что его центральная плоская экранирующая поверхность 35 обращена ко второму барьерному элементу 21 и находится на некотором расстоянии от него. Подходящие крепежные средства, такие как самозапорные гайки 43, используются для завершения совместной сборки различных элементов 11, 21, 31 (и 50 при их использовании) друг с другом и с крышкой 4.
Фактически три элемента 11, 21, 31 расположены друг над другом в вертикальном направлении снаружи корпуса панели 100 распределительного устройства и образуют (также совместно с рамными элементами 50 при их использовании) один или более боковых отводных участков 70, которые расположены перпендикулярно относительно по меньшей мере одного, предпочтительно двух из множества первых сквозных окон 12 и множества вторых сквозных окон 22.
В частности, в изображенном примере осуществления после того, как различные элементы собраны, первый барьерный элемент 11 и второй барьерный элемент 21 определяют между ними границы внутреннего пространства 80, которое практически замкнуто по бокам и открыто в соответствующих окнах 12 и 22; указанный один или более боковых отводных участков 70 (два из которых обозначены на фиг. 7 наклонными линиями) образуются между кромками второго барьерного элемента 21 и третьего барьерного элемента 31 и на них.
В частности, устройство 10 в целом образует специальную среду, внутри которой результирующие побочные продукты электрической дуги попадают в корпус, и связанные с этим эффекты уменьшаются; совокупности первых сквозных окон 12 обеспечивают прохождение некоторых создаваемых дугой побочных продуктов, таких как пламя, твердые частицы и горячие газы, в замкнутое внутреннее пространство 80, в то время как совокупность вторых сквозных окон 22 дополнительно уменьшает количество побочных продуктов и связанных с этим эффектов, которые поступают в пространство 90 между вторым барьерным элементом 21 и третьим барьерным элементом 31. В действительности благодаря использованию различных отводных участков и, в частности, сквозных отводных участков уменьшающегося размера в направлении перемещения создаваемых дугой побочных продуктов из внутренней части корпуса в направлении открытого пространства устройство 10 действует как глушитель и замедляет, в частности, горячие газы и пламя. Затем то, что проходит через вторые сквозные окна 22, экранируется неперфорированным третьим элементом 31 и протекает (особенно, горячие газы) в направлении указанного одного или более боковых отводных участков 70 практически перпендикулярно (см. стрелки 71) крышке 4 и проходит через них. Боковые рамные элементы 50 образуют лабиринт, который способствует канализированию газов в направлении отводных участков 70.
Таким образом, большая часть побочных продуктов электрической дуги минимизируется устройством 10, а горячие газы (или даже пламя) в любом случае замедляются снаружи, при этом обеспечивается их прохождение на короткое расстояние, отвечающее соответствующим стандартным требованиям и испытаниям; как показано на фиг. 7, даже кромки 44 крышки 4 могут использоваться в качестве дополнительных отражающих или задерживающих поверхностей.
Из вышесказанного следует, что панель 100 распределительного устройства в соответствии с изобретением представляет собой усовершенствованную газоотводную систему с существенными преимуществами по сравнению с известным уровнем техники и в соответствии с решением, которое является чрезвычайно простым и эффективным. Сконструированная таким образом панель 100 распределительного устройства может подвергаться различным изменениям и создаваться в нескольких вариантах, причем все они находятся в пределах объема идеи изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения; например, различные барьерные элементы могут иметь иную форму, либо они могут по-другому размещаться относительно друг друга и связанного с ними корпуса, либо по-другому соединяться; узел 10 может соединяться с другой стенкой корпуса, например задней стенкой, и т.д. Материалы и размеры компонентов распределительного устройства могут быть любого типа в соответствии с потребностями и уровнем техники и при условии, что они соответствуют объему изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения.