ДЕФОРМИРУЕМОЕ УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ КОЛЬЦО ДЛЯ ДУГОСТОЙКОГО РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО КАНАЛА
DEFORMABLE SEALING RING FOR AN ANGULAR DISTRIBUTION CHANNEL

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится в целом к электрическим системам, и, более точно, к уплотнительному кольцу для защиты соединения между двумя смежными участками каналов.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Дугостойкие распределительные шкафы должны выдерживать воздействия внутренних дуговых коротких замыканий. Такие случаи, как правило, вызывают взрывную реакцию, которая приводит к разрушительной волне давления, проходящей по шкафу по направлению к вытяжному каналу, и вызывающей серьезные механические и термические нагрузки на структурные компоненты шкафа.
[0003] Одна из проблем существующих шкафов возникает на фланцевом соединении между смежными участками каналов. Соединение представляет собой типовое фланцевое стыковое соединение, в котором соответствующие фланцы смежных участков каналов прикрепляются друг к другу. Для соответствия стандартам безопасности, требуется такая структурная целостность, чтобы случайные выбросы волны давления через фланцевое соединение предотвращались. Например, промышленные стандарты требуют, чтобы индикаторы, размещенные в определенных положениях относительно шкафа, не сгорали в ходе испытаний вследствие выброса производных дуги. Стандарт IEEE раздел 37.20.7, параграф 5.4.2, Размещение Индикаторов. Это требование создает существенное затруднение при проектировании для модульных удлинений каналов, которые присоединяются на соответствующих фланцах.
[0004] Для соответствия промышленным стандартам, существующие шкафы упрочняются дополнительными структурными компонентами и упрочняющими материалами для ограничения деформации фланцевого соединения. Однако недостатки существующих шкафов включают в себя стоимость дополнительных материалов, увеличение времени для сборки дополнительных структурных компонентов, и вероятность развития загибов в упрочненном фланцевом соединении, который может непреднамеренно допустить выход волны давления и производных дуги.
[0005] Существует необходимость в дугостойком шкафу, который решает проблему деформации фланцевых соединений.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0006] В воплощении настоящего изобретения, сборка электрического шкафа для систем среднего или высокого напряжения, включает в себя камеру каналов с двумя панелями каналов, соединенными стыковым соединением. Как правило, стыковое соединение привинчивается (или иным образом прикрепляется) к боковым фланцам панелей каналов. Уплотнительное кольцо прикручивается к нижней стороне стыкового соединения. Когда возникает дуговое короткое замыкание, сила дугового разряда вынуждает волну давления проходить через камеру каналов, вызывая перекашивание панелей каналов. Волна давления стремится найти случайный вентиляционный ход через стыковое соединение. В ответ на волну давления, тем не менее, уплотнительное кольцо расширяется для поглощения волны давления, и заполняет любые зазоры в стыковом соединении, вызванные перекосом панелей каналов. По существу, уплотнительное кольцо блокирует выброс выхлопа через стыковое соединение и обеспечивает панелям каналов возможность временно соответствовать деформирующему давлению, вызванному дуговым коротким замыканием.
[0007] В другом воплощении настоящего изобретения, сборка электрического шкафа включает в себя участок первого канала, имеющий первую панель с первым фланцем. Участок второго канала расположен вблизи первого участка и имеет вторую панель со вторым фланцем. Второй фланец прикреплен к первому фланцу первой панели для формирования фланцевого стыкового соединения между первым и вторым участками каналов. Первый и второй участки расположены на пути, по которому проходит волна давления, в ходе дугового короткого замыкания в шкафу, к вытяжному каналу. Уплотнительное кольцо прикреплено изнутри к по меньшей мере одной из первой и второй панелей и покрывает фланцевое стыковое соединение. Уплотнительное кольцо деформируется вместе с первой и второй панелями в ответ на пиковое давление волны давления, деформация вынуждает уплотнительное кольцо заполнять зазоры, создаваемые во фланцевом стыковом соединении пиковым давлением в случае дугового короткого замыкания.
[0008] В другом альтернативном воплощении настоящего изобретения, сборка электрического шкафа включает в себя два смежных участка каналов, имеющих прямоугольные профили, сформированные соответствующими верхней, донной, левой и правой панелями. Первый и второй участки каналов находятся на пути, по которому проходит волна давления в случае дугового короткого замыкания по направлению к вытяжному каналу. Верхнее стыковое соединение формируется двумя скрепленными верхними фланцами, каждый из верхних фланцев присоединен к соответствующей верхней панели. Донное стыковое соединение образовано двумя скрепленными донными фланцами, каждый из донных фланцев присоединен к соответствующей донной панели. Уплотнительное кольцо установлено внутри и имеет сопрягающийся прямоугольный профиль с прямоугольными профилями участков каналов. Уплотнительное кольцо присоединено по меньшей мере к одной из верхних панелей и по меньшей мере к одной из нижних панелей для покрытия как верхнего стыкового соединения, так и нижнего стыкового соединения. Уплотнительное кольцо деформируется в ответ на пиковое давление волны давления, деформация вынуждает уплотнительное кольцо герметизировать верхнее и нижнее стыковые соединения в случае дугового короткого замыкания.
[0009] Вышеуказанные и прочие объекты и воплощения настоящего изобретения станут очевидны специалисту в данной области техники из подробного описания различных воплощений и/или объектов, выполненного со ссылкой на чертежи, краткое описание которых приведено ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0010] Изобретение будет более понятно со ссылкой на следующее описание совместно с прилагаемыми чертежами.
[0011] Фиг. 1 изображает покомпонентный вид двух смежных участков каналов с частичным уплотнительным кольцом.
[0012] Фиг. 2 изображает вид в перспективе частичного уплотнительного кольца с Фиг. 1
[0013] Фиг. 3А изображает вертикальную проекцию, иллюстрирующую расположение каналов в соответствии с предшествующим уровнем техники до случая дугового короткого замыкания.
[0014] Фиг. 3В изображает вертикальную проекцию, иллюстрирующую расположение каналов с Фиг. 3А в ходе пикового давления в случае дугового короткого замыкания.
[0015] Фиг. 3С изображает вертикальную проекцию, показывающую расположение каналов с Фиг. 3А после пикового давления в случае дугового короткого замыкания.
[0016] Фиг. 4А изображает вертикальную проекцию, иллюстрирующую конструкцию с уплотнительным кольцом до случая дугового короткого замыкания.
[0017] Фиг. 4В изображает вертикальную проекцию конструкции каналов с Фиг. 4А при пиковом давлении в случае дугового короткого замыкания.
[0018] Фиг. 4С изображает вертикальную проекцию, показывающую конструкцию каналов с Фиг. 4А после пикового давления в случае дугового короткого замыкания.
[0019] Фиг. 5 изображает вид в перспективе, иллюстрирующий конструкцию каналов с полным уплотнительным кольцом.
[0020] Фиг. 6 изображает вид в перспективе, иллюстрирующий полное уплотнительное кольцо с Фиг. 5.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРОИЛЛЮСТРИРОВАННЫХ ВОПЛОЩЕНИЙ
[0021] Со ссылкой на Фиг. 1, канал 100 шкафа для сборки дугостойкого шкафа включает в себя два смежных участка 100а, 100b канала. Левый участок 100а канала имеет верхнюю панель 102а с верхним фланцем 104а, подобным образом, правый участок 100b канала имеет верхнюю панель 102b с верхним фланцем 104b. Канал 100 шкафа дополнительно содержит пару боковых панелей 106а, 106b и донных панелей 108а, 108b. Донные панели 108а, 108b включают в себя соответствующие донные фланцы 110а, 110b.
[0022] В альтернативном воплощении, таком как показано на Фиг. 5 и 6, каждая из боковых панелей 106а, 106b при желании разделяется на две смежных панели с соответствующими смежными фланцами. Другими словами, в альтернативном воплощении каждый из участков 100а, 100b каналов имеет свои собственные боковые панели. Верхние панели 102а, 102b параллельны донным панелям 108а, 108b, и боковые панели 106а, 106b параллельны друг другу.
[0023] Смежные фланцы канала 100 шкафа прикреплены друг к другу для формирования фланцевого стыкового соединения между левым участком 100а канала и правым участком 100b канала. Например, в сборе, верхний фланец 104а левого участка 100а канала прикреплен к верхнему фланцу 104b правого участка 100b канала для формирования верхнего фланцевого стыкового соединения. При желании прокладка (не показано) помещается между фланцами для усиления герметизации соединения.
[0024] Канал 100 шкафа дополнительно включает в себя верхнее уплотнительное кольцо 112а, прикрепленное к верхним панелям 102а, 102b для покрытия верхнего фланцевого стыкового соединения. Донное уплотнительное кольцо 112b прикреплено к донным панелям 108а, 108b для покрытия соответствующего донного фланцевого стыкового соединения. Каждое уплотнительное кольцо 112а, 112b отдалено от соответствующих верхних панелей 102а, 102b и донных панелей 108а, 108b.
[0025] При желании, канал 100 шкафа включает в себя центральную опору 114, которая установлена по центру между верхними панелями 102а, 102b и донными панелями 108а, 108b, и сориентирована параллельно боковым панелям 106а, 106b. Центральная опора 114 повышает структурную прочность верхних панелей 102а, 102b и донных панелей 108а, 108b, например, путем предотвращения выпучивания панелей.
[0026] Панели участков 100а, 100b каналов формируют внутреннее пространство, расположенное на пути, по которому проходит волна давления в направлении Х в случае возникновения дугового короткого замыкания. Волна давления проходит от точки образования 116 случая дугового короткого замыкания, например, от распределительного устройства, к вытяжному каналу 118. Воздействие волны давления на уплотнительные кольца 112а, 112b описаны более подробно ниже со ссылкой на Фиг. 3А-4С.
[0027] Со ссылкой на Фиг. 2, уплотнительное кольцо 112 представляет собой пластину с основной поверхностью 120, имеющей ряд соединительных отверстий 122. Уплотнительное кольцо 112 идентично верхним и нижним уплотнительным кольцам 112а, 112b и описано отдельно для облегчения понимания. Соединительные отверстия 122 оборудованы для крепления уплотнительного кольца 112 к любой из верхних панелей 102а, 102b (в качестве верхнего уплотнительного кольца 112а) или донных панелей 108а, 108b (в качестве донного уплотнительного кольца 112b).
[0028] Уплотнительное кольцо 112 дополнительно включает в себя боковые стенки 124, простирающиеся перпендикулярно от основной поверхности 120. Выемки 126 в центре между боковыми стенками 124 способствуют помещению уплотнительного кольца 112 через центральную опору 114. Боковые стенки 124 создают разделение между уплотнительным кольцом 112 и соответствующими верхними или донными панелями 102а, 102b, 108a, 108b. Разделение является необязательным признаком, позволяющим разделить основную поверхность 120 уплотнительного кольца 112 и соответствующие верхние или нижние панели 102а, 102b, 108a, 108b. Как описано более подробно ниже со ссылкой на Фиг. 3А-4С, разделение является полезным с точки зрения поглощения волны давления без утечек между фланцевыми стыковыми соединениями.
[0029] Уплотнительное кольцо 112 дополнительно включает в себя пару скоб 128, простирающихся вдаль от основной поверхности 120. Скобы 128 могут быть изогнуты для соединения с соответствующей верхней, боковой или донной панелями канала 100 шкафа.
[0030] Со ссылкой на Фиг. 3А-3С, показана временная последовательность, демонстрирующая воздействия волны давления на верхнее и нижнее фланцевые стыковые соединения 201а, 201b канала 200 шкафа предшествующего уровня техники. На Фиг. 3А, канал 200 шкафа показан до оказания пикового давления Х из-за дугового короткого замыкания. По существу, фланцевые стыковые соединения 201а, 201b показаны нетронутыми, при этом верхний и донный крепежи 203а, 203b находятся в их закрепленных положениях. Пиковое давление формируется волной давления, проходящей по горизонтали и вдоль центральной оси между верхней и донной панелями 202а, 202b, 208a, 208b канала 200 шкафа.
[0031] На Фиг. 3В, канал 200 шкафа показан в момент воздействия пикового давления Х, например, в течение 50 мс (миллисекунд). Пиковое давление Х вызвало разрыв в верхнем фланцевом стыковом соединении 201а и некоторое количество давления Х’ высвободилось через этот разрыв. Верхний крепеж 203а, обеспечивающий жесткое упрочнение для верхнего фланцевого стыкового соединения 201а, был снесен с верхнего фланцевого стыкового соединения 201а. Более того, разорвавшееся соединение 201а является асимметричным относительно донного фланцевого стыкового соединения 201b, которое остается нетронутым в данном примере. Высвободившееся давление Х’ несет угрозу безопасности, может вызвать пожар и повредить окружающее оборудование и персонал.
[0032] На Фиг. 3С, канал 200 шкафа показан после пикового давления Х. Разорвавшееся соединение 201 остается в своем разорванном положении с серьезной и постоянной деформацией канала 200 шкафа. Таким образом, жесткое соединение, обеспечиваемое крепежами 203а, 203b оказалось неэффективным. Несмотря на то, что донное фланцевое стыковое соединение 201b осталось нетронутым, жесткое соединение в действительности является контрпродуктивным, поскольку способствует разрыву верхнего фланцевого стыкового соединения 201а.
[0033] В другом примере, пиковое давление Х вызывает серьезную и постоянную деформацию обоих фланцевых стыковых соединений 201а, 201b. В данном примере, жесткое упрочнение не смогло защитить какое-либо из фланцевых стыковых соединений 201а, 201b. Более того, деформация в этом примере является асимметричной, т.е. каждое фланцевое стыковое соединение 201а, 201b разрывается по-разному.
[0034] Со ссылкой на Фиг. 4А-4С, показана временная последовательность, иллюстрирующая воздействие волны давления на верхнее и нижнее фланцевые стыковые соединения 101а, 101b канала 100 шкафа, в соответствии с одним объектом настоящего изобретения. На Фиг. 4А, канал 100 шкафа показан до воздействия пикового давления Х, вызванного случаем дугового короткого замыкания. Пиковое давление создается волной давления, проходящей горизонтально и вдоль центральной оси между верхней и донной панелями 102а, 102b, 108а, 108b канала 100 шкафа. Оба фланцевых стыковых соединения 101а показаны без изменений в отношении фланцев соединений в герметичном контакте друг с другом.
[0035] На Фиг. 4В, пиковое давление Х вызвало симметричную деформацию на верхнем фланцевом стыковом соединении 101а относительно донного фланцевого стыкового соединения 101b. Более того, соответствующие уплотнительные кольца 112а, 112b деформировались таким образом, чтобы поглотить давление и заполнить (или герметизировать) зазоры 204а, 204b, образовавшиеся в соответствующем фланцевом стыковом соединении 101а, 101b. Следовательно, уплотнительные кольца 112а, 112b отклоняют потоки давления X’, X’’ по направлению к вытяжному каналу, и, таким образом, предотвращают непреднамеренный выход давления через временно деформированные фланцевые стыковые соединения 101а, 101b.
[0036] Разделение между основной поверхностью каждого уплотнительного кольца 112а, 112b и соответствующей верхней или донной панелями 102а, 102b, 108a, 108b (описанное выше со ссылкой на Фиг. 2) полезно для обеспечения пространства для уплотнительных колец 112а, 112b для деформации до создания контакта с соответствующими панелями.
[0037] На Фиг. 4С, канал 100 шкафа показан после пикового давления Х. Фланцевые стыковые соединения 101а, 101b вернулись в свои начальные положения после упругой деформации. В других примерах, фланцевые стыковые соединения 101а, 101b пластически деформируются до некоторой степени, но равномерным образом. В виде примера, фланцевые стыковые соединения 101а, 101b могут деформироваться подобно шарику, который был надут сверх предела упругости (до разрыва или лопания), и, затем, сдут. Сдутый шарик равномерно растянулся. Подобным образом, фланцевые стыковые соединения 101а, 101b могут пластически деформировать равномерным и/или симметричным образом без разрыва.
[0038] Таким образом, вместо ограничения деформации с помощью дополнительных фланцевых упрочнений (таких как крепежи 203а, 203b канала 200 шкафа предшествующего уровня техники) и/или более тяжелых панелей приборов, уплотнительные кольца 112а, 112b позволяют каналу 100 шкафа деформироваться, в то же время сохраняя целостность соединений 101а, 101b. Другими словами, уплотнительные кольца 112а, 112b готовы к деформации и выдерживают ее, вместо попыток ей противостоять.
[0039] Со ссылкой на Фиг. 5, канал 300 шкафа включает в себя альтернативную конструкцию уплотнительного кольца 312. Канал 300 шкафа включает в себя два смежных участка 300а, 300b каналов, имеющих треугольный профиль поперечного сечения, при этом не существует общей панели (как боковые панели 106а, 106b канала 100 шкафа, описанного со ссылкой на Фиг. 1). Более точно, помимо отдельных верхней и донной панелей (не показанных на Фиг. 5), участки 300а, 300b каналов имеют отдельные боковые панели. Левый участок 300а канала имеет свои собственные переднюю и заднюю боковые панели 306ai, 306bi и правый участок 300b канала имеет свои собственные переднюю и заднюю боковые панели 306aii, 306bii.
[0040] Участки 300а, 300b каналов соединены по всему периметру на каждом фланцевом стыковом соединении 301а-301d между соответствующими смежными панелями. Фланцевые стыковые соединения 301а-301d представляют собой стоячие фальцы, обращенные наружу, и включают в себя верхнее фланцевое стыковое соединение 301а, донное фланцевое стыковое соединение 301b, левое фланцевое стыковое соединение 301с и правое фланцевое стыковое соединение 301d. По существу участки 300а, 300b имеют фланцевые стыковые соединения на каждой стороне своего профиля треугольного поперечного сечения.
[0041] Со ссылкой на Фиг. 6, уплотнительное кольцо 312 имеет прямоугольный профиль поперечного сечения, сопрягающийся с профилем участков 300а, 300b каналов. Уплотнительное кольцо 312 имеет верхнюю сторону 301а, донную сторону 301b, левую сторону 301с и правую сторону 301d. Каждая из четырех сторон 301а-301d представляет собой листовую металлическую пластину с крепежными отверстиями 322 для крепления соответствующей стороны к соответствующему фланцевому стыковому соединению 301а-301d (например, верхняя сторона 301а соединяется с верхним фланцевым стыковым соединением 301а, донная сторона 301b соединяется с донным фланцевым стыковым соединением 301b и т.д.). Подобно воплощению, показанному на Фиг. 2, уплотнительное кольцо 312 изгибается и способно поглощать давление, создаваемое случаем дугового короткого замыкания, в то же время, сохраняя целостность уплотнения между фланцевыми стыковыми соединениями 301а-301d.
[0042] Уплотнительные кольца 112, 312 могут быть использованы, в особенности, во всех распределительных и контрольных шкафах среднего и высокого напряжения. Например, в шкафах, включающих в себя шкафы среднего напряжения для напряжения в диапазоне от 600 Вольт до 36 000 Вольт. В другом примере, шкафы включают в себя шкафы высокого напряжения для напряжения около или больше 36 000 Вольт. Потенциально разрушительные воздействия дуговых коротких замыкания в таких шкафах устраняются, или существенно снижаются, с помощью уплотнительных колец 112, 313, описанных выше.
[0043] Несмотря на то что отдельные воплощения, объекты и применения настоящего изобретения были описаны выше, следует понимать, что изобретение не ограничивается точной конструкцией и составами, описанными здесь, и что различные модификации, изменения и вариации могут быть очевидны из вышеприведенных описаний, не нарушая объема и сущности изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения.