用于高压开关设备的散热器
阅读说明：本技术 用于高压开关设备的散热器 (Heat sink for high-voltage switchgear ) 是由 米夏埃尔·布拉茨 奥利弗·拜尔 詹卢卡·科尔蒂诺维斯 于 2019-07-10 设计创作，主要内容包括：本发明涉及用于高压开关设备的散热器(10)。散热器包括本体(20)。本体围绕中心轴线居中,中心轴线在从第一外表面(30)到第二外表面(40)的轴向方向上延伸。本体的至少一个第三外表面(50)从第一外表面延伸到第二外表面。至少一个空气通道(60)穿过本体从第一外表面延伸到第二外表面。至少一个空气通道被至少一个第三外表面包围。(The invention relates to a heat sink (10) for a high-voltage switchgear. The heat sink includes a body (20). The body is centered about a central axis extending in an axial direction from the first outer surface (30) to the second outer surface (40). At least one third outer surface (50) of the body extends from the first outer surface to the second outer surface. At least one air passage (60) extends through the body from the first outer surface to the second outer surface. The at least one air channel is surrounded by the at least one third outer surface.)
技术领域
本发明涉及用于高压开关设备的散热器，并且涉及中压或高压开关设备。
背景技术
中压和/或高压部件(例如中压或高压开关设备)需要使用由导电材料制成的外部散热器进行冷却。散热器被安装在需要冷却的部件上，其中散热器的本体外部带有翅片，翅片具有圆形边缘，以减少这些边缘处的电应力。翅片通常相当薄，并且因此这些边缘具有较小的半径。在小半径处，发生电场增强，这降低了介电性能。为了缓解这种情况，为了避免放电，绝缘层经常被应用到散热器的受应力区域。比在配置周围的气体绝缘材料具有更高放电电压的这种层用于提高介电性能。然而，由于散热器的小半径点处的电场增强，该配置的放电电压被降低。即使在这些半径上具有固体绝缘层，薄弱点也是半径，或者更确切地说是具有固体绝缘端的区域。
因此，需要改进在这种情况下使用的散热器。
发明内容
因此，具有用于提供针对中压或高压开关设备的散热器的改进技术将是有利的。
本发明的目标是通过独立权利要求的主题来解决的，其中进一步的实施例被并入从属权利要求中。应该注意的是，本发明的以下描述的方面还适用于散热器和具有至少一个散热器的开关设备。
在第一方面，提供了一种用于高压开关设备的散热器，散热器包括本体。本体围绕中心轴线居中，该中心轴线在从本体的第一外表面到本体的第二外表面的轴向方向上延伸。本体的至少一个第三外表面从第一外表面延伸到第二外表面。至少一个空气通道穿过本体从第一外表面延伸到第二外表面。至少一个空气通道被至少一个第三外表面包围。
以这种方式，散热器不仅通过来自外表面的辐射冷却而冷却，而且通过穿过散热器的内部部件的对流散热来提供更高的冷却。这使得能够提高冷却能力，从而从关键位置带走热量，诸如极部分、以及例如开关设备内的连接和触点。因此，由于生成的热量而导致的接触电阻的增加经由来自具有内部冷却能力的新散热设计的有效散热而缓解。
因此，诸如开关设备的中压或高压部件可以由外部散热器冷却。在示例中，散热器由导电材料制成。
在示例中，至少一个空气通道包括肋形表面。
换言之，散热器具有内部肋，以便从散热器内部提供更高的对流冷却效率。
在示例中，肋形表面从第一外表面延伸到第二外表面。
在示例中，肋形表面包括在轴向方向上延伸的翅片。
在示例中，至少一个空气通道包括沿本体的中心轴线向下延伸的空气通道。
在示例中，至少一个空气通道包括至少一个弧形空气通道。
在示例中，至少一个弧形空气通道具有沿着中心轴线为中心的曲率半径。
在示例中，至少一个弧形空气通道包括多个空气通道。多个空气通道中的每个空气通道具有沿着中心轴线为中心的不同的曲率半径。
以这种方式，有助于散热器的制造，并提供更高的冷却能力。
在示例中，至少一个第三外表面与第一外表面之间的接合部的至少一部分具有凸圆形部分。
在示例中，至少一个第三外表面与第二外表面之间的接合部的至少一部分具有凸圆形部分。
以这种方式，散热器可以具有平滑的外部几何结构，该平滑的外部几何结构在具有大半径的表面处具有圆形边缘。这种光滑的表面降低了散热器表面处的电场强度，并且因此提高了介电性能。这是有帮助的，因为用于散热的散热器的(多个)表面位于散热器的内部，该散热器内部对表面开放，从而有助于对流冷却，但是内部冷却通道通过散热器的外轮廓(例如可以是圆柱形的)屏蔽电场。
在示例中，至少一个第三外表面包括平坦部分。平坦部分被配置为被安装到高压开关设备的一个或多个部件。
因此，散热器可以容易地被安装在系统(诸如开关设备)中的适当点处(诸如极部分、以及所有连接和触点)。
在示例中，至少一个第三外表面具有基本上圆柱形的形状，该基本上圆柱形的形状具有沿着中心轴线为中心的曲率半径。
在示例中，基本上圆柱形的形状的曲率半径被选择为使得在操作中至少一个第三外表面处的电场强度被最小化。
在示例中，本体由铝制成。
在示例中，本体通过空心挤压制成。
在示例中，至少一个第三外表面包括肋形表面。
在第二方面，提供了中压或高压开关设备，该中压或高压开关设备包括根据第一方面的至少一个散热器。
上述方面和示例将从下文所述的实施例变得明显，并将参考这些实施例加以说明。
附图说明
在下文中将参考以下附图描述示例性实施例：
图1示出了散热器的示例的示意性表示；
图2示出了散热器的详细示例；以及
图3示出了图2的散热器的圆柱形表面处的电场强度。
具体实施方式
图1示出了用于高压开关设备的散热器10的示例，其中以虚线示出了可选的特征。散热器10包括本体20。本体围绕中心轴线居中，该中心轴线在从本体的第一外表面30到本体的第二外表面40的轴向方向上延伸。本体的至少一个第三外表面50从第一外表面延伸到第二外表面。至少一个空气通道60穿过本体从第一外表面延伸到第二外表面。至少一个空气通道被至少一个第三外表面包围。
根据示例，至少一个空气通道包括肋形表面。
根据示例，肋形表面从第一外表面延伸到第二外表面。
根据示例，肋形表面包括在轴向方向上延伸的翅片。
根据示例，至少一个空气通道包括沿本体的中心轴线向下延伸的空气通道。
根据示例，至少一个空气通道包括至少一个弧形空气通道。
根据示例，至少一个弧形空气通道具有沿着中心轴线为中心的曲率半径。
根据示例，至少一个弧形空气通道包括多个空气通道，其中多个空气通道中的每个空气通道具有沿着中心轴线为中心的不同的曲率半径。
根据示例，至少一个第三外表面与第一外表面之间的接合部70的至少一部分具有凸圆形部分。
根据示例，至少一个第三外表面与第二外表面之间的接合部80的至少一部分具有凸圆形部分。
在示例中，圆形部分具有大的曲率半径。在示例中，该曲率半径大于本体的尺寸。
根据示例，至少一个第三外表面包括平坦部分90。平坦部分被配置为被安装至高压开关设备的一个或多个部件。
在示例中，在平坦部分的位置处的本体具有延伸到本体内部的至少一个螺纹孔。在示例中，至少一个螺纹孔具有与平坦部分垂直的至少一个中心轴线。
根据示例，至少一个第三外表面具有基本上圆柱形的形状，该基本上圆柱形的形状具有沿着中心轴线为中心的曲率半径。
根据示例，基本上圆柱形的形状的曲率半径被选择为使得在操作中至少一个第三外表面处的电场强度被最小化。
根据示例，本体由铝制成。
根据示例，本体通过空心挤压制成。
根据示例，至少一个第三外表面包括肋形表面。
在示例中，肋形表面包括在轴向方向上延伸的翅片。
以上对空气通道的引用涉及可以允许空气流过的通道，但是在某些情况下，除了空气以外的气体也可以被用于装置中，并且专业技术人员将会理解，该通道适用于与除了空气以外的这些其他气体相关的对流冷却流。
关于图1所述的散热器中的一个或多个散热器可以被用于冷却中压或高压开关设备的适当的部件。
参考图2至图3更详细地描述图1的散热器。
图2详细地示出了具有内部翅片或脊或肋的散热器。散热器由铝制成，其具有圆柱形的外部形状，该圆柱形的外部形状具有将圆柱形部分连接到两个平面的圆形边缘。圆形边缘具有较大的半径，与具有诸如散热器的外表面上具有小半径的翅片之类的特征的其他散热器相比，该较大的半径减小了散热器外表面处的场增强。因此可以提高散热器的介电性能。此外，当从散热器的中心到开关设备的接地部分的距离固定时，可以针对特定实现方式选择散热器的直径，使得散热器的外表面处的电场达到最小值。这在图3中被示出，图3绘制了施加电压为170kV、散热器的中心轴线与接地壁之间的固定距离为225mm的圆柱形表面处的电场强度。
继续参考图2，用于散热的翅片位于圆柱形散热器内部，从而为散热提供足够的表面，而不需要电应力最高的散热器外轮廓处的小半径。在新设计中，热量被耗散，这是由于气体沿着内部翅片的热对流，其中由于来自外表面的辐射发射和外表面上的气流，还提供了辐射冷却和对流冷却。然而，通过提供内部翅片来增强冷却，同时提高介电性能。内部翅片还部分地屏蔽电场，并且因此不会导致电场强烈增强。此外，散热器的几何结构有助于其本身通过空心挤压进行制造，从而提供廉价的生产。以这种方式，与例如通过压力铸造的铝制成的普通散热器相比，每个散热器的成本可以降低。
应该注意的是，本发明的实施例是参考不同的主题描述的。特别地，一些实施例是参考方法类型权利要求来描述的，而其他实施例是参考设备类型权利要求来描述的。然而，本领域的技术人员将从上述和以下描述中得知，除非另有通知，否则除了属于一种类型的主题的特征的任意组合之外，与不同主题相关的特征之间的任意组合也被认为是由本申请公开的。然而，所有特征可以组合以提供协同效应而不仅仅是这些特征的简单总和。
尽管本发明已经在附图和上述描述中详细地说明和描述，但是这种说明和描述将应该被认为是说明性的或示例性的，而不是限制性的。本发明不限于所公开的实施例。所公开的实施例的其它变体可以由本领域技术人员在实践本发明的过程中通过对附图、本公开和从属权利要求的研究来理解并实现。
在权利要求中，词语“包括”不排除其他要素或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其它单元可以实现权利要求中重新引用的若干项目的功能。某些措施在相互不同的从属权利要求中被重新引用这一事实并不表明这些措施的组合不能用于有利的方面。权利要求中的任何附图标记不应该被解释为限制范围。
图3显示了散热器中心点与接地壁之间的固定距离为225mm并且施加电压为170kV的圆柱形表面处的电场强度。这种计算是通过Schwaiger的利用系数来完成的。
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