压力释放系统和包括压力释放系统的容器、建筑物、外壳或隔间

摘要

提出了一种用于具有电气装置(105)的容器、建筑物、外壳或隔间(110)的主动驱动的压力释放系统(100)。主动驱动的压力释放系统包括面板，并且进一步包括：故障检测设备(102)，用于检测容器、建筑物、外壳或隔间的电气装置中的电弧故障；以及触发单元(103)，用于在由故障检测设备检测到电弧故障时触发用于面板的打开信号。面板打开机构以破坏性的方式打开面板。此外，描述了一种具有主动操作的压力释放系统的容器、建筑物、外壳或隔间。还描述了一种用于从容器释放压力的方法，该容器具有面板以及在该容器内的电气装置。

说明书

技术领域

本发明涉及压力释放面板的领域，诸如内部具有电气装置的容器、建筑物、外壳和隔间中的压力释放面板。特别地，本发明涉及对容器、建筑物、外壳或隔间中的过压作出反应的压力释放面板，过压是由电气故障引起的。本发明进一步涉及用于从具有电气装置的容器、建筑物、外壳或隔间释放压力的方法，特别是用于在电气故障的情况下通过面板从容器、建筑物、外壳或隔间释放压力。

背景技术

对内部具有电气装置的容器、建筑物、外壳和隔间(也可以统称为壳体)进行特别保护，以防损坏，特别是由电气故障(诸如电弧故障)引起的损坏。电气装置中的电弧故障通常会导致装置和建筑物、容器、外壳或隔间上的严重损坏。电弧会导致过热，过热增加了周围气体的体积，从而导致压力升高。在一定的传播时间之后，压力波冲击容器或建筑物的壁。为了承受由电弧故障生成的过压，装置、建筑物、容器或隔间通常配备有过压释放翻门或面板。压力释放翻门或面板包括定制尺寸达几平方米的预先弱化的金属板。在具体定义的过压下，预先弱化的金属板破裂并释放过压。

传统的压力释放面板是一种被动设备，一旦超过预定义的打开压力，它就会开始打开。压力释放的关键因素是打开压力和打开时间。为了获得最佳的设备效果，这两个参数应保持在最低限度。但是传统技术的被动面板需要过压来开始操作，因此当过压已经成为事实并冲击壁时，被动面板就会启动。因此，在翻门打开之前存在显著的时间延迟。这个时间延迟是一个问题，因为压力不断上升，直到翻门打开才可以释放压力。因此，已知技术包括翻门打开的显著时间延迟，并且压力仍然可能达到容器、建筑物、外壳或隔间内的临界水平。

鉴于上述情况，提供了主动驱动的压力释放系统、包括主动驱动的压力释放系统的容器、建筑物、外壳或隔间、以及用于从容器、建筑物、外壳或隔间释放压力的方法，克服了本领域中的至少一些问题。

发明内容

鉴于以上，根据权利要求1所述的主动驱动的压力释放系统，根据权利要求8所述的包括主动驱动的压力释放系统的容器、建筑物、外壳或隔间，以及根据权利要求14所述的用于从具有面板和容器内部的电气装置的容器、建筑物、外壳或隔间释放压力的方法。本发明的进一步的方面、优点和特征从从属权利要求、说明书和附图中显而易见。

根据本发明的一方面，描述了一种主动驱动的压力释放系统，该主动驱动的压力释放系统用于具有电气装置的容器、建筑物、外壳或隔间。主动驱动的压力释放系统包括面板，并且进一步包括：故障检测设备，用于检测容器、建筑物、外壳或隔间的电气装置中的电弧故障；以及触发单元，用于在由故障检测设备检测到电弧故障时触发用于面板的打开信号。

根据另一方面，提供了一种具有电气装置的容器、建筑物、外壳或隔间，该电气装置包括一个或多个电气设备。容器、建筑物、外壳或隔间包括：面板，作为容器、建筑物、外壳或隔间的至少一个壁或顶板的一部分；以及根据本文所述的实施例的主动压力释放系统。

根据本文所述的实施例的主动驱动的压力释放系统包括主动操作的面板，该面板可以由故障检测设备(例如电弧故障检测设备)操作。因此，压力释放面板比已知系统更快地打开。特别地，当容器、建筑物、外壳或隔间中的压力增大时，根据本文所述的实施例的面板可能已经打开。在已知的系统中，当升高的压力冲击面板时，面板打开。因此，当使用根据本文所述的实施例的压力释放系统时，压力峰值降低并且面板的反应更快。压力升高可能是由于具有电气装置的容器、建筑物、外壳或隔间中的电弧故障造成的。通过例如借助于与电弧故障检测设备连接的触发单元来触发根据本文所述的实施例的压力释放系统，压力释放翻门在压力升高的同时或之前打开。

此外，用于安装面板或翻门的可用的壁面积通常是有限的。由于面板的较快的反应和打开，如本文所述的主动面板或翻门比已知的被动系统更有效。使用主动面板或翻门意味着需要更低的总翻门面积。

当在面板打开(例如利用已知系统中使用的被动驱动面板)之前容器中的过压升高时，根据本文所述的实施例的主动驱动的压力释放系统有助于减少甚至避免容器的损坏。当减少或避免损坏时，可以节省材料。此外，根据本文所述的实施例的压力释放系统还可以减少电弧故障后的修复时间。因此，根据本文所述的实施例的主动驱动的压力释放系统节省时间和成本，并且使得具有电气装置的容器、建筑物、外壳或隔间更加安全。

根据本发明的另一方面，描述了一种用于从容器、建筑物、外壳或隔间释放压力的方法，该容器、建筑物、外壳或隔间具有面板和在该容器、建筑物、外壳或隔间内部的电气装置。该方法包括：由故障检测设备检测电气装置中的电弧故障；在由故障检测设备检测到电弧故障时触发用于容器、建筑物、外壳或隔间的面板的打开信号；以及将打开信号转发到容器、建筑物、外壳或隔间的面板，并启动容器、建筑物、外壳或隔间的面板的打开。

根据本发明的另一方面，描述了一种用于为具有电气装置的容器、建筑物、外壳或隔间配备主动驱动的压力释放系统的方法。该方法包括：在一个或多个容器、建筑物、外壳或隔间的一个或多个壁或顶板中提供一个或多个面板；为电气装置配备故障检测设备；以及将故障检测设备与触发单元连接，以用于在由故障检测设备检测到电弧故障时触发面板打开信号。

本文所描述的实施例允许用于内部具有电气装置的容器、建筑物、外壳或隔间的压力释放系统的更快和更安全的操作。在容器、建筑物、外壳或隔间中的电气装置发生故障的情况下，可以降低用于维护和修理成本。

附图说明

下文将参考附图中所示的优选的示例性实施例来更详细地解释本发明的主题，其中：

图1是根据本文所述的实施例的主动驱动的压力释放系统和面板的示意图；

图2是根据本文所述的实施例的提供有面板和主动驱动的压力释放系统的容器、建筑物、外壳或隔间的示意图；

图3a和图3b以前视图和侧视图示出了根据本文所述实施例的主动驱动的压力释放系统和面板的示意图；

图4示出了根据本文所述的实施例的用于主动驱动的压力释放系统的面板的示意图；以及

图5示出了根据本文所述的实施例的用于从容器、建筑物、外壳或隔间释放压力的方法的流程图。

附图中使用的参考符号及其含义在参考符号列表中以摘要形式列出。原则上，相同的部件在附图中具有相同的参考符号。

具体实施方式

根据本文所描述的实施例，提供了主动驱动的压力释放系统，其特别可以用于具有电气装置的容器、建筑物、外壳、和隔间中。例如，主动驱动的压力释放系统可以在电力系统、电网中使用、在安装产品中使用、在半导体应用中使用、与电力转换器、开关设备、断路器、电动机和发电机一起使用、以及在其他工业应用中使用。通常，如本文所述的主动驱动的压力释放系统可以用于高功率整流器和高电流整流器。

图1示出了根据本文所述的实施例的主动驱动的压力释放系统100和面板101的示意图。如图1所示的主动驱动的压力释放系统100具有故障检测设备102(特别是电弧故障检测设备)和触发单元103。在一些实施例中，主动操作的压力释放系统100包括接口104，接口104用于将信号从触发单元转发到容器、建筑物、外壳或隔间的面板，或者用于将信号从触发单元转发到主动操作的压力释放系统的打开机构。图1中进一步示出的是电气装置105，电气装置105通常放置在容器、建筑物、外壳或隔间(图1中未示出)中。电气装置可以是上面列出的电气装置的种类，对于这些种类的电气装置，可以使用根据本文所述的实施例的主动驱动的压力释放系统。主动操作的压力释放系统可以进一步包括驱动电子器件。根据一些实施例，面板101可以包括作为建筑物、容器或隔间的壁的一部分工作的金属板的区段。在电弧故障的情况下，电弧检测设备(或其他适当的故障检测设备)触发面板的打开。

故障检测设备102链接到电气装置105，以便能够检测电气装置105中的电弧故障。例如，故障检测设备103可以物理地连接到用于检测电弧故障的电气装置的部件。在一个示例中，故障检测设备可以测量电气装置的一个或多个参数以用于控制电气装置并检查是否出现电弧故障。根据可以与本文所述的其它实施例结合的一些实施例，检测设备可以包括用于感测和测量有用参数的相应的传感器，诸如过电流、反向电流、压力升高、温度升高、环境中气体的透明度等。根据一些实施例，故障检测设备可以包括存储器，以用于存储由故障检测设备控制的参数的阈值。例如，存储器可以包括用于压力、温度、过电流等的阈值。根据一些实施例，用于压力升高的阈值通常可以在约0.5kPa与约15kPa之间，更通常地在约1kPa与约15kPa之间，甚至更通常地在约1kPa与约10kPa之间。在一些实施例中，电气装置本身可以具有这样的测量单元，以用于控制电气装置的操作。根据一些实施例，电气装置和故障检测设备可以特别地以无线方式交换与电气装置的操作和电弧故障的出现有关的信息。

根据一些实施例，故障检测设备102可以包括电弧检测设备、过电流检测设备、反向电流检测设备或压力升高检测设备。检测设备102可以检测其他参数，该其他参数指示容器、建筑物、外壳或隔间中即将到来的压力升高。

如图1中所示的主动驱动的压力释放系统100进一步包括触发单元103。通常，触发单元103与故障检测设备102连接，或者能够例如以无线方式与电弧检测设备102交换信息。在本文所述的实施例中，当故障检测设备102检测到电弧故障时，触发单元103触发用于打开面板101的打开信号。由触发单元103生成和触发的打开信号例如可以是电信号、无线电信号、无线信号等。

在一些实施例中，触发单元103可以是故障检测设备102的一部分，例如，故障检测设备和触发单元是包括两者的一个单元。在一个示例中，检测设备102的一部分可以能够生成触发信号，并且因此可以采用触发单元103的功能。根据一些实施例，触发单元可以是面板的一部分，例如通过位于、连接到或安装到主动驱动面板。在一些实施例中，检测设备和触发单元可以被包括在面板中，例如通过位于面板处或通过安装或连接到面板。

如图1中所示，在一些实施例中，主动驱动的压力释放系统100可以包括接口104，接口104用于将信号从触发单元转发到容器、建筑物、外壳或隔间的面板101。接口104可以是使得来自触发单元103的信号到达面板101的连接。根据一些实施例，接口还可以能够传输和转换信号。在一些实施例中，接口104可以能够确保从触发单元103到面板101的适当传输。根据一些实施例，接口104可以连接到用于打开面板的机构(如下面关于图3a和3b所详细描述的)。

如上所述并根据本文所述的实施例，故障检测设备102和触发单元103允许在容器、建筑物、外壳或隔间110内的显著(和损坏性)压力升高之前打开面板101。

图2中可以看到根据本文所述的实施例的容器110。容器110具有多个壁，其中壁111、112、114、115和顶板113在图2中可见。如图2中所示的容器在容器的不同壁中包括两个面板或翻门101。根据一些实施例，根据本文所述的实施例的容器、建筑物、外壳或隔间可以包括多于两个的面板，或者可以仅包括一个面板。在一些实施例中，一个或多个面板可以位于容器、建筑物、外壳或隔间的一个壁或顶板中。在其它实施例中，面板或翻门分布在容器、建筑物、外壳或隔间的不同壁或顶板上。翻门尺寸或面板尺寸可以适用于具体建筑物、容器、外壳或隔间。可以安装一个以及多个不同尺寸的翻门。在一些实施例中，还可以考虑传统被动翻门和主动翻门或面板的组合。在一些实施例中，翻门通常位于电弧故障风险最高的设备附近。此外，翻门可以分布在壁和可能的顶板之间，以有效地排出过压。

在图2中，尽管未示出，容器、建筑物、外壳或隔间110包括电气装置和主动驱动的压力释放系统，诸如如关于图1所显示和描述的主动驱动的压力释放系统100。如果在电气装置中出现故障，特别是电弧故障，则根据本文所述的实施例的主动驱动的压力释放系统的检测设备和触发单元启动面板的打开。信号生成和信号传输比容器、建筑物、外壳或隔间中的压力升高更快。因此，尽管在已知系统中，当过压冲击容器壁或顶板时，容器中的压力打开面板(以下称为被动面板)，但如本文实施例所述的面板可以在压力到达容器的壁或顶板之前被打开。

电气装置包括一个或多个电气设备。例如，电气装置可以包括高功率整流器、高电流整流器、功率转换器、开关设备、断路器、电动机、发电机等。根据一些实施例，本文提及的电气装置的功率范围通常可以在约5MVA到约350MVA之间，更通常地在约5MVA到约300MVA之间，甚至更通常地在约10MVA到约250MVA之间。在一些实施例中，电气装置可以是指在约10MVA范围内的变电站。通常，在一些实施例中，整流器可以在约250MVA的范围内。

根据一些实施例，可以主动打开的面板位于容器、建筑物、外壳或隔间的壁或顶板中，该容器、建筑物、外壳或隔间的壁或顶板最靠近电气装置的具有最高电弧故障风险的电气设备。例如，如果电气装置的具有最高电弧故障风险的设备最靠近容器的顶板，则根据本文所述实施例的主动操作的压力释放面板可以放置在顶板中。在一些实施例中，如果容器、建筑物、外壳或隔间内的电气装置的多个设备具有类似的电弧故障风险，或者如果每个设备的风险超过定义的阈值，则可以在容器、建筑物、外壳或隔间的壁和/或顶板中提供多于一个的主动驱动的面板。

在一些实施例中，电气装置中具有定义的电弧故障风险的电气设备中的每个电气设备被连接到根据本文所述的实施例的主动操作的压力释放系统。相应面板可以布置在离特定设备最近的壁中。以这种方式，电气装置的非常安全和快速反应的操作方式是可能的。在其他实施例中，并且取决于应用和电气装置的类型，可以仅为电气装置中的几个电气设备提供一个主动驱动的压力释放系统。

根据一些实施例，在主动驱动的压力释放系统的操作之后，可以手动闭合面板并且系统准备再次操作。与被动翻门相比，这节省了时间和成本，被动翻门在使用后通常需要更换或修复。

在可以与本文所述的其它实施例组合的一些实施例中，如本文所述的主动驱动的压力释放系统包括面板打开机构或翻门打开机构。根据一些实施例，触发单元适用于为面板打开机构生成用于打开面板的信号。此外，接口104可以是触发单元103和面板打开机构之间的接口。特别地，接口104可以适用于将触发单元与面板打开机构连接。

在一些实施例中，面板打开机构可以适用于在不破坏面板的情况下打开面板，即以非破坏性的方式打开面板。下面给出了这种面板打开机构的示例。例如，根据本文所述的实施例的翻门或面板可以用铰链固定在一侧，同时用机械布置锁定在另一侧，如下文所述的图3a和3b中所示。

图3a示出了根据本文所述的实施例的主动操作的压力释放面板101的示意性前视图。面板101包括翻门130，翻门130例如可以是金属板或任何其他合适的材料，例如，适合用作内部有电气装置的容器、建筑物、外壳或隔间的壁或顶板的一部分。面板的形状可以根据相应的应用、使用该面板的容器的种类、安装该面板的壁或顶板的种类、材料、环境、电气装置和电气装置的对应的操作参数等而变化。根据本文所述的一些实施例的面板101可以包括框架107，通过框架107，面板可以安装至容器、建筑物、外壳或隔间的壁或顶板。在一些实施例中，例如在触发单元和/或检测设备是面板的一部分的实施例中，触发单元和/或检测设备可以安装至面板的框架，或者可以(直接)连接到面板，例如作为面板的一部分。框架107可以完全包围面板，并且在一些实施例中，可以适用于安装上述主动驱动压力释放面板101的部件。在图3a所示的实施例中，框架107例如用于将铰链106安装到翻门130。在其它实施例中，铰链106可以安装至不带框架的翻门。

根据本文所述的一些实施例的主动操作的压力释放系统进一步包括面板打开机构，诸如面板释放机构108，面板释放机构108如图3a中所示安装至面板101。在图3a中所示的主动操作的压力释放面板的示例中，面板打开机构包括释放螺线管131。在图3b中，图3a的主动操作的压力释放面板101在侧视图中示出。图3b示出了翻门130、铰链106、主动操作的压力释放系统100的面板打开机构108、以及接口104，接口104电连接面板打开机构108和触发单元103(图3a和3b中未示出)。如图3b中所示的面板打开机构108包括螺线管131、轴132和弹簧133以打开翻门130。此外，可以在图3b中看到壁111，面板101被安装至壁111。

在检测到容器、建筑物、外壳或隔间内的电气装置中的电弧故障时，检测设备将检测到故障并通知触发单元，使得触发单元生成信号。信号经由接口104(如图3b中的传输线所示)传输到面板打开机构108，特别是螺线管131。螺线管131适于在接收到来自触发单元的信号时打开或移动将面板保持到壁111的轴132。当释放轴132时，预载式弹簧133迫使面板130以宽的方式打开，从而释放来自具有产生电弧故障的电气装置的容器、建筑物、外壳或隔间的压力。由于铰链106，当面板130从壁上释放时，面板130摆动打开并且不会丢失或损坏。因此，根据本文所述的实施例的主动操作的压力释放系统的打开机构以非破坏性方式工作。

除了具有包括螺线管和弹簧的打开机构的示例之外，还可以使用面板打开机构的其他实施例，例如电执行器、螺线管、烟火设备、压缩气体或预载式机械弹簧。通常，可以考虑两种不同的解决方案用于面板打开机构。第一种解决方案是借助于由电执行器、螺线管、烟火设备或类似设备操作的释放机构将面板从容器结构上释放和打开。第二种解决方案是准备具有烟火设备的面板，在触发时，烟火设备使金属板断裂。因此，第二种解决方案可以在打开面板时破坏面板。使用第二种解决方案激活本文所述的主动操作的压力释放面板后，必须更换面板。利用第一种解决方案(其示例如图3a和3b中所示)，在激活根据本文所述的实施例的主动操作的压力释放系统之后，可以重新使用面板。

图4示出了面板的破坏性打开的示例。在图4中，示出了主动操作的压力释放系统101。面板由框架107包围，如上文关于图3a所描述的。面板上放置有烟火装药(pyrotechnical charge)120。通常，烟火装药被选择为能够在经由接口104接收到触发信号时使面板断裂。

根据可以与本文所述的其它实施例组合的实施例，壳体(容器、建筑物、外壳或隔间)是流体密封的(特别是气密的)。根据可以与本文所述的其它实施例组合的实施例，处于闭合状态的面板在以破坏性方式打开之前在壳体的内部体积和壳体外部环境之间提供屏障。屏障可以特别是流体密封的(特别是气密的)，和/或可以防止跨屏障的压力平衡。通过以破坏性方式打开面板，屏障被移除，从而允许例如压力平衡。

根据可以与本文所述的其它实施例组合的实施例，用于以破坏性方式打开面板的面板可以包括至少两种材料的组合，以便在至少两种材料的接触点处破坏面板。至少两种材料可以在面板中形成预定的破裂线或破裂点，从而例如利用面板打开机构使面板破裂。预定的破裂点或破裂线可以具有规则形状或随机形状。

根据可以与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，面板打开机构可以被配置为通过例如刺穿、撕裂或破裂面板来损坏面板。

根据可以与本文所述的其他实施例组合的一些实施例，面板打开机构可以吹走面板的至少一部分或整个面板。面板的至少一部分可以是插入面板的可更换插件，或者整个面板可以是可更换部分。

破坏性方式的打开包括以不可逆方式影响面板的任何打开，使得此后面板无法完全闭合壳体。

以破坏性方式打开面板具有反应时间特别快的优点。此外，它提供了通常需要维护的电弧故障的指示。由于电弧故障无论如何都需要维护，因此破坏性打开不会显著增加维护需求，同时提高了安全性和可靠性。

图5示出了从容器、建筑物、外壳或隔间释放压力的方法的流程图。容器、建筑物、外壳或隔间具有面板，例如壁或顶板中的至少一个上的金属板翻门，以用于释放来自容器、建筑物、外壳或隔间的过压。容器、建筑物、外壳或隔间进一步包括电气装置，其中一个或多个电气设备是电气装置的一部分。如图5中所示的方法200包括：在框201中，通过故障检测设备检测电气装置中的电弧故障。特别地，故障检测设备可以是如以上实施例所述的故障检测设备。在一些示例中，故障检测设备可以是电弧检测设备、过电流检测设备、反向电流检测设备或压力升高检测设备。检测可以经由故障检测设备与电气装置的电气设备的物理连接进行，或者可以在没有这种连接的情况下(例如无线地)进行，或者通过测量电气设备周围的参数(诸如压力、温度、透明度等)进行。

在框202中，方法200包括触发用于面板的打开信号。例如，如果检测设备检测到电弧故障，则触发单元可以生成用于面板的打开信号。打开信号可以是电信号、无线电信号、无线信号等。触发单元可以是如关于图1所述的触发单元。特别地，触发单元可以连接到检测单元。在一些实施例中，触发单元可以是检测单元的一部分。

在框203中，转发用于面板的打开信号。根据本文所述的一些实施例，信号可以由触发单元和主动操作的压力释放面板的打开机构之间的接口转发。此外，框203包括启动容器、建筑物、外壳或隔间的面板的打开。在一些实施例中，并且如关于图3a和图3b所详细描述的，可以通过激活面板打开机构(诸如螺线管、电执行器、压缩气体、预载式机械弹簧、或吹脱面板的烟火设备或材料)的打开信号来启动打开。

根据可以与本文所述的其它实施例组合的一些实施例，检测电气装置中的电弧故障包括检测电弧、过电流、反向电流和压力升高。例如，检测这些参数可以包括以规则间隔或连续地感测和测量这些参数。

在一些实施例中，提供了第二方法，该方法用于为内部具有电气装置的容器、建筑物、外壳或隔间配备主动驱动的压力释放系统。第二方法包括在一个或多个容器、建筑物、外壳或隔间壁或顶板中提供一个或多个面板。一个或多个面板的尺寸、形状和位置可以防止在电气装置的电气设备中出现电弧故障时的高的过压力。此外，第二方法包括为电气装置配备故障检测设备，例如，如以上实施例中详细描述的故障检测设备。第二方法进一步包括将故障检测设备与触发单元连接，以用于在由故障检测设备检测到电弧故障时触发面板打开信号。通常，触发单元可以是如以上实施例中所述的触发单元；并且例如可以是检测设备的一部分。此外，在一些实施例中，第二方法可以包括经由接口将触发单元与面板连接。特别地，由触发单元触发的信号可以经由接口转发到面板。在一些实施例中，接口连接到面板的打开机构，如关于图3a、图3b和图4示例性地所描述的。关于细节，参考上文详细描述的实施例。

在一些实施例中，为电气装置配备故障检测设备可以包括为电气装置配备电弧检测设备、过电流检测设备、反向电流检测设备和压力升高检测设备。

尽管已经基于一些优选实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，这些实施例不应该以任何方式限制本发明的范围。在不脱离本发明的精神和概念的情况下，对实施例的任何变化和修改应该在本领域的普通知识和技术人员的理解范围内，因此在由所附权利要求限定的本发明的范围内。

100 主动操作的压力释放系统

101 主动操作的压力释放面板

102 故障检测设备

103 触发单元

104 接口

105 电气装置

110 容器、建筑物、外壳或隔间

111、112、114、115 容器、建筑物、外壳或隔间的壁

106 铰链

107 框架

108 打开机构

120 烟火装药

130 翻门或面板

131 螺线管

132 轴

133 弹簧

200 方法

201、202、203 框