专利名称：具有提高的热辐射效率的空气绝缘型母线槽的制作方法
技术领域：
本公开涉及一种使用母线(bus bar)作为导体来提供大容量电力的母线槽(bus duct)，尤其涉及一种不改变母线或外壳的结构而通过在母线或外壳上形成金属表面处理层或漆层(paint layer)从而具有提高的热辐射效率的空气绝缘型母线槽。
背景技术：
母线槽或母线通道(bus way)安装在工厂或建筑物中，以向单位电力分配区域(例如，向建筑物的每个房间或向工厂中的单位线)提供大容量电力。
在这种母线槽中，空气绝缘型母线槽是本领域公知的，其在穿过母线槽内部的多个相邻母线之间形成间隙时，通过周围的空气起到绝缘作用。
图1为示出通常的空气绝缘型母线槽的横截面视图。
参见图1，将通常的空气绝缘型母线槽配置为使得具有矩形截面的多个母线20穿过外壳10的内部。母线20由诸如铜和铝之类的导电材料制成，并且其可仅配置有三个相导体(R、S和T相)或另外还配置有中性导体(N相)或接地导体(E相)。外壳10保护设置在其中的母线20免于遭受外部撞击或外界物质的渗透。
在这种已有的母线槽中，母线20配置为表面暴露在外的裸导体，并且在相邻的母线20之间以及母线20和外壳10之间形成间隙，以通过空气提供电绝缘。换言之，空气绝缘型母线槽由外壳、母线以及绝缘空气组成。
在这种母线槽中，如果将电流提供给由导体制成的母线20，会产生焦耳热量，并且此热量会使母线20的温度升高。容许的电流量依据母线20升高的温度来确定。换言之，由于母线20的热量更好地向外辐射，所以降低了母线20的温度。并且，由于母线20的温度降低了，所以增加了电力传输容量(也称为所提供的电力容量或容许电流)。
因而，为了使电力传输容量增加，需要有效地辐射由母线所产生的热量。
尽管外壳10包围母线20以保护母线20免于遭受外部撞击或外界物质的渗透，但是外壳10可能干扰母线20所辐射(或照射)的热量的散发。
因而，为了处理热辐射，已经对外壳结构提出了多种变化。这些变化例如公开于美国专利US 4,929,801、US 4,842,533以及US 4,804,804中。
然而，在上述文件提出的手段或其它现有技术需要在外壳中穿通(perforation)多个孔以通过对流(convection)进行冷却(US4,929,801)，在绝缘板之间应用接合板(US 4,842,533)，或者改变外壳边缘(flange)的结构或改变外壳的围栏(rail)的结构(US 4,804,804)，因此，需要额外的处理或复杂的结构，从而增加了成本。
另外，如果在外壳中穿通多个孔，那么外界物质可能会通过孔渗透，这可能使母线槽的质量等级降低并导致电力事故。
如果由导体制成的母线的尺寸(主要是表面面积)增大了，则可提高热辐射。然而，由于母线槽的价格主要由母线的价格决定，因此母线尺寸的增加也增加了生产成本。
因而，在成本方面，减小母线的尺寸是有利的，并且进行了多项研究来减小母线的尺寸。然而，如果母线的尺寸减小，则会增加导体电阻，从而会进一步升高温度，因此需要对应于减小的尺寸而进一步提高热辐射效率。
发明内容
技术问题 本公开提供了一种空气绝缘型母线槽，其能够使热辐射能力最大化，并且维持其现有的形状，而不会改变母线或外壳的结构。
本公开还提供了一种空气绝缘型母线槽，其能够通过降低母线的操作温度来增加电力传输容量并保证成本竞争力，并且相较于电力传输容量，还减小了母线的尺寸。
技术方案 在一个方案中，提供了一种空气绝缘型母线槽，其包括中空外壳，以及作为电力传输导体并穿过所述外壳的内部的多个母线，其中相邻的所述母线相互间隔开，并且每个所述母线与所述外壳间隔开，以通过所述外壳内部空间中的空气确保它们之间电绝缘，其中漆层形成在多个母线的外表面上，并且漆层形成在所述外壳的内表面、外表面或者内表面和外表面上以增加热发射率。
漆层可由非导电物质制成。
漆层的颜色可在可见波长范围(visible wavelength range)内选择，并且所述波长的范围为0.4-0.7μm。
漆层的厚度可为0.1mm-1.5mm。
在另一个方案中，还提供一种空气绝缘型母线槽，其包括中空外壳；以及作为电力传输导体并穿过所述外壳内部的多个母线，其中相邻的所述母线相互间隔开，并且每个所述母线与所述外壳间隔开，以通过所述外壳的内部空间中的空气来保证它们之间电绝缘，其中通过从由阳极化处理(anodizing)、喷砂处理和电镀组成的组中所选择的方法，在所述多个母线的外表面上形成金属表面处理层以增加热发射率，并且其中在所述外壳的内表面、外表面或内表面和外表面上形成漆层以增加热发射率。
母线可由铝制成，并且位于所述母线的外表面上的所述金属表面处理层可以是通过阳极化处理形成的氧化膜。
所述氧化膜的厚度为0.1mm至1mm。
所述母线可由铜制成，并且位于所述母线的外表面上的所述金属表面处理层可为通过喷砂处理形成的不均匀表面。
形成在所述外壳的内表面、外表面或内表面和外表面上的所述漆层可由非导电物质制成。
所述漆层的颜色可在可见范围内选择。
在另一方案中，还提供一种空气绝缘型母线槽，其包括中空外壳；以及多个母线，作为电力传输导体并穿过所述外壳的内部，其中，相邻的所述母线相互间隔开，并且每个所述母线与所述外壳间隔开，从而通过所述外壳的内部空间中的空气来保证相邻的所述母线之间以及所述母线与所述外壳之间电绝缘，其中在所述外壳的内表面和外表面上形成漆层，以增加热发射率。
形成在所述外壳的所述内表面和所述外表面上的所述漆层由非导电物质制成。
所述漆层的颜色可在可见范围内选择。
有益效果 通过在外壳的内表面和/或外表面上或在母线上形成漆层，而不改变该外壳等的结构，本文公开的母线槽可提高热辐射效率。
另外，通过在母线的外表面上形成金属表面处理层并在外壳的内表面和/或外表面上形成漆层，本文公开的母线槽可使热辐射效率最大化。
并且，通过在不改变母线尺寸的条件下进一步降低母线的温度，本文公开的母线槽可增加电力传输容量，并且还可在电力传输容量保持在相同等级的条件下进一步减小母线的尺寸。
通过如下结合附图进行的详细阐述，公开的示例性实施例的上述和其它方案、特征以及优点将更为显而易见，在附图中 图1为示出通常的空气绝缘型母线槽的横截面视图； 图2为示出本文公开的空气绝缘型母线槽的一实施例的横截面视图； 图3为表示发射率(emissivity)依据通常导体的表面上波长的不同变化的曲线图；以及 图4为示出本文公开的空气绝缘型母线槽的另一实施例的横截面视图。
具体实施例方式 现在将在下文中参考示出了示例性实施例的附图更全面地阐述示例性实施例。但是，该公开内容可以以许多不同的形式体现且不应该解释为局限于在此提出的示例性实施例。相反地，提供这些示例性实施例是用以使该公开内容详细且完整，并将该公开内容的范围充分地传达给本领域普通技术人员。在描述中，会省略公知特征和技术的细节，以避免不必要地混淆本实施例。
在此使用的术语仅用于阐述具体的实施例，并不用于限制该公开内容。如在此使用的，单数形式的“一”、“一个”和“该”也应包括复数形式，除非文中另外明确指出。而且，术语“一”、“一个”等的使用并不表示对数量的限定，而表示存在至少一个相关项目。术语“第一”、“第二”等的使用不代表任何特定的顺序，而是使用它们来区分独立的元件。此外，术语“第一”、“第二”等的使用不代表任何顺序性或重要性，而是使用术语“第一”、“第二”等来使一个元件区别于另一个元件。还将了解到，当在说明书中使用术语“包含”和/或“包含有”、或者“包括”和/或“包括有”时，它们是用来详细说明所述特征、区域、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除还存在或附加有一个或多个其他的特征、区域、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合。
除非另外限定，在此使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)其含义与本领域普通技术人员的通常理解相同。还将进一步了解到，术语(例如，在通用字典中定义的术语)应解释为与它们在相关技术的文本中和本公开内容中的含义一致，而不应解释成理想化或过于形式化的含义，除非在此有特别说明。
在附图中，相同的附图标记表示相同的元件。为了清楚起见，附图的形状、尺寸以及区域等可能被夸大。
图2为示出本文公开的空气绝缘型母线槽的一实施例的横截面视图。在图2中，将具有三个相导体(R、S和T相)和一个中性导体(N相)的三相四线(three-phase four-conductor)母线槽作为实例示出，但是此实施例还可应用于其它的实例，无论相数的多少。例如，母线槽可仅具有两个相导体和一个中性导体，或者除了上述两种情况之外还可包括接地导体。
如图2所示，此实施例的母线槽包括中空外壳200，以及穿过外壳200内部的多个母线300。母线300由诸如铜或铝之类的导电材料制成，并且具有矩形截面。
在此实施例中，多个母线300相互间隔开，并且母线300和外壳200也相互间隔开，以保证它们之间电绝缘。因此，在相邻的母线300之间以及母线300和外壳200之间形成间隔。
另外，在此实施例中，各个漆层301和201至少形成在多个母线300的外表面上以及外壳200的内表面上，从而提高热吸收。
为了进一步提高热辐射，如图2所示，可在外壳200的外表面上形成漆层202。
此处，漆层201、202、301的厚度可为0.1mm-1.5mm。如果厚度超过1.5mm，则辐射效率可能会降低。
因而，漆层201、202、301形成在母线300的表面上以及外壳200的内表面和/或外表面上。
此处，漆层201、202、301由非导电材料制成，并且该非导电材料可为普通涂料或环氧树脂，但并不限于此。
在此实施例的母线槽中，通过母线300和外壳200的热传导、外壳200内部空气的对流、以及母线300和外壳200之间的辐射，可使内部母线300所产生的热量散发。在实际的母线槽中，热传递基本由辐射所控制。并且，一般而言，裸导体或裸表面具有非常低的发射率。
形成在母线300和外壳200的表面上的非导电漆层201、202和301依据颜色不同而呈现不同的辐射率(radiation emissivity)，并且通过选择能够保证最大的热辐射效率的母线300和外壳200的适当组合，可使漆层201、202和301的作用最大化。
通常，由铜或铝制成的裸母线300的发射率约为0.06。然而，如果漆层形成在裸导体上，则发射率增加到至少0.8。从而，增加了通过辐射进行的热传递(heat transfer)，所以母线具有非常好的热辐射能力。
类似地，如果非导电漆层201和202形成在外壳200的内表面和/或外表面上，则可加强外壳200从母线300的热吸收，并且也可增加外壳200外的热发射率，从而保证了有效的热辐射。由于当系统处于稳定状态时，吸收率等于发射率，因此可认为这两者是彼此相同的。
如上所述，在此实施例中，通过在现有的外壳200和现有的母线300的表面上形成漆层同时保持外壳200和母线300为原有形状(即，不改变或修改外壳200和母线300的形状)，可使热发射能力最大化。
可通过如下所示计算辐射率。
辐射的热传递由如下的等式1来表示。
等式1 此处，Q为热辐射能量，ε为发射率，σ为斯蒂芬一玻尔兹曼(Stefan-Boltzmann)常数，A为表面面积，T为温度。通过辐射的热传递由表面参数、表面面积、温度差以及发射率来确定。当母线槽形状(表面面积)和温度偏差相同时，则确定通过辐射的热传递的因数为发射率ε。
因而，此实施例致力于通过增加母线300和外壳200的发射率和表面面积而使热辐射效率最大化。依据材料(即材料是导体还是绝缘体)以及表面处的波长来改变该发射率。考虑到给定产品的形状，为了在母线槽中将辐射热量从母线300传递到外壳200，以及将热量从外壳200传递到空气腔(atmosphere well)，应当适当地控制发射率。
在一个实施例中，为了增加发射率，具有低发射率的导体一般通过喷漆或涂敷而涂有非导电物质(材料)。当涂有非导电物质时，如果选择具有短波长的颜色，则可进一步增加发射率。
一般而言，如下面的表格1所示，导电金属材料具有0.1以下的表面发射率，而非导电材料(非金属)具有0.5以上的高发射率。
表格1金属与非金属的发射率的比较
并且，通过关于发射率的凭经验的方法，金属表面一般具有小的发射率。例如，高抛光表面的金或银具有约为0.02的低发射率。另外，非导电物质一般具有超过约0.6的高发射率。
并且，发射率随着温度的升高而增加。因此，母线300和外壳200的表面涂有高发射率的非导电物质。
对于波长和发射率之间的关系，在下面的等式2中定义半球表面的发射率。
等式2 在等式2中，发射率被表示为实际表面能量(分子)与黑体表面能量(分母)的比，并且发射率ε还被表示为光谱波长λ和温度T的函数。
在相同温度条件下，如果导体表面处的波长不同，即如果导体具有不同的颜色，则它们的发射率可彼此不同。一般而言，发射率随着波长变长而减小。从而，如上所述，在导电母线300和外壳200的表面上形成非导电漆层201、202、301，并且选择具有短波长的颜色用于漆层201、202、301。
图3示出发射率的变化，该发射率依据导体表面处波长的不同而变化。如果从导体表面发射的波长的范围限于可见光，则波长可在约为0.4μm-0.7μm的范围内。
本领域众所周知，如果漆层为黑色从而具有短波长，则发射率较大；而如果导体为白色从而具有长波长，则发射率较小。然而，如果将母线槽安装在建筑物或工厂中，则发射率并不会依据颜色而发生重大变化(参见表格1，黑色0.98，白色0.90)，这与将母线直接暴露在阳光下从而直接接收太阳的辐射热量的情况不同。因此，在此情况下，可在可见范围内较宽的范围中选择漆层的颜色。
测试实例 下面的表格2示出了温度分析的仿真结果，并依据在外壳的内表面与外表面上和母线上有无漆层而显示母线槽中的温度分布。
表格2 根据表格2可以理解，与现有技术的情况相比，如果漆层形成在外壳200的内表面与外表面上以及形成在母线300上，如本实施例一样，则温度降低了20℃或更多。
图4为示出本文公开的空气绝缘型母线槽的另一实施例的横截面视图。
在图4中，将具有三个相导体(R、S和T相)和一个中性导体(N相)的三相四线母线槽作为实例示出，但此实施例还可应用于其它实例，无论相数的多少。例如，母线槽可仅具有两个相导体和一个中性导体，或者除了上述两种情况之外还可包括接地导体。
如图4所示，此实施例的母线槽包括中空外壳400以及穿过外壳400内部的多个母线600。母线600由诸如铜或铝之类的导电材料制成，并且具有矩形截面。
多个母线600相互间隔开，并且母线600和外壳400也相互间隔开，以保证它们之间电绝缘。因此，在相邻的母线600之间以及在母线600和外壳400之间形成间隔。
另外，通过从阳极化处理(anodizing)、喷砂处理(sand blasting)和电镀(plating)中选择的方法，在多个母线600的外表面上形成金属表面处理层601。并且，在外壳400的内表面和外表面上形成漆层401、402，以增加热辐射率。
因此，金属表面处理层601或漆层401、402形成在母线600的表面上以及外壳400的内表面和/或外表面上，其一般为裸导体或裸表面。
如果母线600由铝制成，则形成在母线600的外表面上的金属表面处理层601可具有通过阳极化处理所形成的氧化膜601a。
本领域众所周知，电化学氧化膜可通过阳极化处理形成在铝表面上。氧化膜增加了发射率并在表面上形成好的不均匀体(fine evenness)，从而增加了用于热辐射的表面面积。如果形成没有光泽的氧化膜，则可进一步增强辐射的热传递能力。
如上所述的通过阳极化处理形成的氧化膜的厚度可为0.1mm-1mm。如果氧化膜的厚度超过1mm，则氧化层中的微观断裂(microfracture)可能会对产品的质量有影响。
如果母线600由铜制成，则其表面可通过喷砂处理来加工。此处，除了使用沙颗粒的“喷砂处理”之外，喷射处理(blasting)还可包括使用金属球或金属颗粒的喷丸(shot blasting)或抛丸(shot peening)。
用普通的喷砂处理设备来执行喷砂处理。将母线600放入设备中，接着在高压下将研磨剂(sanding agent)注入到设备中，以碰撞母线600的表面，从而在母线600的表面上形成好的不均匀体(或不均匀层)601b。如果好的不均匀体601b形成在母线600的表面上，则增加了用于母线600的热辐射的表面面积，并且也提高了发射率。
形成在外壳400的内表面和外表面上的漆层401、402由非导电材料制成，并且该非导电材料可为普通涂料或环氧树脂，但并不限于此。
依据其导电还是非导电以及表面波长是长还是短，形成在母线600的表面上的金属表面处理层601和形成在外壳400的表面上的漆层401、402呈现不同的发射率。在一实施例中，考虑到母线600和外壳400的发射率，选择能保证最大热辐射效率的组合。
一般而言，由铜或铝制成的裸母线600的发射率约为0.06。如果氧化膜通过阳极化处理形成在裸导体上，或如果不均匀层通过喷砂处理形成在导体上，则发射率大大增加(在氧化膜的情况下增加到约为0.8以上)，从而通过辐射的热传递也增加了。
类似地，如果非导电漆层401、402形成在外壳400的内表面和/或外表面上，则可加强外壳400中的热吸收，并且也可增加外壳400外部的热发射率，从而保证了有效的热辐射。由于当系统处于稳定状态时，吸收率等于发射率，因此，可认为这两者是彼此相同的。
通过在现有的外壳400和现有的母线600的表面上形成漆层401、402或金属表面处理层601，同时保持外壳400和母线600的原有形状(即并未改变或修改外壳400和母线600的形状)，可使热发射能力最大化。
此实施例致力于通过增加母线600和外壳400的发射率和表面面积而使热辐射效率最大化。依据材料(即材料为导体或绝缘体)以及表面处的波长来改变该发射率。考虑到给定产品的形状，为了在母线槽中将辐射热量从母线600传递到外壳400，以及将热量从外壳400传递到空气腔，应当地控制发射率。
在此实施例中，为了增加发射率，金属表面处理层601形成在导体(或母线)的表面上，以增加发射率和表面面积。
从下面的表格3中，可以得知当氧化膜通过阳极化处理形成在铝表面上时，发射率大大增加。即，由于形成了氧化膜，从而发射率从0.04到0.82增加了约20倍。此外，尽管表格3中并未示出，然而通过喷砂处理形成在铜表面上的金属表面处理层601也提供了与氧化膜类似的发射率的增长。
表格3
并且，作为关于发射率的经验方法，金属表面一般具有小发射率。例如，具有高抛光表面的金或银的发射率低，约为0.02。另外，非导电物质一般具有超过约为0.6的高发射率。并且，发射率随着温度的升高而增加。因此，在外壳400的表面上形成涂有非导电物质的漆层401、402。
实验实例 下面的表格4示出了温度分析的仿真结果，其显示依据在母线的表面上有无金属表面处理层以及在外壳的内表面与外表面上有无漆层而变化的母线槽中的温度分布。
表格4 如从表格4所知，相较于现有技术的情况，本实施例具有温度降低20℃或更多的效果。即，与使用裸导体的现有技术情况相比，母线600表面上的氧化膜和外壳400表面上的漆层401、402可以大大地降低温度。
尽管已示出和阐述示例性实施例，但是本领域的普通技术人员应该认识到，在不偏离所附权利要求限定的该公开内容的精神和范围的情况下可以对形式和细节进行各种修改。
另外，在不偏离本发明的基本范围的情况下，可以进行各种变型以使特殊的情况或材料适用于教导本公开内容。因此，本公开内容并不局限于作为实施本公开内容的最佳方式而公开的具体示例性实施例，其还将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。
权利要求
1.一种空气绝缘型母线槽，包括
中空外壳；以及
多个母线，作为电力传输导体并穿过所述外壳的内部，
其中，相邻的所述母线相互间隔开并且每个所述母线与所述外壳间隔开，从而通过所述外壳的内部空间中的空气来保证相邻的所述母线之间以及所述母线与所述外壳之间电绝缘，以及
其中，在所述多个母线的外表面上形成漆层，并且
其中，在所述外壳的内表面、外表面或内表面和外表面上形成漆层，以增加热发射率。
2.根据权利要求1所述的空气绝缘型母线槽，其中所述漆层由非导电物质制成。
3.根据权利要求1所述的空气绝缘型母线槽，其中所述漆层的颜色选自可见波长范围，所述波长的范围为0.4μm-0.7μm。
4.根据权利要求1所述的空气绝缘型母线槽，其中所述漆层的厚度为0.1mm-1.5mm。
5.一种空气绝缘型母线槽，包括
中空外壳；以及
多个母线，作为电力传输导体并穿过所述外壳的内部，
其中，相邻的所述母线相互间隔开并且每个所述母线与所述外壳间隔开，从而通过所述外壳的内部空间中的空气来保证相邻的所述母线之间以及所述母线与所述外壳之间电绝缘，
其中，通过从由阳极化处理、喷砂处理和电镀组成的组中所选择的方法，在所述多个母线的外表面上形成金属表面处理层，以增加热发射率，以及
其中，在所述外壳的内表面、外表面或内表面和外表面上形成漆层，以增加热发射率。
6.根据权利要求5所述的空气绝缘型母线槽，其中所述母线由铝制成，并且位于所述母线的外表面上的所述金属表面处理层为通过阳极化处理形成的氧化膜。
7.根据权利要求6所述的空气绝缘型母线槽，其中所述氧化膜的厚度为0.1mm-1mm。
8.根据权利要求5所述的空气绝缘型母线槽，其中所述母线由铜制成，并且位于所述母线的外表面上的所述金属表面处理层为通过喷砂处理形成的不均匀表面。
9.根据权利要求5所述的空气绝缘型母线槽，其中形成在所述外壳的所述内表面、所述外表面或所述内表面和所述外表面上的所述漆层由非导电物质制成。
10.根据权利要求5所述的空气绝缘型母线槽，其中所述漆层的颜色选自可见范围。
11.一种空气绝缘型母线槽，包括
中空外壳；以及
多个母线，作为电力传输导体并穿过所述外壳的内部，
其中，相邻的所述母线相互间隔开并且每个所述母线与所述外壳间隔开，从而通过所述外壳的内部空间中的空气来保证相邻的所述母线之间以及所述母线与所述外壳之间电绝缘，
其中在所述外壳的内表面和外表面上形成漆层，以增加热发射率。
12.根据权利要求11所述的空气绝缘型母线槽，其中形成在所述外壳的所述内表面和所述外表面上的所述漆层由非导电物质制成。
13.根据权利要求11所述的空气绝缘型母线槽，其中所述漆层的颜色选自可见范围。
全文摘要
本发明提供了一种具有提高的热辐射效率的空气绝缘型母线槽，该母线槽通过在母线或外壳上形成金属表面处理层或漆层而使热发射能力最大化。该空气绝缘型母线槽包括中空外壳，以及作为电力传输导体且穿过所述外壳的内部的多个母线，其中相邻的所述母线间隔开并且每个所述母线与所述外壳间隔开，从而通过所述外壳的内部空间中的空气来保证它们之间的电绝缘，并且漆层形成在所述多个母线的外表面上以及漆层形成在所述外壳的内表面、外表面或内表面和外表面上以增加热发射率。当母线尺寸相同时，该母线槽可进一步降低母线的温度，从而增加电力传输容量，当电力传输容量相同时，该母线槽可进一步减小母线的尺寸。
文档编号H02G5/02GK101764383SQ20091021201
公开日2010年6月30日 申请日期2009年11月6日 优先权日2008年12月23日
发明者李相勋, 李泰善, 金东郁 申请人:Ls电线有限公司