具有减少的功耗、材料和温度的开关柜汇流条组件的制作方法
【专利摘要】电气开关柜包括用于多相配电系统的电气开关设备、用于给开关设备供应电流的汇流条组件(10)的支撑结构(20)和安装在支撑结构上的多个分隔开的汇流条(11，12，13)，每个汇流条用于连接开关设备到多相配电系统的各相。每个汇流条包括多个大体上共面的隔开的细长扁平导体(11，12，13)，其布置成使得在该汇流条中的每个导体的至少一个纵向边缘表面(LE)与该同一汇流条中的另一导体的纵向边缘表面相对且隔开，每个汇流条包括在所述导体的每一端处的连接器(41…49)用于将每个汇流条中的多个扁平导体彼此连接。
【专利说明】具有减少的功耗、材料和温度的开关柜汇流条组件
发明领域
[0001]本发明涉及用于电气开关柜的汇流条系统，且更特别涉及与这种设备一起使用的电力汇流条系统。
[0002]发明背景
[0003]电气开关柜，包括配电盘和马达控制中心，使用称作“汇流条”的导体以连接断路器和负载的其它保护设备。根据希望得到的额定电流或配电设备的载流容量，现有的导体含有一个或多个扁平导体。随着这些导体长度的增加，消耗在导体上的功率损失增加而且由于自然对流附近空气的温度也增加，导致了在开关柜电流分配中的低劣的热耗散和更高的温度。在扁平导体的情况下，为了抵消不良热效应，多个扁平导体堆叠在一起，但是以增加了昂贵的铜的数量为代价。例如，其中一个众所周知的汇流条系统为三相系统的每一相使用四个叠片导体，而且每个叠片导体有2个导体，每一相总共有八个导体。
[0004]由于增长的导体容量，叠片扁平导体因为“集肤效应”现象显示出相对低劣的电流分配，该现象是指导体表面附近的电流密度比它的中心的电流密度高。此外，在多相系统中，不同相的邻近导体会受到另一个称为“邻近效应”现象的影响，该现象涉及流过一相的电流怎样干扰流过邻近相的电流。邻近效应的结果是，导体中的电流趋向涌向或远离最接近相邻相导体的侧部，这取决于每个导体中的电流方向。结果某相的导体的一些部分在构成导通相的导体中经受不均匀的电流分布。
[0005]发明概述
[0006]电气开关柜典型地包括用于多相配电系统的电气开关设备、用于给开关设备提供电流的汇流条组件的支撑结构，和多个间隔的汇流条，这些汇流条安装在支撑结构上而且连接开关设备到多相配电系统的各相。已经发现在用于不同相的相应汇流条中的多个扁平导体的独特布置提供了改善的电流分布的均匀性，这转而减少了功率损失和温度。结果，对于任何给定的额定电流，在多相汇流条每个中需要的导电材料数量下降了，这转而减少了汇流条组件的成本、尺寸和重量以及开关柜的成本、尺寸和重量。例如，在一个实施方式中，已经发现本发明使得在某个设计成在4000安培额定电流下处理三相电的开关柜的汇流条组件中所需的导电材料的数量减少25%。改善的电流分布的均匀性也减少了 “过热点”。
[0007]在一个实施方式中，每个汇流条包括多个隔开的细长的扁平导体，其被布置成使得在该汇流条中的每个细长导体的至少一个纵向边缘表面与在该同一汇流条中的另一个细长导体的纵向边缘表面相对并分隔开。在每个汇流条内的细长导体的每个扁平侧面优选地与该同一汇流条内的所有其他细长导体的相应侧面大体上是共面的。在每个汇流条内的多个扁平导体通过多个连接器彼此电连接，在一个实施方式中这些连接器横跨任何给定汇流条中的所有细长导体延伸且电连接到任何给定汇流条中的所有细长导体。
[0008]本发明的前述和其它方面以及实施方式对考虑了各种实施方式和/或方面的详细描述后的本领域普通技术人员来说将会更明显，这些详细描述通过参考附图完成，附图简述将会在下面给出。
[0009]附图简述[0010]本发明的前述和其它优点通过阅读下面详细描述和参考附图将会变得明显。
[0011]图1是汇流条系统和它的支撑结构的前透视图，用于三相配电系统中的开关设备。
[0012]图2是图1中所示的汇流条系统和支撑支柱的放大前透视图。
[0013]图3是图2所示的汇流条系统的分解透视图。
[0014]图4是与图3所示的汇流条系统中的两个导体有关的零件的放大透视图，外加标定这些导体的尺寸和表面的符号。
[0015]图示实施方式详述
[0016]尽管将会结合某些方面和/或实施方式描述本发明，将要理解的是本发明不局限于那些特定方面和/或实施方式。相反，本发明意图覆盖如可被包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有备选、修改和等同方案。
[0017]现在翻到附图并首先参考图1和2，用于三相配电开关柜(未显示)的汇流条组件10含有三相汇流条11、12和13，每个用于三相中的每一个。在汇流条11-13中的导体是由导电性材料制成的，如铜，铝，等等。
[0018]汇流条11-13典型地被安置在支撑结构上，在说明性实施方式中支撑结构是支撑架20，该支撑架20包括两个水平的矩形端部框架21和22，它们通过4个垂直的角柱23-26互相连接。第一对水平导轨27和28在支柱23和24之间延伸，并连接到支柱23和24，第二对水平导轨29和30在支柱25和25之间延伸，并连接到支柱25和26。支撑架20的元件21-30都是由导电材料例如钢制成的，其被接地。容纳汇流条组件和其它电气元件如断路器等等的该支撑架进一步被钢板(未示出)覆盖，除了测量用的口/开口和开关。
[0019]第一对短的垂直支撑支柱31和32在两个导轨27和28之间延伸，并连接到两个导轨27和28，第二对短的垂直支撑支柱33和34在两个导轨29和30之间延伸，并连接到两个导轨29和30。三个汇流条11-13安置在支柱31-34上，其中第一汇流条11固定在支柱31和33的前侧，第二汇流条12固定在支柱31和33的后侧，并且第三汇流条13固定在支柱32和34的后侧。两个前支柱31和33与后支柱32和34具有相似的宽度，宽度接近于每对支柱中的两支柱之间的距离，使得每对相邻汇流条之间(即，第一对相邻汇流条11和12之间以及第二对相邻汇流条12和13之间)的间距大体上相等。
[0020]在说明性实施方式中，三个汇流条11-13中的每个汇流条含有六个导体，这些导体彼此互相电连接。例如，参考图2，前汇流条11含有三对水平导体Ila和11b，Ilc和Ild以及Ile和Ilf。同样地，第二水平汇流条12含有第二组三对水平导体12a和12b，12c和12d，以及12e和12f，并且第三水平汇流条13含有第三组三对水平导体13a和13b，13c和13d，以及13e和13f。在说明性实施方式中，在每个汇流条中的6个导体是共面的，以及所有汇流条中的导体彼此间是互相平行的。
[0021]如图3和4中描述，在每个汇流条中的每个单独导体是具有长L，宽W和厚度T的细长扁条(参见图4)。两个侧面S中的每一个具有面积LxW，每个纵向边缘表面LE具有面积LxT，且每个横向(端)面TE具有面积WxT。每一单相汇流条有六个导体，每个导体有2个侧面，这些导体在同一个平面上，换言之，叫做共面。相邻导体的纵向边缘表面LE是相对的并且互相隔开的。在一个应用于三相开关柜系统中的示例性汇流条布置里，每个导体具有2.5英寸宽W和0.25英寸厚度。[0022]为了使每个汇流条中的六个导体相互电连接，一对端连接器和中心连接器被固定到六个导体的一端。特别地，在汇流条11中，两个端连接器41和42以及中心连接器43横跨6个导体Ila-1lf前侧上的扁平侧面S延伸，而且电连接到在6个导体Ila-1lf前侧上的扁平侧面S。相似地，在汇流条12中，两个端连接器44和45以及中心连接器46固定到在6个导体12a-12f的后侧面S，并且在汇流条13中，两个端连接器47和48以及中心连接器49固定到在6个导体13a-13f的后侧面S。在汇流条11中，三个连接器(图4中的41，42和43)通过螺栓50、垫圈51和螺母53固定到六个导体。如图4中描述，每个螺栓50穿过E形夹52、两个导体(图4中的Ila和Ilb)之间的空间，和三个连接器(图4中的41，42或43)中的一个。用于两个端连接器的螺栓50还穿过其中一个短支撑支柱(图4中的31 或 33)。
[0023]同一汇流条内的相邻导体之间的空间和相邻汇流条之间的空间两者都允许空气流过导体的表面。由于汇流条之间的对流，热空气上升，并且热空气被允许逃到支撑架20上形成的任何外壳的外面，经过在外壳顶部提供的排气口，导致了在导体面与外壳外面的空气之间形成空气交换。由上述汇流条布置提供的改进的电流分配减少了在系统中产生的功率损耗，有助于在开关柜中降低温度。结果，对于与开关柜中导体关联的相同的额定电流，通过使用建议的汇流条布置能够实现整体上减少铜。
[0024]说明性的汇流条是“贯通(through)”汇流条(在开关柜内部没有用于断路器，开关等等附加连接的端子)，但是应当理解相同汇流条布置可以设置有前侧端子以连接汇流条到其它设备上，如断路器，开关等等，以被供电。汇流条系统的宽度可以变化，这里用变量L表示，而且多个汇流条系统可以并排连接，例如，在邻接的开关柜里。为了连接一个汇流条系统到另一个汇流条系统，例如，导体可以被延长出支撑支柱31-34，使得汇流条系统容易地连接到另一个。相似地，为了给独立的汇流条系统或一系列相连的汇流条系统中的第一个汇流条系统供电，导体可以被延长出支撑结构，使得供电线容易地连接。
[0025]在图1-4中的汇流条系统中，各自的导体可以与现有汇流条系统中相对应的导体在宽度和布置方面是相同或相似的，仅仅改变导体被连接以形成用于三相的三个汇流条的方式。与现有汇流条系统的实质兼容性因此可以被保证。
[0026]图示的汇流条100是用于三相电流分配的，但是在其它方面，本文公开的导体能够被使用在单向分配系统中。
[0027]虽然本发明的特定方面，实施方式和应用已经被阐明和描述了，应当理解的是本发明并不限制在本文公示的明确的构造和组成，在不背离由所附权利要求所定义的本发明的精神和范围的前提下，从前面描述中进行各种修改，改变，和变化可以是明显的。
【权利要求】
1.一种电气开关柜,包括 电气开关设备，其用于多相配电系统， 用于汇流条组件的支撑结构，所述汇流条组件用于向所述开关设备提供电流，和 多个隔开的汇流条，其安装在所述支撑结构上用于将所述开关设备连接到所述多相配电系统的各相，所述汇流条中 的每个汇流条包括: 多个隔开的细长扁平导体，其布置成使得在该汇流条中的每个导体的至少一个纵向边缘表面与该同一汇流条中的另一导体的纵向边缘表面相对且隔开，和 多个导电连接器，其将在每个汇流条中的所述多个扁平导体彼此连接。
2.根据权利要求1所述的电气开关柜，其中在所述汇流条中的每个汇流条中的所述细长扁平导体具有侧面，所述侧面是彼此大体上平行的且彼此对齐。
3.根据权利要求2所述的电气开关柜，其中在所述汇流条中的每个汇流条中的所述细长扁平导体的所述侧面大体上是共面的。
4.根据权利要求1所述的电气开关柜，其中所述导体的所述相对的纵向边缘大体上是彼此平行的。
5.根据权利要求1所述的电气开关柜，其中所述汇流条是彼此平行安置的，并且彼此被分隔开，其中在所述汇流条中的每个汇流条中的导体的侧面与所述汇流条中的另一个汇流条中的导体的侧面是相对的。
6.根据权利要求1所述的电气开关柜，其中所述连接器中的每个连接器横跨所述汇流条之一中的所有细长导体延伸且电连接到所述汇流条之一中的所有细长导体。
7.—种电气开关柜,包括: 电气开关设备，其用于多相配电系统， 用于汇流条组件的支撑结构，所述汇流条组件用于向所述开关设备提供电流，和 多个隔开的汇流条，其安装在所述支撑结构上以将所述开关设备连接到所述多相配电系统的各相，所述汇流条中的每个汇流条包括: 以细长扁条形式的多个导体，其中所述多个导体中的每一个具有一对纵向扁平侧面S和沿着所述扁条的长度L延伸的一对纵向边缘表面LE，所述多个导体布置成使得每个导体的至少一个纵向边缘表面LE与该同一汇流条中的相邻导体的纵向边缘表面LE相对且隔开，和 多个导电连接器，其将每个汇流条中的所述多个扁平导体连接在一起。
8.根据权利要求7所述的电气开关柜，其中在所述汇流条中的每个汇流条中的所述多个细长扁条具有彼此大体上平行且彼此对齐的侧面S。
9.根据权利要求8所述的电气开关柜，其中在所述汇流条中的每个汇流条中的所述多个细长扁条的每个侧面S与在该同一汇流条中的所有其它的细长扁条的相对应的侧面是大体上共面的。
10.根据权利要求7所述的电气开关柜，其中在所述汇流条中的每个汇流条中的所述细长扁条的所述相对的纵向边缘表面是彼此大体上平行的。
11.根据权利要求7所述的电气开关柜，其中所述汇流条是彼此平行安置的并且彼此被隔开，其中所述汇流条中的每个汇流条中的细长扁条的侧面S与所述汇流条中的另一个汇流条中的细长扁条的侧面是相对的。
12.根据权利要求7所述的电气开关柜，其中所述连接器中的每个连接器横跨所述汇流条之一中的所有细长导体延伸且电连接到所述汇流条之一中的所有细长导体。
13.—种电气开关柜,包括: 电气开关设备，其用于配电系统， 用于汇流条组件的支撑结构，所述汇流条组件用于向所述开关设备提供电流，和至少一个汇流条，其安装在所述支撑结构上，用于将所述开关设备连接到所述配电系统，所述汇流条包括: 多个隔开的细长扁平导体，其布置成使得所述导体中的每一个导体的至少一个纵向边缘与所述导体中的另一个导体的纵向边缘相对且隔开，和多个导电连接器，其将所述多个扁平导体彼此连接。
【文档编号】H02B1/21GK103907253SQ201280053607
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2012年11月1日 优先权日:2011年11月3日
【发明者】卡尔顿·R·罗得里格斯, 马克·J·费希尔, 尼古拉斯·帕斯克瑞拉, 毛里西奥·迪亚兹, 乔斯·卡洛斯·苏亚雷斯 申请人:施耐德电气美国股份有限公司