用于使用成型组件使电力导体绝缘的系统的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年10月2日提交的题为“systemforisolatingpowerconductorsusingmoldedassemblies(用于使用成型组件使电力导体绝缘的系统)”的美国临时专利申请第62/236,382号的优先权，该申请的全部内容通过引用合并到本文中。

本发明整体涉及一种电气系统，比如用于将电信号分配至受控设备的电气系统，更具体地，涉及这种系统中的电绝缘(隔离，isolation)。

背景技术：

具有封装的电气部件和电子部件的电气系统是已知的并且在使用中。例如，电动机控制中心(mcc’s)被用于大型操作和工业操作中的电力及数据分配。在mcc’s中，诸如开关设备、半导体电力电子电路、可编程逻辑控制器、电动机控制器之类的各种部件被容置于可以被细分为段或列的大的电气壳体中，所述段或列还可以被细分为隔室。mcc包括用于将电力分配至各个隔室的相关联的母线、相互连接件以及支承结构件。

通常，mcc连接至主电源线，该主电源线可以将三相ac电力馈送至mcc的水平母线。水平母线转而可以将三相电力馈送至布置在mcc的段或列中的每一个中的竖向母线。竖向母线转而可以将三相电力馈送至安装在段的隔室中的各个单元(所述各个单元通常包括电气部件)。这些单元转而可以提供电源端子(导体)——比如，铜母线——用于将三相电力馈送至如可能为各种应用所需的系统环境，比如电动机。

然而，为了满足最小电气短路保护，比如依照internationalelectrotechnicalcommission(国际电工技术委员会)(iec)和/或underwriterslaboratories(保险商实验室)(ul)标准，电力导体应当充分地绝缘和/或以与其他传导部件(包括相邻的电力导体)具有足够距离的方式安装。在mcc的存取和/或尺寸约束和/或mcc的组成部件之内完成上述内容是特别具有挑战性的。因此，需要在这种存取和/或尺寸约束之内提供上述电气短路保护。

技术实现要素：

本发明的发明人已经认识到，可以通过下述方法提供改进的电气系统：通过使每个不同相位的水平电力分配母线覆盖有电气绝缘成型组件而对沿着预配置的绝缘总线支承成型件布置的电力母线彼此之间进行电气绝缘。电气绝缘成型组件具有构造成覆盖特定母线(相对于另一个母线或者带电紧固件)的轮廓，该特定母线布置在电气系统中的预配置的绝缘总线支承成型件的约束范围内(比如，沿着绝缘总线支承件的背部，位于绝缘总线支承件与电气系统的壁之间)。

相应地，暴露的母线可以彼此电气绝缘。因此，可以提供改进的电气系统，该改进的电气系统不太容易发生“电弧闪光”(当电流通过空气或气体而跳过电路中或者两个导体之间的间隙时形成的电流发光放电现象)和/或其他危害。

本发明的各方面可以在不需要对绝缘总线支承件进行修改的情况下，使绝缘总线支承件的背侧绝缘。这战胜了重大挑战以及必须使用环氧基树脂使这些区域绝缘的前置时期。本发明可以是用于使总线绝缘的系统的一部分，比如，按照internationalelectrotechnicalcommission(国际电工技术委员会)(iec)61641:2014由于内部故障在电弧作用的条件下进行测试的指南。因此，可以提供成型绝缘件，替代了不太合意的环氧基树脂、成型护套、收缩管和/或胶带。本发明可以提供成型绝缘件具有可以与实际的任何总线几何结构一起配合的轮廓。

紧固件、总线夹具或者其他电力导体可以在其携带电流或电荷的情况下是“带电的”，比如，通过流经用于结构安装和/或交换电流的携带电流的总线。电气绝缘成型组件还可以保护这些暴露的带电紧固件。

本发明的各方面可以消除对修改绝缘总线支承成型件的需要；由于总线的结构支承件可以保持不变，因此可以不需要任何短路的重新测试；以及可以与本领域中已采用的系统向后兼容。本发明的各方面还可以避开收缩管，该收缩管可能需要圆润边缘的母线和带有过程控制以均匀地收缩的的炉(oven)(还需要长的周期时间和能量消耗)。本发明的各方面还可以避开环氧基树脂，环氧基树脂可能是昂贵的，具有长前置时间，在追踪炉(trackovens)中消耗大量能量来涂覆和固化，并且环氧基树脂可能与具有较高额定电流的多个母线不起作用。

本发明的各方面可以在不需要使用工具对绝缘总线支承件或者标准母线的宽度进行修改的情况下，使用设计成创建围绕水平母线的绝缘的复杂路径的注塑成型部件。本发明可以有利地避免母线“对折(doublingup)”，因为全4”宽度母线可以使用而不进行修改。因此，组装时间可以从每段/列多至40小时缩短至2小时，或者更短时间。此外，本发明可以避免对将热收缩管手动地应用于母线(由于母线通常可以产生大量热)的需要，或者对在收缩之后将热收缩管手动地切成片比如用于允许导体在电流交换接合部处用螺栓接合在一起的需要。因此，本发明可以移除组件上的附属物，以在应用收缩管之后并且在组装之前移除收缩管。而且，当采用本发明的各方面时，收缩管和胶带在这个区域中可以完全不使用。

电气绝缘成型组件可以是单个注塑成型的部件，可以由热塑性或热固性聚合物制造而成，和/或可以是黑色的以使辐射冷却最大化。

具体地说，本发明的一方面提供了用于使电力导体绝缘的系统，该系统包括：总线支承件；第一电力导体和第二电力导体，第一电力导体和第二电力导体沿着总线支承件彼此邻近布置；以及电气绝缘成型组件，该电气绝缘成型组件具有构造成覆盖第一电力导体和第二电力导体中的至少一个的至少一个轮廓。电气绝缘成型组件可以使第一电力导体与第二电力导体电气绝缘。

通过以下详细描述和附图，本发明的这些及其他特征和优点对于本领域技术人员而言将变得明显。然而，应当理解的是，尽管指示了本发明的优选实施例，但详细描述和具体事例是通过说明性而非限制性的方式给出的。在不背离本发明的精神的情况下，可以在本发明的范围内做出许多改变和修改，并且本发明包括所有这些修改。

附图说明

图1为根据本发明的一方面的可以将各种类型的电子单元容置于其中的示例性的电气系统；

图2为根据本发明的一方面的可以包括在图1的电气系统的段内的示例性总线系统；

图3为根据本发明的一方面的可以支承图2的总线系统的电力总线的示例性的预配置的绝缘总线支承件；

图4为根据本发明的一方面的侧向总线支承件的后部视图，其中，每个侧向总线支承件具有布置在其上的水平总线导体；

图5为图4的后部视图，其中，根据本发明的一方面，水平总线导体每个都被电气绝缘成型组件覆盖；

图6为图5的后部视图，其中，根据本发明的一方面，设置有成型的护套并且还设置有段之间的拼接区域；

图7为图6的后部视图，其中，根据本发明的一方面，电气绝缘的弯折护套卷绕拼接板；

图8为沿着图7的平面y-y截取的截面图；

图9为根据本发明的一方面的电气绝缘成型组件的上部等距视图，并且图10为图9的电气绝缘成型组件的下部等距视图；

图11为根据本发明的一方面的电气绝缘成型组件和弯折护套的截面图；

图12a为根据本发明的一方面的电气绝缘成型组件的上部等距视图，并且图12b为图12a的电气绝缘成型组件的下部等距视图；

图13a为根据本发明的一方面的替代性电气绝缘成型组件的上部等距视图，并且图13b为图13a的电气绝缘成型组件的下部等距视图；

图14a为根据本发明的一方面的替代性电气绝缘成型组件的上部等距视图，并且图14b为图14a的电气绝缘成型组件的下部等距视图；

图15a为根据本发明的一方面的替代性电气绝缘成型组件的上部等距视图，并且图15b为图15a的电气绝缘成型组件的下部等距视图；

图16a为根据本发明的一方面的成型护套的上部等距视图，并且图16b为图16a的下部等距视图；以及

图17为根据本发明的一方面的竖向绝缘屏障。

具体实施方式

现在，参照图1，提供了示例性的电气系统10，其中，在该电气系统10中可以容置各种类型的电气单元12。电气系统10例如可以是电动机控制中心(mcc’s)或者其他工业、商业、海运业或其他电气系统。通常，电气系统10可以设置有一个或更多个段14，每个段形成围绕装置安装体积的壳体，用于支承单元12。壳体可以由任何合适的材料——比如重计量金属板、强化塑料等——制成。电气系统10通常可以通过合适的导线(未示出)接收来自外部电源比如电源栅格的三相电力和/或数据信号，并且将接收到的电力和/或数据信号以各种方式分配至段14的一个或更多个段。段14彼此之间可以是电气绝缘的，或者替代性地，比如通过通用的水平电力总线16与其他段14电气接合。

单元12可以每个都包括用于覆盖部件18的组件的门，该部件18通过已知的方式——比如螺纹接合或卡扣接合——支承在每个单元12内，由此提供了与电气系统10的机械和电气连接。单元12的示例性部件18可以包括继电器、电动机启动器以及可编程逻辑控制器(“plc’s”)等。用于单元12的门可以包括例如用于打开门的杠杆、用于防止门打开的锁、和/或用于指示打开门的安全条件的光。在每个段14中可以设置有门栓导轨(未示出)，以与单元12的各个门上的门栓相接。

段14还可以包括电线槽20，在该电线槽20中，可以安装线路、负载接线、布线等以服务于部件18。段14可以可选择地包括预配置绝缘区域22，用于需要段14之间的更大电气绝缘的变化。

沿着段14中的每个段的后壁可以布置有竖向总线系统24，该竖向总线系统24配置成有助于比如以插件的方式将电力分配在整个对应的段14上。总线系统24通常可以形成为具有插槽26的底板，用于容纳位于容纳在段14内的装置支承件的后表面上的常规的插入式电气连接件。这种插槽和插入布置在本领域中是普遍已知的。如所图示的，插槽26可以被成对地划分以容纳针对电源的每一相的对应的双叉插入部。这些插槽26的行可以被设置成使装置支承件安装在段14内的不同高度处。

现在参照图2，提供了图1的总线系统24的示例性构造。总线系统24可以包括布置在段14内的多条电力总线。在图示的实施例中，总线系统24包括布置成邻近于彼此的第一、第二和第三竖向总线导体30，这些竖向总线导体30可以对应于三相电力系统(电力导体)的不同相。此外，总线系统24包括布置成邻近于彼此的第一、第二和第三水平总线导体40，这些水平总线导体40也可以对应于三相电力系统(电力导体)的不同相，但是沿不同方向。

在某些实施例中，水平总线导体40可以耦合至从外部电源比如电源栅格馈送三相电力的布线，并且第一、第二和第三水平总线导体40可以耦合至第一、第二和第三竖向总线导体30。此外，在某些实施例中，一个段的水平总线导体40可以与另一个(侧面的)段的水平总线导体40耦合(或者“拼接”)。在替代性实施例中，根据环境情况，可以设置有更多个水平和/或竖向总线导体，比如，用于提供中性导体，保护性接地线、地线或附加的电源相，或者可以设置有更少的水平和/或竖向总线导体。

总线系统24可以包括总线覆盖件46以及将在下面进行更详细地描述的后部总线支承件。在图示的实施例中，总线覆盖件46可以包括布置在水平总线导体和竖向总线导体上方的合成材料的模塑板，并且可以用于防止与下面的电源总线相接触，除非通过插槽26。竖向总线导体30通常由具有平面区域的棒料或管料组成，该平面区域允许竖向总线导体30机械地及电气地耦合至总线系统24中的水平总线导体40。

部件支承件(比如安装在平板或抽屉上，未示出)的连接可以通过双叉插入部制成，该双叉插入部通过插槽26容纳并且接合位于总线覆盖件46后面的各个母线。如上所述，总线系统24还包括构造成支承竖向总线导体和水平总线导体的总线支承件，下面，参照图3，对该总线支承件进行详细描述。

现在参照图3，图示了示例性的预配置的绝缘总线支承件50，用于支承图2的总线系统24的电力总线。如所图示的，总线支承件50可以是具有竖向通道52的成型件，用以容纳图2的竖向总线导体30。竖向通道52中的每个竖向通道可以包括位于总线支承件50的后侧56的后突出部54。在图示的实施例中，总线支承件50机械地支承各种水平总线导体和竖向总线导体。在总线系统24内，并且通常在总线支承件50与总线覆盖件46(参见图2)之间，每个竖向总线导体通常可以包括通过部件支承件的插入部和总线锚定部分接合的连接部分。

相应地，水平总线导体40(参见图2)通常可以被支承在总线支承件50的后表面上，而竖向总线导体30(参见图2)可以被支承在总线支承件50的前表面上。在图示的实施例中，总线支承件50包括用于容纳安装螺栓或螺钉的一系列开孔58或孔洞。这些开孔58将与电气系统10的后部中的对应的开孔大致对准，以在总线系统24安装在总线支承件50中时支承总线系统24。竖向总线导体30可以容纳于竖向通道52的对应的凹部中。凹部可以是使竖向总线导体30安置于其中的大致半圆形的凹槽。

与后突出部54相对的部件——可以比凹部更深一些——是袋状部，该袋状部设计成容纳及接纳部件支承件的将通过总线覆盖件46中的插槽26突出的插入部(未示出)。此外，总线支承件50可以包括一系列开孔(未示出)，所述开孔延伸贯穿总线支承件50，以机械地及电气地连接至水平总线导体40。

在图示的实施例中，总线支承件50可以由成型的塑料材料的单件形成。该材料优选的是在正常操作期间可能发生温度升高的情况下不会降解或融化的材料。在某些实施例中，总线支承件50可以包括玻璃填充聚酯、热固性塑料。总线支承件50还可以包括布置在总线支承件的后侧的附加的总线支承支架(未示出)，其可以构造成与通道相接触以在高电流事件期间限制竖向总线导体的运动。

现在参照图4，提供了侧向总线支承件50(标识为总线支承件“a”和“b”)的后部视图，每个侧向总线支承件50上布置有水平总线导体40。总线支承件a和b例如可以布置在电气系统10中的侧向段14中。在所示出构造中，总线支承件a的水平总线导体40与总线支承件b的水平总线导体40未连接并且电分离。在总线支承件a和b的每个边缘上可以设置有竖向绝缘屏障60(也可参见图17)，竖向绝缘屏障60轮廓的成形为围绕水平总线导体40，以提供水平总线导体40之间的间隙中的电气绝缘和保护。此外，弹性杆62或绝缘电缆可以紧固到每个水平总线导体40，以从通过电气系统10所容纳的外部电源向水平总线导体40提供相应的电源相位。

现在参照图5，提供了图4的侧向总线支承件a和b的后部视图，其中，水平总线导体40分别由电气绝缘成型组件70覆盖。在相对于电气系统10成型和定位的总线支承件50的约束之下，成型组件70具有构造成覆盖特定的水平总线导体40(相对于其他水平总线导体40或者其他带电紧固件而言)的轮廓。具体地，例如，成型组件70具有下述轮廓，该轮廓构造成覆盖相对于第二水平总线导体40的第一水平总线导体40；相对于第一水平总线导体40和第三水平总线导体40的第二水平总线导体40；以及相对于第二水平总线导体40的第三水平总线导体40，同时沿着总线支承件50的背部配装在总线支承件50与电气系统10的后壁之间。成型组件70可以由电气绝缘材料比如热塑性或热固性聚合物制造而成，并且可以是单个注塑成型的部件。成型组件70还可以是黑色的以使辐射冷却最大化。

在第一变型中，成型组件72可以在成型组件的最右后侧中设置开口73，以便允许弹性杆62通过而对第一水平总线导体40提供第一电源相位(也可参见图12a和图12b)。在第二变型中，成型组件74可以在成型组件的中央设置开口73，以便允许弹性杆62通过而对第二水平总线导体40提供第二电源相位(也可参见图13a和图13b)。在第三变型中，成型组件76可以在成型组件的最左后侧中设置开口73，以便允许弹性杆62通过而对第三水平总线导体40提供第三电源相位(也可参见图14a和图14b)。在第四变型中，成型组件78可以完全覆盖在后侧，不提供开口(也可参见图15a和图15b)。应当理解的是，在本发明的范围内，可以设置成型组件70的各种开口，以便允许导体如可能需要的那样以各种方式通过。

成型组件72的轮廓可以比如通过使大致平坦的区域80直接布置在水平总线导体40上方、然后通过有角度的或者弯曲的区域82布置在水平总线导体40的上边缘和下边缘上方以引导成与总线支承件50齐平来成形为覆盖水平总线导体40。最终，相邻的成型组件70的弯曲区域82可以彼此相接触以在总线支承件50上方提供完全电气绝缘的覆盖。

如图12至图15中更详细地示出，成型组件72还可以包括开孔84或孔洞，开孔84或孔洞用于容纳用于安装在电气系统10中——比如安装至竖向绝缘屏障60、总线支承件50或其它区域——的夹子(比如舟形夹)、塑料铆钉、螺钉或者其他紧固件86。成型组件72还可以包括翼片86或者类似的机构，翼片86或者类似的机构用于使成型组件72比如相对于总线支承件50的相对两侧对准，和/或用于进一步将成型组件72保持在电气系统10中。

现在参照图6，为了在电力导体之间提供更强的电气绝缘，可以相对于弹性杆62在每个成型组件76的上方设置有成型护套90(也可参见图16a和图16b)。成型护套90可以以下述各种方式附接至成型组件76，比如通过成型护套90上的挂钩92与成型组件76上的保持机构94(也可参见图9至图11)相互锁定。成型护套90的轮廓可以成形为围绕弹性杆62配装，以提供电气绝缘和保护，包括相对于通过开口73所暴露的弹性杆62与成型组件72之间的间隙。

再次参照图11，在第一成型护套区域96中，成型护套90的轮廓可以成形为沿着第一平面(具有成型组件76)与成型组件76精确配装。然而，在第二成型护套区域98中，成型护套90的轮廓可以成形为沿着相对于第一平面有角度地布置的第二平面(具有弹性杆62)与弹性杆62精确配装。在替代的方面中，阶梯状成型护套区域(或者一系列区域)可以提供具有弹性杆、绝缘电缆或者其他导体的阶梯面的轮廓，由此穿过成型护套。成型护套可以是能够切削成与在不同应用中使用的导体尺寸相对应的单个部件，而不需要多个部件。成型护套90由电气绝缘材料比如热塑性或热固性聚合物制造而成，并且可以是单个注塑成型的部件。一体到成型护套的可以是波纹管，以接纳弹性杆或其他导体的大范围的附接角度，从而提供组装灵活性。成型护套90还可以是黑色的以使辐射冷却最大化。

如图11即沿着图7的平面x-x截取截面图中显而易见的，成型组件72覆盖携带第一电源相位的水平总线导体40a。成型组件72还覆盖弹性杆62a(向水平总线导体40a提供第一电源相位)的端部部分，此外，还覆盖将弹性杆62a固定至水平总线导体40a的弹性杆螺钉102(带电紧固件)。成型组件72中的开口73a允许弹性杆62a通过而到达水平总线导体40a，并且成型护套90a提供了有关由于开口73a所暴露的弹性杆62a与成型组件72之间间隙的电气绝缘。接着，成型组件74覆盖可以携带第二电源相位的水平总线导体40b，等等。因此，在不需要使用工具对总线支承件50进行修改的情况下，围绕水平总线导体40形成绝缘的复杂路径。

重新参照图6，总线支承件a的水平总线导体40可以电连接至总线支承件b的水平总线导体40(或者与总线支承件b的水平总线导体40“拼接”)。这可以通过在总线支承件a的水平总线导体40与总线支承件b的水平总线导体40之间附接导电拼接板110来实现。可以使用具有相对的螺母和垫圈的总线夹具112将拼接板110附接至水平总线导体40。可以使用单个拼接板110连接具有较低额定电流比如600amps-1200amps的邻近的水平总线导体40。替代性地，可以使用多个拼接板110(比如，前部拼接板和背部拼接板)连接具有较高额定电流比如1600amps-3000amps的邻近的水平总线导体40。

简单地参照图7，当侧向段14的水平总线导体40拼接在一起时，电气绝缘的弯折护套120可以卷绕拼接板110以提供对于水平总线导体40的连续的电气绝缘。如图8即沿着图7的平面y-y截取的截面图中显而易见的，成型组件72可以通过成型组件70的开孔84和紧固件86连接至弯折护套120，用于牢固地保持成型组件70并且转而将弯折护套120保持就位。

本文中使用的特定术语仅为参照的目的，因而并不旨在限制。例如，诸如“上”、“下”、“上方”以及“下方”之类的术语指的是参照的附图中的方向。诸如“前”、“后”、“后部”、“底部”、“侧部”、“左”以及“右”之类的术语在一致但任意的参照系内描述部件的部分的取向，通过参照描述所讨论部件的文字和相关附图使该参照系清楚。这样的术语可以包括以上特别提到的词语、其衍生词和具有相似含义的词语。类似地，术语“第一”、“第二”及其他此类涉及结构的数词不暗示顺序或次序，除非上下文清楚地指出。

当介绍本公开和示例性实施例的元件和特征时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在表示存在一个或多个这样的元件或特征。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在包含，并且意味着存在除了那些特别说明之外的其他元件或特征。应当进一步理解的是，除非特别指出按照顺序进行，本文中描述的方法步骤、过程和操作不应被解释为必须要求按所讨论或图示的特定顺序来执行。还应当理解的是，可以采用附加的或替代性的步骤。

本发明的各种特征在所附权利要求中阐明。应当理解的是，本发明不是将其应用限制于本文中所阐明的结构细节和部件布置。本发明能够具有其他实施例并且能够以各种方式实践或实施。上述内容的变化和修改均在本发明的范围内。还应当理解的是，本文中公开和限定的发明延伸到正文和/或附图中提及或显示的两个或更多个单独特征的所有替代性组合。所有这些不同的组合构成本发明的各种替代方面：本文中描述的实施例解释了用于实施本发明的所已知的最佳模式，并且将能够使本领域的技术人员利用本发明。本文中描述的包括专利和非专利出版物的所有出版物在此其全部内容通过引用并入本文。

本发明可以是在户外、建筑或其他环境中用于保护人类生命和肢体的“安全系统”的一部分。然而，本文中所使用的术语“安全”、“安全地”、或“安全的”并不表示本发明会使环境安全或者其他系统将产生不安全的操作。这些系统中的安全取决于很多发明范围外的因素，其包括：安全系统的设计，安全系统的部件的安装和维护，以及使用安全系统的个人的合作和训练。尽管本发明具有高的可靠性，但所有物理系统容易发生故障，并且需要为这些故障做出准备。