ЭКРАНИРОВАННЫЙ ШИНОПРОВОД Российский патент 2022 года по МПК H02G5/06 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к системам для транспортировки и распределения электроэнергии и, в частности, к шинопроводам.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Шинопроводы представляют собой предварительно собранные электрические шины, состоящие из модульных конструкций, содержащих проводящие элементы, обычно в виде жестких шин из проводящего материала, обычно меди или алюминия, в опорном кожухе из проводящего, ферромагнитного или комбинированного материала, который также выполняет функцию термального рассеяния тепла, производимого из-за эффекта Джоуля такими токопроводящими шинами, а иногда даже функцию первого сдерживания излучаемого магнитного поля.

Шинопроводы используются как альтернатива электрическим кабелям, особенно в коммерческой и промышленной области. Шинопроводы могут использоваться для проведения токов от нескольких десятков до нескольких тысяч ампер, предлагая некоторые преимущества по сравнению с традиционными кабелями, такие как, например, модульность, простота установки, безопасность и модульность компонентов, прикрепленных к ним, таких как шунты, розетки и т.д.

Так называемые системы «компактных шинопроводов», в которых проводящие шины изолированы с помощью тонкого изоляционного слоя, обеспечивающего высокую близость между фазами, что соответствует небольшому объему общего размера, были разработаны недавно.

Другое преимущество шинопроводов по сравнению с электрическими кабелями заключается в том, что электромагнитная совместимость, например, компактный тип шинопровода, через который проходит ток силой около 2000 (А) (Ампер), может гарантировать уровень магнитной индукции ниже 3 (мкТл) (микротесла) в пределах 1 м от шины, предел установлен для защиты людей в Италии. Однако часто на таком расстоянии могут потребоваться более низкие значения магнитной индукции, например 0,2-0,1 (мкТл), особенно когда шинопроводы устанавливаются в среде, где присутствует электронное оборудование. На шинопроводе компактного типа без магнитного экранирования это значение достигается на расстоянии нескольких метров от оси шины. Кроме того, часто требуются значения емкости, которые могут достигать даже 6000 (А), что соответствует еще более высоким значениям магнитной индукции.

Традиционное решение для ослабления магнитных полей, генерируемых шинопроводами, предусматривает наличие экрана, расположенного снаружи и намотанного на кожух, имеет проблему повышения температуры, особенно в случае шинопроводов, через которые проходят токи с интенсивностью выше 400-500 (А). Данное решение также требует сложной работы по адаптации указанного внешнего экрана к внешнему кожуху шинопроводов, иногда выполняемой специализированными техниками после установки на месте использования.

В японской заявке на патент JP 09182260 раскрыт шинопровод, снабженный магнитным экраном, который может состоять из двух расположенных рядом и разнесенных U-образных элементов, изготовленных из проводящего материала, например меди или железа, и расположенных между проводящими шинами и внешним кожухом. Данное решение малоэффективно для ослабления магнитных полей за пределами шинопровода из-за проводящего материала, который малоэффективен для этого применения, и формы предлагаемого экрана.

Китайская полезная модель CN 202817654U раскрывает шинопровод, снабженный монолитным трубчатым стальным корпусом внутри кожуха для уменьшения электромагнитных помех. Данный трубчатый корпус трудно изготовить, и он усложняет сборку проводящих шин в нем.

EP 1652280 A1 раскрывает линию передачи электроэнергии, в которой электрические кабели экранированы экранирующим элементом из ферромагнитного материала и содержат U-образное основание и крышку, имеющую край, частично перекрывающий основание.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы преодолеть упомянутые выше недостатки путем создания экрана для шинопроводов с улучшенной эффективностью магнитного экранирования, которые легко изготовить и быстро собрать.

Согласно изобретению данные задачи решаются с помощью шинопровода, имеющего признаки пункта 1 формулы изобретения.

Основная характеристика шинопровода согласно настоящему изобретению заключается в том, что конструкция магнитного экранирования, расположенная между проводящими шинами и внешним кожухом, состоит из первого экранирующего элемента и второго экранирующего элемента, каждый из которых образован по меньшей мере одной U-образной сложенной полосой, содержащая два ребра и основание, изготовленное из ферромагнитного материала и охватывающее с противоположных сторон проводящие шины, так что каждое ребро экранирующего элемента по меньшей мере частично накладывается на соответствующее ребро другого экранирующего элемента.

Ферромагнитный материал экранирующих элементов позволяет уменьшить магнитную индукцию за счет поглощения магнитного поля, создаваемого проводящими шинами: в частности, пара ферромагнитных экранирующих элементов составляет магнитную цепь, в которой сопротивление воздушного зазора сводится к минимуму за счет увеличения лицевой поверхности, следовательно, наложение ребер экранирующих элементов дополнительно увеличивает эффективность экранирующей конструкции.

В предпочтительном варианте осуществления экранирующие элементы состоят из анизотропных ферромагнитных полос. Благодаря этой характеристике эффективность магнитного экранирования шинопровода согласно изобретению может быть улучшена, поскольку анизотропный ферромагнитный материал имеет большую способность экранирования магнитного поля, чем изотропный материал, из-за известного явления магнитной анизотропии, т.е. направленной зависимости магнитных свойств материала.

Для дополнительного повышения эффективности экранирования, в варианте осуществления изобретения анизотропные ферромагнитные полосы имеют зерна, ориентированные в направлении, ортогональном к продольной оси проводящих шин.

В варианте осуществления изобретения каждое ребро первого экранирующего элемента полностью наложено на соответствующее ребро второго экранирующего элемента.

В дополнительных вариантах осуществления изобретения по меньшей мере одна из проводящих шин частично окружена покрытием из изоляционного материала, или проводящие шины разделены изоляционным материалом.

Согласно дополнительному аспекту изобретения множество проводящих шин имеет в целом призматическую форму с двумя большими сторонами и двумя меньшими сторонами. Основания каждого экранирующего элемента обращены к соответствующим поверхностям меньших сторон множества проводящих шин, и ребра обращены к соответствующим поверхностям больших сторон множества проводящих шин. В дополнительном варианте осуществления изобретения основания каждого экранирующего элемента обращены к соответствующим поверхностям больших сторон множества проводящих шин, и ребра обращены к соответствующим поверхностям меньших сторон множества проводящих шин.

Другими преимуществами экранирующей конструкции шинопровода согласно изобретению являются:

- экранирование не видно снаружи, и канал выполнен «экранированным»,

- не теряется модульность шинопровода, и экранированные секции могут быть соединены с неэкранированными секциями в том же кожухе, что и экранированные аксессуары с неэкранированными аксессуарами,

- экран, расположенный между шинопроводами и кожухом, способствует теплообмену в канале между шинами и корпусом, тем самым снижая температуру шины при том же токе.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Дополнительные характеристики изобретения будут очевидны из следующего ниже подробного описания, данного со ссылкой на прилагаемые чертежи, представленные в качестве неограничивающего примера, на которых:

- фиг. 1 представляет собой схематический вид в аксонометрии с частичным разрезом варианта выполнения шинопровода согласно изобретению,

- фиг. 2 представляет собой вид спереди фиг. 1, и

- фиг. 3, 4 и 5 представляют собой виды в аксонометрии, иллюстрирующие заключительный этап сборки различных вариантов выполнения шинопровода согласно изобретению.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Первоначально, как показано на фиг.1, предусмотрен шинопровод, содержащий внешний опорный кожух 2 в форме удлиненного параллелепипеда и снабженный на его меньших боковых сторонах верхним фланцем 3 и нижним фланцем 4, и обозначенный цифрой 1. Внутри кожуха 2 расположено множество проводящих шин 5 с уплощенным прямоугольным поперечным сечением, расположенных параллельно друг другу в продольном направлении кожуха 2, так что большие боковые поверхности смежных проводящих шин обращены друг к другу. В примере, показанном на чертежах, предусмотрены четыре проводящие шины 5 в соответствии с типичным расположением трехфазных проводов (три фазных проводника и один нейтральный проводник). Понятно, что количество проводящих шин может варьироваться в зависимости от области применения.

Как лучше видно на фиг. 2, большая и меньшая боковые стороны каждой проводящей шины 5 контактируют с покрытием из изоляционного материала 6.

Как показано на фиг. 3, шинопровод 1 содержит экранирующую конструкцию, включающую первый и второй экранирующие элементы 7, 8, каждый из которых образован полосой из U-образного сложенного ферромагнитного материала. Первый экранирующий элемент имеет основание 7a и два ребра 7b, 7c, проходящих ортогонально к основанию 7a на его противоположных сторонах. Аналогично, второй экранирующий элемент 8 имеет основание 8a и два ребра 8b, 8c, проходящих ортогонально к основанию 8a на его противоположных сторонах.

Как показано на фиг. 1 и 3, в шинопроводе 1 первый экранирующий элемент 7 расположен так, что ребра 7b, 7c обращены к внешним большим боковым поверхностям соответствующих проводящих шин 5, а основание 7a обращено к нижним меньшим поверхностям группы проводящих шин 5. Второй экранирующий элемент 8 расположен зеркально по отношению к первому экранирующему элементу 7, так что ребро 8b накладывается на ребро 7b, ребро 8c накладывается на ребро 7c, а основание 8a обращено к верхним меньшим поверхностям группы проводящих шин 5.

Как показано на фиг. 5, первый экранирующий элемент 7 имеет такую форму и расположен так, что ребра 7b, 7c обращены к меньшим боковым поверхностям соответствующих проводящих шин (на чертеже не показаны, чтобы облегчить просмотр других элементов), и основание 7а обращено к большим поверхностям группы проводящих шин 5. Второй экранирующий элемент 8 расположен зеркально по отношению к первому экранирующему элементу 7, так что ребро 8b накладывается на ребро 7b, ребро 8c накладывается на ребро 7c, а основание 8a обращено к большим поверхностям группы проводящих шин 5.

Экранирующую конструкцию согласно изобретению можно собрать быстро и эффективно за счет простого приложения первого экранирующего элемента 7 к группе проводящих шин 5, а затем приложения второго экранирующего элемента 8 зеркально к первому, чтобы получить двойную экранирующую стенку, образованную путем наложения ребер 7b, 8b и 7c, 8c каждого экранирующего элемента 7, 8 вдоль больших боковых поверхностей проводящих шин 5. Сборка шинопровода 1 завершается вставлением группы, состоящей из проводящих шин 5 и экранирующих элементов 7, 8, во внешний кожух 2.

В варианте осуществления изобретения с фиг. 4 экранирующие элементы 7, 8 изготовлены из анизотропного ферромагнитного материала с зернами, ориентированными в направлении, указанном стрелками, то есть ортогонально к продольной оси шинопровода 1. Такое расположение позволяет еще больше повысить эффективность магнитного экранирования.

Очевидно, что детали конструкции и варианты осуществления могут широко варьироваться от того, что было описано и проиллюстрировано, без выхода при этом за рамки объема защиты настоящего изобретения, определенного в следующей ниже формуле изобретения. Таким образом, например, общая конфигурация шинопровода 1 может отличаться от той, которая показана на чертежах, и он может иметь другие формы и размеры.

Шинопровод (1) содержит магнитную экранирующую конструкцию, расположенную между проводящими шинами (5) и внешним кожухом (2). Магнитная экранирующая конструкция содержит первый экранирующий элемент (7) и второй экранирующий элемент (8), каждый из которых имеет U-образное поперечное сечение. Экранирующие элементы (7, 8) изготовлены из ферромагнитного материала и охватывают с противоположных сторон по меньшей мере одну проводящую шину (5), так что каждое ребро (7b, 7c) первого экранирующего элемента (7) полностью наложено на соответствующее ребро (8b, 8c) второго экранирующего элемента (8). Экранирующие элементы (7, 8) могут состоять из анизотропных ферромагнитных полос с ориентированными зернами. Изобретение обеспечивает улучшенную эффективность магнитного экранирования, конструкцию, которую легко изготовить и быстро собрать. 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Шинопровод (1), содержащий:

по меньшей мере одну жесткую проводящую шину (5),

внешний опорный кожух (2), охватывающий по меньшей мере одну проводящую шину (5),

магнитную экранирующую конструкцию, расположенную между указанной по меньшей мере одной проводящей шиной (5) и внешним кожухом (2), причем указанная магнитная экранирующая конструкция содержит первый экранирующий элемент (7) и второй экранирующий элемент (8), каждый из которых образован по меньшей мере одной U-образной сложенной полосой, содержащей два ребра (7b, 7c, 8b, 8c) и основание (7a, 8a),

отличающийся тем, что

указанные экранирующие элементы (7, 8) состоят из ферромагнитного материала и охватывают с противоположных сторон указанную по меньшей мере одну проводящую шину (5), причем каждое ребро (7b, 7c) первого экранирующего элемента (7) полностью наложено на соответствующее ребро (8b, 8c) второго экранирующего элемента (8).

2. Шинопровод (1) по п. 1, отличающийся тем, что указанные экранирующие элементы (7, 8) состоят из анизотропных ферромагнитных полос.

3. Шинопровод (1) по п. 2, отличающийся тем, что указанные анизотропные ферромагнитные полосы имеют зерна, ориентированные в направлении, ортогональном к продольной оси указанной по меньшей мере одной проводящей шины (5).

4. Шинопровод (1) по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что содержит множество проводящих шин (5) с уплощенным прямоугольным поперечным сечением, расположенных параллельно друг другу в продольном направлении.

5. Шинопровод (1) по п. 4, отличающийся тем, что указанное множество проводящих шин (5) имеет в целом призматическую форму с двумя большими сторонами и двумя меньшими сторонами, и указанные основания (7a, 8a) указанных экранирующих элементов (7, 8) обращены к соответствующим меньшим сторонам множества проводящих шин (5), и указанные ребра (7b, 7c, 8b, 8c) обращены к соответствующим большим сторонам множества проводящих шин (5).

6. Шинопровод (1) по п. 4, отличающийся тем, что указанное множество токопроводящих шин (5) имеет в целом призматическую форму с двумя большими сторонами и двумя меньшими сторонами, и указанные основания (7а, 8а) указанных экранирующих элементов (7, 8) обращены к соответствующим большим сторонам множества проводящих шин (5), и указанные ребра (7b, 7c, 8b, 8c) обращены к соответствующим меньшим сторонам множества проводящих шин (5).

7. Шинопровод (1) по любому из пп. 4-6, отличающийся тем, что указанные проводящие шины (5) указанного множества отделены друг от друга изоляционным материалом (6).

8. Шинопровод (1) по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что указанный внешний опорный кожух (2), охватывающий по меньшей мере одну проводящую шину (5), снабжен фланцами (3, 4).