專利名稱：用于母線管道的、具有增強(qiáng)的散熱性能和強(qiáng)度的母線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于母線管道(bus duct)的、具有增強(qiáng)的散熱性能和強(qiáng)度的母線(busbar)，特別涉及一種用于母線管道的空心型(hollow-type)母線，以減少橫截面積并增強(qiáng)散熱性能和強(qiáng)度。

背景技術(shù)：
一般來(lái)說(shuō)，作為一種傳輸電能的媒介，電纜已得到了廣泛的應(yīng)用。然而，近來(lái)，作為電纜的替代品，母線被廣泛應(yīng)用。
母線是一種類似電纜的導(dǎo)體，但在傳輸大量電能方面具有優(yōu)勢(shì)。目前的建筑系統(tǒng)較過(guò)去需要更大、更多種的能量。隨著這種趨勢(shì)，母線的安全性以及產(chǎn)生較小能量損失的優(yōu)點(diǎn)已眾所周知，并且母線的使用已快速增長(zhǎng)。
例如，母線被應(yīng)用到各種領(lǐng)域，如工廠、建筑、公寓、大型批發(fā)市場(chǎng)、辦公室、研究中心、百貨商場(chǎng)、高爾夫球場(chǎng)、隧道半導(dǎo)體(tunnelingsemiconductor)、LCD制造廠、化工車間、煉油廠、煉鐵廠、高層建筑、高壓變電站、LNG接收終端、新機(jī)場(chǎng)和港口。
一般來(lái)說(shuō)，由于高壓電流流過(guò)母線，因此母線被設(shè)置在具有預(yù)定大小的母線管道中。
當(dāng)電流施加給作為設(shè)置在母線管道中的導(dǎo)體的母線時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生焦耳熱(Q＝I2R，I是電流，且R是電阻)，并且由于產(chǎn)生了熱量，因此溫度升高。電流的安培容量和作為導(dǎo)體的母線的尺寸受限于封裝母線的絕緣體或封裝母線的結(jié)構(gòu)的可接受的溫度范圍。
因此，為了減小所使用的母線尺寸，需要有效地發(fā)散由施加電流產(chǎn)生的熱量。為此，在低電壓的情況下，將母線連接至由金屬制成的殼體的內(nèi)部以被夾在中間，或者安裝于用于通過(guò)空氣絕緣來(lái)最大化熱輻射的結(jié)構(gòu)中。
母線管道是一種可以通過(guò)高電流的產(chǎn)品。因此，當(dāng)由于絕緣擊穿使母線之間發(fā)生短路時(shí)，流過(guò)的高電流會(huì)產(chǎn)生非常大的短路電磁力，并且在一些情況下，產(chǎn)品自身會(huì)被損壞。因此，除了良好的電特性之外，還要確保用于此目的的、作為導(dǎo)體的母線的機(jī)械強(qiáng)度。
參考附圖詳細(xì)描述一種現(xiàn)有的母線管道1。如圖1所示，由導(dǎo)體制成的多條母線20以預(yù)定間距設(shè)置在殼體10中，該殼體10具有預(yù)定尺寸且限定了母線管道1的外觀。
殼體10由兩個(gè)構(gòu)件構(gòu)成，并且設(shè)置有絕緣壁11，該絕緣壁11包括沿母線20的縱向設(shè)置的多個(gè)壁。
圖2是示出以預(yù)定間距設(shè)置在殼體10中的多個(gè)母線20的視圖。
此外，作為母線的其他實(shí)例，如圖3所示，具有一種實(shí)心型母線22，其形成為沿橫向延伸的大致橢圓形狀，并且如圖4所示，具有一種雙層母線23(所謂的ELC母線)。
雙層母線23由中心體23a和涂層體23b構(gòu)成，該中心體23a由鋁材料制成且設(shè)置在內(nèi)部，而該涂層體23b包圍中心體23a并由相同的材料制成。
當(dāng)圖3示出的實(shí)心型母線22施加了高電壓電流時(shí)，為了有效地發(fā)散產(chǎn)生的熱量，需要增加該母線22的寬度(在圖3中，母線22的豎直長(zhǎng)度)。因此，具有產(chǎn)品成本增加的問(wèn)題。在母線的橫截面形成為圓形時(shí)，其半徑增加，這將導(dǎo)致材料成本增加。
圖4示出的雙層母線23的傳輸效率和機(jī)械強(qiáng)度高于相同尺寸的鋁母線，但是該雙層母線23的電流傳輸能力和機(jī)械強(qiáng)度低于相同尺寸的銅母線。此外，由于雙層母線23通過(guò)兩次擠壓工藝模制，因此具有在生產(chǎn)過(guò)程中工藝成本高的問(wèn)題。


發(fā)明內(nèi)容
本公開(kāi)內(nèi)容提供了一種具有增強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度的母線，在等量電流流過(guò)時(shí)，該母線的橫截面小于現(xiàn)有母線的橫截面，并且增加了相同單位橫截面積的表面積，以提高散熱性能。
在一個(gè)方案中，提供了一種用于母線管道的、包括一個(gè)或多個(gè)空心部分的母線。
空心部分的周緣表面(peripheral surface)可以形成為平坦表面。
此外，母線可以具有橢圓形的橫截面。
而且，空心部分的周緣表面可以設(shè)置有非平坦部分，以增強(qiáng)散熱性能。
此外，母線的外周表面(outer peripheral surface)可以設(shè)置有非平坦部分。
如上文所述，設(shè)置到母線管道的母線被構(gòu)造為一種空心型母線，這樣與現(xiàn)有的實(shí)心型母線相比，可以增強(qiáng)散熱性能，并且可以減小單位電流的最大橫截面積。此外，由于截面慣性矩(second moment of area)增大，因而，與實(shí)心型母線相比，可以提高母線的機(jī)械強(qiáng)度。此外，由于母線的寬度增大，所以組裝期間的操作變得容易。



通過(guò)以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，公開(kāi)的示例性實(shí)施例的上述和其他方案、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更清晰，其中 圖1是示出設(shè)置在母線管道中的現(xiàn)有母線的實(shí)例的分解立體圖。
圖2是示意性地示出設(shè)置在殼體中的現(xiàn)有母線的視圖。
圖3是示出現(xiàn)有實(shí)心型母線的剖視圖。
圖4是示出現(xiàn)有雙層母線的剖視圖。
圖5是示出根據(jù)實(shí)施例的空心型母線的視圖。
圖6是示出設(shè)置在根據(jù)實(shí)施例的母線中的空心部分的另一個(gè)實(shí)例的放大圖。
圖7是示出現(xiàn)有實(shí)心型母線和根據(jù)實(shí)施例的空心型母線的尺寸。
圖8是用于說(shuō)明用于施加在一般的梁(beam)上的彎曲負(fù)荷的偏轉(zhuǎn)因子(偏差和傾斜角)的視圖。
圖9是示出設(shè)置在殼體中的實(shí)心型母線和空心型母線的溫度分析的實(shí)例圖形的視圖(此圖原為彩色圖)。
圖10是示出設(shè)置在殼體中的實(shí)心型母線和空心型母線的氣流速度分析的實(shí)例圖形的示意圖(此圖原為彩色圖)。

具體實(shí)施例方式 在下文中，將參考附圖詳細(xì)描述示例性實(shí)施例。
圖5是示出根據(jù)實(shí)施例的母線的視圖。如圖5所示，根據(jù)該實(shí)施例的母線30是空心型的母線，并具有包括一個(gè)或多個(gè)空心部分31的結(jié)構(gòu)。
母線30可以具有基本為橢圓形的橫截面。因此，盡管母線的寬度與電流容量(current capacity)成比例地增加，但是該母線的整體尺寸并不像柱形母線那樣增大。因此，可以相對(duì)降低材料成本。
空心部分31的周緣表面可以是平坦的，或者可以設(shè)置有非平坦部分31a，以增大表面積并增強(qiáng)散熱性能。
此外，也可以在母線30的外周表面上形成非平坦部分30a。
例如，如圖7所示，確定了圖7中的(a)中示出的實(shí)心型母線和圖7中的(b)中示出的根據(jù)實(shí)施例的空心型母線的預(yù)定尺寸，其中兩種母線具有相同或相似的橫截面積，并且它們中的每一個(gè)的截面慣性矩通過(guò)如下方式獲得。
(a)實(shí)心型母線的截面慣性矩和截面模數(shù)(section module) 現(xiàn)有實(shí)心型母線的截面慣性矩一般通過(guò)(1/12)bh3計(jì)算如下
截面模數(shù)＝960/3.175＝302.36 (b)空心型母線的截面慣性矩和截面模數(shù) 參考圖7，根據(jù)實(shí)施例的空心型母線的截面慣性矩計(jì)算如下。這里，計(jì)算中的項(xiàng)②基于平行軸理論[截面慣性矩+(面積×從輪廓質(zhì)心到形心軸線(centroidal axis)的距離的平方)]，并且由于同樣的區(qū)域存在于空心部分的下部，因而這個(gè)值還要翻倍。


截面模數(shù)＝2309.2/4＝577.25 如上所述，從實(shí)心型與空心型母線的每一個(gè)的截面慣性矩和截面模數(shù)的計(jì)算可以看到，空心型母線的值大約是實(shí)心型母線的值的兩倍。
如圖8所示，當(dāng)彎曲負(fù)荷(分布負(fù)荷)施加到梁(假定為導(dǎo)體)時(shí)傾斜偏差因子(偏差和傾斜角)一般可以通過(guò)以下的公式1表示。
[公式1] 這里，δ(max)是最大偏差，θ(max)是最大傾斜角，w是彎曲負(fù)荷，I是截面慣性矩，E是材料的彈性模數(shù)，且L是梁的長(zhǎng)度。
實(shí)心型和空心型母線的傾斜偏差因子可以通過(guò)使用公式1計(jì)算如下。
這里，負(fù)荷、長(zhǎng)度以及彈性模數(shù)假設(shè)如下 彎曲(分布)負(fù)荷(w)＝100kg/m 長(zhǎng)度(L)＝250mm 彈性模數(shù)(E)＝57kgf/mm2 彈性模數(shù)是拉伸強(qiáng)度為7.5kgf/mm2且膨脹率為13％或更高的鋁1070P的彈性模數(shù)。
實(shí)心型母線
空心型母線
換言之，可以看出在施加相同的彎曲負(fù)荷時(shí)，空心型母線的偏差小于實(shí)心型母線的偏差。
如上所述，在截面慣性矩和彎曲負(fù)荷應(yīng)用到具有相同橫截面積的空心型和實(shí)心型母線的情況下，可以看出空心型母線的偏差大約比實(shí)心型母線的偏差小兩到三倍，因此空心型母線更加穩(wěn)定。
此外，母線必須具有良好的熱傳遞特性?？招男湍妇€與具有相同橫截面積的實(shí)心型母線相比具有用于發(fā)散母線內(nèi)產(chǎn)生的熱量的更大的表面積，因此能有效地發(fā)散熱量。
表1給出了現(xiàn)有實(shí)心型母線和根據(jù)實(shí)施例的空心型母線30的溫度分析的比較結(jié)果。
表1 (環(huán)境溫度23℃) 如表1所示，盡管實(shí)心型母線和第一個(gè)空心型母線具有相同的橫截面積，但母線的溫度分別為97℃和75℃，可以看出空心型母線的溫度更低。
此外，可以看出第一個(gè)空心型母線的殼體溫度低于實(shí)心型母線的殼體溫度。
這里，母線溫度差和殼體溫度差是通過(guò)分別從母線溫度和殼體溫度減去環(huán)境溫度而得到的值。
第二個(gè)空心型母線具有相對(duì)高的母線和殼體溫度，這是因?yàn)槠錂M截面積小于實(shí)心型母線和第一個(gè)空心型母線的橫截面積。但是，可以看出，第二個(gè)空心型母線滿足母線溫度差應(yīng)不超過(guò)80度的一般要求。
參考圖9，其示出了溫度分析的實(shí)例，可以看出，假定橫截面積相同，則空心型母線的高度可以制作為大于實(shí)心型母線的高度，并且由于施加電流產(chǎn)生的熱量而增加的空心型母線的溫度變小。
在圖9中，限定外圍的矩形表示母線管道1的殼體10，并且其中設(shè)置有多個(gè)母線(圖中為四個(gè))。圖9中的(a)示出了設(shè)置在現(xiàn)有母線管道中的實(shí)心型母線，并且圖9中的(b)示出了設(shè)置在根據(jù)實(shí)施例的母線管道中的空心型母線。
在圖9中，顏色越紅表示溫度越高，顏色越藍(lán)表示溫度越低。
此外，參考圖10中的(a)和圖10中的(b)，其示出了氣流速度分析的實(shí)例，假定橫截面積相同，那么空心型母線的高度大于實(shí)心型母線的高度，并且與高度成比例地，設(shè)置有母線的殼體的尺寸可以制作得更大。因此，可以保證氣流的通過(guò)區(qū)域，并且可以改善氣流狀態(tài)。因此，可以更好地確保由對(duì)流產(chǎn)生的熱量傳遞。
在圖10中，紅色部分表示最高溫度，且藍(lán)色部分表示最低溫度。
雖然已示出并描述了示例性實(shí)施例，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)理解的是，在不脫離如所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的構(gòu)思和范圍的前提下，可以對(duì)其形式和細(xì)節(jié)做各種改變。
此外，在不脫離實(shí)質(zhì)范圍的前提下，可以對(duì)特定的情況或材料做許多修改，使之適用本發(fā)明的原理。因此，本發(fā)明不局限于用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的作為最佳實(shí)施例的特定的、示例性的實(shí)施例，本發(fā)明包括落入所附權(quán)利要求書保護(hù)范圍內(nèi)的所有實(shí)例。
權(quán)利要求
1.一種用于母線管道的、具有增強(qiáng)的散熱性能和強(qiáng)度的母線，包括一個(gè)或多個(gè)空心部分。
2.如權(quán)利要求1所述的母線，其中所述母線具有橢圓形的橫截面。
3.如權(quán)利要求1或2所述的母線，其中所述空心部分的周緣表面形成為平坦表面。
4.如權(quán)利要求1或2所述的母線，其中所述空心部分的周緣表面設(shè)有非平坦部分，以增強(qiáng)散熱性能。
5.如權(quán)利要求4所述的母線，其中所述母線的外周表面設(shè)有非平坦部分。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于母線管道的、具有增強(qiáng)的散熱性能和強(qiáng)度的母線，更具體地，提供了一種空心型的母線以減小橫截面積并提高散熱性能和強(qiáng)度。母線的結(jié)構(gòu)包括一個(gè)或多個(gè)空心部分。由于母線的散熱性能得到增強(qiáng)，因此與現(xiàn)有的實(shí)心型母線相比，單位電流的最大橫截面積可以減小。此外，由于截面慣性矩增加，因此與實(shí)心型母線相比，母線的機(jī)械強(qiáng)度可以增強(qiáng)。而且，由于母線的寬度增加，因此組裝期間的操作變得容易。
文檔編號(hào)H01B5/00GK101728004SQ200910159878
公開(kāi)日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月10日
發(fā)明者金東郁, 金泰成, 李東垠, 李相勛, 許誠(chéng)洙, 張?jiān)丛? 樸成熙 申請(qǐng)人:Ls電線有限公司