СТРУКТУРА КОНСТРУКЦИИ ТОКОПРОВОДЯЩЕЙ ШИНЫ
DESIGN OF A CONDUCTIVE BUSBAR STRUCTURE

Настоящая заявка на патент на изобретение претендует на внутренний приоритет дела BR 102017019382-9, поданного 11 сентября 2017 года, в соответствии с положениями Закона №9 279 от 14 мая 1996 года.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к токопроводящей шине, используемой в электрических шкафах и выполненной замкнутой трубчатой формы в конфигурации, обеспечивающей электрическое и механическое сопротивление, сходное со сплошными токопроводящими шинами, но с экономией материала для их конструкции.
ИЗВЕСТНЫЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Электрические шкафы являются важными электрическими устройствами и широко используемыми в промышленности в целом.
Их основная функция заключается в подаче энергии и/или управлении оборудованием, устройствами, рабочими местами или секторами на промышленных предприятиях, поскольку они могут быть адаптированы практически ко всем областям промышленности, автоматизации и/или услуг.
Электрические шкафы обычно разделены на отсеки или выдвижные ящики, содержащие множество сборочных компонентов, имеющих различное назначение.
В подавляющем большинстве случаев электрические шкафы подключаются к первичной электрической сети через токопроводящие шины, которые изготовлены из меди или другого проводящего материала, которые проводят электричество между первичной сетью и электрическими шкафами, которые в свою очередь будут питать подключенное к ним оборудование.
Из-за высокого электрического тока, приложенного к этим шинам, им необходимы электрические и механические характеристики, согласующиеся с такими токами, и они по-прежнему подвергаются серии испытаний, целью которых является обеспечение механического сопротивления динамическим напряжениям, вызванным короткими замыканиями и другими требованиями.
Учитывая эти внутренние характеристики электрических шин, почти все они изготовлены из меди, так как она имеет низкое удельное сопротивление, обеспечивающее хорошую электропроводность при относительно низкой стоимости изготовления по сравнению с другими проводящими материалами, такими как серебро и золото.
Процесс изготовления упомянутых токопроводящих шин из меди осуществляется посредством экструзии, в основном состоящей из введения медных заготовок, стержней с другой длиной и шириной, чем целевой продукт, в гидравлические прессы, которые отвечают за прохождение указанных заготовок в отверстия с заранее заданными геометрическими формами, известными как матрица, формируя таким образом требуемый профиль.
В свою очередь, матрицы разработаны таким образом, чтобы обеспечить различные типы профилей, такие как квадрат, прямоугольник, треугольник, круг и другие, используемые во всех способах экструзии.
Поскольку токопроводящие шины подвергаются воздействию высоких значений переменного тока, то они имеют высокий уровень скин-эффекта, т.е. полезная площадь электропроводности уменьшается, поскольку переменный ток имеет тенденцию концентрироваться во внешних частях проводника в ущерб его центральной части.
Как следствие скин-эффекта при изготовлении сплошных шин используют больше материала, что позволяет увеличить площадь его поперечного сечения, чтобы обеспечить проводник с низким электрическим сопротивлением, что приводит к повышению эффективности шины.
Практически во всех случаях применения медных шин в электрических шкафах в конфигурации, которая соответствует механическим и электрическим требованиям, используют сплошные прямоугольные шины разного размера, такие как 100×10 мм, 80×10 мм, 50×10 мм и другие.
Следовательно, для достижения электропроводности, требуемой для определенного использования, наряду с механической устойчивостью к коротким замыканиям, требуемым в соответствии с действующими техническими стандартами, медные шины, произведенные экструзией, обладают более высокой прочностью, обусловленной использованием большего количества меди, учитывая представленные ограничения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача настоящего изобретения заключается в создании конструкции высоковольтной токопроводящей шины, используемой в электрических шкафах низкого и среднего напряжения, которая может быть изготовлена различными способами, такими как экструзия, профилирование или гибка.
Упомянутая конструкция отличается тем, что обеспечивает отличную электропроводность и механическое сопротивление при использовании меньшего количества материала, тем самым реализуя экономию природных ресурсов.
Одной из основных характеристик настоящего изобретения является легкость сборки, т.к. оно содержит тройную стенку, снабженную отверстиями, которые позволяют лучше соединять шину и ответвления соединений, а также центральную двойную стенку, также снабженную отверстиями, которые обеспечивают превосходное соединение между шиной и стыковочными соединениями.
Еще одной целью настоящего изобретения является расширение его функциональных возможностей, поскольку помимо его основной конфигурации оно имеет ряд конструктивных вариантов, которые позволяют использовать его в электрических шкафах по различным назначениям - для первичного питания, вторичного питания и другого.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Для полного понимания и визуализации изобретения, представленного в подробном описании, но без намерения его ограничить или ограничить сферу применения этого изобретения, представлены следующие чертежи, на которых:
Фиг. 1.1 - вид в аксонометрии основной конструкции токопроводящей шины;
Фиг. 1.2 - вид спереди основной конструкции токопроводящей шины;
Фиг. 1.3 - вид в аксонометрии и вид спереди основной конструкции токопроводящей шины;
Фиг. 2.1 - вид спереди варианта конструкции токопроводящей шины;
Фиг. 3.1 - вид в аксонометрии основного варианта конструкции;
Фиг. 3.2 -вид спереди основного варианта конструкции;
Фиг. 3.3 - вид справа основного варианта конструкции;
Фиг. 3.4 - вид слева токопроводящей шины основного варианта конструкции;
Фиг. 4.1 - вид в аксонометрии варианта конструкции полосатой токопроводящей шины;
Фиг. 4.2 - вид спереди варианта конструкции полосатой токопроводящей шины;
Фиг. 5.1 - вид в аксонометрии варианта конструкции одинарной токопроводящей шины с центральным выступом и внутренним усилением.
Фиг. 5.2 - вид спереди варианта конструкции одинарной токопроводящей шины с центральным выступом и внутренним усилением;
Фиг. 6.1 - вид в аксонометрии варианта двухкомпонентной конструкции;
Фиг. 6.2 - вид спереди варианта двухкомпонентной конструкции;
Фиг. 7.1 - вид в аксонометрии варианта конструкции одинарной токопроводящей шины с центральным выступом;
Фиг. 7.2 - вид спереди варианта конструкции одинарной токопроводящей шины с центральным выступом;
Фиг. 8.1 - вид в аксонометрии варианта конструкции одинарной токопроводящей шины с двумя боковыми выступами; и
Фиг. 8.2 - вид спереди варианта конструкции одинарной токопроводящей шины с двумя боковыми выступами.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с целями, представленными в кратком описании, в настоящей патентной заявке представлена токопроводящая шина (100), которая имеет уникальную конфигурацию и может быть изготовлена, как путем профилирования, так и посредством процесса экструзии или с помощью гибочной машины, сочетая экономию материала в процессе ее производства с эффективностью в применении, поскольку она обладает отличными электропроводностью и механическим сопротивлением.
Токопроводящая шина (100) имеет формат, основанный на L-образных балках, которые, как известно, устойчивы к прикладываемым напряжениям и нагрузкам, что способствует механическому сопротивлению токопроводящей шины (100) и позволяет ее использовать в условиях коротких замыканий цепи, которым подвергаются такие токопроводящие шины, подвергаясь только упругой деформации при токах до 80 кА в секунду.
Токопроводящая шина (100) содержит в нижней части тройную стенку (20), которая имеет центральные отверстия, равноудаленные одно от другого по всей длине. Непосредственно над тройной стенкой (20) расположена центральная секция (30) трубчатой формы, по существу кубической, содержащая заднюю стенку (40) V-образной формы, вершина которой направлена во внутреннюю часть токопроводящей шины (100).
Несколько выше центральной секции (30) токопроводящая шина (100) содержит двойную стенку (50) снабженную центральными отверстиями, равноудаленными одно от другого по всей длине, и верхним выступом (60), в верхней части которого двойные стенки слегка разнесены.
Токопроводящая шина (100) в центральной секции (30) имеет зазор, который может быть заполнен изолирующим материалом, таким как пенополистирол, который способствует стабилизации магнитного поля, когда она находится под нагрузкой.
Токопроводящая шина (100) изготовлена непрерывной, то есть она не имеет сварных швов или внешних штампованных соединений, независимо от способов ее изготовления, что способствует высокому механическому сопротивлению, так как такие сварные швы или штампованные соединения будут иметь точки, подверженные большей деформации.
Токопроводящая шина (100) в своем основном применении в качестве главной шины в электрических шкафах, используется в комплекте, то есть две токопроводящих шины (100) в каждой фазе соединения, что способствует, как повышению эффективности проведения электрического тока, так и повышению механического сопротивления.
Тройная стенка (20) токопроводящей шины (100) способствует более легкой установке токопроводящей шины (100) при ее использовании, поскольку служит своего рода продолжением токопроводящей шины (100) и имеет множество отверстий, расположенных по всей ее длине, которые используются для соединений между то ко проводящими шинами (100), или даже для крепления в самом электрическом шкафу, в котором используют токопроводящую шину (100).
Отверстия в тройной стенке (20) и в двойной стенке(50) служат также для охлаждения токопроводящей шины (100), поскольку обеспечивают прохождение воздуха через эти отверстия, способствуя рассеиванию тепла, создаваемого при прохождении тока через токопроводящую шину (100).
Токопроводящая шина (100) может быть использована сдвоенной, то есть две токопроводящие шины (100) для одной и той же фазы, так что в этом варианте использования токопроводящие шины (100) расположены зеркально, то есть их двойные стенки (50) обращены друг к другу, и соединены соединительными элементами и болтами.
Токопроводящая шина (100) представляет вариант конструкции (100а), в котором центральная секция (30а) выполнена по существу пирамидальной формы и содержит заднюю стенку (70) в виде двойной криволинейной линии, имеющей центральную перемычку, соединяющую два изгиба, и переднюю стенку (80) того же вида, что и задняя стенка (70).
Токопроводящая шина (100), представленная основным вариантом конструкции (1), содержит в нижней части тройную стенку (2), которая имеет центральные отверстия, равноудаленные одно от другого по всей ее длине. Непосредственно над тройной стенкой (2) расположена нижняя секция (3) трубчатой формы, по существу полая кубическая, при этом тройная стенка (2) совмещена с одной из боковых стенок нижней секции (3).
Основной вариант конструкции (1) содержит расположенную непосредственно над нижней секцией (3) верхнюю секцию (4), имеющую ту же форму, что и нижняя секция (3), то есть по существу кубическая и полая. Верхняя секция (4) соединена с нижней секцией (3) посредством центральной двойной стенки (5), расположенной на их центральных участках, и в упомянутой центральной двойной стенке (5) имеются три набора отверстий, причем каждый набор содержит по пять отверстий на равном расстоянии одно от другого, таким образом, что один набор отверстий расположен в центральной части длины центральной двойной стенки (5) а два других - на каждом конце длины упомянутой центральной двойной стенки (5).
Основной вариант конструкции (1) изготовлен непрерывным образом, т.е. он не содержит сварных швов или внешних штампованных соединений, независимо от того, каким способом он изготовлен, что способствует высокому механическому сопротивлению, поскольку упомянутые сварные швы и штампованные соединения представляют точки, подверженные большей деформации.
Такая же легкость сборки, которая присуща тройной стенке (2), относится и к центральной двойной стенке (5), так как последняя также снабжена множеством отверстий, расположенных по всей ее длине, так что указанные отверстия могут быть использованы как для непосредственного крепления основного варианта конструкции (1) в электрических шкафах, так и для ее соединения с ответвителями или удлинителями.
Вариант конструкции токопроводящей шины (100), называемый полосатой токопроводящей шиной (Г), представляет ту же конструкцию, что и основная конструкция (1), но отличается тем, что нижняя секция (3) и верхняя секция (4) имеют на стенках небольшие последовательные полосы и называются внутренней полосатой секцией (3') и верхней полосатой секцией (4').
Токопроводящая шина (100) также представлена третьим вариантом конструкции (6), называемым одинарной токопроводящей шиной с центральным выступом и внутренним усилением, которая содержит центральную тройную стенку (2') в своей нижней части и двойную секцию (7) в форме полого параллелепипеда, с расположенной внутри центральной крестовиной (8), каждый из концов крестовины соединен с внутренней стороной двойной секции (7), а центральная тройная стенка (2') соединена с двойной секцией (7) в ее нижней центральной части.
Функция упомянутой одинарной токопроводящей шины с центральным выступом и внутренним усилением (6) заключается в замене использования основного варианта (1), где вместо двух основных вариантов исполнения (1) используется одна токопроводящая шина с центральным выступом и внутренним усилением (6).
В свою очередь, одинарная токопроводящая шина с центральным выступом и внутренним усилением (6), в свою очередь, также имеет другой вариант конструкции (6'), который по существу имеет ту же форму, что и одинарная шина с центральным выступом и внутренним усилением (6), с той разницей, что вместо центральной тройной стенки (2') она имеет две боковые тройные стенки (2'а и 2Ъ), по одной с каждой стороны двойной секции (7), которые являются как бы расширением каждой из ее боковых стенок.
Вариант конструкции токопроводящей шины (100) также называемый одинарной токопроводящей шиной с центральным выступом (9), которая содержит тройную стенку (2') и одинарную центральную секцию (11), имеющую полую кубическую форму, где тройная стенка (2') расположена в центральной части нижней стенки одинарной центральной секции (11).
Основное назначение одинарной токопроводящей шины (9) заключается в использовании в электрических шкафах в качестве вторичной шины, то есть той, которая распределяет электрический ток между первичной токопроводящей шиной и другими компонентами электрического шкафа. Однако нет никаких препятствий для использования одинарной токопроводящей шины (9) в электрических шкафах с низкой нагрузкой в качестве первичной токопроводящей шины.
Наконец, одинарная токопроводящая шина с центральным выступом (9) имеет вариант двухкомпонентной конструкции, называемой одинарной токопроводящей шиной с боковыми выступами (9') которая содержит одинарную центральную секцию (11) и две тройные боковые стенки (2), обращенные одна к другой таким образом, что одна соединена с боковой стенкой одинарной центральной секции (11) и расположена вниз, а другая соединена с противоположной боковой стенкой одинарной центральной секции (11), но расположена вверх.
Назначение одинарной токопроводящей шины с боковыми выступами (9') состоит в том, чтобы дополнительно облегчить сборку в электрическом шкафу, поскольку она снабжена не одной, а двумя тройными стенками (2) расположенными одна напротив другой, что увеличивает возможности крепления в электрическом шкафу, а также возможности соединения с ответвителями или удлинителями.
Токопроводящая шина (100) и структура конструкции ее вариантов отличаются от других электрических токопроводящих шин, существующих в данной области техники, конструкцией с закрытой трубчатой формой, тогда как другие шины имеют сплошную конструкцию. Соответственно, токопроводящая шина (100) и структура конструкции ее вариантов обеспечивают значительную экономию проводящего материала, снижая себестоимость изготовления и экономя запасы природных элементов, используемых в конструкции, таких как медь, алюминий, золото и серебро.
Другое преимущество токопроводящей шины (100) и структуры конструкции ее вариантов заключается в высоком механическом сопротивлении, поскольку наличие замкнутой трубчатой конструкции на основе сложноорганизованных стенок, механическое сопротивление по сравнению со сплошными прямоугольными шинами, обеспечивает минимальную деформацию при испытаниях на короткое замыкание высокого уровня.
Наконец, еще одним преимуществом токопроводящей шины (100) и структуры конструкции ее вариантов заключается в том, что монтаж ее использования существенно проще по сравнению со сплошными токопроводящими шинами, поскольку она представляет собой ряд возможных вариантов, как для стен, так и для перфораций, которые облегчают операции крепления, удлинения и отвода.
Следует понимать, что настоящее описание не ограничивает применение деталями, описанными в нем, и что изобретение допускает другие способы и может быть реализовано на практике в пределах объема формулы изобретения. И хотя в описании и были использованы конкретные термины, указанные термины следует интерпретировать в общем и описательном смысле, а не с целью ограничения.