CN113056862A - 多层中性母线 - Google Patents

Abstract

提供了一种多层中性母线，其包括多个导电层和多个套管。这些导电层的至少一部分彼此隔开，并形成分开的电流路径。这些导电层和套管被布置成使得每个套管被电耦接到其他套管中的每一个。提供了一种安装该中性母线的方法。

Description

多层中性母线

技术领域

本公开总体上涉及发电，并且更具体而言，涉及中性母线热损失的减少。

背景技术

在大型三相发电机中，提供电压和电流的定子线圈被连接在公共中性点处，在那里电压名义上为零。该公共中性点通常被称为中性母线。图1图示了形成为中性汇流条的中性母线布置结构10。汇流条是也称为条的金属条带，其中该条可形成为整体结构，或者形成通过连接器41连结的部段30、32、34。中性汇流条布置结构10包括多个套管20、22、24，其中套管20被电连接到套管22，并且套管22被电连接到套管24。

电流经由套管22在套管20和套管24之间沿单一流动路径54流动。由于电流引起的热损失是成问题的，并且可能会影响性能和产品使用寿命。减少热的一种典型方法是通过增加垂直于中性母线布置结构10的电流的周界，这会增加该单一流动路径54的面积。增加汇流条10的厚度或改变中性母线的剖面不会降低热损失，这是由于电流主要在趋肤深度处流动。该趋肤深度与电流的频率相关，并且与基板的厚度或剖面不相关。

可使用各种冷却方法来减轻中性母线中的热损失。例如，空气冷却或水冷却。可使用环境空气来冷却中性母线。风扇可用于提供空气循环。水冷却使用经由附接到中性母线的管道的水循环。虽然与水冷却相比，空气冷却不那么复杂且不那么昂贵，但是空气冷却比水冷却需要更大的占用空间，或者在其电流承载能力上仅限于较小的机器。

中性母线布置结构、发电机和发电系统可能会从改进中受益。

发明内容

各种公开的实施例涉及多层中性母线。在一个示例中，多层中性母线布置结构包括第一传导层元件、第二传导层元件以及多个套管。第一传导层元件的至少一部分与第二传导层元件分离。该多个套管被布置在第一传导层元件和第二传导层元件中，其中，该多个套管中的每一个彼此电连接。该布置结构使得电流能够分布在第一传导层元件和第二传导层元件之间，以减少热损失。

在另一个实施例中，提供了一种3相电机。该电机包括：待电接地的三引线，每个相一个；以及该多层中性母线布置结构。每个引线连接到套管中的一个。通过使电流分布在第一传导层元件和第二传导层元件之间来减少热损失。

在另一个实施例中，提供了一种方法。电机被连接到多层中性母线布置结构。该多层中性母线布置结构包括彼此分开的多个连接元件。多个套管被布置在该多个连接元件中并且彼此电连接。对于电机的每个相，该连接包括将电机的一个引线连接到该多层中性母线布置结构中的套管中的一个。中性母线被连接到地。通过使电流分布在该多个传导层元件之间来减少热损失。

前面已相当广泛地概述了本公开的技术特征，使得本领域技术人员可更好地理解下面的详细描述。下文中将描述形成权利要求的主题的本公开的另外的特征和优点。本领域技术人员将理解的是，他们可容易地将所公开的概念和特定实施例用作修改或设计用于实现本公开的相同目的的其他结构的基础。本领域技术人员还将认识到，这样的等同构造并未脱离本公开在其最广泛形式上的精神和范围。

此外，在进行下面的具体实施方式之前，应当理解的是，贯穿此专利文件提供了某些用语和措辞的各种定义，并且本领域普通技术人员将会理解，这样的定义在许多（如果不是大多数）情况下适用于这样定义的用语和措辞的先前以及未来的使用。虽然某些术语可包括各种各样的实施例，但是所附权利要求可明确地将这些术语限于特定的实施例。

附图说明

图1图示了现有技术的中性母线的透视图。

图2-5图示了多层中性母线的不同实施例的透视图。

图6图示了根据一个实施例的电机的示意图。

具体实施方式

现在将参考附图来描述与有助于减少中性母线中的热损失的系统和方法有关的各种技术，其中相同的附图标记始终表示相同的元件。下面论述的附图以及用于描述此专利文件中的本公开的原理的各种实施例仅作为例示，并且不应以任何方式解释为限制本公开的范围。本领域技术人员将理解的是，本公开的原理可在任何适当布置的装置中实现。要理解的是，被描述为通过某些系统元件执行的功能可通过多个元件执行。类似地，例如，一个元件可被构造成执行被描述为通过多个元件执行的功能。将参考示例性的非限制性实施例来描述本申请的许多创新性教导。

增加中性母线布置结构10的剖面的周界以减少热损失，继而会增加中性母线布置结构10的占用空间。这种增加还可能会增加相应的中性母线布置结构的冷却的占用空间和/或复杂性。

公开了具有多层的改进的中性母线的实施例。该多层中性母线包括多个导电层元件和多个套管。这些导电层元件的至少一部分彼此隔开，并形成分开的电流路径。这些导电层元件和套管被布置成使得每个套管被电耦接到其他套管中的每一个。对于3相中性母线布置结构，将每个套管连接到彼此例如可通过闭合的串联连接来实现。所述导电层元件包括导电材料，其例如可以是金属或高导电复合材料。铜通常被用作导电材料。

导电层元件可被分段，其中这些部段通过连接器电耦接。这些连接器包括导电材料，例如金属或导电复合材料。铜通常被用作导电材料。

根据多层中性母线的一个实施例，可在不增加中性母线的占用空间的情况下减少热损失。

下面参考图2-5来描述多层中性母线的各种实施例。

图2图示了根据一个实施例的3相中性母线布置结构的透视图。在所示实施例中，中性母线布置结构210是多层汇流条。第一层包括第一传导层元件212，并且与第一传导层元件212隔开的第二层包括第二传导层元件214。第一传导层元件212和第二传导层元件214可以是平面的，并且可平行地布置，从而形成多层汇流条210。

对于每个相，在该多层汇流条中布置套管，使得每个套管电耦接到每个其他套管。该电耦接允许套管的外表面被电耦接。第一套管220被电耦接到第二套管222和第三套管224。第二套管222被电耦接到第一套管220和第三套管224。第三套管224被电耦接到第一套管220和第二套管222。

第一传导层元件212可包括通过连接器电耦接的多个导电条部段。根据所示实施例，第一传导层元件212包括用于每个相的导电条部段230、232、234。这些导电条部段通过连接器电耦接，以形成条。第一条部段230和第三条部段234形成条的端部，而第二条部段232布置在其间。连接器241将第一条部段230与第二条部段232电耦接，并且将第二条部段232与第三条部段234电耦接。

第二传导层元件214可包括多个导电条部段。根据所示实施例，第二传导层元件214包括用于每个相的导电条部段260、262、264。这些导电条部段通过连接器电耦接，以形成条。第一条部段260和第三条部段264形成条的端部，而第三条部段262布置在其间。连接器241将第一条部段260与第二条部段262电耦接，并且将第二条部段262与第三条部段264电耦接。

每个套管220、222、224被安装到第一传导层元件212中的条部段230、232、234中的一个。第一套管220和第三套管224被布置在第一传导层元件212的相对端部处，而第二套管222被布置在第一套管220和第三套管224之间。第一套管220和第三套管224各自电连接到第二传导层元件212的端部条部段260、264。每个套管220、222、224被电连接到每个其他套管。

借助于该布置结构，沿第一传导层元件212的电流254延伸到沿第二传导层元件214的电流255。此外，当在第一电流传导层元件和第二连接元件之间产生磁场时，第三电流流动路径256处于至少一个传导层元件。

第一传导层元件212和第二传导层元件214的至少一部分通过间隙250物理地隔开。例如，传导层元件212、214彼此平行地布置。借助于该间隙，套管中的至少一个不与第二传导层元件214电接触。例如，该间隙使第二套管222与第二传导层元件214绝缘。通过使中间套管222与第二传导层元件214绝缘，第二传导层元件214中的电流允许电流255从元件214的端部到端部流动。

绝缘材料252可包含在间隙250中，以使套管与第二传导层绝缘。另外，绝缘材料252可提供结构支撑。例如，绝缘材料252可使中间套管222与第二传导层元件214电绝缘，以及在结构上支撑传导层元件212、214之间的布置结构。

为了有助于闭合的串联连接，布置在相对端部处的第一套管220和第二套管224被电耦接到第一传导层元件212和第二传导层元件214。导电材料253可在端部条部段处布置在第一传导层元件和第二传导层元件的端部条部段230、234、260、264之间。导电材料253可提供结构支撑。

该布置结构使得电流能够分布在第一传导层元件和第二传导层元件之间。通过使电流分布在第一传导层元件和第二传导层元件之间来减少热损失。减少了热损失，而无需增加占用空间或最小程度地增加占用空间。该布置结构使得电流能够分布在第一传导层元件和第二传导层元件之间，以在不增加占用空间或最小程度地增加占用空间的情况下减少热损失。

图3图示了多层中性母线布置结构310的另一实施例。对比于条，传导层元件312、314形成为具有不同直径的管。如图2中所示，套管220、222、224被类似地布置到传导层元件312、314。套管220、222、224中的每一个电连接到彼此。传导层元件312、314通过间隙彼此分开。该间隙将中间套管222与传导层元件314分开，其中，中间套管222不电连接到传导层元件314。该间隙可包括绝缘材料252，如上面针对图2所述。可设置导电材料253，如上面针对图2所述。第一传导层元件312和/或第二传导层元件314可形成为管部段，并经由连接器连接，如上面图2中所示。

图4图示了多层中性母线布置结构410的另一实施例。中性母线布置结构310的第一传导层元件312和第二传导层元件314形成为闭合的多边形结构。第一多边形和第二多边形是相似形状的闭合多边形，其中第二传导层元件414与第一传导层元件412相比具有较小的比例，并且布置在第一传导元件412内。如图2中所示，套管220、222、224被类似地布置到传导层元件412、414。套管220、222、224中的每一个电连接到彼此。传导层元件412、414通过间隙彼此分开。该间隙将中间套管222与传导层元件414分开，其中，中间套管222不电连接到传导层元件414。该间隙可包括绝缘材料，如上面针对图2所述。可设置导电材料253，如上面针对图2所述。多层中性母线布置结构410的第一传导层元件312和/或第二传导层元件414可由部段形成并且经由连接器连接，如上面图2中所示。

图5图示了多层中性母线布置结构510的另外的实施例。对比于如图4中所示的闭合多边形结构，传导层元件512、514是开放多边形结构。

虽然已经以特定的细节描述了上面的多层中性母线实施例，但是将会理解的是，这些实施例是用于说明的目的，并且具有导电层和套管的多层中性的其他实施例将不会脱离本公开，所述套管布置成使得每个套管被电耦接到每个其他套管。例如，已描述了每个传导层元件由经由连接器连接的部段形成。将会理解的是，任何导体都可形成为整体结构而无需连接器。将会理解的是，这些套管可与经由部段和连接器形成的传导层元件以相同的构造布置在整体结构中。此外，每个传导层元件已被描述为具有与相匹配的部段数量。将会理解的是，部段数量可以是比相更多或更少的部段，并且部段数量不需要与相匹配。已描述了套管与部段的一对一关系。将会理解的是，一个部段可具有多于一个套管或没有套管。此外，将会理解的是，第一导电元件和第二导电元件不必具有彼此相同数量的部段。

图6是具有根据上述任何实施例的多层中性母线布置结构的电机的示意图。例如发电机的3相电机670包括待通过多层中性母线672接地的三个引线672以及直接朝向电网的三个引线674。每个引线借助于套管中的一个来连接到多层中性母线。通过使电流分布在第一传导层元件和第二传导层元件之间来减少热损失。

根据一种方法，该电机被连接到根据上述任何实施例的多层中性母线布置结构。对于电机的每个相，电机的引线被连接到多层中性母线布置结构中的套管中的一个。该中性母线将接地。通过使电流分布在该多个传导层元件之间来减少热损失。

该方法可以是改造的一部分，以用该多层中性母线布置结构来代替中性母线。因此，该方法可包括在将电机连接到多层中性母线之前，使中性母线与电机断开。可通过该多层中性母线来减少热损失，而不会增加根据第一中性母线的占用空间。

应当理解的是，除非在一些示例中明确地限制，否则本文中使用的用语或措辞应当被广义地解释。例如，术语“包括”和“包含”及其派生词意指包括但不限于。单数形式“一”、“一个”和“一种”意在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。此外，如本文所使用的术语“和/或”是指并且涵盖相关联的所列项目中的一个或多个的任何和所有可能的组合。术语“或”是包含性的，从而意味着和/或，除非上下文另有明确指示。措辞“与...相关联”和“与之相关联”及其派生词可能意味着包括、包含在内、与...互连、包含、被包含在内、连接到或与...连接、耦接到或与...耦接、可与...连通、与...协作、交错、并置、靠近、结合到或与...结合、具有、具有...的特性等。

此外，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等在本文中可用于指代各种元素、信息、功能或动作，这些元素、信息、功能或动作不应受这些术语限制。相反，这些数字形容词用于彼此区分不同的元素、信息、功能或动作。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元素、信息、功能或动作可被称为第二元素、信息、功能或动作，并且类似地，第二元素、信息、功能或动作可被称为第一元素、信息、功能或动作。

尽管已详细地描述了本公开的示例性实施例，但是本领域技术人员将会理解，在不脱离本公开的按照其最广泛形式的精神和范围的情况下，可进行本文公开的各种改变、替换、变型和改进。

Claims (17)

1.一种多层中性母线布置结构210、310、410、510，包括：

第一传导层元件212、312、412、512；

第二传导层元件214、314、414、514，所述第一传导层元件212、312、412、512的至少一部分与第二传导层元件214、314、414、514分离；以及

布置在所述第一传导层元件和所述第二传导层元件中的多个套管220、222、224，所述多个套管中的每一个彼此电连接；

其中，磁场在第一电流传导层元件和第二连接元件之间产生，以及

其中，所述第一传导层元件212、312、412、512包括第一电流流动路径，所述第二传导层元件214、314、414、514包括第二电流流动路径，并且所述磁场在所述传导层元件中的至少一个中产生第三电流流动路径。

2. 根据权利要求1所述的多层中性母线布置结构210、310、410、510，

其中，存在三个套管，并且

其中，所述第一传导层元件212、312、412、512和所述第二传导层元件214、314、414、514经由闭合导电回路连接到彼此。

3.根据上述权利要求中任一项所述的多层中性母线布置结构210、310、410、510，

其中，所述布置结构使得电流能够分布在所述第一传导层元件和所述第二传导层元件之间，以减少热损失。

4.根据权利要求2-3中任一项所述的多层中性母线布置结构210、310、410、510，

其中，所述多个套管为三个，即第一套管220、第二套管222和第三套管224，其中，所述第二套管222被布置在所述第一套管220和所述第二套管224之间；

其中，所述套管中的每一个被电连接到所述第一传导层元件212，

其中，所述第一套管220和所述第三套管224被电连接到所述第二传导层元件214，

其中，所述第三套管222与所述第二传导层元件214电绝缘。

5.根据上述权利要求中任一项所述的多层中性母线布置结构210、310、410、510，

其中，所述第一传导层元件212和所述第二传导层元件214之间的间隙250有助于所述第三套管222与所述第二传导层元件214电绝缘。

6.根据权利要求4或5所述的多层中性母线布置结构210、310、410、510，

其中，绝缘材料252被设置在所述第一传导层元件232和所述第二传导层元件214之间，有助于所述第三套管222与所述第二传导层元件214电绝缘。

7.根据权利要求4或6所述的多层中性母线布置结构210、310、410、510，

其中，导电材料253被设置在所述第一传导层元件232和所述第二传导层元件214之间，使得所述第一套管220和所述第二套管与所述第一传导层元件232和所述第二传导层元件214电接触。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的多层中性母线布置结构210、310、410、510，

其中，所述套管220、222、224中的至少一个与所述第二传导层元件214电绝缘。

9.根据上述权利要求中任一项所述的多层中性母线布置结构210、310、410、510，

其中，所述布置结构使得电流能够分布在所述第一传导层元件和所述第二传导层元件之间，以在不增加占用空间的情况下减少热损失。

10. 根据上述权利要求中任一项所述的多层中性母线布置结构210、310、410、510，

其中，所述第一传导层元件和所述第二传导层元件是平面的并且平行布置，并且

其中，中性母线布置结构是多层汇流条210。

11.根据权利要求1-7中任一项所述的多层中性母线布置结构210、310、410、510，

其中，所述第二传导层元件至少部分地布置在所述第一传导层元件内。

12.根据权利要求11所述的多层中性母线布置结构210、310、410、510，

其中，所述第二传导层元件被完全布置在所述第一传导层元件内。

13. 根据权利要求11或12所述的多层中性母线布置结构210、310、410、510，

其中，所述第一传导层元件和所述第二传导层元件是多边形，并且

其中，第一多边形和第二多边形相似，其中所述第二多边形具有较小的比例，并且布置在第一传导元件内。

14. 一种3相电机，包括：

待电接地的三引线，每个相一个，以及

根据上述权利要求中任一项所述的多层中性母线布置结构210、310、410、510，

其中，每个引线被连接到套管220、222、224中的一个，以及

其中，通过使电流分布在所述第一传导层元件和所述第二传导层元件之间来减少热损失。

15.根据权利要求14所述的电机，

其中，所述电机是发电机。

16. 一种方法，包括：

将电机连接到多层中性母线布置结构，所述多层中性母线布置结构包括彼此分开的多个连接元件、布置在所述多个连接元件中并且彼此电连接的多个套管，对于电机的每个相，所述连接包括将所述电机的引线连接到所述多层中性母线布置结构中的所述套管中的一个；以及

将中性母线连接到地，

其中，通过使电流分布在多个传导层元件之间来减少热损失。

17.根据权利要求16所述的方法，包括：

在所述连接之前，使第一中性母线与所述电机断开，

其中，将所述电机连接到所述多层中性母线布置结构代替了所述第一中性母线，

其中，通过所述多层中性母线减少热损失，而不会增加根据所述第一中性母线的占用空间。

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