JP7309646B2 - bus duct - Google Patents
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Description
本発明は、バスダクトに関するものである。 The present invention relates to bus ducts.
スイッチギヤは遮断器と電力系統、負荷とを電気的に接続している。この接続に放熱性能が高いバスバーが用いられるが、バスバーの電流により周囲の電子機器などに電磁波が流入するのを防止することや、感電防止のためにバスバーの周囲には金属製の筐体が配置される。 The switchgear electrically connects the circuit breaker, the power system, and the load. A busbar with high heat dissipation performance is used for this connection, but a metal housing is used around the busbar to prevent electromagnetic waves from flowing into surrounding electronic devices due to the current of the busbar and to prevent electric shock. placed.
金属製の筐体は、通常コストの低い鋼材が採用されるが、鋼材は磁性体であるため、バスバーに流れる電流により周囲に配置される筐体に鉄損が発生し、筐体の温度が上昇する。筐体の温度が上昇すると、筐体に触れた人がやけどをするリスクや、導体温度の上昇を招き、導体の抵抗の増加など特性が悪化する可能性がある。これらを改善するため技術として、例えば特許文献1がある。
Metal chassis are usually made of low-cost steel, but since steel is a magnetic material, the current that flows through the busbars causes iron loss in the surrounding chassis, which increases the temperature of the chassis. Rise. If the temperature of the housing rises, there is a risk that a person who touches the housing will be burned, and the temperature of the conductor will rise, which can lead to deterioration in characteristics such as an increase in the resistance of the conductor. As a technique for improving these, there is
特許文献1では、導体の周囲に鋼板の箱状体を形成し、その一部を非磁性体である合成樹脂板とすることで、鉄損を抑制し、筐体の温度上昇を抑制している。
In
特許文献1では、筐体をヤング率の低い合成樹脂板で形成しているため、バスダクトに短絡電流を流した際に、短絡電流と筐体に流れる渦電流との間で大きな電磁反発力が発生した際、筐体が機械的に保持できない可能性があった。
In
さらに、一般的に合成樹脂は金属と比較して熱伝導率が低く、放熱性が悪化するために温度が上昇する可能性があった。 Furthermore, synthetic resins generally have lower thermal conductivity than metals, and there is a possibility that the temperature will rise due to poor heat dissipation.
本発明の目的は、筐体の鉄損を増大させることなく放熱性能を向上し、筐体の機械強度を保持できるバスダクトを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a bus duct capable of improving the heat radiation performance without increasing the iron loss of the housing and maintaining the mechanical strength of the housing.
本発明の好ましい一例としては、筐体と、前記筐体内に配置された導体とを有し、前記
筐体は、ステンレス鋼と鉄材を含み、前記ステンレス鋼と前記鉄材の間には金属の異種金属間腐食防止部を有するバスダクトである。
A preferred example of the present invention includes a housing and a conductor arranged in the housing, the housing containing stainless steel and an iron material , and a different kind of metal between the stainless steel and the iron material. A bus duct having an intermetallic corrosion prevention part.
本発明によれば、筐体の鉄損を増大させることなく放熱性能を向上し、筐体の機械強度を保持することが可能になる。 According to the present invention, it is possible to improve the heat radiation performance without increasing the iron loss of the housing and maintain the mechanical strength of the housing.
以下に、本発明の実施例について図面を用いて説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1に示す実施例1は、筐体2と、筐体2内に配置された導体100で構成されるバスダクト1を示している。バスダクトは、例えばビルや工場などの電力需要に対応できる電力幹線システムである。図2は筐体2を示す図である。筐体2は磁性体102の面と非磁性体103の面、異種金属間腐食防止部104を有する。導体100には導体電流199が流れる。
導体電流は交流であるため、電流方向は図に示すように紙面に対して垂直となる双方向に流れる。例えば、磁性体102は低コストの筐体材料である鋼材で、非磁性体103は非磁性ステンレス鋼、異種金属間腐食防止部104は絶縁体などで構成される。図3と比較して実施例1によれば筐体の損失を抑制できることを説明する。
Since the conductor current is alternating current, the current flows in both directions perpendicular to the plane of the paper as shown in the figure. For example, the
図3は、導体100と金属の磁性体102でのみ構成される筐体のバスダクトを示しており、本実施例と比較するための比較例を示す図である。各導体に同位相の電流199を流した際、導体付近に磁束が発生する。この磁束は、導体周囲に空気を介した磁束201や筐体内のみを通る磁束200に分かれる。
FIG. 3 shows a bus duct of a housing composed only of a
磁気抵抗の大きい空気を介する磁束201と比較して、鋼材で構成された筐体内のみを通る磁束200は大きい。これらの磁束が大きくなると筐体の鉄損が増加し、温度上昇が高くなる。式(1)に示すように、電流が高周波になると周波数の二乗で計算される渦電流損が増大し、鉄損Wがより大きくなる。
The
図4は、鉄損を低減するために、筐体内のみを通る磁束200を低減した構成例を示し、本実施例と比較するための比較例を示す図である。筐体は磁性体102と非磁性体103で構成される。非磁性体103の磁気抵抗は磁性体102よりも非常に高いため、磁性体102でのみ構成される場合と比較して筐体に流入する磁束が小さくなり、鉄損を低減することができる。
FIG. 4 shows a configuration example in which
しかしながら、磁性体102と非磁性体103が異なる金属である場合、接触面に水蒸気など水分が含まれると異種金属間腐食が発生し、筐体の機械強度の劣化が発生する。そこで、図1に示すように、磁性体102と非磁性体103の間に絶縁材からなる異種金属間腐食防止部104を構成することで、異種金属間腐食を防止することができる。
However, if the
次に、筐体の電磁反発力について説明する。導体に電流が流れた際、筐体に磁束が流入するが、その磁束を打ち消すように筐体には渦電流が発生する。その渦電流と導体電流により、筐体と導体には電磁反発力が発生する。 Next, the electromagnetic repulsive force of the housing will be described. When current flows through the conductor, magnetic flux flows into the housing, but eddy currents are generated in the housing to negate the magnetic flux. The eddy current and conductor current generate an electromagnetic repulsive force between the housing and the conductor.
例えば、導体電流が短絡電流のような非常に大きな電流が流れる場合、電磁反発力はより大きくなる。筐体に大きな電磁反発力が発生すると筐体に歪みが生じる。そこで、筐体に大きな電磁反発力が生じても機械的強度を保持することができるヤング率の高い材料を非磁性体103として用いることで、高い機械的強度を持つ筐体とすることができる。
For example, when a very large current such as a short circuit current flows through the conductor, the electromagnetic repulsion becomes larger. When a large electromagnetic repulsive force is generated in the housing, the housing is distorted. Therefore, by using a material with a high Young's modulus as the
本実施例1では、磁性体102と非磁性体103の間に絶縁材を設けることを記載したが、磁性体102と非磁性体103のイオン化傾向の中間にある材料を異種金属間腐食防止部104に用いてもよい。その場合でも、異種金属間の腐食を防止することができる。
In the first embodiment, an insulating material is provided between the
例えば、磁性体102が鉄材である金属で構成され、非磁性体103がステンレス鋼であるSUS304などの金属で構成される場合に、異種金属間腐食防止部104をニッケルなどの材料とする。異種金属間腐食防止部104を金属とすることで、筐体をすべて導電性とすることでノイズの放射量を低減することができる。ただし、導体電流が商用周波数のような低い周波数であれば、他の機器に与える影響は小さいため、非磁性体は金属と同程度のヤング率を持つ材料であれば金属でなくてもよい。
For example, when the
尚、図5に示すように、本実施例では、磁性体102と非磁性体103と異種金属間腐食防止部104との間を固定するため、ねじなどの固定具301が利用される。固定具301が磁性体の場合、固定具301を介して、磁性体金属と非磁性体金属の接触ができるため、磁性体の固定具301に異種金属間腐食防止用のメッキ等が施してある。そのような構成にすることで磁性体金属と非磁性体金属の接触を避け、異種金属間腐食を防ぐことができる。
As shown in FIG. 5, in this embodiment,
さらに、本実施例では3本の導体100を用いて説明したが、導体の導体電流199の位相は同相であっても、三相であっても同様の効果が得られ、相数には依存しない。また、三本の導体で説明をしたが、少なくとも一本の導体があれば同様の効果が得られる。
Furthermore, in this embodiment, three
ここで、筐体は一部の非磁性体と記載したが、図6を用いて、非磁性体103の幅(磁路長)501と磁気抵抗の関係について説明する。筐体の磁気抵抗は式(2)に示すように導体材料の透磁率、磁路断面積、磁路長で計算される。
Here, although the housing is described as a part of the non-magnetic material, the relationship between the width (magnetic path length) 501 of the
本実施例に示す筐体の磁気抵抗は、磁性体102の長さ(磁路長)503、504、505で決まる磁性体の磁路長合計506と、非磁性体103の幅501と異種金属間腐食防止部104の幅(磁路長)502を用いて式(3)で計算される。
The magnetic resistance of the housing shown in this embodiment is determined by the lengths (magnetic path lengths) 503, 504, and 505 of the
一般に、非磁性体金属の透磁率μ2は異種金属間腐食部μ3とほぼ同等であり、磁性体金属の透磁率μ1の1/5000程度の大きさである。そのため、式(3)は式(4)のように表すことができ、筐体がすべて磁性体金属で構成される場合の磁気抵抗よりも高い磁気抵抗を持つことが分かる。 In general, the magnetic permeability μ2 of a non-magnetic metal is approximately the same as the corrosion portion μ3 between dissimilar metals, and is about 1/5000 of the magnetic permeability μ1 of a magnetic metal. Therefore, Equation (3) can be expressed as Equation (4), and it can be seen that the magnetoresistance is higher than that in the case where the housing is entirely made of magnetic metal.
なお、図6に示す磁束の経路を用いて非磁性体幅501と磁気抵抗の関係を示したが、磁束の経路は図6に示すように筐体の中央部を通らなくてもよい。さらに、磁性体長さ506が非磁性体幅501よりも長い構成で説明したが、非磁性体幅501が磁性体長さ506より長い場合には、より鉄損を低減することができる。
Although the magnetic flux path shown in FIG. 6 is used to show the relationship between the
ただし、一般的に磁性体である鋼材などに対し、非磁性体であるステンレス鋼などは値段が高く、筐体コストを向上する可能性があるため、鉄損の大きさに応じ、非磁性体幅を決定するのがよい。例えば、非磁性体幅501と異種金属間腐食防止部104の幅502の合計値が磁性体の合計磁路長506の1/5000の場合、磁気抵抗は式(5)のように表すことができる。この場合には筐体をすべて磁性体とした場合の磁気抵抗の2倍の磁気抵抗となり、磁束を1/2に低減し、式(1)から渦電流損は1/4に低減することができる。
However, stainless steel, which is a non-magnetic material, is generally more expensive than steel, which is a magnetic material, and may increase the housing cost. Width should be determined. For example, when the total value of the
また、図7は実施例1のバスダクトと重力方向601の関係を示す。一般にバスダクト1はバスダクト室の上部に配置され、バスダクト室下部に電子部品などが配置される。その電子部品に対して、バスダクト1内の導体からの電磁波を抑制するために、電子部品に近い側、つまり重力方向601には磁束を吸収する磁性体102を配置する。一方、バスダクト1の上部は天井の場合が多いので重力方向と反対方向には磁束が通過する非磁性体を構成することが望ましい。さらに、筐体の温度の上昇によって発生する自然対流は重力と反対方向に流れるため、対流による放熱効果が最も高い重力と反対方向に、一般的には磁性体に比べて熱伝導性の低い非磁性体を配置する構成が望ましい。
Also, FIG. 7 shows the relationship between the bus duct of the first embodiment and the direction of
実施例1によれば、筐体の鉄損を増大させることなく放熱性能を向上し、筐体の機械強度を保持することが可能になる。 According to the first embodiment, it is possible to improve the heat radiation performance without increasing the iron loss of the housing and maintain the mechanical strength of the housing.
図8に示す実施例2のバスダクト1は、磁性体102と非磁性体103、異種金属間腐食防止部104で構成される筐体と、筐体内に配置された導体100で構成されるバスダクトを示しており、非磁性体103には表面積を増大させるための突起401が設けられる。
The
一般的に磁性体金属、例えば鋼材の熱伝導率に対し、非磁性金属、例えばステンレス鋼の熱伝導率は低いため、筐体の放熱性能が低い。この熱伝導の低さを補うために、対流と輻射による放熱性能を向上させ、非磁性体103に突起401を設けることで表面積を増大させた構造である。
In general, non-magnetic metals, such as stainless steel, have lower thermal conductivity than magnetic metals, such as steel. In order to compensate for this low heat conduction, the heat dissipation performance is improved by convection and radiation, and the
突起401の代わりに非磁性体103の外側に凹部を設けることで、非磁性体103の外側の表面積を増大させて、放熱性能を向上させるようにしてもよい。
Instead of the
尚、突起401を筐体面の内側(導体側)に配置しても同様の効果が得られるが、突起形状が金属である場合、導体間との距離が近くなり、絶縁破壊が発生する可能性があるため、筐体外側に突起部を設けることが望ましい。また、筐体面の非磁性体103の内側に凹部を設けることで、放熱性能を向上させるようにしてもよい。
The same effect can be obtained by arranging the
また、本実施例では非磁性体103に突起401を設ける構成としたが、磁性体102に突起もしくは凹部を設ける構成でも同様の効果が得られる。
Further, in this embodiment, the
本実施例2では対流、輻射による放熱性能を向上させるために突起401を備えた構成で説明した。さらに、変形例として、図9に示すように、バスダクトの筐体2における黒色塗装105がされた非磁性体としてもよい。そのような構成によれば、対流による放熱性能は向上できないが、輻射による放熱性能を向上させることができる。
In the second embodiment, the structure provided with the
実施例2によれば、実施例1に示したように、筐体の鉄損を増大させることなく、筐体の機械強度を保持することが可能になるとともに、さらにバスダクトの放熱性能を向上させることができる。 According to the second embodiment, as shown in the first embodiment, it is possible to maintain the mechanical strength of the housing without increasing the iron loss of the housing, and further improve the heat dissipation performance of the bus duct. be able to.
図10は実施例3のバスダクトの構成を示す図である。バスダクトは、磁性体102と非磁性体103、異種金属間腐食防止部104で構成される筐体2と、筐体2内に配置された導体100A、100B、100Cで構成される。図10に示すように、筐体2と導体100A、100B、100Cの位置関係について、導体100Aは、他の導体100B、100Cと筐体2との距離を比べると、最も筐体2との距離が短い位置に配置されている。その導体100Aに最も近い筐体2の面は非磁性体103で構成されている。
FIG. 10 is a diagram showing the configuration of the bus duct of Example 3. FIG. The bus duct is composed of a
実施例3によれば、実施例1で述べた磁束の中で空気を介する磁束201の影響を低減し、鉄損を抑制することができる。尚、導体100A、100B、100Cと筐体2の配置関係は絶縁距離によって決定され、導体100A、100B、100Cと筐体2の距離が相対的に近い配置となる筐体に非磁性体が配置されればよい。さらに、図10を用いて説明をしたが、図11や図12のような導体配置でも同様の効果が得られる。
According to the third embodiment, among the magnetic fluxes described in the first embodiment, the influence of the
図11は、三角形状に並べた配置の導体100A、100B、100Cと筐体2の位置関係を示す図である。図12は、斜めに並べた配置の導体100A、100B、100Cと筐体2の位置関係を示す図である。図11と図12のいずれの場合でも、導体100Aが他の導体100B、100Cに比べて最も筐体2に近い位置に配置されている。その導体100Aとの距離が最も近い位置にある筐体2に非磁性体103が配置されている。
FIG. 11 is a diagram showing the positional relationship between the
実施例3によれば、実施例1に示したように放熱性能を向上し、筐体の機械強度を保持することが可能になるとともに、磁束の中で空気を介する磁束201の影響を低減し、さらに、鉄損を抑制することができる。
According to the third embodiment, as shown in the first embodiment, it is possible to improve the heat radiation performance, maintain the mechanical strength of the housing, and reduce the influence of the
図13は実施例4のバスダクトを示す図である。バスダクトは、磁性体102と非磁性体103、異種金属間腐食防止部104から構成される筐体2と、筐体2内に配置された導体101A、101B、101Cから構成される。導体101A、101B、101Cには、それぞれ凹部402が設けられている。
FIG. 13 is a diagram showing a bus duct of Example 4. FIG. The bus duct is composed of a
導体に交流電流が通流した際、表皮効果により電流表面に電流が集中するが、導体に凹部があると、導体の電流密度分布を制御することが可能となる。例えば、図13に示すように三相の導体101A、101B、101Cそれぞれが対向する面と反対側に、凹部402を設けることで、凹部402と逆方向に電流集中が発生する。三相電流が作る磁束の合計は、導体間距離によって影響を受け、導体間距離が長いと相殺効果が小さく、導体間距離が短いと相殺効果が高まる。
When an alternating current flows through a conductor, the current concentrates on the surface of the current due to the skin effect. If the conductor has recesses, it is possible to control the current density distribution of the conductor. For example, as shown in FIG. 13, current concentration occurs in the direction opposite to the
実施例4によれば、凹部402を有する導体101A、101B、101Cを配置することで、電流密度が高い領域を三相の導体101A、101B、101Cそれぞれの対向面にすることができ、導体間距離を短くした場合と同様の効果が得られる。
According to the fourth embodiment, by arranging the
1…バスダクト
2…筐体
100、100A、100B、100C…導体
101A、101B、101C…凹部を有する導体
102…磁性体
103…非磁性体
104…異種金属間腐食防止部
199…導体電流
301…固定具
401…突起
Claims (7)
前記筐体内に配置された導体とを有し、
前記筐体は、
ステンレス鋼と鉄材を含み、ステンレス鋼と鉄材の間に金属の異種金属間腐食防止部を有するバスダクト。 a housing;
a conductor disposed within the housing;
The housing is
A bus duct containing stainless steel and iron material and having a dissimilar metal corrosion prevention part between the stainless steel and iron material .
前記ステンレス鋼は重力と反対方向に配置され、
前記鉄材は、重力方向に配置されるバスダクト。 The bus duct according to claim 1,
said stainless steel is arranged in a direction opposite to gravity,
The iron material is a bus duct arranged in the direction of gravity.
前記ステンレス鋼は突起を有するバスダクト。 The bus duct according to claim 1,
The stainless steel bus duct having protrusions.
前記ステンレス鋼は黒色塗装がされたバスダクト。 The bus duct according to claim 1,
The stainless steel is a bus duct painted black.
複数の前記導体のうち、前記筐体との距離が最も短い第1の導体がある場合には、前記第1の導体に最も近い位置にある前記筐体は前記ステンレス鋼であるバスダクト。 The bus duct according to claim 1,
The bus duct, wherein when there is a first conductor closest to the case among the plurality of conductors, the case closest to the first conductor is the stainless steel .
前記鉄材と前記ステンレス鋼と前記異種金属管腐食防止部を固定する固定具を有し、前記固定具は、異種金属間腐食防止用のメッキが施されるバスダクト。 The bus duct according to claim 1,
A bus duct having a fixture for fixing the iron material , the stainless steel , and the dissimilar metal pipe corrosion prevention part, wherein the fixture is plated for preventing corrosion between dissimilar metals.
複数の前記導体は、前記導体それぞれが対向する面と反対側に凹部を有するバスダクト。 The bus duct according to claim 1,
The bus duct, wherein each of the plurality of conductors has a concave portion on a side opposite to a surface facing each of the conductors.
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