Устройство для направления электрического постоянного тока

Изобретение относится к устройству (1) для направления электрического постоянного тока. Устройство (1) содержит по меньшей мере одну сборную шину (3) и по меньшей мере один расположенный на боковой наружной поверхности (7) сборной шины (3) и проходящий вдоль сборной шины (3) электрически проводящий оконечной элемент (5), который электрически проводящим образом соединен со сборной шиной (3) и имеет меньшую электрическую проводимость, чем сборная шина (3). 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к устройству для направления электрического постоянного тока, содержащему по меньшей мере одну сборную шину.

Под сборной шиной понимается здесь электрический проводник для распределения электрической энергии. Сборные шины выполнены, как правило, из меди или алюминия, и электрически изолированы.

В основу изобретения положена задача создания улучшенного устройства для направления электрического постоянного тока, содержащего по меньшей мере одну сборную шину, которое пригодно, в частности, для ограничения электрических токов короткого замыкания.

Задача решена, согласно изобретению, с помощью признаков пункта 1 формулы изобретения.

Предпочтительные варианты выполнения изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.

Устройство, согласно изобретению, для направления электрического постоянного тока содержит по меньшей мере одну сборную шину и по меньшей мере один расположенный на боковой наружной поверхности сборной шины и проходящий вдоль сборной шины электрически проводящий оконечной элемент, который электрически проводящим образом соединен со сборной шиной и имеет меньшую электрическую проводимость, чем сборная шина.

При этом оконечные элементы служат для подавления изменяющихся с высокими частотами составляющих тока. Для этого, согласно изобретению, используется скин-эффект в электрических проводниках, за счет которого изменяющиеся с высокими частотами электрические токи проходят внутри проводника преимущественно вблизи наружных поверхностей проводника. За счет расположения, согласно изобретению, оконечных элементов сборных шин на наружных поверхностях сборных шин измеряющиеся с высокими частотами электрические токи направляются к оконечным элементам и там подавляются на основании меньшей по сравнению со сборными шинами электрической проводимостью оконечных элементов. Этот эффект предпочтительно обеспечивает возможность, в частности, подавления составляющих больших электрических токов короткого замыкания, изменяющихся с высокими частотами, которые возникают обычно в коммутационных системах постоянного тока. За счет этого обеспечивается, согласно изобретению, простое и дешевое уменьшение электрических токов короткого замыкания в сборных шинах постоянного тока.

В одном варианте выполнения изобретения предусмотрено по меньшей мере два оконечных элемента, которые расположены на противоположно лежащих боковых наружных поверхностях сборной шины.

За счет этого можно еще лучше использовать скин-эффект и предпочтительно дополнительно уменьшать электрические токи короткого замыкания.

В другом варианте выполнения изобретения предусмотрено несколько расположенных в виде стопки рядом друг с другом сборных шин.

Это выполнение позволяет использовать, наряду со скин-эффектом, эффект близости, с целью вытеснения изменяющихся с высокими частотами электрических токов в оконечные элементы. При этом под эффектом близости понимается вытеснение тока между двумя соседними электрическими проводниками под влиянием переменных токов.

В указанном выше варианте выполнения изобретения по меньшей мере один оконечной элемент проходит предпочтительно через несколько расположенных стопкой рядом друг с другом сборных шин, при этом он расположен на боковых наружных поверхностях этих сборных шин и соединен с этими сборными шинами электрически проводящим образом.

Это упрощает конструкцию устройства, согласно изобретению, поскольку один оконечной элемент может использоваться для нескольких сборных шин, и тем самым отдельные сборные шины не должны снабжаться по отдельности оконечными элементами.

В другом варианте выполнения изобретения предусмотрена по меньшей мере одна сборная шина из меди или алюминия.

Медь и алюминий особенно пригодны на основании их высокой электрической проводимости в качестве материалов для сборных шин.

В другом варианте выполнения изобретения предусмотрен по меньшей мере один оконечный элемент из железа или стали, в частности из нержавеющей стали.

Железо и сталь, в частности нержавеющая сталь, на основании их небольшой электрической проводимости особенно пригодны в качестве материалов для оконечных материалов.

В другом варианте выполнения изобретения предусмотрена по меньшей мере одна имеющая вид полосы или пластины сборная шина.

Выполненные в виде полосы или пластины сборные шины предпочтительно обеспечивают хороший отвод тепла из сборной шины.

В частности, в соответствии с изобретением, предусмотрено, в частности, применение устройства, согласно изобретению, для ограничения электрических токов короткого замыкания в электрической коммутационной системе, при этом по меньшей мере одна сборная шина устройства электрически соединена с полюсом источника электрического постоянного напряжения.

В этом применении предпочтительно используется указанное выше уменьшение электрических токов короткого замыкания с помощью устройства, согласно изобретению.

Указанные выше свойства, признаки и преимущества данного изобретения, а также пути их достижения поясняются более подробно в приведенном ниже описании примеров выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

фиг. 1 - типичное изменение тока короткого замыкания в коммутационной системе постоянного тока, и

фиг. 2 - поперечный разрез устройства, согласно изобретению, для направления электрического постоянного тока.

На фиг. 1 показано типичное изменение I(t) тока I короткого замыкания в коммутационной системе постоянного тока в зависимости от времени t. Сила тока I короткого замыкания изменяется с высокой частотой вокруг уменьшающегося со временем среднего значения. При этом высокочастотные изменения тока I короткого замыкания могут вызываться и обуславливаться различными электрическими конструктивными элементами коммутационной системы постоянного тока, например выпрямителями и конденсаторами.

На фиг. 2 показан поперечный разрез устройства 1, согласно изобретению, для направления электрического постоянного тока. Устройство 1 содержит две сборные шины 3 и два оконечных элемента 5.

Обе сборные шины 3 выполнены одинаково и в виде полосы с прямоугольной поверхностью поперечного сечения и изготовлены, например, из меди или алюминия. Обе сборные шины 3 расположены в виде стопки рядом друг с другом и параллельно друг другу и на расстоянии друг от друга.

Оба оконечных элемента 5 выполнены одинаково в виде пластин с прямоугольной поверхностью поперечного сечения и изготовлены, например, из железа или стали, в частности из нержавеющей стали.

Каждый оконечный элемент 5 прилегает к обеим сборным шинам 3, при этом оконечные элементы 5 расположены на противоположно лежащих сторонах сборных шин 3. При этом каждый оконечный элемент 5 плоско прилегает в боковой наружной поверхности 7 каждой сборной шины 3 и через эти боковые наружные поверхности 7 соединен электрически проводящим образом с обеими сборными шинами 3. Оба оконечных элемента 5 проходят перпендикулярно плоскости чертежа на фиг. 2 по всей длине сборных шин 3.

Оконечные элементы 5 расположены за счет сборных шин 3 на расстоянии друг от друга, которое, например, примерно в десять раз больше расстояния друг от друга сборных шин 3. Толщины сборных шин 3 и оконечных элементов 5 соответствуют, например, примерно расстоянию друг от друга сборных шин 3. Например, толщины сборных шин 3 и оконечных элементов 5 и расстояние друг от друга обеих сборных шин 3 составляют примерно 10 мм, и расстояние друг от друга оконечных элементов 5 составляет примерно 100 мм. При этом под толщиной сборной шины 3, соответственно, оконечного элемента 5 понимается длина одной из коротких сторон прямоугольного контура поверхности поперечного сечения сборной шины 3, соответственно, оконечного элемента 5.

В коммутационных системах постоянного тока применяются, например, два показанных на фиг. 2 устройства 1, при этом сборные шины 3 каждого из этих устройств 1 соединены с одним полюсом источника электрического постоянного напряжения, и сборные шины 3 другого устройства 1 соединены с другим полюсом источника электрического постоянного напряжения.

За счет скин-эффекта и эффекта близости изменяющиеся с высокими частотами электрические токи направляются из сборных шин 3 в оконечные элементы 5 и подавляются за счет высокого электрического сопротивления оконечных элементов 5. Моделирование показало, что за счет этого электрическое сопротивление показанного на фиг. 2 устройства 1 увеличивается для изменяющихся с высокими частотами токов в несколько раз по сравнению с электрическим сопротивлением сборных шин 3, например, в 39 раз для токов, изменяющихся с частотой 1000 Гц при применении сборных шин 3 из меди с площадью поперечного сечения 2000 мм² и оконечных элементов 5 из железа. При токе I короткого замыкания с высотой импульса 220 кА это приводит к падению напряжения примерно 75 В/м вдоль устройства 1. При применении нержавеющей стали вместо железа в качестве материала оконечных элементов 5 электрическое сопротивление устройства 1 для изменяющихся с высокой частотой токов и падение напряжения вдоль устройства 1 может быть дополнительно увеличено.

Хотя устройство подробно иллюстрировано и пояснено с помощью предпочтительных примеров выполнения, оно не ограничивается раскрытыми примерами, и из них специалистами в данной области техники могут быть выведены другие вариации, без выхода за объем защиты данного изобретения.

1. Устройство (1) для направления электрического постоянного тока, содержащее по меньшей мере одну сборную шину (3) и по меньшей мере один расположенный на боковой наружной поверхности (7) сборной шины (3) и проходящий вдоль сборной шины (3) электрически проводящий оконечной элемент (5), который электрически проводящим образом соединен со сборной шиной (3) и имеет меньшую электрическую проводимость, чем сборная шина (3), отличающееся тем, что предусмотрены по меньшей мере два оконечных элемента (5), которые расположены на противоположно лежащих боковых наружных поверхностях (7) сборной шины (3).

2. Устройство (1) по п. 1, отличающееся тем, что предусмотрено несколько расположенных в виде стопки рядом друг с другом сборных шин (3).

3. Устройство (1) по п. 2, отличающееся тем, что предусмотрен по меньшей мере один оконечной элемент (5), который проходит через несколько расположенных стопкой рядом друг с другом сборных шин (3), при этом он расположен на боковых наружных поверхностях (7) этих сборных шин (3) и соединен с этими сборными шинами (3) электрически проводящим образом.

4. Устройство (1) по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что предусмотрена по меньшей мере одна сборная шина (3) из меди или алюминия.

5. Устройство (1) по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что предусмотрен по меньшей мере один оконечный элемент (5) из железа или стали.

6. Устройство (1) по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что предусмотрен по меньшей мере один оконечный элемент (5) из нержавеющей стали.

7. Устройство (1) по любому из пп. 1-6, отличающееся тем, что по меньшей мере одна сборная шина (3) выполнена в виде полосы или пластины.

8. Применение устройства (1) по любому из пп. 1-7 для ограничения электрических токов (I) короткого замыкания в электрической коммутационной системе, при этом по меньшей мере одна сборная шина (3) устройства (1) электрически соединена с полюсом источника электрического постоянного напряжения.