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公開番号2021153354
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210930
出願番号2020052548
出願日20200324
発明の名称バスダクト
出願人株式会社日立産機システム
代理人青稜特許業務法人
主分類H02G 5/06 20060101AFI20210903BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】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。
【解決手段】筐体と、筐体内に配置された導体100とを有し、筐体は、非磁性体103と磁性体102を含み、非磁性体103と磁性体102の間には異種金属間腐食防止部104を有し、異種金属間腐食防止部104を絶縁部材とし、非磁性体103をステンレス鋼とし、磁性体102を鉄材とし、非磁性体103を重力と反対方向に配置し、磁性体102を重力方向に配置するバスダクト。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
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、
非磁性体と磁性体を含み、前記非磁性体と前記磁性体の間には異種金属間腐食防止部を有するバスダクト。
続きを表示(約 670 文字)【請求項2】
請求項1に記載のバスダクトにおいて、
前記異種金属間腐食防止部は、絶縁材であるバスダクト。
【請求項3】
請求項1に記載のバスダクトにおいて、
前記非磁性体がステンレス鋼であり、
前記磁性体が鉄材であり、
前記異種金属間腐食防止部は金属であるバスダクト。
【請求項4】
請求項1に記載のバスダクトにおいて、
前記非磁性体は重力と反対方向に配置され、
前記磁性体は、重力方向に配置されるバスダクト。
【請求項5】
請求項1に記載のバスダクトにおいて、
前記非磁性体は突起を有するバスダクト。
【請求項6】
請求項1に記載のバスダクトにおいて、
前記非磁性体は黒色塗装がされたバスダクト。
【請求項7】
請求項1に記載のバスダクトにおいて、
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非磁性体であるバスダクト。
【請求項8】
請求項1に記載のバスダクトにおいて、
前記磁性体と前記非磁性体と前記異種金属間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。
【請求項9】
請求項1に記載のバスダクトにおいて、
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。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、バスダクトに関するものである。
続きを表示(約 4,000 文字)【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
特開平11−289611
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
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。
【0007】
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。
【0008】
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。
【課題を解決するための手段】
【0009】
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、非磁性体と磁性体を含み、前記非磁性体と前記磁性体の間には異種金属間腐食防止部を有するバスダクトである。
【発明の効果】
【0010】
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。
【図面の簡単な説明】
【0011】
実施例1におけるバスダクトを示す図である。
実施例1におけるバスダクトの筐体を示す図である。
磁性体金属筐体と導体周囲の磁束の流れを示す図である。
非磁性金属と磁性体金属を組み合わせた筐体と導体周囲の磁束の流れを示す図である。
筐体の固定具の構成を示す図である。
筐体の磁性体や非磁性体の寸法を示す図である。
実施例1におけるバスダクトと重力方向の関係を示す図である。
実施例2における突起を有する筐体を持つバスダクト構造を示す図である。
実施例2における黒色塗装された非磁性体を有するバスダクト構造を示す図である。
実施例3における複数の導体と筐体の位置関係を示す図である。
実施例3の変形例で三角形状に並べた複数の導体と筐体の位置関係を示す図である。
実施例3の変形例で斜めに並べた複数の導体と筐体の位置関係を示す図である。
実施例4におけるバスダクトを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下に、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【実施例】
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
【0028】
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。
【0029】
【0030】
一般に、非磁性体金属の透磁率μ
2
は異種金属間腐食部μ
3
とほぼ同等であり、磁性体金属の透磁率μ
1
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。
(【0031】以降は省略されています)

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