專利名稱：一種解決母線框緊固螺栓渦流發(fā)熱問題的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及螺栓渦流發(fā)熱的問題，特別涉及一種解決母線框緊固螺栓 渦流發(fā)熱問題的方法。
背景技術(shù)：
目前，國內(nèi)流行的各種低電壓大電流母線框，在運(yùn)行過程中常常出現(xiàn)
發(fā)熱燒毀的問題。當(dāng)矩形母線電流大于2500A時，這類故障必然存在。所 以，深刻揭示母線框發(fā)熱機(jī)理，并尋求切實(shí)有效的措施解決其發(fā)熱問題， 對提高供電的可靠性有著重要的意義。而需要指出的時，燒毀的部位幾乎 全部是緊固螺栓周圍的絕緣介質(zhì)，而且并不是由屏架的鋼構(gòu)傳熱至螺栓的。 因?yàn)?，在?shí)驗(yàn)中將母線框脫離屏架，發(fā)現(xiàn)大電流時發(fā)熱情況和損壞情況依 然如故。因此，現(xiàn)行各類母線大電流引起的鋼構(gòu)發(fā)熱的分析方法在此并不 適用。從實(shí)驗(yàn)中母線燒毀的部位來看，燒毀是由于螺栓過熱引起，而唯一 的熱源是大電流母線鄰近的強(qiáng)磁場引起的螺栓中的渦流。因此，計算螺栓 的渦流發(fā)熱，是解決問題的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明公布了一種解決低壓大電流母線框緊固螺栓渦流發(fā)熱過高問題的方法，其步驟如下
第一步，測量螺栓的母排寬度b以及母排至螺栓的距離d，然后根據(jù) 磁場強(qiáng)度計算公式計算出螺栓內(nèi)實(shí)際磁場強(qiáng)度；
第二步，測量螺栓半徑a以及長度l;
第三步，在螺栓內(nèi)取一薄壁圓筒，圓心為螺栓中心，測量該薄壁圓筒
的厚度dr以及該薄壁圓筒的半徑r，并根據(jù)螺旋渦流計算公式計算出螺栓 柱體內(nèi)總渦流大小；
第四步，由5(0 = /^(0，帶入螺栓功率消耗公式計算出螺栓消耗的總功 率，再計算出螺栓一個周期內(nèi)消耗的平均功率；
第五步，根據(jù)螺栓功率計算公式以及計算出的功率，適當(dāng)調(diào)整螺栓母 排寬度b、母排至螺栓的距離d、螺栓的半徑a，以及選擇耐熱、散熱性能 好的絕緣材料做母線框，最后，盡量選磁導(dǎo)率與電導(dǎo)率都很低的材料制作 螺栓，則是改善螺旋及緊固件發(fā)熱的最有效和最根本辦法。
其中，所述磁場強(qiáng)度計算公式為5(0 = ^(0，螺旋渦流計算公式為
〖=^1宇，螺栓 一 個周期內(nèi)消耗的平均功率計算公式為
尸=~， ，/ (3鮮 g2 ^ + ^難2 。
采用本發(fā)明的有益效果是，可以有效改善渦流發(fā)熱的問題，保證供電 的安全性和可靠性。


圖1為母線框截面5圖2為X方向的磁場強(qiáng)度分布示意圖; 圖3為Y方向的磁場強(qiáng)度分布示意圖; 圖4為圓柱螺旋的渦流。
具體實(shí)施例方式
為了使本發(fā)明更容易被理解，下面我們結(jié)合附圖做更進(jìn)一步的說明,
參閱圖l，由i/";(
1
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6
三W 2
y〈o日寸，d故(為減函數(shù).
7>0時，仏>0.故仏為增函數(shù).
據(jù)此W，，
2;zrfd 2
參閱圖2、圖3，距母線d處長度為b鐵磁材料螺栓，其水平和垂直方 向都會產(chǎn)生渦流，但是由于水平方向磁場強(qiáng)度是逐漸增大，中間最小值為0， 同時螺栓水平方向長度較小，所以產(chǎn)生的渦流及其發(fā)熱并不大，可以忽略 不記。因此，我們可以得出垂直方向的磁場是是螺栓發(fā)熱的主要影響因素。 因此，.螺栓內(nèi)任意一點(diǎn)磁場強(qiáng)度為= + 7/,v(,) + 。
再由圖1得，Hv(0 =去(—,A + , S + , ;V)，同時我們假 設(shè)三象電流是對稱的，并設(shè)ic-Imsinon。則我們可以通過代入公式推論出，
6
6V^3T啤上
其中p-arctan-^ ?？紤]到鋼的去磁效應(yīng)和母線分布對磁場強(qiáng)度的影
響，取螺栓內(nèi)實(shí)際磁場強(qiáng)度為
A, 3a,'"g2上+ d《2上./",sin(紐+ p)，其中K為考慮到鋼的去磁
效應(yīng)和母線分布對磁場強(qiáng)度影響的綜合系數(shù)。
參閱圖4，螺栓半徑為a，長度為l，在螺栓內(nèi)取一薄壁半徑為r，厚 度為dr，將該薄壁是視為一線圈，同時縱向磁場強(qiáng)度為B(t)。則薄壁產(chǎn)生
的感應(yīng)電流為~=丄，由于e--!，所以我們可以得出i ,5p丄-z^^ z-=丄.^,，&。因此，根據(jù)上述公式我們可以推出螺旋柱體內(nèi)總渦流的大
小計算公式為、=^宇。
將i/,, = i7^(,)=丄」3wc《2上+ arc/g2上.乙sin(欣+ p)代入螺旋柱體內(nèi)總 渦流的大小計算公式，我們就可以得出
—k 2上+ ^ 2上 其中y為螺栓材料磁導(dǎo)
》4p6 Y s 2d s 6f
率，f為正弦交流電頻率，"為正弦交流電的角頻率，Im為正弦交流電的 最大值。
所以綜上所述，螺栓總共消耗的功率 ， p = /。V々2 (3 上+ 。rcfg2上)t cos2(紐+ p)而螺栓在一個周期內(nèi)消
耗的功率則為戸=^4 /2(3arc^A+ g2 。因此根據(jù)以上公式計算螺栓一個周期平均消耗的功率以及根據(jù)計算公 式中的關(guān)鍵值適當(dāng)調(diào)整螺栓母排寬度b、母排至螺栓的距離d、螺栓的半徑 a，以及選擇耐熱、散熱性能好的絕緣材料做母線框，則能有效的改善螺旋
及緊固件發(fā)熱問題。同時，根據(jù)上述公式，選磁導(dǎo)率與電導(dǎo)率都很低的材 料制作螺栓，則是改善螺旋及緊固件發(fā)熱的最有效和最根本辦法。而選用 不銹鋼材質(zhì)的就能達(dá)到這樣較好的效果。
其具體操作步驟如下
第一步，測量螺栓的母排寬度b以及母排至螺栓的距離d，然后根據(jù)
磁場強(qiáng)度計算公式計算出螺栓內(nèi)實(shí)際磁場強(qiáng)度； 第二步，測量螺栓半徑a以及長度l;
第三步，在螺栓內(nèi)設(shè)取一薄壁圓筒，圓心為螺栓中心，測量該薄壁圓
筒的厚度dr以及該薄壁圓筒的半徑r，再由B(t)二yH(t)，并根據(jù)螺旋渦 流計算公式計算出螺栓柱體內(nèi)總渦流大小；
第四步，將螺栓渦流大小帶入功率消耗公式計算出螺栓消耗的總功率， 再計算出螺栓一個周期內(nèi)消耗的平均功率；
第五步，根據(jù)螺栓功率計算公式中的關(guān)鍵值以及計算出的功率，適當(dāng) 調(diào)整螺栓母排寬度b、母排至螺栓的距離d、螺栓的半徑a，以及選擇耐熱、 散熱性能好的絕緣材料做母線框，最后，盡量選磁導(dǎo)率與電導(dǎo)率都很低的 材料制作螺栓，則是改善螺旋及緊固件發(fā)熱的最有效和最根本辦法。
權(quán)利要求
1. 一種解決母線框緊固螺栓渦流發(fā)熱問題的方法其步驟如下第一步，測量螺栓的母排寬度b以及母排至螺栓的距離d，然后根據(jù)磁場強(qiáng)度計算公式計算出螺栓內(nèi)實(shí)際磁場強(qiáng)度；第二步，測量螺栓半徑a以及長度1；第三步，在螺栓內(nèi)取一薄壁圓筒，圓心為螺栓中心，測量該薄壁圓筒的厚度dr以及該薄壁圓筒的半徑r，并根據(jù)螺旋渦流計算公式計算出螺栓柱體內(nèi)總渦流大小；第四步，由B(t)＝μH(t)，帶入螺栓功率消耗公式計算出螺栓消耗的總功率，再計算出螺栓一個周期內(nèi)消耗的平均功率；第五步，根據(jù)螺栓功率計算公式以及計算出的功率，適當(dāng)調(diào)整螺栓母排寬度b、母排至螺栓的距離d、螺栓的半徑a，以及選擇耐熱、散熱性能好的絕緣材料做母線框，最后，盡量選磁導(dǎo)率與電導(dǎo)率都很低的材料制作螺栓，則是改善螺旋及緊固件發(fā)熱的最有效和最根本辦法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種解決母線框緊固螺栓渦流發(fā)熱問題的方 法，其特征在于，所述磁場強(qiáng)度計算公式為
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種解決母線框緊固螺栓渦流發(fā)熱問題的方 法，其特征在于，所述螺旋渦流計算公式為/^=^#。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種解決低壓大電流母線框緊固螺栓渦流發(fā)熱過高問題的方法，其特征在于，所述螺栓一個周期內(nèi)消耗的平均功率計算公式為f - "y/2 (3^啤2 j+a,'啤2 a)/l 。2一2 2d
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種解決母線框緊固螺栓渦流發(fā)熱問題的方 法，其特征在于，所述螺栓采用不銹鋼材質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種解決母線框緊固螺栓渦流發(fā)熱問題的方法，通過螺栓功率計算公式以及計算出的功率，適當(dāng)調(diào)整螺栓母排寬度b、母排至螺栓的距離d、螺栓的半徑a，以及選擇耐熱、散熱性能好的絕緣材料做母線框，最后，盡量選磁導(dǎo)率與電導(dǎo)率都很低的材料制作螺栓，來解決低壓大電流母線框緊固螺栓的發(fā)熱問題。采用本發(fā)明的有益效果是，可以有效改善渦流發(fā)熱的問題，保證供電的安全性和可靠性。
文檔編號H02B5/00GK101453105SQ20081014219
公開日2009年6月10日 申請日期2008年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月11日
發(fā)明者鄭程遙 申請人:深圳市寶安任達(dá)電器實(shí)業(yè)有限公司