低壓大電流母線框緊固螺栓的渦流發(fā)熱問題

1、電氣傳動2003年第6期低壓大電流母線框緊固螺栓的渦流發(fā)熱問題鄭程遙廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院深圳市寶安任達電器實業(yè)有限公司摘要：文章中用電磁場理論分析了低壓大電流母線框緊固螺栓的渦流發(fā)熱問題，得出了有關(guān)的解析表達式，并提出了消除有關(guān)發(fā)熱危害的具體措施。關(guān)鍵詞：低壓大電流母線框緊固螺栓渦流發(fā)熱TheEddyHeatProblemoftheFixingBoltintheLowVoltageHighCurrentBusbarFrameZhen

2、gChengyaoAbstract：Theeddyheatproblemofthefixingboltinthelow—voltagehighcurrentbusbarframeisanalysedbyusingelectromagnetictheory，ananalyticsolutionisobtained，andsomemeasuresareproposedfeliminat—ingtheharmfuleffectsoftheed

3、dyheatKeywords：low—voltagelargecurrentbusbarframefixingbolteddyheat1問題的提出目前，國內(nèi)流行的各種低電壓大電流母線框結(jié)構(gòu)如圖1所示，在運行過程中常常出現(xiàn)發(fā)熱燒毀現(xiàn)象。為此，筆者進行了實驗驗證，結(jié)果是矩形母線電流大于2500A時，這類故障具有必然性。所以，深刻揭示母線框發(fā)熱機理，并尋求切實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。需要指出的是，燒毀的部位

4、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。因為實驗時，我們將母線框脫離屏架，發(fā)現(xiàn)大電流時，發(fā)熱情況及損壞狀況依然如故。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。從母線框的燒毀部位可以看出，燒52圖1母線框結(jié)構(gòu)簡圖毀是由于螺栓過熱引起的，而唯一的熱源，是大電流母線鄰近的強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。2螺栓內(nèi)磁場強度H()的計算螺栓內(nèi)磁場強度H(f)的

5、計算，采用疊加原理。即首先算出各相電流在螺栓處的磁場強度，最后疊加出螺栓處的總磁場強度。21單相矩形母線鄰近磁場強度的計算與分析如圖2所示，設(shè)矩形母排的電流垂直紙面由里向外流出，P點距母排的垂直距離為d，則由參考文獻[1]中的結(jié)論得Hx=Hx一一南lnb~dz一南ln即一南lnb~dz(1)H=HHz=南arctan南arctanb2圖2母線問點P處磁場強度維普資訊電氣傳動2003年第6期半徑為r，厚度為d，將該薄壁圓筒視為一線圈，則感

6、應(yīng)電流o=e／R(14)式中：￡為B(￡)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢；R，為半徑為r，厚度為d的薄壁圓筒的電阻。由電磁感應(yīng)定律得￡一d~／dt而=l1薈一一7【rZB(t)R一／s—p2~r／ld所以有。一ldB因此，螺栓柱體內(nèi)總渦流大小為ZdBrn，la0dBj。慨一將B(￡)一H(￡)一k~／3arctanZ(b／2d)arctanZ(b／6d)X／sin((19)代入式(18)得l一一3arctan。(b／2d)arctan。(b／6d)I

7、mCOS(十(20)或者=一klaZpf~／3arctan2(b／2d)arctan2(b／6d)。ImCOS((21)式中：為螺栓材料的磁導(dǎo)率；f為正弦交流電頻率；OJ為正弦交流電的角頻率；為正弦交流電的最大值。而薄壁圓筒渦流消耗的功率dP=穗足=l2(dQB吩。卻薏一荔(。所以，整個螺栓消耗的功率為P—dP=(警。(22)將式(19)代入得P=(3arctan。barctan。b)I~cos。(oJt(23)或者P=7tla42kZ

8、t。tzf(、3arctan2bTa唧an2麗b)I~cos。((24)在一個周期內(nèi)的平均功率為S4一下1Pd￡一(3arctan。b～2b)TImcos。(oJtq9即一型筆(3arctanz芻arctanz麗b)2m。(25)式中：一為矩形母排電流的有效值。4實例對應(yīng)于圖1所示產(chǎn)品，螺栓有效長度l012m，半徑a一6010_。m，螺栓至母排的距離一005m，母排寬度b一010m，鋼的電阻率ID一015mm。Q／m，磁導(dǎo)率一5110m

9、／A。，母排運行電流：2500A。由式(25)聲一(3arctanzb一啪n2b一[兀012x(6oxlO)x(51xlO)xo7503／E2xo15xlO—xo1z](3arctanarctan)X2500。一703(W)可見，發(fā)熱量是相當大的。5結(jié)語1)現(xiàn)行的低壓大電流母線框由于其幾何與物理參數(shù)的原因，是很容易造成熱毀故障的，這將給供電的可靠性帶來嚴重影響。2)由式(25)可看出：合理選擇母線框的幾何參數(shù)，如母排寬度b，母排至螺栓的

10、距離d，螺栓的長度z，半徑a等，可使發(fā)熱得到有效控制。3)由于螺栓渦流發(fā)熱量大，故應(yīng)選擇耐熱和散熱性能好的絕緣材料制作母線框，并進行試驗驗證。4)選用磁導(dǎo)率與電導(dǎo)率都很低的材料制作螺栓，是改善螺栓及緊固件渦流發(fā)熱的最有效和最根本的措施，筆者曾在一些工廠采用這一措施，取得了良好的效果，溫升指標完全符合要求，保證了供電的可靠性。參考文獻1馮茲章電磁場北京：人民教育出版社，19822陳連發(fā)電廠電氣工程北京：水利電力出版社，19921111，／