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电气螺栓连接防松和预紧力补偿你设计好了吗?

电气螺栓连接防松和预紧力补偿你设计好了吗? 兹懋Zmart
2022-06-24
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导读:电气连接中螺栓连接设计分析


电气螺栓连接防松和预紧力补偿

你设计好了吗?




前言

在电气工程领域,松动的螺钉连接会存在高风险导致系统故障和发生损坏。根据加拿大一家能源供应商的调查,几乎40%的电力故障都可以追溯到接触部件松动。当前,机械螺钉连接中的防松元件经常使用,但仅部分或完全不适用于电气螺钉连接的特定要求。

实际上,松动的螺钉连接会导致以下类型的损坏:

接触电阻增加

电压下降/波动(闪烁flickering )

接触点被加热,直到接触点本身或周围设备发生燃烧

由此可见电气设备的螺钉连接的可靠性是非常重要的,需要进行很好的设计和防松。




电气螺钉连接和普通螺钉连接的差异分析


下面就用表格形式分析电气螺钉连接和普通螺钉连接的差异。



电气连接中螺栓连接的要求


电气连接的主要任务是传输电力。品质因数Ku是评估接头质量/螺纹连接质量的决定性因素。这表示接头中的电阻与母线中的电阻之间的比值。


因此,电气接头螺栓连接的接头的目标是确保品质因数Ku在其服役寿命期间尽可能保持恒定。这就必须保证在接头的整个服役寿命期间保持软导体材料(铜或铝)所需的接触压力,以保持品质因数恒定,从而保持电阻恒定。
根据上述机械连接和电气连接中要求的不同,对于电气连接中,为了获得稳定的接触压力,螺纹连接必须满足以下两个功能要求:

1、 弹性功能

对于电气连接中螺钉连接的弹性功能是非常有必要的,主要是由于电气连接中螺钉连接的特点所决定:

a.   螺钉和被连接件之间存在不同的热膨胀系数,同时,电力传输中工作温度存在剧烈波动。在这两种条件下,就会导致在螺钉连接中存在不同的、波动的螺栓预紧力。

b.   被连接件的沉降量(嵌入量、蠕变量)需要得到及时的补偿,否则,会导致螺栓预紧力下降。沉降量(嵌入量、蠕变量)是指螺栓连接后被连接表面变平,塑性变形,甚至类似蠕变效应发生导致的夹紧长度的变短。这主要是会受到接头中零件的数量,软导体材料性能综合影响。一般不希望更多的零件存在,就像VDI 2230标准中嵌入损失的计算,多一个零件就多一个接触面,会增加嵌入量的数值,从而增加嵌入损失。

由于电气连接中螺钉连接夹紧长度短,螺栓和被连接件的柔度小(刚度大),即使很微小的沉降量也会造成螺钉预紧力的大幅度下降,在这种情况下螺钉连接就需要有一定弹性变形元件来补偿这个沉降量,不至于使螺栓预紧力下降太多。这时螺钉连接中所需的弹性可以通过具有一定弹性作用的垫圈来实现,如锥形垫圈,碟簧,甚至弹簧垫圈。

2、 螺钉防松功能

当螺钉连接由于振动和横向位移而松动时,这也会导致电气连接中螺钉连接的接触压力降低,并因此导致电气系统的损坏。



电气连接螺栓计算校核



以2层2mm的接线铜排连接进行分析,采用Screw Designer Professional(以下简称SD PRO)螺栓计算软件验证,螺栓的预紧力下降是非常明显的,为了保证足够的夹紧力,就需要采用预紧力补偿元件。




原先的一些电气连接中螺钉连接设计


     20世纪90年代,人们对当时使用的弹簧垫圈和螺钉防松效果进行了检验。根据最终的防松测试结果,德标的弹簧垫圈、锯齿垫圈和齿形垫圈的标准被撤销,这意味着它们不再代表当前的防松技术水平,这种防松元件从防松测试结果来看不具备很好的防松效果。使用两个垫圈的防松组合元件,例如弹簧垫圈和平垫圈,同样也不符合防松的效果。



源于创新技术的解决方案


     我们Zmart横向振动试验机测试防松效果过程中,发现一款专门为电气行业开发的锥形带齿防松垫圈,其在电气连接的螺钉连接中有非常好的防松效果,并具有一定的预紧力补偿作用。


该产品采用我们的zmart横向振动试验机进行防松性能测试,测试程序包括DIN 25201-4(附录B)、DIN 267-26和IEC 61373等。该垫圈在所有质量检查中均表现出卓越的性能,这意味着该垫圈可用作符合当前最常见标准的防松元件。
从这个20μm变形的剩余弹力来分析,也可以看出采用锥形垫圈补偿预紧力的损失更有效。该垫圈可以与常规的电气连接8.8级螺栓匹配使用。



具体电气连接中螺栓连接设计,可以采用下述方案,在螺栓外侧加上平垫圈和锥形垫圈(最好带防松作用),或仅仅加锥形垫圈(最好带防松作用)。


通过我们横向振动试验机进行防松验证该种设计防松性能良好,并且通过电阻测试可以看出,在经过一段时间后,比传统的螺栓连接电阻增加相反,该种新型锥形防松垫圈连接的电阻在整个防松振动试验过程中没有出现较大的变化。
本次电气连接中螺栓连接设计分析就分享到这里。大家对SD PRO螺栓计算软件感兴趣可以联系我们申请试用,如果对这种电气连接的螺栓连接垫圈有采购需求也可以联系我们交流。





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